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MPEG 的 新 发 展--MPEG4、MPEG7

2000-5-19


MPEG 的 新 发 展--MPEG4、MPEG7
网 络 应 用 最 重 要 的 目 标 之 一 就 是 进 行 多 媒 体 通 信。 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。 而 且 这 些 信 息 的 表 达 方 式、 输 入、 输 出 的 要 求 也 各 不 相 同, 因 此 在 多 媒 体 通 信 中, 对 这 些 数 据 进 行 有 效 的 表 达 和 适 当 处 理 是 非 常 重 要 的。 其 中, 多 媒 体 信 息 的 压 缩 技 术 是 多 媒 体 通 信 领 域 的 关 键 技 术 之 一。MPEG(Moving Picture Expert Group) 应 运 而 生, 它 是ISO(International Standard Orgnization) 与IEC(International Electronic Committee) 于1988 年 联 合 成 立 的, 致 力 于 运 动 图 象 及 其 伴 音 编 码 标 准 化 工 作。 它 包 括MPEG 系 统, 即MPEG 视 频 及MPEG 音 频。 原 先 共 有 三 个 版 本MPEG1、MPEG2、MPEG3, 后 又 增 加 了MPEG4、MPEG7, 不 同 版 本 表 示 了 不 同 用 途 和 质 量, 对 多 媒 体 通 信 的 发 展 起 到 了 革 命 性 的 推 动 作 用


一、MPEG1、MPEG2 和MPEG2 AAC
MPEG1(ISO/IEC 11172) 制 定 于1993 年, 是 针 对1.5Mbps 以 下 数 据 传 输 率 的 数 字 存 储 媒 质 运 动 图 像 及 其 伴 音 编 码 的 国 际 标 准。MPEG1 用 于 在CD —ROM 上 存 储 同 步 和 彩 色 运 动 视 频 信 号。 可 优 化 为 中 等 分 辨 率, 并 在 其 优 化 模 式 下, 采 用 所 谓 的 标 准 交 换 格 式(SIF)。MPEG1 对 色 差 分 量 采 用4 ∶1 ∶1 的 二 次 采 样 率。MPEG1 旨 在 达 到VRC 质 量, 其 视 频 压 缩 率 为26 ∶1。MPEG1 现 已 成 为 常 规 视 频 标 准 的 一 个 子 集, 该 子 集 称 为CPB 流。

1995 年 又 出 台 了MPEG2(IOS/IEC 13818), 它 追 求 的 是CCIR601 建 议 的 图 象 质 量DVB、HDTV 和DVD 等 制 定 的3Mbps ~10Mbps 的 运 动 图 象 及 其 伴 音 的 编 码 标 准。 该 标 准 最 初 的 目 的 是 在 与MPEG1 兼 容 的 基 础 上, 实 现 低 码 率 和 多 声 道 扩 展。 后 为 适 应 演 播 电 视 要 求,MPEG 于1994 开 始 致 力 于 定 义 一 个 可 以 获 得 更 高 质 量 的 多 声 道 音 频 标 准。 该 标 准 不 与MPEG1 兼 容, 定 名 为MPEG2 AAC。AAC 标 准 完 成 于1997 年, 经BBC(U.K.) 和NHK(Japan) 使 用、 测 试 表 明 已 达 到 最 优 化ITU —R601 推 荐 的 分 辨 率。AAC(Advanced Audio Coding) 对 于 低 比 特 率 的 多 声 道 编 码 能 提 供 相 当 高 的 声 音 质 量。 由 于 它 不 向 后 兼 容, 故 具 有 更 高 的 压 缩 效 果。 据 测 试 它 以320Kbps 传 送 的 音 频 信 号 比MPEG2 以640Kbps 传 送 的 音 质 还 略 好 些。AAC 标 准 的 发 展 标 志 着 标 准 化 工 作 向 着 模 块 化 方 向 演 变 的 趋 势。

MPEG3 是ISO/IEC 最 初 为HDTV 开 发 的 编 码 和 压 缩 标 准。 但 由 于MPEG2 的 高 速 发 展,MPEG3 的 功 能 已 被 淘 汰, 其 原 来 的 工 作 由MPEG2 小 组 承 担。

二、MPEG4与 前 两 者 不 同, 于1998 年11 月 公 布, 原 预 计1999 年1 月 投 入 使 用 的 国 际 标 准MPEG4 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。MPEG4 试 图 达 到 两 个 目 标: 一 是 低 比 特 率 下 的 多 媒 体 通 信; 二 是 多 工 业 的 多 媒 体 通 信 的 综 合。 据 此 目 标,MPEG4 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MPEG4 中,AV 对 象 有 着 重 要 的 地 位。MPEG4 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。MPEG4 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。

5MPEG4 支 持AV 对 象 知 识 产 权 与 保 护。

2.MPEG4 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 握 手 和 传 输。 通 过DMIF, MPEG4 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

MPEG4 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,MPEG4 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

MPEG4 定 义 了 一 个 系 统 解 码 模 式(SDM), 该 解 码 模 式 描 述 了 一 种 理 想 的 处 理 比 特 流 句 法 语 义 的 解 码 装 置, 它 要 求 特 殊 的 缓 冲 区 和 实 时 模 式。 通 过 有 效 地 管 理, 可 以 更 好 地 利 用 有 限 的 缓 冲 区 空 间。

4) 音 频 编 码

MPEG4 的 优 越 之 处 在 于, 它 不 仅 支 持 自 然 声 音, 而 且 支 持 合 成 声 音。MPEG4 的 音 频 部 分 将 音 频 的 合 成 编 码 和 自 然 声 音 的 编 码 相 结 合, 并 支 持 音 频 的 对 象 特 征。

5) 视 频 编 码

与 音 频 编 码 类 似,MPEG4 也 支 持 对 自 然 和 合 成 的 视 觉 对 象 的 编 码。 合 成 的 视 觉 对 象 包 括2D、3D 动 画 和 人 面 部 表 情 动 画 等。

6) 场 景 描 述

MPEG4 提 供 了 一 系 列 工 具, 用 于 组 成 场 景 中 的 一 组 对 象。 一 些 必 要 的 合 成 信 息 就 组 成 了 场 景 描 述, 这 些 场 景 描 述 以 二 进 制 格 式BIFS(Binary Format for Scene description) 表 示,BIFS 与AV 对 象 一 同 传 输、 编 码。 场 景 描 述 主 要 用 于 描 述 各AV 对 象 在 一 具 体AV 场 景 坐 标 下, 如 何 组 织 与 同 步 等 问 题。 同 时 还 有AV 对 象 与AV 场 景 的 知 识 产 权 保 护 等 问 题。MPEG4 为 我 们 提 供 了 丰 富 的AV 场 景。

3. 应 用 前 景

MPEG4 的 应 用 前 景 将 是 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 象; 万 维 网(WWW); 实 时 多 媒 体 监 控; 低 比 特 率 下 的 移 动 多 媒 体 通 信; 于 内 容 存 储 和 检 索 多 媒 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。

三、MPEG7 — 多 媒 体 内 容 描 述 接 口继MPEG4 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MPEG7 。MPEG7 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 料。 该 工 作 提 议 于1998 年10 月 提 出, 预 计 于2001 年 初 最 终 完 成 并 公 布。MPEG7 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。 其 正 式 的 称 谓 是“ 多 媒 体 内 容 描 述 接 口”。 MPEG7 可 独 立 于 其 它MPEG 标 准 使 用, 但MPEG4 中 所 定 义 的 对 音、 视 频 对 象 的 描 述 适 用 于MPEG7, 这 种 描 述 是 分 类 的 基 础。 另 外 我 们 可 以 利 用MPEG7 的 描 述 来 增 强 其 它MPEG 标 准 的 功 能。 MPEG7 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 象 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,MPEG7 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 深 的 应 用 潜 力。 四、 结 束 语与 同 样 是 音 频 压 缩 标 准 的 杜 比 公 司 的AC 系 列 标 准 相 比,MPEG 标 准 系 列 由 于 存 在 专 利 权 的 问 题, 所 以 更 适 合 于 我 国 国 情。MPEG1 使 得VCD 取 代 了 传 统 的 录 象 带, 而MPEG2 将 使 数 字 电 视 最 终 完 全 取 代 现 有 的 模 拟 电 视, 而 高 画 质 和 音 质 的DVD 也 将 取 代 现 有 的VCD。 随 着MPEG4 和MPEG7 新 标 准 的 不 断 推 出, 数 据 压 缩 和 传 输 的 技 术 必 将 趋 向 更 加 规 范 化。

 

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