MPEG的新发展—MPEG4、MPEG7

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;;;;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要害技术之一。MPEG（MovingPictureEXPertGroup）应运而生，它是ISO（InternationalStandardOrgnization）与IEC（InternationalElectronicCommittee）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MPEG2AAC
MPEG1（ISO/IEC11172）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CCIR 601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MPEG2AAC。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/VisaulObjects），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答应组合已有的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答应对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答应接收端的用户在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（TheDelliveryMultimediaIntegrationFramework）
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可以建立起具有非凡品质服务（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传输与非凡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（ChannelAssosiationTag）相连，CAT可实现该流的顺利传输。
3）缓冲区治理和实时识别
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，它要求非凡的缓冲区和实时模式。通过有效地治理，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（BinaryFormatforScenedescription）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、声音信息的治理和迅速搜索。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。