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MPEG历史
现在,我们又迎来了一次媒体革命,它就是MPEG-4, 它以其出色的媒体性能,图形质量接近DVD,声音品质接近CD,同时又有更高的压缩比而迅速火爆起来,在多媒体领域掀起狂澜。那么,到底什么是MPEG呢?
我们知道,多媒体信息主要包括图像、声音和文本三大类,其中视频、音频等信号的信息量是非常大的。对于音频处理来说,传输数字图像所需的带宽远高于前者,例如,NTSC图像以大约640×480的分辨率,24bits像素,每秒30帧的质量传输时,其数据率达28MB字节/秒或221MB位/秒。而且以这个速率保存的15秒的未压缩视频图像将占用420MB字节的内存空间,显然这样的要求对台式计算机来说是难以接受的。所以,视频图像的压缩编码方法MPEG就应运而生了。
MPEG本是Moving Pictures Experts Group,动态图像专家组的英文缩写,这个专家组始建于1988年,专门负责为CD建立视频和音频标准,其成员均为视频、音频及系统领域的技术专家。由于ISO/IEC1172压缩编码标准是由此小组提出并制定MPEG由此扬名世界。对于今天我们所泛指的MPEG-X版本,是指一组由ITU (International Telecommunications Union) 和ISO (International Standards Organization) 制定发布的视频、音频、数据的压缩标准。
MPEG-4就是MPEG的第4个版本,MPEG的缔造者们原先打算开发4个版本:MPEG-1~MPEG-4,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。后由于MPEG3被放弃,所以现存只有3个版本的MPEG:MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4。总体来说,MPEG在三方面优于其他压缩/解压缩方案。首先,由于在一开始它就是做为一个国际化的标准来研究制定,所以,MPEG具有很好的兼容性。其次,MPEG能够比其他算法提供更好的压缩比,最高可达200:1。更重要的是,MPEG在提供高压缩比的同时,对数据的损失很小。在发展过程中经历了以下过程:
MPEG-1
MPEG-1制定于1992年,为工业级标准而设计,可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM、Video-CD、CD-i。它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制为352×240;对于PAL制为352×288)的图像进行压缩,传输速率为1.5Mbits/sec,每秒播放30帧,具有CD(指激光唱盘)音质,质量级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可达4-5Mbits/sec,但随着速率的提高,其解码后的图像质量有所降低。
MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输,如非对称数字用户线路(ADSL),视频点播(VOD),以及教育网络等。同时,MPEG-1也可被用做记录媒体或是在INTERNET上传输音频。
MPEG-2
MPEG-2制定于1994年,设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,其在NTSC制式下的分辨率可达720×486,MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道,和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理,使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据,如VCD。
同时,由于MPEG-2的出色性能表现,已能适用于HDTV,使得原打算为HDTV设计的MPEG-3,还没出世就被抛弃了。(MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec间,但这将使画面有轻度扭曲)。而现在网络上大行其道的数字音乐格式MP3并不是MPEG-3,而是MPEG-1的第三层 (MPEG-1 Layer3)。除了做为DVD的指定标准外,MPEG-2还可用于为广播,有线电视网,电缆网络以及卫星直播 (Direct Broadcast Satellite) 提供广播级的数字视频。
MPEG-2的另一特点是可提供一个较广的范围改变压缩比,以适应不同画面质量,存储容量,以及带宽的要求。
对于最终用户来说,由于现存电视机分辨率限制,MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显,到是其音频特性(如加重低音,多伴音声道等)更引人注目。
MPEG-4
与前两者不同,MPEG-4于1998年11月公布,原预计1999年1月投入使用的国际标准MPEG-4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码,更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG专家组的专家们正在为MPEG-4的制定努力工作。MPEG-4标准主要应用于视像电话(Video Phone),视像电子邮件(Video Email)和电子新闻(Electronic News)等,其传输速率要求较低,在4800-64000bits/sec之间,分辨率为176×144。MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术,压缩和传输数据,以求用最少的数据获得最佳的图像质量。
与MPEG-1和MPEG-2相比,MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看,允许你加入其中,即有交互性)的动态图像标准;它的另一个特点是其综合性;从根源上说,MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标还有更广的适应性和可扩展性。MPEG-4试图达到两个目标: 低比特率下的多媒体通信和 多工业的多媒体通信的综合。 据此目标,MPEG-4引入AV对象(Audio/Visaul Objects), 使得更多的交互操作成为可能。
1.AV对象(AVO)
AV对象的基本单位是原始“AV 对象”,它们可能是一个没有背景的说话的人,也可能是这个人的语音或一段背景音乐等。它具有高效编码、高效存储与传播及可交互操作的特性。
在MPEG-4中,AV对象有着重要的地位。MPEG-4对AV对象的操作主要有:
(1)采用AV对象来表示听觉、视觉或者视听组合内容。
(2)允许组合已有的AV对象来生成复合的AV对象,并由此生成AV场景。MPEG-4采用SNHC的方法来组织这些AV对象。
(3)允许对AV对象的数据灵活地多路合成与同步,以便选择合适的网络来传输这些AV对象数据 。
(4)允许接收端的用户在AV场景中对AV对象进行交互操作。
(5)MPEG-4支持AV对象知识产权与保护。
2.MPEG-4标准的构成
(1)DMIF(The Dellivery Multimedia Integration Framework)
DMIF即多媒体传送整体框架,它主要解决交互网络中、广播环境下以及磁盘应用中多媒体应用的操作问题。通过传输多路合成比特信息来建立客户端和服务器端的交互和传输。 通过DMIF,MPEG-4可以建立起具有特殊品质服务(QoS)的信道和面向每个基本流的带宽。
(2)数据平面
MPEG-4中的数据平面可以分为两部分:传输关系部分和媒体关系部分。为了使基本流和AV对象在同一场景中出现,MPEG-4引用了对象描述(OD)和流图桌面(SMT) 的概念。OD传输与特殊AV对象相关的基本流的信息流图。桌面把每一个流与一个CAT(Channel Assosiation Tag)相连,CAT可实现该流的顺利传输。
(3)缓冲区管理和实时识别
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