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浙江金华电视台制作部 杨铭民
内容提要 近年来随着数字技术的进一步发展，非线性编辑系统的成熟，人们在数字化多媒体的处理、制作及标准化等方面不断地进行着探索性工作。本文概要地介绍了MPEG运动图像专家组发展状况，并较系统地介绍了MPEG－1/2、MPEG－4、MPEG-7等压缩标准在视音频领域中的应用技术。 关键词：视音频压缩 多媒体 MPEG运动图像专家组 运动图像专家组 (Moving Picture Exports Group)是在1988年成立的，目的是制定一种视音频解压缩系统，它是由三种基本元素组成的，第一部分是系统；第二部分是视频；第三部分是音频。MPEG作为专门从事视音频压缩平台标准开发及制定的国际性组织已上升到具有战略价值的地位，而且MPEG继续向更为广阔的多媒体处理及分配领域发展。 MPEG是一个成功的故事。她紧随时代的要求利用多媒体工业各方面开发的技术并集成到强有力的标准中。MPEG之所以能做到这些是因为她能够把市场需求转化为技术指标，同时在两者之间划上严格的界线。然后开发世界各地无数研究者的热情来制定标准，而不受即刻市场的妨碍。 一、MPEG的发展轨迹 1992年推出的MPEG-1，以其高效的压缩技术和较为满意的图像质量成为红极一时的家庭化VCD(数字小型视频光盘)的基础。 1995年推出的MPEG-2，以其更高的像素分辨率，大大提高了视频质量，为DVD(高密度数字视频光盘)及HDTV(高清晰度电视)、DAB(数字音频广播)等的迅速推广提供了基础，并大大推进了许多基于视频的试验性及商业性服务。 1998年制定的MPEG-4第一版及1999年推出 的MPEG-4第二版 被视为第一个真正意义上的多媒体标准。它以客观对像作为编码形式，实现多媒体交互应用。它在移动通信、视频交互及计算机图片2D/3D计算处理以及专业数字视频等方面起着决策性作用。但MPEG并未因MPEG-4完美而停止发展，2002年国际标准化组织已完成MPEG-7---内容描述标准，第一版已正式发表。 二、视频压缩标准 许多现有的已获得提议的压缩系统都使用一种压缩技术组合，就像一个厨师使用不同数量的各种成分来准备一顿美餐一样。任何一种得到广泛采纳的方案都能够具有规模经济，并能够减少市场的混乱。 M-JPEG曾经是非编系统的主流格式，对促进非线性制作方式的应用起到很大作用，功不可没。但由于M-JPEG压缩效率较低、互操作性差，而其他压缩格式纷纷发展和成熟，它们压缩效率高，特别是与前期录制容易衔接，相比之下 M-JPEG的优点已不突出。因此，今后在非编系统中，不宜再发展使用 M-JPEG。 MPEG系统是在1992年最终建立的，就像当第二次世界大战结束后要给大的战争重新命名一样，开始时命名为MPEG-1，因为对MPEG-2的工作已经展开。MPEG-2标准开始的3个阶段(系统、音频和视频)是在1992年11月通过的。MPEG正在逐渐为广大市场所认可。MPEG-1和MPEG-2非常相似，而且它们的语法可以扩充。 在电视节目制作中，编辑精度和多代复制的质量是用户关心的首要问题。在此基础上，希望码率尽量低。MPEG-2是由活动图像专家组开发的第2个标准，它是声音和图像数字化的基础标准。电视台数字化网络使用MPEG-2压缩格式的优点如下：第一，可获得高倍数的数据压缩比。MPEG-2采用了利用运动补偿预测编码(即采用IBP帧压缩法)去掉电视图像信号的时间冗余信息。在获得广播级数字视频质量的前提 下，可实现20：1的压缩效率，数据率可降至1Myte/s，一小时视频节目占用3.6GByte空间。数据存储空间利用率高，网络传输效率是M-JPEG系统的5倍以上。这可在存储方面大大节约成本，并能引入各种类型存储介质，如硬盘、光盘、数据磁带等。第二，M-JPEG提供了摄制、传输、制作、存储等不同环节的统一视频数据格式。根据MPEG-2标准，不同厂家的编码器虽然可以采用不同算法，但产生的MPEG-2码流都必须遵守相同的语法和解码规则，任何支持同样或更高级别的MPEG-2格式的解码器都可以解码。这一点保证在整个信号数据链路中的设备互换性，解决多种视频数据格式并存带来的许多问题，这在开放性网络设备构架中是非常重要。第三，MPEG-2的配置和等级为电视新闻数字网采用双网结构提供技术保证。在MPEG-2标准化阶段考虑到要适应不同的数据率设备的应用，MPEG-2引入“配置”和参数“等级”的概念。MPEG-2支持各种类型和长度的图像组(GOP)，如纯I帧、IP帧、IBP、IBBP等。MPEG－2支持4:2:2和4:2:0取样。MPEG－2支持VBR和CBR。MPEG－2还可采用从家用到广播级不同的码率，同一种格式通过改变参数可以容纳各种不同的应用。如果采用适当设计的硬件，可以在同一平面上输入输出各种应用数据，这为电视新闻数字网采用双网结构提供了技术保证。最后，全球正在开始实施的数据电视广播传输的国际标准有三个：美国的AISC、欧洲的DVB及日本的ISDB。它们在传送视音频流时都采用MPEG－2的传输流。MPEG-2 IBP帧方式由于采用帧间压缩，大大降低了码率，已在传输、播出中获得了广泛应用，并为国际所公认。其优越性对于节目制作也具有极大的吸引力。新一代高清晰度电视就是基于MPEG-2标准。无论是卫星广播或电缆广播，成百万的MPEG-2解码机顶盒都将在近几年内“飞入寻常百姓家” MPEG－4 MPEG从1993年7月开始开发针对多媒体应用于多领域的标准，也是其第三个标准MPEG-4。1993年3月宣布已经完成MPEG-4第一版本的开发，1999年成为国际标准ISO/IEC14496。 MPEG-4视频标准集近年图像分样，图像压缩，视频压缩，计算机视觉，信号处理等领域的最新研究成果。在开发低码率编码标准的同时，将重点放在人们更感非兴趣的图像具体目标的交互性和可操作性上，并对多媒体多应用领域的编码进行兼容并包。它不仅包括运动目标的编码，还包括静止目标和计算机人工合成目标的编码。它不但是第一个让用户在接收端对画面可进行操作和交互访问的标准，而且由于其低码率，高度灵活性，兼容性，可伸屈性，抗错性和扩展性，也将是第一个解决信息产业电视、通信、计算机这三大支柱产业的所谓“数字汇聚”问题的标准。MPEG－4集中了当代图像/视频压缩技术的精华。 MPEG－4视频标准在多媒体环境下提供一个基于不同目标的视频描述方法， MPEG－4视频标准提供一整套技术标准以满足多媒体作者，网络服务和最终用户的要求：对于多媒体作者，MPEG－4将可以使基于数字电视、动画、网页等内容的制作具有极大的灵活性和可重复利用性。并易于保护和产权管理；对于网络服务商，MPEG-4将提供各网络之间的交流信号，这些信号将有助于各向异性的不同网络之间传输最优化；对于最终用户；MPEG－4将在小型和较大型终端上提供诸如实时通信、警戒和移动多媒体的很多交互功能。 与MPEG－1/2基于帧的压缩标准不同， MPEG－4是基于目标的压缩标准。所以首先它在系统级要定义基于目标的场景描述方法。 新MPEG－4 一种基于MPEG－4标准并具有更高数据视频质量的新型视频压缩系统的技术－－14496－10/MPEG-4AVC在2003年3月公布。该系统能极大地降低发送视频图像所需要的带宽，并对诸如数字卫星广播、数字视频存储以及互联网传播等一系统列技术进行改进，以提高视频质量。在互联网技术方面，同以往的标准如广泛使用的H.262/MPEG-2相比，该系统在设计上能够更好地处理信息包和丢失。该系统与MPEG-2标准的视频流相比要节省64%的比特率，与其它MPEG-4标准的视频流相比要节省39%的比特率，使用这项技术，标准电视信号的编比特率将得到极大降低，该系统已吸引了视频和广播行业的极大关注。MPEG-4集中了当代图像/视频压缩技术的精华。 MPEG-7 ISO/IEC于2001年9月通过了MPEG-7标准。MPEG-7目前已成为ISO/IEC标准协会在多媒体领域的重要发展性工作。MPEG-7标准可分为8个主要功能：描述定义语言、纯视频、纯音频、多媒体描述体、参考软件、守则、描述摘要及使用。MPEG-7的内容中主要表现为描述多媒体内容的操作、分类、搜索及回复所需的终端结构及规范界面的语言、描述器及体系。对视频需求，MPEG-7视频描述工具给出基础的结构和描述器。它们提出基本的视频特性，每个类目，不论是初级还是高级描述器，对诸如色彩、构造、外形、运动、定址及外观认别等特性都逐一加以认定。MPEG-7音视提供了描述音频内容的结构体系。这些体系结合标准中多媒体描述纲要，利用一套低级描述器处理许多含有光谱参数及时间特性的声音信号。此外，更高级描述工具，用于专业领域的应用，包含综合的声音识别和检索描述工具。 MPEG的发展方向，正从真正意义上满足了技术和人们的需求，并给多媒体工业提供了功能强大的工具。随着更多的相关设备走向市场，MPEG已提出将音视频的MPEG-2和MPEG-4标准联合，并加入到媒体标准的MPEG-7的构想。 MPEG系列的未来 目前有关MPEG-21开发的工作，包括媒体内容保护及所有权的权益数据字典(RDD)和权益表达语言(REL)等，涉及媒体内容创作者，拥有者及业务提供者。有关MPEG体系用户的相关重要技术也在发展之中。我们应该进一步认识到MPEG的努力就是为了让用户获得媒体自由交互的可操作性。用户应该有信心，他们将够成功地应用媒体内容，而无需担心不相容的格式。随着ISO MPEG的努力工作，希望在继续变成现实。 |
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