第十讲 MPEG压缩标准.

MPEG简介MPEG标准阐明了声音和电视图像的编码和解码过程，严格规定了声音和图像数据编码后组成比特数据流的句法，提供了解码器的测试方法等，但没有对所有内容都作严格规定，尤其是对压缩和解压缩的算法，这样既保证了解码器能对符合MPEG标准的声音数据和电视图像数据进行正确解码，又给MPEG标准的具体实现留有很大余地。一、MPEG是什么MPEG(MovingPictureExpertGroup)是在1988年由国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization，ISO)和国际电工委员会(InternationalElectrotechnicalCommission，IEC)联合成立的专家组，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。MPEG标准包括：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-5：直至1998年9月还没有见到定义。MPEG-6：直至1998年9月还没有见到定义。MPEG-7：多媒体内容描述接口标准MPEG-21：多媒体集成框架MPEG1和MPEG2基本参数MPEG-1MPEG-2(基本型)标准化时间1992年1994年(DIS)主要应用CD-ROM上的数字电视，VCD数字TV，DVD空间分辨率CIF格式(1/4TV)，288×360像素TV，576×720像素时间分辨率25-30帧/秒50-60场/秒位速率1.5Mbit/s15Mbit/s质量相当于VHS相当于NTSC/PAL电视压缩率20~3030~40MPEG标准分成三部分MPEG视频MPEG音频MPEG视频音频同步MPEG-1数字电视标准MPEG-1处理的是标准图像交换格式(StandardInterchangeformat，SIF)或者称为源输入格式(SourceInputFormat，SIF)的电视，即NTSC制为352像素´240行/帧´30帧/秒，PAL制为352像素´288行/帧´25帧/秒，压缩的输出速率定义在1.5Mbit/s以下。这个标准主要是针对当时具有这种数据传输率的CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。MPEG-1组成MPEG-1系统，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步MPEG-1电视图像，规定电视数据的编码和解码MPEG-1声音，规定声音数据的编码和解码，MPEG-1一致性测试，详细说明如何测试比特数据流(bitstreams)和解码器是否满足MPEG-1前3个部分(Part1，2和3)中所规定的要求。这些测试可由厂商和用户实施。MPEG-1软件模拟，这部分的内容不是一个标准，而是一个技术报告，给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。MPEG-1译码器MPEG-2数字电视标准MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准，MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充。MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能，例如增加了隔行扫描电视的编码，提供了位速率的可变性能(scalability)功能。MPEG-2要达到的最基本目标是：位速率为4～9Mbit/s，最高达15Mbit/s。MPEG-2的标准号为ISO/IEC13818，标准名称为“信息技术，电视图像和伴音信息的通用编码MPEG-2组成MPEG-2系统，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步MPEG-2电视图像，规定电视数据的编码和解码MPEG-2声音，规定声音数据的编码和解码，是MPEG-1Audio的扩充，支持多个声道MPEG-2一致性测试MPEG-2软件模拟MPEG-2数字存储媒体命令和控制扩展协议MPEG-2先进声音编码，是多声道声音编码算法标准MPEG-2系统解码器实时接口扩展标准MPEG-2DSM-CC一致性扩展测试MPEG-2的系统模型定义电视图像数据、声音数据和其他数据的组合，把这些数据组合成一个或者多个适合于存储或者传输的基本数据流。数据流有两种形式：程序数据流(ProgramStream，PS)和传输数据流(TransportStream，TS)。MPEG-2电视图像配置DSM-CC参考模型数字存储媒体命令和控制(DigitalStorageMediaCommandandControl，DSM-CC)扩展协议，用于管理MPEG-1和MPEG-2的数据流，使数据流在运行不同协议的网络)环境下运行。DSM-CC定义了一个称为会话和资源管理(SessionandResourceManager，SRM)的实体，用来集中管理网络中的会话和资源MPEG-4编码MPEG-4从1994年开始工作，它是为视听(audio-visual)数据的编码和交互播放开发算法和工具，是一个数据速率很低的多媒体通信标准。MPEG-4的目标是要在异构网络环境下能够高度可靠地工作，并且具有很强的交互功能。MPEG-4引入了对象基表达(object-basedrepresentation)的概念，用来表达视听对象(audio/visualobjects，AVO)；MPEG-4扩充了编码的数据类型，由自然数据对象扩展到计算机生成的合成数据对象，采用合成对象/自然对象混合编码(Synthetic/NaturalHybridCoding，SNHC)算法；在实现交互功能和重用对象中引入了组合、合成和编排等重要概念。MPEG-4标准组成MPEG-4系统标准，标准名是ISO/IECDIS14496-1Very-lowbitrateaudio-visualcoding—Part1:Systems。MPEG-4电视图像标准，标准名是ISO/IECDIS14496-2Verylowbitrateaudio-visualcoding—Part2:Video。MPEG-4声音标准，标准名是ISO/IECDIS14496-3Verylowbitrateaudio-visualcoding—Part3:Audio。MPEG-4一致性测试标准，标准名是ISO/IECDIS14496-4Very-lowbitrateaudio-visualcoding—Part4:ConformanceTesting。MPEG-4参考软件，标准名是ISO/IECDIS14496-5Very-lowbitrateaudio-visualcoding—Part5:ReferencesoftwareMPEG-4传输多媒体集成框架，标准名是ISO/IECDIS14496-6Very-lowbitrateaudio-visualcoding—Part6:DeliveryMultimediaIntegrationFramework(DMIF)。MPEG-4系统模型MPEG-4接收端模型MPEG-4多媒体内容集成框架MPEG-4中制定了一个称为传输多媒体集成框架(DeliveryMultimediaIntegrationFramework，DMIF)的会话协议，它用来管理多媒体数据流。该协议在原则上与文件传输协议FTP(FileTransferProtocol)类似，其差别是：FTP返回的是数据，而DMIF返回的是指向到何处获取数据流的指针。DMIF覆盖了三种主要技术：广播技术，交互网络技术和光盘技术MPEG-4将应用在移动通信和公用电话交换网(publicswitchedtelephonenetwork，PSTN)上，并支持可视电话(videophone)、电视邮件(videomail)、电子报纸(electronicnewspapers)和其他低数据传输速率场合下的应用。MPEG-4多媒体内容集成框架MPEG-7多媒体内容描述接口MPEG-7的工作于1996年启动，目的是制定一套描述符标准，用来描述各种类型的多媒体信息及它们之间的关系，以便更快更有效地检索信息。这些媒体材料可包括静态图像、图形、3D模型、声音、话音、电视以及在多媒体演示中它们之间的组合关系。数据类型还可包括面部特性和个人特性的表达。MPEG-7是为满足特定需求而制定的视听信息标准。MPEG-7标准也是建筑在其他的标准之上的，例如，PCM,MPEG-1,MPEG-2和MPEG-4等等。MPEG-4中使用的形状描述符、MPEG-1和MPEG-2中使用的移动矢量(motionvector)等都可能在MPEG-7中用到。MPEG-7的研究范围特征的自动分析和抽取对MPEG-7是至关重要的，抽象程度越高，自动抽取也越困难，而且不是都能够自动抽取的，因此开发自动的和交互式半自动抽取的算法和工具都是很有用的。特征抽取和检索工具都不包含在MPEG-7标准中。MPEG-7应用领域MPEG-7的应用领域包括：数字图书馆(Digitallibrary)，例如图像目录、音乐词典等；多媒体目录服务(multimediadirectoryservices)，例如黄页(yellowpages)；广播媒体的选择，例如无线电频道，TV频道等；多媒体编辑，例如个人电子新闻服务，多媒体创作等等。潜在应用的应用领域包括：教育、娱乐、新闻、旅游、医疗、购物等等。MPEG-21MPEG21的研究目标:讨论是否需要和如何将这些不同的组件(协议、标准、技术等有机地结合起来讨论是否需要新的规范讨论如果具备前面两个条件,如何将不同的标准集成在一起.MPEG-21功能包括:内容创建、内容产品、内容发布、内容消费和使用、内容表示、知识产权管理和保护、内容识别和描述、资源管理、用户的隐私权、终端和网络资源抽取、事件报告等.MPEG-21用户交互框架MPEG21的基本框架要素包括数字项目说明(DigitalItemDeclaration)、内容表示(ContentRepresentation)、数字项目的识别和描述(DigitalItemIdentificationandDescription)、内容管理与使用(ContentManagementandUsage)、知识产权管理和保护(IntellectualPropertyManagementandProtection)、终端和网络(TerminalsandNetworks)、事件报告(EventReporting).