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MPEG-4
閱讀�9634時間�2011-01-14 14:04:11

  MPEG4 的目標定義大致來源于兩方�: 一是極低比特率下的多媒體通信, 一是多工業(yè)多媒體通信的融�。一方面, MPEG4 要求有高效的壓縮編碼方法, 另一方面,MPEG4 要求有獨立于�(wǎng)�(luò)的基于視�/音頻對象(AV 對象)的交互��

MPEG4 的主要技�(shù)

  MPEG4 是一個龐大的有關(guān)交互多媒休編� 與通信的標�, 目前已出臺的委員會草案CD, 多達上千�。我們重點概述了AV 對象的編碼技�(shù)�

  1 多媒體傳送集成框架DMIF

  DMIF 主要解決交互�(wǎng)�(luò)中、廣播環(huán)境下以及磁盤中多媒體 �(yīng)用的操作問題, 通過傳輸多路合成比特信息, 建立客戶端和� �(wù)器端的握手和傳輸。與過去不同的是, 由于MPEG4 碼流�, � 括許多的AV 對象, 一般而言, 這些AV 對象都有各自的緩沖器, 而不僅僅是視頻緩充器和音頻緩充器�

  2 語法描述

  MPEG4 定義了一個句法描述語言來描述AV 對象比特流表 示和場景描述信息。這個句法描述語言是對C++的擴�, 不僅� 于表達其AV 對象特�, 而且也易于軟件仿真實�(xiàn)與模型驗證。與 MPEG4 相比, MPEG1 和MPEG2 則采用一種類C 語言的描�, MPEG4 描述語言反映了面�?qū)ο蠹夹g(shù)來描述對��

  3 音頻對象的編�

  視頻音頻的壓縮編碼自然仍是MPEG4 的核心所在。不�, � 以前的MPEG1、MPEG2 不同的是:MPEG4 不僅支持自然的聲� ( 如語音和音樂) , 而且支持基于描述語言的合成聲�( 如MIDI 之類) 。而且, 支持音頻的對象特�。即一個場景中, 同時有人聲和背景音樂, 它們也許是獨立編碼的音頻對��

  1.1 自然聲音編碼

  MPEG4 研究比較了現(xiàn)有的各種音頻編碼算法, 支持2�64K的自然聲音編�。如8KHz 采樣頻率�2�4Kbps 的語音編�, 以及8KHz �16KHz 采樣頻率4�16Kbps 的音頻編�, 一般采用參�(shù)編碼; 6�24Kbps 的語音編�, 一般采用碼激勵線性預測CELP (Code Excited Linear Predicitive) 編碼技�(shù); 16Kbps 以上碼率的編 �, 則可采用時頻(T/F)變換編碼技�(shù)。這些技�(shù)實質(zhì)上借鑒了已 有的音頻編碼標準如G723、G728 以及MPEG1 和MPEG2 �。圖1 是MPEG4 的可伸縮自然音頻編碼器示意圖, 包括三種編碼技�(shù)�

通用MPEG4 音頻編碼方框圖

  �1 通用MPEG4 音頻編碼方框�

  1.2 合成聲音

  在合成聲音編碼當�, MPEG4 引入了兩個極有吸引力的編碼技�(shù): 文本到語�(Text- to- Speech)編碼和樂譜驅(qū)動合成編碼技�(shù)。這為�(wǎng)�(luò)上低比特率下交互的帶有語音的游戲鋪平了道��事實�, 合成聲音編碼技�(shù)即是一種基于知識庫的參�(shù)編碼�

  4 視覺對象的編�

  同樣, MPEG4 也支持對自然和合成的視覺對象編碼。合成的視覺對象�2D�3D 動畫, 人的面部表情動畫�, 這些合成圖像單獨編碼, 不僅可有效壓�, 而且還便于操作。對自然視覺對象的編�, 也是MPEG4 的重�。比對于靜止圖像, MPEG4 采用零樹小波算法(Zerotree WAV eletalgorithm)以提供高壓縮�, 同時還提供多�11 級的空間分辨率和�(zhì)量的可伸縮�。對于運動視頻對象的編碼, MPEG4 采用了如�2 所示的編碼框圖, 以支持圖象的編碼�

MPEG4 視頻編碼方塊圖

  �2 MPEG4 視頻編碼方塊�

  可見, MPEG4 為了支持基于對象的編�, 引入了形狀編碼模塊。為了支持高效壓�, MPEG4 仍然采用了MPEG1、MPEG2 中的變換、預測混合編碼框�。對于一般的任意形狀的視頻對�,

  MPEG4 編碼后的碼流�(jié)�(gòu)見圖3�

通用MPEG4 視頻編碼

  �3 通用MPEG4 視頻編碼

  對于實時的極低比特率的應(yīng)�, 如可視電�, MPEG4 視頻編碼采用VLBV(極低比特率視�)核進行編碼, 類似于ITU 的H 263 直接對矩形視頻編�, 而不采用形狀編碼模塊。因�, 編碼后的碼流�(jié)�(gòu)見圖4:

類H263 的VLBV 核編碼

  可見, MPEG4 采取了向前兼容H263, 同時, 也提供了一些高 層特�, 如基于內(nèi)容的編碼。其擴充的方�, 如圖5。與此同�, MPEG4 還支持有誤碼信道傳輸下的健壯�, 提供了更好的同步� 誤碼恢復機制�

MPEG4 的視頻功能擴充

  �5 MPEG4 的視頻功能擴�

  5 場景描述及其� 場景措述主要用于描述以上單個的AV 對象如何在一具體 AV 場景座標下的組織與同步等問題。同時還有AV 對象和AV � 景的知識�(chǎn)�(quán)保護等問��, 就是我�?nèi)绾涡蕾pMPEG4 為我 們提供的豐富多彩的AV 場景��

MPEG4的內(nèi)容和特點

  制定中的MPEG4 將提供一系列技�(shù)以滿足視聽內(nèi)容的提供 �、網(wǎng)�(luò)服務(wù)和最終用戶的要求。對于網(wǎng)�(luò)服務(wù)�, MPEG4 將使� 媒體信息在不同網(wǎng)�(luò)中提供透明的傳�, 便于保護知識�(chǎn)�(quán)� MPEG4 的多媒體信息將獨立于�(wǎng)�(luò)特性并能針對不同網(wǎng)�(luò)特� 進行�(yōu)化傳�。對于最終用�, MPEG4 將支持更多的功能, 尤其� 支持對AV 對象的交互作用�

  為了達到這些目標, MPEG4 采用如下方法:

  (1)采用“AV 對象”AVOs(audio/VisualObjects)來表示聽�、視 覺或者視聽組合內(nèi)容。在MPEG4 �, 可交互的“AV 對象”一改過 去圖像幀或音頻幀的結(jié)�(gòu), 加入了更大的靈活性和交互�。這是 MPEG4 的主要特征—基于內(nèi)容的編碼�

  (2)允許組合已有的AV 對象以生成復合AV 對象, 并由此生 成視聽場�(AV)場景)。在MPEG4 �, 一個場景已不再是一幀幀� 視頻、音頻序列組成的, 而是由許多“AV 對象”按照一定的坐標� 層次組織起來的。MPEG4 采用一種叫做合成—自然混合編� SNHC(Syn thetic- naturalhybridCoding)的方法來組織這些“AV � 象�, SNHC 的許多觀念實際上來源于虛擬現(xiàn)實建模語言VRML�

  (3)允許對“AV 對象”的�(shù)�(jù)靈活地多路合成與同步, 以便� 擇合適的�(wǎng)�(luò)來傳輸這些“AV 對象”數(shù)�(jù)。在MPEG4 �, 一個AV 對象用一個或多個基本流來表�。這些流還帶有一些有�(guān)傳輸� �(wù)�(zhì)量QoS 的參�(shù)(如碼流率、比特誤碼率等等)和一些其� 參數(shù), 如流類型信息和流同步信息。一般而言, 我們將這些多路� 成和同步的AV 對象�(shù)�(jù)流分成四�: 基本流層(Elementary Stream Layer)、訪問單元層(Access Unit Layer)、靈活多路合成層 (Flexible Multiplexing Layer)和傳輸層(Transport Multiplexing Layer) �

  (4)允許用戶在接收端生成的AV 場景中與AV 對象進行交互 操作。在接收�, MPEG4 允許用戶進行如下的操�, 如改變場景的 視角來欣賞AV 場景, 將AV 場景中的AV 對象拖到不同的地�, 通過點擊(click)一個具體的AV 對象來觸�(fā)一系列事件, 選擇不同 的語種等�。當�, 這些場景的交互性取決于AV 場景�(shè)計�, � MPEG4 為這種�(shè)計提供了可能�

  (5)支持AV 對象的知識產(chǎn)�(quán)的標識與保護。由于MPEG4 � 語法, 支持廣泛的AV 對象和AV 對象的編輯組�, 因此, 區(qū)分不 同AV 對象、AV 場景的知識產(chǎn)�(quán)�(yīng)當在MPEG4 的語法中得到� �(xiàn)�

MPEG4 的框架級別及其應(yīng)�

  MPEG4 的應(yīng)用面非常的廣�, 既可以用于高�(zhì)量的�(shù)字電�, 又可以應(yīng)用于極低碼率的移動多媒體通信系統(tǒng), 還可以以交互的方式工�??蚣芫褪轻槍μ囟ǖ膽?yīng)用確定要采用的編碼工�, 它是MPEG4 提供的工具集的一個子集。不同框架的碼流句法�(jié)�(gòu)各不相同, 而且各視�、音頻和圖形框架中支持的對象類型各不相同。每個框架又有一個或多個級別來限制計算的復雜度�   MPEG4 針對不同的媒體內(nèi)容和場景描述定義�4 類框�:視頻框架、音頻框�、圖形框�、場景描述框架。在選用不同的框架時各部分是相互獨立��   由于其豐富的工具�, 而且通過下載, MPEG4 標準還將支持使用不在標準中出�(xiàn)的工具、算法和輪廓, 所以MPEG4 能滿足多種多樣的�(yīng)用需�, �:   (1)實時通信(realtime communications);   (2)遠程�(jiān)�(surveillance);   (3)移動多媒�(mobile multimedia);   (4) 基于�(nèi)容的存儲與檢�(content based storage and retrieval);   (5)�(wǎng)上視頻流(streaming video on the Internet);   (6)�(shù)字調(diào)幅廣�(digital AMbroadcasting);   (7)廣播(broadcast);   (8)電影電視后期制作(studio and television post production);   (9)DVD;   (10)虛擬會議(virtual meeting)�   目前MPEG4 的產(chǎn)品已在市場上出現(xiàn)�, �(wǎng)上也有許多視頻文件是以MPEG4 的格式壓縮的�

MPEG4 展望

  MPEG-4 這個標準支持新的方法進行通信, 存取和處理影� �(shù)�(jù)。影音通信正出�(xiàn)許多新的要求, �(xiàn)有標準并不能符合這些 要求。新標準的一個特點就是用戶能根據(jù)�(nèi)容存取和處理視頻� �� MPEG4 的應(yīng)用將是廣泛而深遠的�

  這一新的工業(yè)標準將至� 可以�(yīng)用于以下場合�

  (1)實時多媒體監(jiān)控:

  (2)極低比特率下的移� 多媒體通信�

  (3)基于�(nèi)容存儲和檢索多媒體系�(tǒng)�

  (4) Internet/Intranet 上的視頻流與可視游戲�

  (5)基于面部表情模擬的虛擬會議:

  (6)DVD 上的交互多媒體應(yīng)用:

  (7)基于計算機網(wǎng)�(luò)的可視化合作� 驗室場景�(yīng)用:

  (8)演播室和電視的節(jié)目制��

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