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mpeg2
2023年4月1日发(作者:ps怎么做gif动图)

MPEG标准简介

介绍MPEG编码标准的发展过程,简要介绍MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21

等几个标准的基本特点和应用。MPEG是国际标准化组织下的MPEG活动图像专家组(Moving

PictureExpertsGroup),于1988年成立,是一个为数字视频、音频之制定压缩标准的组织。

MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准,随后扩充为“及其伴随

的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求,解除了“用于数字存储媒体”的限制,成为现

在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。目前为止,在视频压缩领域MPEG成为最热也是应

用最多的压缩技术。随着互联网和宽带的发展,MPEG技术越来越多的在各个领域得到应用。

MPEG的任务是开发运动图像及其声音的数字编码标准,目前已提出MPEG-1、

MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。

MPEG-1:数字电视标准,1992年正式发布。

MPEG-2:数字电视标准。

MPEG-3:已于1992年7月合并到高清晰度电视(High-DefinitionTV,HDTV)工作组。

MPEG-4:多媒体应用标准(1999年发布)。

MPEG-7:多媒体内容描述接口标准(正在研究)。

1、MPEG-1标准及其应用

MPEG-1标准于1993年8月公布,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。它提供的重要特性包括基于帧的视频随机访问,通过压缩

比特流的快进/快退搜索,视频的倒放,以及压缩比特流的可编辑性。

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现已成为常规视频标准的一个

子集,该子集称为CPB流。基本的MPEG-1视频压缩技术基于宏快结构、运动补偿和宏块

的有条件倒填。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。基本的混合DPCM/DCTMPEG-1解码器和编码器的结构如图所

示:

DPCM/DCTMPEG-1解码器DPCM/DCTMPEG-1解码器

该标准包括五个部分:第一部分说明了如何根据第二部分(视频)以及第三部分(音频)

的规定,对音频和视频进行复合编码。第四部分说明了检验解码器或编码器的输出比特流符

合前三部分规定的过程。第五部分是一个用完整的C语言实现的编码和解码器。

MPEG-1取得一连串的成功,如VCD和MP3的大量使用。

2、MPEG-2标准及其应用

MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准,以实现视/音频服务与应用互操作的可能

性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的

详细规定,编码码率从每秒3兆比特~100兆比特,特别适用于广播级的数字电视的编码和

传送,被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2还专门规定了多路节目的复分接方

式。MPEG-2标准目前分为9个部分,统称为ISO/IEC13818国际标准。

MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性:空间相关性和时间相关性。这两

种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除,只保留少量非

相关信息进行传输,就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息,按照一定的

解码算法,可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。

MPEG-2的编码图像分为三类,分别称为I帧,P帧和B帧。

I帧图像采用帧内编码方式,即只利用了单帧图像内的空间相关性,而没有利用时间相

关性。I帧使用帧内压缩,不使用运动补偿,由于I帧不依赖其它帧,所以是随机存取的入

点,同时是解码的基准帧。I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取,以及节目的切换和

插入,I帧图像的压缩倍数相对较低。I帧图像是周期性出现在图像序列中的,出现频率可

由编码器选择。

P帧和B帧图像采用帧间编码方式,即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只

采用前向时间预测,可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分,

即P帧中的每一个宏块可以是前向预测,也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测,

可以大大提高压缩倍数。值得注意的是,由于B帧图像采用了未来帧作为参考,因此MPEG-2

编码码流中图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的。

MPEG-2的编码码流分为六个层次。为更好地表示编码数据,MPEG-2用句法规定了一

个层次性结构。它分为六层,自上到下分别是:图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏块条、

宏块、块。MPEG-2标准的主要应用如下:(1)、视音频资料的保存;(2)、非线性编辑系统

及非线性编辑网络;(3)、卫星传输;(4)、电视节目的播出。

3、MPEG-4标准

MPEG-4标准专家组成立于1993年,该标准的目标为:支持多种多媒体应用(主要侧

重于对多媒体信息内容的访问),可根据应用的不同要求现场配置解码器。MPEG-4于2000

年年初正式成为国际标准。该标准旨在为视音频数据的通信、存取与管理提供一个灵活的框

架与一套开放的编码工具。这些工具将支持大量的应用功能(新的和传统的)。尤为引人注

目的是,MPEG-4提供的多种视音频(自然的与合成的)的编码模式使图象或视频中对象的

存取大为便利。这种视频、音频对象的存取,常被称作基于内容的存取。基于内容的检索是

它的一种特殊形式。

MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法,它是针

对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体(WWW、资料撷取与分散)

等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个

完整的框架内,旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具,从而建立起一种能被

多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。

MPEG-4采用基于对象的编码,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联

系的视频音频对象,分别编码后,再经过复用传输到接收端,接收端对不同的对象分别解码,

从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示

方法,又有利于不同数据类型间的融合,也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑。例

如,我们可以将一个卡通人物放在真实的场景中,或者将真人置于一个虚拟的演播室里,还

可以在互联网上方便的实现交互,根据自己的需要有选择的组合各种视频音频以及图形文本

对象。

MPEG-4系统的一般框架是:对自然或合成的视听内容的表示;对视听内容数据流的管

理,如多点、同步、缓冲管理等;对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。与MPEG-1、

MPEG-2相比,MPEG-4具有如下特点:

(1)基于内容的交互性

MPEG-4提供了基于内容的多媒体数据访问工具,如索引、超级链接、上下载、删除等,

利用这些工具,用户可以方便地从多媒体数据库中有选择地获取自己所需的与对象有关的内

容;提供了内容的操作和位流编辑功能,可应用于交互式家庭购物,淡入淡出的数字化效果

等;提供了高效的自然或合成的多媒体数据编码方法,可以把自然场景或对象组合起来成为

合成的多媒体数据。

(2)高效的压缩性

同已有的或即将形成的其它标准相比,在相同的比特率下,它具有更高的视觉听觉质

量,这就使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。同时MPEG-4还能对同时发生

的数据流进行编码。一个场景的多视角或多声道数据流可以高效、同步地合成为最终数据流。

(3)通用的访问性

MPEG-4提供了易出错环境的鲁棒性,来保证其在许多无线和有线网络以及存储介质中

的应用。还支持基于内容的的可分级性,即把内容、质量、复杂性分成许多小块来满足不同

用户的不同需求。支持具有不同带宽,不同存储容量的传输信道和接收端。

因此,MPEG-4主要应用如下:因特网视音频广播;应用于无线通信;应用于静止图像

压缩;应用于电视电话;应用于计算机图形、动画与仿真;应用于电子游戏。

4.MPEG-7标准及其应用

随着Internet的普及和网络带宽的增加,产生了大量的多媒体数据,如何在浩如烟海的

信息中快速、准确地获得自己所需的内容则成为当前必须解决的问题。在此需求下,MPEG-7

应运而生。规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合被称为“多媒体

内容描述接口”。该标准于1998年10月提出,于2001年最终完成并公布。MPEG-7标准可

以独立于其它MPEG标准使用,但MPEG-4中所定义的音频、视频对象的描述适用于

MPEG-7。

MPEG-7的目标是支持多种音频和视觉的描述,包括自由文本、N维时空结构、统计信

息、客观属性、主观属性、生产属性和组合信息;是根据信息的抽象层次,提供一种描述多

媒体材料的方法以便表示不同层次上的用户对信息的需求;是支持数据管理的灵活性、数据

资源的全球化和互操作性。最终的目的是把网上的多媒体内容变成文本内容,具有可搜索性。

MPEG-7由以下几部分组成:

(1)MPEG-7系统:它保证MPEG-7描述有效传输和存储所必须的工具,并确保内容

与描述之间进行同步,这些工具有管理和保护的智能特性;

(2)MPEG-7描述定义语言:用来定义新的描述结构(说明成员之间的结构和语义)

的语言;

(3)MPEG-7音频:只涉及音频描述的描述子(定义特征的语法和语义)和描述结构;

(4)MPEG-7视频:只涉及视频描述的描述子和描述结构;

(5)MPEG-7属性实体和多媒体描述结构;

(6)MPEG-7参考软件:实现MPEG-7标准相关成分的软件;

(7)MPEG-7一致性:测试MPEG-7执行一致性的指导方针和程序。

MPEG-7标准可以支持非常广泛的应用,具体如下:音视数据库的存储和检索;广播媒体的

选择(广播、电视节目);因特网上的个性化新闻服务;智能多媒体、多媒体编辑;教育领

域的应用(如数字多媒体图书馆等);远程购物;社会和文化服务(历史博物馆、艺术走廊

等);调查服务(人的特征的识别、辩论等);遥感;监视(交通控制、地面交通等);、生物

医学应用;建筑、不动产及内部设计;多媒体目录服务(如,黄页、旅游信息、地理信息系

统等);家庭娱乐(个人的多媒体收集管理系统等)。

5、MPEG-21标准及其应用

互联网改变了物质商品交换的商业模式,这就是“电子商务”。新的市场必然带来新的问

题:如何获取数字视频、音频以及合成图形等“数字商品”,如何保护多媒体内容的知识产权,

如何为用户提供透明的媒体信息服务,如何检索内容,如何保证服务质量等。MPEG-21就

是在这种情况下提出的。

MPEG-21的正式名称是多媒体框架,又称数字视听框架

(DigitalAudio-VisualFramework)。它的目标就是理解如何将不同的技术和标准结合在一

起,需要什么样的新标准以及完成不同标准的结合工作。简言之,制定MPEG-21标准的目

的是:(1)将不同的协议、标准、技术等有机地融合在一起;(2)制定新的标准;(3)将这些不

同的标准集成在一起。MPEG-21标准其实就是一些关键技术的集成,通过这种集成环境就

对全球数字媒体资源进行透明和增强管理,实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费

管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。

MPEG制定的是一系列的标准,实际上它并没有给出太多的具体的实现,最后的实施还

要通过各个厂商和研发人员实现。目前很多的产品或研究成果都已出现,有些已经进入百姓

的生活当中,如遵照MPEG-1标准制造的VCD,MP3产品,符合MPEG-2标准的DVD产

品,遵循MPEG-2和MPEG-4标准的高清晰度数字电视,压缩率翻倍的MPEG-4——“AVC”

等。

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