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MPEG以及几种视频编码格式简介
时间:2010-05-20 00:42来源:本站原创 作者:铭岳机构 点击:

 MPEG(Moving Pictures Experts Group)即活动图像专家组,是一个国际标准化组织,始建于1988年,最初是针对CD-ROM上约1.2Mbps传输率进行视频压缩,其成员均为视频、音频及系统领域的技术专家,后来发展到于1990年成为高质量音频和视频压缩的标准草案,之后,它制定出了一系列音频和视频的压缩标准,这些标准为压缩领域提供了良好范例,并具有极大的商业价值。目前MPEG已完成MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等多个版本的制订,适用于不同带宽和数字影像质量的要求。

    a. 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352X240,对于PAL制为352X288)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。

    b. 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720X486,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。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。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 BroadcastSatellite)提供广播级的数字视频。MPEG-2的另一特点是,其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。

    c. MPEG-3

    MPEG-3是ISO/IEC最初为HDTV开发的编码和压缩标准。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。另外由于MPEG-2的高速发展,其出色的性能表现已经能够适用于HDTV,所以MPEG-3还未正式问世就已经被淘汰了,

    d. MPEG-4

    MPEG-4 标准主要应用于视频电话(VideoPhone),视频邮件(VideoEmail)和电子新闻(ElectronicNews)等。与MPEG-1和MPEG-2相比,它对于传输速率要求较低,在4800-64000bits/sec之间,分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术来压缩和传输数据,以求利用最少的数据获得最佳的图像质量。

    MPEG-4的一个特点是更适于交互AV(Audio/Visual)服务以及远程监控,这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试图将视觉效果意义上的自然物体与人造物体相溶合,所以它的设计目标还具有更广的适应性和可扩展性。

    设计时MPEG-4引入了AVO(Audio/Visual Objects)的概念,使得更多的交互操作成为可能。AVO的基本单位是原始"AVO",它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AVO有着重要的地位,因为MPEG-4采用AVO来表示听觉、视觉或者视听组合内容,允许组合已有的AVO来生成复合的AVO,由此生成AV场景,并采用SNHC的方法来组织这些AVO。对于AVO的数据还能灵活地多路合成与同步,以便选择合适的网络来传输这些 AVO数据,并允许接收端的用户在AV场景中对AVO进行交互操作。

    MPEG-4的应用前景非常广阔的,它的出现将对以下各方面产生较大的推动作用:数字电视、动态图像、因特网(Internet)、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信与内容存储和检索系统、Internet/Intranet 上的视频流与可视游戏、基于面部表情模拟的虚拟会议、DVD上的交互多媒体应用、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视等等。

    e. MPEG-7

    继MPEG-4之后,要解决的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。针对这个矛盾,MPEG提出了解决方案MPEG-7。MPEG-7力求能够快速且有效地搜索出用户所需的不同类型的多媒体资料。该工作提议于1998年10月提出,当时预计于2001年初最终完成并公布。MPEG-7将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述,并将该描述与所描述的内容相联系,以实现快速有效的搜索。该标准不包括对描述特征的自动提取,它也没有规定利用描述进行搜索的工具或任何程序。MPEG-7可独立于其它MPEG标准使用,但MPEG-4中所定义的对音频、视频对象的描述适用于MPEG-7,这种描述是分类的基础。另外我们可以利用MPEG-7的描述来增强其它MPEG标准的功能。

    MPEG-7的应用范围很广泛,既可应用于存储(在线或离线),也可用于流式应用(如广播、将模型加入Internet等)。它可以在实时或非实时环境下应用。如:数字图书馆(图像目录,音乐字典等);多媒体名录服务(如黄页);广播媒体选择(无线电信道,TV 信道等);多媒体编辑(个人电子新闻业务,媒体写作)等。另外,MPEG-7在教育,新闻、导游信息、娱乐、研究业务、地理信息系统、医学、购物、建筑等各方面均有较大的应用潜力。

    f. MPEG-21

    MPEG-21 将由 MPEG-7发展而来,刚刚开始启动。据资料透露,MPEG-21主要规定数字节目的网上实时交换协议

 其它视频编码技术

    a. MJPEG

    JPEG(Joint Photographic Experts Group)是24-bit的"True-Color"影像标准,JPEG的工作是将RGB格式的影像转换成YCrCb格式,目的是为了减少档案大小,一般约可减少1/3 ~ 1/2左右。在此基础上还定义了一组针对连续色调静止图像的压缩算法,这个压缩算法同样也可以应用于视频压缩,把每一帧都当作一个独立的静态图像来进行压缩,然后再按次序进行传输,这样一种视频编码通常被称作MJPEG(Motion-JPEG)。

    MJPEG不像MPEG,不使用帧间编码,因此用一个非线性编辑器就很容易编辑。MJPEG的压缩算法与MPEG一脉相承,功能很强大,能发送高质图片,生成完全动画视频等。但相应地,MJPEG对带宽的要求也很高,MJPEG信息是存储在数字媒体中的庞然大物,需要大量的存储空间以满足如今多数用户的需求。因此从另一个角度说,在某些条件下,MJPEG也许是效率最低的编码/解码器之一。

    b. H.261

    H.261的视频编码标准出現在1990年的ITU。H.261是基于ISDN上视频会议的标准,引进了诸如动画预报和块传输等特性,这些都为生成高质图片奠定了基础,但 H.261 在动画信息的处理总量上有所限制。H.261的格式有二种,分別有不同的解析度:

    QCIF:176x144

    CIF:352x288

    H.261的fps(frames per second)可以达到7.5,10,15与30fps。由于H.261在开始时是架构在ISDN-B上面,而ISDN-B的传输速度为64Kbps,所以H.261也被称为Px64(x = 1 to 30)。由于H.261对带宽的需求也很大(64kbps到2M bytes),所以主要定位在电路交换网络系统。CIF全称为(Common Intermediate Format),主要是为了要支援各种不同解析度的电影而被定义的,例如 NTSC,PAL,SECAM 电视系统。而 QCIF 是Quarter-CIF,垂直和水平方向的解析度均是CIF解析度的一半。

    c. H.263

    H.263是H.261的加强版,诞生于1994年(ITU)。H.263开始支持PSTN,它比 MPEG-1出现的要晚,是基于MPEG-1发展的。H.263 的标准共支援五种不同的解析度,分別为:

    Sub-QCIF:128x96

    QCIF:176x144

    CIF:352x288

    4CIF:704x576

    16CIF:1408x1152

    传输速度为 8 Kbps ~ 1.5 Mbps。另外,H.263也是MPEG-4标准的基础。新的H.263经过不断地完善和升级,如今已经大部分代替了H.261,而且H.263由于能在低带宽上传输高质的视频流而日益受到欢迎。尤其是对IT管理员们来说,由于H.263的应用而提高了带宽,降低了存储成本,而且对正在网络上运行的其他重要语音和数据应用不会形成干扰,所以会倍感轻松。另外,H.263算法也能根据不同的条件而被修改,以达到更好的压缩效果,对用户而言,这也给他们更大的选择空间以满足其不同的商业应用需求。
 

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