视频压缩标准发展历史（二）

 MPEG系列压缩标准简介

从MPEG系列标准的演进过程来看，MPEG系列标准的产生最初是由于人们实现多媒体通信的需求，使得多媒体数据的有效压缩和适当处理成为该领域的关键问题。MPEG系列标准包括MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7和MPEG-21。MPEG-1和MPEG-2提供了压缩视频音频的编码表示方式，为VCD、DVD、数字电视等产业的发展打下了基础。MPEG-4通过本身的特性将音视频业务延伸到了更多的领域，其特性包括：可扩展的码率范围，可分级性，差错复原功能，在同一场景中对不同类型对象的无缝合成，实现内容的交互等等。MPEG-4采用了基于对象的编码方法，使压缩比和编码效率得到了显著的提高。继MPEG-4之后，视频压缩标准要解决的问题是对日渐庞大的图像、声音信息的有效管理和迅速搜索，针对该问题MPEG提出了解决方案MPEG-7，它采用标准化技术对多媒体内容进行描述和检索。随着MPEG-7的出现，在互操作方式下用户与网络之间方便地交换多媒体信息成为现实。MPEG-21的重点是为从多媒体内容发布到消费所涉及的所有标准建立一个基础体系，支持连接全球网络的各种设备透明地访问各种多媒体资源。目前，MPEG系列国际标准已经成为影响最大的多媒体技术标准，对数字电视、视听消费电子产品、多媒体通信产业产生了深远影响。

下面，将根据MPEG系列标准的演进过程，分别介绍MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7和MPEG-21。

 

1、MPEG-1

于1993年正式推出的MPEG-1（ISO/IEC 11172）标准是用于高至1.5Mbit/s的数字存储媒体的活动图像和及其伴音的压缩编码标准，包括系统、视频、音频、一致性和参考软件五个部分。MPEG-1为了满足用户的应用需求，具有随机存取、快速正向/逆向搜索、逆向重播、视听同步、容错性等功能。

 

2、MPEG-2
MPEG-2（ISO/IEC 13818）标准于1994年正式推出，主要用于高清晰度视频及其音频的编码。MPEG-2解决了MPEG-1不能满足的日益增长的多媒体应用对分辨率和传输率的要求，支持固定比特率传送、可变比特率传送、随机访问、分级编码、比特流编辑等功能。MPEG-2能够提供广播级的视像和CD级的音质。

 

MPEG-2主要用于数字存储媒体、高清晰度电视和数字视频广播等领域。从技术角度看，MPEG-2和MPEG-1在细节上存在着一些差别，MPEG-2 可以说是MPEG-1的超集，在MPEG-1的基础上附加了一些特征帧格式和编码选项。MPEG-2音频与MPEG-1差别不大，其优于MPEG-1的地方主要体现在视频方面：设置了“按帧编码”和“按场编码”两种模式；在MPEG-2中，亮度信号与色度信号的比例由MPEG-1的 4∶2∶0扩展为 4∶2∶2或4∶4∶4；规定了四种图像预测和运动补偿方式；视频编码采用了分级编码技术，按类别的不同分为5种档次和4个不同的等级（即Profiles和Levels）。

 

3．MPEG-4

1999年1月MPEG-4（ISO/IEC 1 4496）第 1版正式公布，1999年12月第2版公布。标准中规定适应的3段比特率范围分别为：低于64kbit/s；64kbit/s~384kbit/s；384kbit/s～4Mbit/s。MPEG-4标准是一个适合多种多媒体应用的视听对象编码标准，它定义了一种框架而不是具体的算法，使视频产品具备更大的灵活性和可扩展性。MPEG-4采用基于对象的方式，通过对不同的视听对象（自然的或合成的）独立进行编码实现较高的压缩效率，同时可实现基于内容的交互功能，满足了多媒体应用中人机交互的需求。设备厂商在应用MPEG-4标准进行产品研发时，可根据应用领域的不同，适当选择标准工具的子集。

MPEG-4标准与 MPEG-1和 MPEG-2标准最根本的区别在于MPEG-4采用基于对象的方法，可以支持基于对象的互操作性。为适应通用访问，MPEG-4标准中加入了面向功能的传送机制，其中的错误鲁棒性、错误恢复的处理和速率控制等功能使编码能适应不同信道的带宽要求。MPEG-4编码系统是开放性质的，可随时加入新的编码算法模块，可根据不同的应用需求，现场配置解码器。

 

MPEG-4标准的开发目标是实现多媒体业务在各个领域的应用，涉及面非常广泛，不同的应用对应的码率、分辨率、质量和服务也不同。目前基于MPEG-4标准的应用有：数字电视、实时多媒体监控、视频会议、低比特率下的移动多媒体通信、PSTN网上传输的可视电话等。

 

4．MPEG-7

国际标准化组织（ISO）在制定 MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4的标准基础上，推出了新的标准MPEG-7 ，该标准的正式名称为“多媒体内容描述接口”（Multimedia Content Description InteRFace）, 其目标就是产生一种描述多媒体内容数据的标准，满足实时、非实时以及推-拉应用的需求,它既不同于基于波形和基于压缩的表示方式如MPEG-1和 MPEG-2,又不同于基于对象的表示方式如MPEG-4，而是将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化描述，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。

 

MPEG-7的应用领域

们对日常生活中的多媒体信息，要求能高效率地进行访问、交互操作和显示。这就是MPEG-7“Pull”(拉)和“Push”(推)的两类应用。这两类应用与社会的政治和经济有着密切的联系，在教育、影视等专业领域和消费应用的不同场合都是必不可少的。

1）.Pull类型

MPEG-7标准产生的目的是要定义一种规范，使对AV资料的查询变得和现在的文本查询一样方便。尽管其公认的多媒体内容描述的应用远不止“获取”这一种，但它还是作为许多原始的MPEG- 7应用而保留下来。这些“获取”，即“Pull”类型的应用涉及到数据库、多媒体信息档案以及基于网络的Intenet模型(用户向服务器索取资料)。

以下是“Pull”类型的一些应用：

(1)商业音乐类应用(卡拉OK和音乐销售)

当用户从电视台看到一首歌，只要唱几段，就可不费力地从数据库中“搜索”出完整的歌曲来；在收取了适当的费用后，即可把整首乐曲下载到用户的计算机上。

(2)声音效果库

艺术家、声响设计师可以指定一个声效类型，然后从这个声源的众多变化中选择适合的需要。例如提供一个原型声响，指定细节特征，或者使用拟声，通过哼曲进行 “搜索”的一种变形方式，来发出他想要找的那种类型的抽象声音。

(3)历史数据库

人们可以通过一些特定的关键词(“中华人民共和国成立啦!”)、关键事件(WTO)、演讲人(比尔?盖茨)、地点(首都)、日期(2001年9月11日)，或者是以上几个方面的任意组合，来 “搜索”一个音视频记录或其他相关事件。

(4)通过可回忆的听觉事件进行电影场景“搜索”

在人们的记忆世界里，许多的视觉事件是难以忘怀的。最明显的例子就是用特定的“描述”来指代电影电视场景或对白、音响等，用这样的方式查找到一部电影。

 

2）.Push类型

“Push”与“Pull”类型的应用是相反的，“Push”类型应用更像是广播方式，以及刚出现的网络广播。“Pull”模型是从索引到“搜索”，“Push”模型是从选择到“过滤”。这两类应用有着完全不同的要求，通常“Pull”处理的是存储在数据库里的静态信息“描述”，而 “Push”处理的是变化的动态信息“描述”。“Push”，即“过滤”的要求是提供用户只想收看或收听到的多媒体信息。

如在数字系统中 (包括数据广播)，MPEG-7描述可以帮助用户选择节目和各类数据广播信息，用于当时或以后观看，以及记录、存贮。在个性化广播系统的环境中，提供给用户的数据可以按照各自的类型从数据广播中“过滤”出来，而类型的生成可以是自动的(如根据地点、年龄、性别、或以前的选择行为等)，也可以是半自动的(如根据预设的兴趣等)。

 

5．MPEG-21

由于多媒体内容的处理涉及到了许多不同的平台，关系到数字资产权利保护等诸多问题，所以虽然目前用于多媒体内容的传输和使用的许多标准都已存在，但想要建立一个统一的完整体系还有很多问题需解决。为了将不同的协议、标准和技术结合在一起，使得用户可以在现有的各种网络和设备上透明地使用多媒体内容，实现互操作（Interoperability），需要建立一个开放的多媒体框架，所以出现了MPEG-21标准。

 

MPEG-21标准（ ISO/IEC21000 ）的正式名称是多媒体框架，其制订工作于2000年6月开始。MPEG-21将创建一个开放的多媒体传输和消费的框架，通过将不同的协议、标准和技术结合在一起，使用户可以通过现有的各种网络和设备透明地使用网络上的多媒体资源。MPEG-21中的用户可以是任何个人、团体、组织、公司、政府和其它主体，在MPEG-21中，用户在数字项的使用上拥有自己的权力，包括用户出版/发行内容的保护、用户的使用权和用户隐私权等。

 

MPEG-21的最终目标是要为多媒体信息的用户提供透明而有效的电子交易和使用环境。举例来说，如果您想制作一张收录自己喜爱的乐曲的CD，那么您可以在家中通过网络收集乐曲。利用MPEG-21的数字项声明、标记和描述工具，用曲名、演奏者、歌词或旋律等不同方法来描述您所要查找的内容。在支持MPEG-21标记和描述的网络搜索引擎的帮助下，您可以收集到分布在世界各地异构网络上的数字化乐曲。接下来，您可以使用支持MPEG-21内容展现方法的媒体播放器来试听。当您选定乐曲之后，可以通过网络的电子支付手段购买乐曲的某种程度的使用权。在这一过程中传递的信用卡账号、密码等信息都是保密而安全的。完成该过程之后，您就可以将乐曲刻录到光盘上了。此外，您还可以在网上将乐曲所在的URL路径以及您对它们的注解、点评等信息保存为一个工程文件，再从网上收集一些相关的图片甚至视频片段，一并放入这个CD工程文件，然后将这个文件向您的朋友开放。这样您就可以与朋友们一起分享您喜欢的音乐了。以上这个简单的例子涉及了多媒体数字信息的标记、描述、内容展现、内容管理和使用、网络和终端、知识产权管理和保护等MPEG-21多媒体框架标准的各项要素。通过这个例子，我们可以预见，MPEG-21将在未来的电子商务活动中发挥重要作用。

参考资料：

1）MPEG-7 简介 ：

http://tech.e800.com.cn/articles/2010/426/1272261483729_1.html

2）MPEG-21简介：

http://www.west263.com/www/info/56459-1.htm

http://it.enorth.com.cn/system/2001/08/20/000119797.shtml

http://wenku.baidu.com/view/e3965d0316fc700abb68fca8.html