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  • 1. MPEG moving picture experts group 动态图像专家组 2.GOP Group of Picture 画面群 连续的帧图片组合即为GOP 一种图像压缩技术 3.AVC Advanced Video Coding 高级视频编码 ITU-T给这个标准命名为H.264...

    1. MPEG moving picture experts group 动态图像专家组

    2.GOP Group of Picture 画面群 连续的帧图片组合即为GOP 一种图像压缩技术

    3.AVC Advanced Video Coding 高级视频编码   ITU-T给这个标准命名为H.264(以前叫做H.26L),而ISO/IEC称它为MPEG-4 高级视频编码(AVC),并且它将成为MPEG-4的第10部分。

    4.ITU International Telecommunications Union 国际电信联盟 联合国于1865年成立的制定国际电信标准的专门机构。

    5.ISO International Organization for Standardization 国际标准化组织 ISO一来源于希腊语“ISOS”,即“EQUAL”——平等之意。国际标准化组织(ISO)是由各国标准化团体(ISO成员团体)组成的世界性的联合会。制定国际标准工作通常由ISO的技术委员会完成。ISO与国际电工委员会(IEC)在电工技术标准化方面保持密切合作的关系。

    6.IEC International Electrotechnical Commission 国际电工委员会 国际电工委员会(IEC)成立于1906年,至今已有90多年的历史。它是世界上成立最早的国际性电工标准化机构,负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。

    7.JVT   Joint Video Team 联合视频工作组

    8.PTS Presentation Time Stamp PTS主要用于度量解码后的视频帧什么时候被显示出来

    9.DTS Decode Time Stamp  DTS主要是标识读入内存中的bit流在什么时候开始送入解码器中进行解码

    10.MS Motion Estimation 运动估计

    11.CUDA Compute Unified Device Architecture CUDA是一种由NVIDIA推出的通用并行计算架构,该架构使GPU能够解决复杂的计算问题。

    12.FMO Flexible Macroblock Ordering 灵活宏块次序

    13.HVS Human Visual System 人类视觉系统

    14.PAL Phase Alteration Line 逐行倒相 电视广播制式

    15.YUV YCbCr Chroma色度 Cr反映了RGB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异 而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异

    16.IDR Instantaneous Decoding Refresh 立即刷新图像 H.264 引入 IDR 图像是为了解码的重同步,当解码器解码到 IDR 图像时,立即将参考帧队列清空,将已解码的数据全部输出或抛弃,重新查找参数集,开始一个新的序列。

    17.SAD(Sum of Absolute Difference)=SAE(Sum of Absolute Error)即绝对误差和

    18.SATD(Sum of Absolute Transformed Difference)即hadamard变换后再绝对值求和

    19.SSD(Sum of Squared Difference)=SSE(Sum of Squared Error)即差值的平方和

    20.MAD(Mean Absolute Difference)=MAE(Mean Absolute Error)即平均绝对差值

    21.MSD(Mean Squared Difference)=MSE(Mean Squared Error)即平均平方误差

    22.PSNR Peak Signa to Noise Ratio 峰值信噪比

    23.SPS Sequence Parameter set序列参数集 H.264码流的第一个NALU

    24.PPS Picture Parameter set图像参数集 H.264码流的的第二个NALU

    25.IDR是H.264码流的第三个NALU

    26.SODB:String Of Data Bits 最原始的编码数据

    27.RBSP:Raw Byte Sequence Payload 在SODB的基础上加了rbsp_stop_ont_bit,并用0按字节补位对齐

    28.EBSP:Extended  Byte Sequence Payload 它在RBSP基础上填加了仿校验字节,防止与起始码冲突,如果出现连续的三个字节00000000 00000000 000000xx,着插入一个0x03

    29.NALU Network Abstraction Layer Unit 网络抽象层单元

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  • MPEG全称是Moving Pictures Experts ...的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求
  • MP4是由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)下属的“动态图像专家组”(即MPEG)。由此可知avi和mp4是两种不同的格式,而要把avi格式转换成mp4可以用迅捷视频转换器的视频转换功能去转换这两种格式。 1、...

    首先在转换格式之前我们需要了解AVI英文全称为Audio Video Interleaved,即音频视频交错格式。MP4是由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)下属的“动态图像专家组”(即MPEG)。由此可知avi和mp4是两种不同的格式,而要把avi格式转换成mp4可以用迅捷视频转换器的视频转换功能去转换这两种格式。

    1、首先打开视频转换器选择好视频转换功能,把你要转换成mp4格式的avi视频文件导入到软件中。导入时可以点击添加文件按钮也可以直接把文件拖拽到软件中。

    2、在软件左下角选择视频要输出的视频格式和视频分辨率。这里首先把输出的视频格式设置为需要的mp4格式,然后把输出的视频分辨率保持为和avi相同分辨率的同原文件格式。

    3、在输出格式下方的输出路径的输入框中写入转换后的mp4存储到电脑的路径,或者点击更改路径按钮选择mp4的保存路径。

    4、点击转换或全部转换按钮既可以把avi格式转换成mp4了。等待片刻当转换的进度条到达100后就表示已经转换好格式了。

    5当格式已经转换好后点击覆盖在“转换”按钮上的“打开”按钮或者找到之前在输出路径中预设好的输出路径就可以找到转换后的mp4格式的视频了。

    以上就是把avi格式快速转换成mp4格式的方法了,希望对你有所帮助。而有些小伙伴说直接改后缀不就好了,但是直接改后缀的方式并不适用的,首先后缀是更改了,但是视频格式并没有改变,其次两者是不同的格式直接改后缀会损坏原文件,更改后还容易因为编码的不同而打不开文件。

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  •  MPEG全称是Moving Pictures Experts Group,它是“动态图象专家组”的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以...

    一、音视频编解码技术

    1、MPEG4

      MPEG全称是Moving Pictures Experts Group,它是“动态图象专家组”的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。 
      目前,MPEG1技术被广泛的应用于VCD,而MPEG2标准则用于广播电视和DVD等。MPEG3最初是为HDTV开发的编码和压缩标准,但由于MPEG2的出色性能表现, MPEG3只能是死于襁褓了。MPEG4于1999年初正式成为国际标准。它是一个适用于低传输速率应用的方案。与MPEG1和MPEG2相比,MPEG4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。 
      MPEG1、MPEG2技术当初制定时,它们定位的标准均为高层媒体表示与结构,但随着计算机软件及网络技术的快速发展,MPEG1、MPEG2技术的弊端就显示出来了:交互性及灵活性较低,压缩的多媒体文件体积过于庞大,难以实现网络的实时传播。而MPEG4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码,其具体的编码对象就是图像中的音频和视频,术语称为“AV对象”,而连续的AV对象组合在一起又可以形成AV场景。因此,MPEG4标准就是围绕着AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的,高效率地编码、组织、存储、传输AV对象是MPEG4标准的基本内容。 
      在视频编码方面,MPEG4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)。在音频编码上,MPEG4可以在一组编码工具支持下,对语音、音乐等自然声音对象和具有回响、空间方位感的合成声音对象进行音频编码。 
      由于MPEG4只处理图像帧与帧之间有差异的元素,而舍弃相同的元素,因此大大减少了合成多媒体文件的体积。应用MPEG4技术的影音文件最显著特点就是压缩率高且成像清晰,一般来说,一小时的影像可以被压缩为350M左右的数据,而一部高清晰度的DVD电影, 可以压缩成两张甚至一张650M CD光碟来存储。对广大的“平民”计算机用户来说, 这就意味着, 您不需要购置 DVD-ROM就可以欣赏近似DVD质量的高品质影像。而且采用MPEG4编码技术的影片,对机器硬件配置的要求非常之低,300MHZ 以上CPU,64M的内存和一个 8M显存的显卡就可以流畅的播放。在播放软件方面,它要求也非常宽松,你只需要安装一个 500K左右的 MPEG4 编码驱动后,用 WINDOWS 自带的媒体播放器就可以流畅的播放了。 
      AV对象(AVO,Audio Visual Object)是MPEG-4为支持基于内容编码而提出的重要概念。对象是指在一个场景中能够访问和操纵的实体,对象的划分可根据其独特的纹理、运动、形状、模型和高层语义为依据。在MPEG-4中所见的音视频已不再是过去MPEG-1、MPEG-2中图像帧的概念,而是一个个视听场景(AV场景),这些不同的AV场景由不同的AV对象组成。AV对象是听觉、视觉、或者视听内容的表示单元,其基本单位是原始AV对象,它可以是自然的或合成的声音、图像。原始AV对象具有高效编码、高效存储与传输以及可交互性的特性,它又可进一步组成复合AV对象。因此MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编码、组织、存储与传输。AV对象的提出,使多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力,AV对象编码就是MPEG-4的核心编码技术。 
      MPEG-4不仅可提供高压缩率,同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性,它采用开放的编码系统,可随时加入新的编码算法模块,同时也可根据不同应用需求现场配置解码器,以支持多种多媒体应用

    2、H264

      H.264是由ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)联合组建的联合视频组(JVT:joint video team)提出的一个新的数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10 部分。 而国内业界通常所说的MPEG-4是MPEG-4的第2部分。H.264标准从1998年1月份开始草案征集,到2003年7月,整套H.264 (ISO/IEC 14496-10)规范定稿。2005年1月,MPEG组织正式发布了H.264验证报告,从各个方面论证了H.264的可用性以及各种工具集的效果,从标准的角度,印证H.264的成熟性。 
      从标准制定到颁布,H.264一直是ITU、MPEG、DVD、DVB、3GPP等工业化组织共同推进的视频编码国际标准,可以想见,在众多行业巨擘的推动下,H.264技术的应用将迅速进入到视频服务、媒体制作发行、固定及移动运营网络、平台开发、设备终端制造、芯片开发等多个领域。 
      H.264使图像压缩技术上升到了一个更高的阶段,能够在较低带宽上提供高质量的图像传输,该优点非常适合国内运营商用户量大、接入网/骨干网带宽相对有限的状况。在同等的画质下,H.264比上一代编码标准MPEG2平均节约64%的传输码流,而比MPEG4 ASP要平均节约39%的传输码流。全球很多IPTV业务运营商都将H.264作为编解码格式的标准,包括比利时电信,荷兰KPN,泰国ADC电信,中国电信等等。 
      根据中国电信上海研究院的实际测试结果表明:国内普遍采用的MPEG-4编码技术在3Mbps的带宽下尚达不到标清的图像质量,而H.264编码技术可以在2M带宽下提供要求的图像效果。因而运营商希望引入更先进的H.264编码技术,在有限的带宽资源下进一步提高图像质量。

    二、流媒体网络传输协议

    流媒体技术采用一系列的网络协议,包括:

    1. 实时传输协议RTP(Real-time Transport protocol)
    2. 实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control protocol)
    3. 实时流协议RTSP(Real Time Streaming protocol)
    4. 资源预留协议RSVP(Resource Reserve Protocol)

    1、RTP

      RTP是一种提供端对端传输服务的实时传输协议,用来支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据,而实时数据的传输则由RTCP协议来监视和控制。 
      RTP定义在RFC 1889中。信息包的结构包含广泛用于多媒体的若干个域,包括声音点播(audio-on-demand)、影视点播(video on demand)、因特网电话(Internet telephony)和电视会议(videoconferencing)。RTP的规格没有对声音和电视的压缩格式制定标准,它可以被用来传输普通格式的文件。例如,WAV或者GSM(Global System for Mobile communications)格式的声音、MPEG-1和MPEG-2的电视,也可以用来传输专有格式存储的声音和电视文件。 
      使用RTP协议的应用程序运行在RTP之上,而执行RTP的程序运行在UDP的上层,目的是为了使用UDP的端口号和检查和。如下图所示,RTP可以看成是传输层的子层。由多媒体应用程序生成的声音和电视数据块被封装在RTP信息包中,每个RTP信息包被封装在UDP消息段中,然后再封装在IP数据包中。

    这里写图片描述

    图2.1.1 RTP是传输层上的协议

      从应用开发人员的角度来看,可把 RTP 执行程序看成是应用程序的一部分,因为开发人员必需把 RTP 集成到应用程序中。在发送端,开发人员必需把执行 RTP 协议的程序写入到创建 RTP 信息包的应用程序中,然后应用程序把 RTP 信息包发送到 UDP 的套接接口(socket interface),如下图所示;同样,在接收端,RTP 信息包通过 UDP 套接接口输入到应用程序,因此开发人员必需把执行 RTP 协议的程序写入到从 RTP 信息包中抽出媒体数据的应用程序。 

    这里写图片描述

    图2.1.2 RTP和UDP之间的接口

      RTP本身不提供任何机制来确保把数据及时递送到接收端或者确保其他的服务质量,它也不担保在递送过程中不丢失信息包或者防止信息包的次序不被打乱。的确,RTP的封装只是在系统端才能看到,中间的路由器并不区分那个IP数据报是运载RTP信息包的。 
      RTP允许给每个媒体源分配一个单独的RTP信息包流,例如,摄像机或者麦克风。例如,有两个团体参与的电视会议,这就可能打开4个信息包流:两台摄像机传送电视流和两个麦克风传送声音流。然而,许多流行的编码技术,包括MPEG-1和MPEG-2在编码过程中都把声音和电视图像捆绑在一起以形成单一的数据流,一个方向就生成一个RTP信息包流。 
      RTP信息包没有被限制只可应用于单目标广播,它们也可以在一对多(one-to-many)的多目标广播树或者在多对多(many-to-many)的多目标广播树上传送。例如,多对多的多目标广播,在这种应用场合下,所有发送端通常都把他们的RTP信息包流发送到具有相同多目标广播地址的多目标广播树上。 
      RTP标题由4个信息包标题域和其他域组成:有效载荷类型(payload type)域,顺序号(sequence number)域,时间戳(timestamp)域和同步源标识符(Synchronization Source Identifier)域等。RTP信息包的标题域的结构如下图所示:

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    图2.1.3 RTP信息包标题域的结构

    (1)有效载荷类型 
      RTP信息包中的有效载荷域(Payload Type Field)的长度为7位,因此RTP可支持128种不同的有效载荷类型。对于声音流,这个域用来指示声音使用的编码类型,例如PCM、自适应增量调制或线性预测编码等等。如果发送端在会话或者广播的中途决定改变编码方法,发送端可通过这个域来通知接收端。 
    (2)顺序号 
      顺序号(Sequence Number Field)域的长度为16位。每发送一个RTP信息包顺序号就加1,接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信息包。例如,接收端的应用程序接收到一个RTP信息包流,这个RTP信息包在顺序号86和89之间有一个间隔,接收端就知道信息包87和88已经丢失,并且采取措施来处理丢失的数据。(初始是随机的) 
    (3)时间戳 
      时间戳(Timestamp)域的长度为32字节。它反映RTP数据信息包中第一个字节的采样时刻(时间)。接收端可以利用这个时间戳来去除由网络引起的信息包的抖动,并且在接收端为播放提供同步功能。(由该时间恢复出原始时钟信息,要处理分布式终端的时钟漂移) 
    (4)同步源标识符 
      同步源标识符(Synchronization Source Identifier,SSRC)域的长度为32位。它用来标识RTP信息包流的起源,在RTP会话或者期间的每个信息包流都有一个清楚的SSRC。SSRC不是发送端的IP地址,而是在新的信息包流开始时源端随机分配的一个号码。(用于媒体间同步)

    2、RTCP

      实时传输控制协议(Real-time Control Protocol,RTCP)也定义在1996年提出的 RFC 1889 中。多媒体网络应用把RTCP和RTP一起使用,尤其是在多目标广播中更具吸引力。当从一个或者多个发送端向多个接收端广播声音或者电视时,也就是在RTP会话期间,每个参与者周期性地向所有其他参与者发送RTCP控制信息包,如图所示。RTCP用来监视服务质量和传送有关与会者的信息。对于RTP会话或者广播,通常使用单个多目标广播地址,属于这个会话的所有RTP和RTCP信息包都使用这个多目标广播地址,通过使用不同的端口号可把RTP信息包和RTCP信息包区分开来。

    这里写图片描述

    图2.2.1 每个参与者周期性地发送RTCP控制信息包

      RTCP的主要功能是为应用程序提供会话质量或者广播性能质量的信息。每个RTCP信息包不封装声音数据或者电视数据,而是封装发送端和/或者接收端的统计报表。这些信息包括发送的信息包数目、丢失的信息包数目和信息包的抖动等情况,这些反馈信息对发送端、接收端或者网络管理员都是很有用的。RTCP规格没有指定应用程序应该使用这个反馈信息做什么,这完全取决于应用程序开发人员。例如,发送端可以根据反馈信息来修改传输速率,接收端可以根据反馈信息判断问题是本地的、区域性的还是全球性的,网络管理员也可以使用RTCP信息包中的信息来评估网络用于多目标广播的性能。

    3、RTSP

      实时流放协议(Real-Time Streaming Protocol,RTSP)是一个刚开始开发的协议,它的设想描述在RFC 2326文件中。RTSP是应用级的实时流放协议,它主要目标是为单目标广播和多目标广播上的流式多媒体应用提供牢靠的播放性能,以及支持不同厂家提供的客户机和服务机之间的协同工作能力。 
      在RTSP中,每个演示(Presentation)及其所对应的媒体流都由一个RTSP URL标识。整个演示及媒体特性都在一个演示描述(Presentation description)文件中定义,该文件可能包括媒体编码方式、语言、RTSP URLs、目标地址、端口及其它参数。用户在向服务器请求某个连续媒体流的服务之前,必须首先从服务器获得该媒体流的演示描述(Presentation description)文件以得到必需的参数,演示描述文件的获取可采用HTTP、email或其他方法。 
      RTSP中的所有的操作都是通过服务器和客户方的消息应答来完成的,其消息包括请求(Request)和响应(Response)两种,RTSP正是通过服务器和客户端的消息应答来完成媒体流的创建、初始化(SETUP)、VCR(盒式录像机VideoCassetteRecorder)控制(PLAY、PAUSE)以及拆线(TEARDOWN)等操作的。 在基于Client/Server结构的分布式视频点播系统中,RTSP协议的操作过程如图:

    这里写图片描述

    图2.3.1 RTSP协议操作

      客户机在向视频服务器请求视频服务之前,首先通过HTTP协议从Web服务器获取所请求视频服务的演示描述(Presentation description)文件,利用该文件提供的信息定位视频服务地址(包括视频服务器地址和端口号)及视频服务的编码方式等信息。然后客户机根据上述信息向视频服务器请求视频服务(SETUP)。视频服务初始化完毕,视频服务器为该客户建立一个新的视频服务流,客户端与服务器运行实时流控制协议RTSP,以对该流进行各种VCR控制信号的交换,如播放(PLAY)、停止(PAUSE)、快进、快退等。当服务完毕,客户端提出拆线(TEARDOWN)请求,释放资源。

    4、RSVP

      RSVP协议是一种可以提供音频、视频、数据等混合服务的互联网络综合服务(IIS Internet Integrated service ) [RSVP97,RFC1633]。通过它,主机端可以向网络申请特定的QoS,为特定的应用程序提供有保障的数据流服务。同时RSVP在数据流经过的各个路由器节点上对资源进行预留,并维持该状态直到应用程序释放这些资源。 
      RSVP对资源的申请是单向的,所以RSVP在申请资源的过程中发送端和接受端是逻辑上完全不同的两个部分。(虽然发送端和接受端可以运行在同一个进程下)。RSVP工作在IPv4或IPv6上,处于 OSI七层协议中的传送层,但是,RSVP并不处理传送层的数据,从本质上看,RSVP更象是网络控制协议,如ICMP(Internet Control Message Protocol),IGMP(Internet Group Management Protocol)或是路由协议。和路由协议及管理协议的实现相同,RSVP的实现通常在后台执行,而不是出现在数据传送的路径上。 
      RSVP本身并不是路由协议,RSVP是和现在或是将来出现的点对点传播和多点组播协议一起工作的。RSVP进程通过本地的路由数据库来获取路由信息,如在多点组播过程中,主机端送出IGMP报文来加入一个多点组播的组群,然后送出RSVP报文在组群的传送路径上保留网络资源,路由协议决定报文的走向,而RSVP仅关心这些报文在它将走的路径上能否获得满意的服务质量。 
      为了适应可能出现的大规模组群、动态组群、异类接受端的可能,RSVP采取由接受端发起服务质量(QoS)申请的策略。QoS请求从接受端的应用程序出发交给本地的RSVP驻留进程,再由该RSVP驻留进程将该请求递交给沿数据传送的反向路径(接受端至发送端)上的各个节点(路由器或是主机)进行资源的申请。所以,RSVP协议在资源保留上花费一般是呈对数而不是线形幅度增长。

    三、流媒体播放方式

    1、单播

      在客户端与流媒体服务器之间建立一个单独的数据通道,从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机,这种传送方式为单播。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询,而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担,响应需要很长时间,甚至停止播放,管理人员也被迫增加硬件和宽带来保证一定的服务质量。

    2、组播

      组播技术构建一种具有组播能力的网络,允许路由器一次将数据包复制到多个通道上.采用组播方式,单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包,而不是多个,所以发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机,以减少网络上传输的信息包的总量。网络利用率大大提高,成本大大降低。

    3、点播与广播

      点播连接是客户端与服务器之间的主动连接。在点播连接中,用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连续提供了对流的最大控制,但这种方式由于每个客户各自连接服务器,就会迅速用完网络带宽。 
      广播指的是用户被动接受流。在广播过程中,客户端接收流,但不能控制流,例如,用户不能暂停、快进或后退该流。在使用单播发送时,需要将数据包复制多个副本,以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户,而使用广播方式发送,数据包的单独一个副本将发送给网络上的所有用户,而不管用户是否需要。上述两种传输方式非常浪费网络带宽。 
      组播吸收了上述两种发送方式的长处,克服了上述两种发送方式的弱点,将数据包的单独一个拷贝发送给需要的的那些用户。

    四、业界中流媒体系统的简介

      目前有三大主流流媒体系统解决方案,包括RealNetWorks的RealServer、Mirosoft的Windows Media Server、Apple的QuickTime Streaming Server(QTSS)。

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  • MPEG4视频编码技术介绍

    千次阅读 2017-03-29 09:30:04
    MPEG全称是Moving Pictures Experts Group,它是“动态图象专家组”的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、 MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以适用...

    MPEG全称是Moving Pictures Experts Group,它是“动态图象专家组”的英文缩写,该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作,原先他们打算开发MPEG1、 MPEG2、MPEG3和MPEG4四个版本,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。
    目前,MPEG1技术被广泛的应用于VCD,而MPEG2 标准则用于广播电视和DVD等。MPEG3最初是为HDTV开发的编码和压缩标准,但由于MPEG2的出色性能表现, MPEG3只能是死于襁褓了。而我们今天要谈论的主角——MPEG4于1999年初正式成为国际标准。它是一个适用于低传输速率应用的方案。与MPEG1 和MPEG2相比,MPEG4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。下面就让我们一起进入多彩的MPEG4世界。

    1、MPEG4的技术特点

            MPEG1、MPEG2技术当初制定时,它们定位的标准均为高层媒体表示与结构,但随着计算机软件及网络技术的快速发展,MPEG1.MPEG2技术的弊 端就显示出来了:交互性及灵活性较低,压缩的多媒体文件体积过于庞大,难以实现网络的实时传播。而MPEG4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码,其 具体的编码对象就是图像中的音频和视频,术语称为“AV对象”,而连续的AV对象组合在一起又可以形成AV场景。因此,MPEG4标准就是围绕着AV对象 的编码、存储、传输和组合而制定的,高效率地编码、组织、存储、传输AV对象是MPEG4标准的基本内容。
    在视频编码方面,MPEG4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)。在音频编码上,MPEG4可以在一组编码工具支持下,对语音、音乐等自然声音对象和具有回响、空间方位感的合成声音对象进行音频编码。
            由于MPEG4只处理图像帧与帧之间有差异的元素,而舍弃相同的元素,因此大大减少了合成多媒体文件的体积。应用MPEG4技术的影音文件最显著特点就是 压缩率高且成像清晰,一般来说,一小时的影像可以被压缩为350M左右的数据,而一部高清晰度的DVD电影, 可以压缩成两张甚至一张650M CD光碟来存储。对广大的“平民”计算机用户来说, 这就意味着, 您不需要购置 DVD-ROM就可以欣赏近似DVD质量的高品质影像。而且采用MPEG4编码技术的影片,对机器硬件配置的要求非常之低,300MHZ 以上CPU,64M的内存和一个 8M显存的显卡就可以流畅的播放。在播放软件方面,它要求也非常宽松,你只需要安装一个 500K左右的 MPEG4 编码驱动后,用 WINDOWS 自带的媒体播放器就可以流畅的播放了(下面我们会具体讲到)。

    2、视频编码研究与MPEG标准演进

            人类获取的信息中70%来自于视觉,视频信息在多媒体信息中占有重要地位;同时视频数据冗余度最大,经压缩处理后的视频质量高低是决定多媒体服务质量的关键因素。因此数字视频技术是多媒体应用的核心技术,对视频编码的研究已成为信息技术领域的热门话题。

            视频编码的研究课题主要有数据压缩比、压缩/解压速度及快速实现算法三方面内容。以压缩/解压后数据与压缩前原始数据是否完全一致作为衡量标准,可将数据压缩划分为无失真压缩(即可逆压缩)和有失真压缩(即不可逆压缩)两类。

            传统压缩编码建立在仙农信息论基础之上的,以经典集合论为工具,用概率统计模型来描述信源,其压缩思想基于数据统计,因此只能去除数据冗余,属于低层压缩编码的范畴。

            伴随着视频编码相关学科及新兴学科的迅速发展,新一代数据压缩技术不断诞生并日益成熟,其编码思想由基于像素和像素块转变为基于内容 (content-based)。它突破了仙农信息论框架的束缚,充分考虑了人眼视觉特性及信源特性,通过去除内容冗余来实现数据压缩,可分为基于对象 (object-based)和基于语义(semantics-based)两种,前者属于中层压缩编码,后者属于高层压缩编码。

            与此同时,视频编码相关标准的制定也日臻完善。视频编码标准主要由ITU-T和ISO/IEC开发。ITU-T发布的视频标准有H.261、 H.262、 H.263、 H.263+、H.263++,ISO/IEC公布的MPEG系列标准有MPEG-1、MPEG-2 、MPEG-4 和MPEG-7,并且计划公布MPEG-21。

            MPEG即Moving Picture Expert Group(运动图像专家组),它是专门从事制定多媒体视音频压缩编码标准的国际组织。MPEG系列标准已成为国际上影响最大的多媒体技术标准,其中 MPEG-1和MPEG-2是采用以仙农信息论为基础的预测编码、变换编码、熵编码及运动补偿等第一代数据压缩编码技术;MPEG-4(ISO/IEC 14496)则是基于第二代压缩编码技术制定的国际标准,它以视听媒体对象为基本单元,采用基于内容的压缩编码,以实现数字视音频、图形合成应用及交互式 多媒体的集成。MPEG系列标准对VCD、DVD等视听消费电子及数字电视和高清晰度电视(DTV&&HDTV)、多媒体通信等信息产业 的发展产生了巨大而深远的影响。

    3、MPEG-4视频编码核心思想及关键技术

    核心思想

            在MPEG-4制定之前,MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263都是采用第一代压缩编码技术,着眼于图像信号的统计特性来设计编码器,属于 波形编码的范畴。第一代压缩编码方案把视频序列按时间先后分为一系列帧,每一帧图像又分成宏块以进行运动补偿和编码,这种编码方案存在以下缺陷:

    · 将图像固定地分成相同大小的块,在高压缩比的情况下会出现严重的块效应,即马赛克效应;
    · 不能对图像内容进行访问、编辑和回放等*作;
    · 未充分利用人类视觉系统(HVS,Human Visual System)的特性。

            MPEG-4则代表了基于模型/对象的第二代压缩编码技术,它充分利用了人眼视觉特性,抓住了图像信息传输的本质,从轮廓、纹理思路出发,支持基于视觉内容的交互功能,这适应了多媒体信息的应用由播放型转向基于内容的访问、检索及*作的发展趋势。

            AV对象(AVO,Audio Visual Object)是MPEG-4为支持基于内容编码而提出的重要概念。对象是指在一个场景中能够访问和*纵的实体,对象的划分可根据其独特的纹理、运动、形 状、模型和高层语义为依据。在MPEG-4中所见的视音频已不再是过去MPEG-1、MPEG-2中图像帧的概念,而是一个个视听场景(AV场景),这些 不同的AV场景由不同的AV对象组成。AV对象是听觉、视觉、或者视听内容的表示单元,其基本单位是原始AV对象,它可以是自然的或合成的声音、图像。原 始AV对象具有高效编码、高效存储与传输以及可交互*作的特性,它又可进一步组成复合AV对象。因此MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编 码、组织、存储与传输。AV对象的提出,使多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力,AV对象编码就是MPEG-4的核心编码技术。

            MPEG-4不仅可提供高压缩率,同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性,它采用开放的编码系统,可随时加入新的编码算法模块,同时也可根据不同应用需求现场配置解码器,以支持多种多媒体应用。

            MPEG-4 采用了新一代视频编码技术,它在视频编码发展史上第一次把编码对象从图像帧拓展到具有实际意义的任意形状视频对象,从而实现了从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的转变,因而引领着新一代智能图像编码的发展潮流。


    关键技术


            MPEG-4除采用第一代视频编码的核心技术,如变换编码、运动估计与运动补偿、量化、熵编码外,还提出了一些新的有创见性的关键技术,并在第一代视频编码技术基础上进行了卓有成效的完善和改进。下面重点介绍其中的一些关键技术。


    A. 视频对象提取技术


            MPEG-4实现基于内容交互的首要任务就是把视频/图像分割成不同对象或者把运动对象从背景中分离出来,然后针对不同对象采用相应编码方法,以实现高效 压缩。因此视频对象提取即视频对象分割,是MPEG-4视频编码的关键技术,也是新一代视频编码的研究热点和难点。
            视频对象分割涉及对视频内容的分析和理解,这与人工智能、图像理解、模式识别和神经网络等学科有密切联系。目前人工智能的发展还不够完善,计算机还不具有 观察、识别、理解图像的能力;同时关于计算机视觉的研究也表明要实现正确的图像分割需要在更高层次上对视频内容进行理解。因此,尽管MPEG-4 框架已经制定,但至今仍没有通用的有效方法去根本解决视频对象分割问题,视频对象分割被认为是一个具有挑战性的难题,基于语义的分割则更加困难。
            目前进行视频对象分割的一般步骤是:先对原始视频/图像数据进行简化以利于分割,这可通过低通滤波、中值滤波、形态滤波来完成;然后对视频/图像数据进行 特征提取,可以是颜色、纹理、运动、帧差、位移帧差乃至语义等特征;再基于某种均匀性标准来确定分割决策,根据所提取特征将视频数据归类;最后是进行相关 后处理,以实现滤除噪声及准确提取边界。
            在视频分割中基于数学形态理论的分水岭(watershed)算法被广泛使用,它又称水线算法,其基本过程是连续腐蚀二值图像,由图像简化、标记提取、决 策、后处理四个阶段构成。分水岭算法具有运算简单、性能优良,能够较好提取运动对象轮廓、准确得到运动物体边缘的优点。但分割时需要梯度信息,对噪声较敏 感,且未利用帧间信息,通常会产生图像过度分割。


    B. VOP视频编码技术


            视频对象平面(VOP,Video Object Plane)是视频对象(VO)在某一时刻的采样,VOP是MPEG-4视频编码的核心概念。MPEG-4在编码过程中针对不同VO采用不同的编码策略, 即对前景VO的压缩编码尽可能保留细节和平滑;对背景VO则采用高压缩率的编码策略,甚至不予传输而在解码端由其他背景拼接而成。这种基于对象的视频编码 不仅克服了第一代视频编码中高压缩率编码所产生的方块效应,而且使用户可与场景交互,从而既提高了压缩比,又实现了基于内容的交互,为视频编码提供了广阔 的发展空间。
            MPEG-4支持任意形状图像与视频的编解码。对于任意形状视频对象。对于极低比特率实时应用,如可视电话、会议电视,MPEG-4则采用VLBV(Very Low Bit-rate Video,极低比特率视频)核进行编码。
            传统的矩形图在MPEG-4中被看作是VO的一种特例,这正体现了传统编码与基于内容编码在MPEG-4中的统一。VO概念的引入,更加符合人脑对视觉信 息的处理方式,并使视频信号的处理方式从数字化进展到智能化,从而提高了视频信号的交互性和灵活性,使得更广泛的视频应用及更多的内容交互成为可能。因此 VOP视频编码技术被誉为视频信号处理技术从数字化进入智能化的初步探索。


    C. 视频编码可分级性技术


            随着因特网业务的巨大增长,在速率起伏很大的IP(Internet Protocol)网络及具有不同传输特性的异构网络上进行视频传输的要求和应用越来越多。在这种背景下,视频分级编码的重要性日益突出,其应用非常广 泛,且具有很高的理论研究及实际应用价值,因此受到人们的极大关注。
            视频编码的可分级性(scalability)是指码率的可调整性,即视频数据只压缩一次,却能以多个帧率、空间分辨率或视频质量进行解码,从而可支持多种类型用户的各种不同应用要求。
            MPEG-4通过视频对象层(VOL,Video Object Layer)数据结构来实现分级编码。MPEG-4提供了两种基本分级工具,即时域分级(Temporal Scalability)和空域分级(Spatial Scalability),此外还支持时域和空域的混合分级。每一种分级编码都至少有两层VOL,低层称为基本层,高层称为增强层。基本层提供了视频序列 的基本信息,增强层提供了视频序列更高的分辨率和细节。
            在随后增补的视频流应用框架中,MPEG-4提出了FGS(Fine Granularity Scalable,精细可伸缩性)视频编码算法以及PFGS(Progressive Fine Granularity Scalable,渐进精细可伸缩性)视频编码算法。
            FGS编码实现简单,可在编码速率、显示分辨率、内容、解码复杂度等方面提供灵活的自适应和可扩展性,且具有很强的带宽自适应能力和抗误码性能。但还存在编码效率低于非可扩展编码及接收端视频质量非最优两个不足。
            PFGS则是为改善FGS编码效率而提出的视频编码算法,其基本思想是在增强层图像编码时使用前一帧重建的某个增强层图像为参考进行运动补偿,以使运动补偿更加有效,从而提高编码效率。

    D. 运动估计与运动补偿技术


            MPEG-4采用I-VOP、P-VOP、B-VOP三种帧格式来表征不同的运动补偿类型。它采用了H.263中的半像素搜索(half pixel searching)技术和重叠运动补偿(overlapped motion compensation)技术,同时又引入重复填充(repetitive padding)技术和修改的块(多边形)匹配(modified block (polygon)matching)技术以支持任意形状的VOP区域。

            此外,为提高运动估计算法精度,MPEG-4采用了MVFAST(Motion Vector Field Adaptive Search Technique)和改进的PMVFAST(Predictive MVFAST)方法用于运动估计。对于全局运动估计,则采用了基于特征的快速顽健的FFRGMET(Feature-based Fast and Robust Global Motion Estimation Technique)方法。
            在MPEG-4视频编码中,运动估计相当耗时,对编码的实时性影响很大。因此这里特别强调快速算法。运动估计方法主要有像素递归法和块匹配法两大类,前者 复杂度很高,实际中应用较少,后者则在H.263和MPEG中广泛采用。在块匹配法中,重点研究块匹配准则及搜索方法。目前有三种常用的匹配准则:
    (1)绝对误差和(SAD, Sum of Absolute Difference)准则;
    (2)均方误差(MSE, Mean Square Error)准则;
    (3)归一化互相关函数(NCCF, Normalized Cross Correlation Function)准则。
            在上述三种准则中,SAD准则具有不需乘法运算、实现简单方便的优点而使用最多,但应清楚匹配准则的选用对匹配结果影响不大。
            在选取匹配准则后就应进行寻找最优匹配点的搜索工作。最简单、最可*的方法是全搜索法(FS, Full Search),但计算量太大,不便于实时实现。因此快速搜索法应运而生,主要有交*搜索法、二维对数法和钻石搜索法,其中钻石搜索法被MPEG-4校验 模型(VM, Verification Model)所采纳,下面详细介绍。
            钻石搜索(DS, Diamond Search)法以搜索模板形状而得名,具有简单、鲁棒、高效的特点,是现有性能最优的快速搜索算法之一。其基本思想是利用搜索模板的形状和大小对运动估 计算法速度及精度产生重要影响的特性。在搜索最优匹配点时,选择小的搜索模板可能会陷入局部最优,选择大的搜索模板则可能无法找到最优点。因此DS算法针 对视频图像中运动矢量的基本规律,选用了两种形状大小的搜索模板。
    · 大钻石搜索模板(LDSP, Large Diamond Search Pattern),包含9个候选位置;
    · 小钻石搜索模板(SDSP, Small Diamond Search Pattern),包含5个候选位置。
            DS算法搜索过程如下:开始阶段先重复使用大钻石搜索模板,直到最佳匹配块落在大钻石中心。由于LDSP步长大,因而搜索范围广,可实现粗定位,使搜索不 会陷于局部最小,当粗定位结束后,可认为最优点就在LDSP 周围8 个点所围菱形区域中。然后再使用小钻石搜索模板来实现最佳匹配块的准确定位,以不产生较大起伏,从而提高运动估计精度。
            此外Sprite视频编码技术也在MPEG-4中应用广泛,作为其核心技术之一。Sprite又称镶嵌图或背景全景图,是指一个视频对象在视频序列中所有出现部分经拼接而成的一幅图像。利用Sprite可以直接重构该视频对象或对其进行预测补偿编码。
            Sprite视频编码可视为一种更为先进的运动估计和补偿技术,它能够克服基于固定分块的传统运动估计和补偿技术的不足,MPEG-4正是采用了将传统分块编码技术与Sprite编码技术相结合的策略。


    4、MPEG4的应用领域

    凭借着出色的性能,MPEG4技术目前在多媒体传输、多媒体存储等领域得到了广泛的应用,下面我们就来看看目前在那些领域MPEG4技术得到了大显伸手的机会。


    精彩的视频世界


            精彩的视频世界是MPEG4技术应用最多也是最为广大朋友所熟悉的的形式。目前它主要以两种形式出现,一种是DIVX-MPEG4影碟(国内市面上已出现,且D版居多),另一种是网上MPEG4电影。
            (1)、我们先来说说DIVX-MPEG4影碟,DIVX视频编码技术实际上就是MPEG4压缩技术,它由微软MPEG4V3修改而来,使用的是 MPEG4压缩算法,并同时分离视频和音频。它的核心部分便是由DivX对DVD音视频进行压缩,生成Mpeg4视频格式文件(也就是AVI格式)。
            小提示:笔者也是经常被朋友所问到:“我看到的MPEG4电影片段明明是avi(扩展名)格式文件,并且Windows的媒体播放器也与之关联,但就是无 法播放”。其实, MPEG4并没有确定必须用什么扩展名,它只是一种编码方法而已。使用avi作为扩展名,是一种习惯性的沿用。
            在计算机上播放MPEG4影音文件的方法目前有两种:第一种是用诸如DivxPlayer等专门的播放软件来播放;第二种播放方法是安装MPEG4(Divx)插件后,用Windows自带的媒体播放机来播放。
            (2)、随着网络技术的不断发展,互联网上的视频流应用也成为了近几年的热门话题。目前,在互联网上比较流行的几种影像格式包括Quicktime、 RealPlay以及微软的MediaPlayer等。MPEG4技术出现之后,互联网上又出现了MPEG4格式的电影,不过在观看前,系统会提示你下载 最新的MPEG4解码软件。
            小提示:大家平时在网上可能经常会看见ASF格式的电影,其实它也是微软公司开发出的一种可以直接在网上观看视频节目的压缩格式。使用的也是MPEG4的压缩算法,但因为它是以网上即时观看电影的视频流格式存在的,所以它的图像质量相对要差一些。


    低比特率下的多媒体通信


            目前,MPEG4技术已经广泛的应用在如视频电话、视频电子邮件、移动通信、电子新闻等多媒体通信领域。由于这些应用对传输速率要求较低,一般在 4.8~64kbit/s之间,分辨率为176×144左右。因此MPEG4技术完全可以充分的利用网络带宽,通过帧重建技术压缩和传输数据,以最少的数 据量获得最佳的图像质量。


    实时多媒体监控。


            多媒体监控领域原来一直是MPEG1技术担当重任,但近些年来,它们也是“城头变换大王旗”了。由于MPEG4压缩技术原本是一种适用在低带宽下进行信息 交换的音视频处理技术,它的特点是可以动态的侦测图像各个区域变化,基于对象的调整压缩方法可以获得比MPEG1更大的压缩比,使压缩码流更低。因此,尽 管MPEG4技术一开始并不是专为视频监控压缩领域而开发的,但它高清晰度的视频压缩,在实时多媒体监控上,无能是存储量,传输的速率,清晰度都比 MPEG1具有更大的优势。


    基于内容存储和检索的多媒体系统。


            由于MPEG4在压缩方法上远远优于MPEG1技术,更是MJPEG技术所不能比拟的。 经过专家的测试表明,在相同清晰度对应MPEG1(500Kbits/sec)码流情况下, MPEG4比MPEG1节省了2/3的硬盘空间,在一般活动场景下也节省近一般的容量。因此无论是从内容存储量,还是从多媒体文件的检索速度来 说,MPEG4技术都是多媒体系统应用的不二之选。


    硬件产品上面的应用


            目前,MPEG4技术在硬件产品上也已开始逐步得到应用。特别是在视频监控、播放上,这项高清晰度,高压缩的技术得到了众多硬件厂商的钟爱,而市场上支持 MPEG4技术的产品也是种类繁多。下面笔者就列举一些代表性的产品,旨在让读者了解MPEG4技术在今天应用范围之广。
            (1)、摄像机:日本夏普公司推出过应用在互联网上的数字摄像机VN-EZ1。这台网络摄像机利用MPEG4格式,可把影像文件压缩为ASF(高级流格式),用户只要利用微软公司的MediaPlayer播放程序,就可以直接在电脑上进行播放。
            (2)、播放机:飞利浦公司于今年八月份推出了一款支持DivX的DVD播放机DVD737。它可以支持DivX 3.11、4.xx、5.xx等MPEG4标准,而对于新标准的支持则可以通过升级固件来实现。
            (3)、数码相机:日本京瓷公司在11月中旬发售其最新款数码相机Finecam L30,这款是采用300万像素、3倍光学变焦设计的数码相机产品, L30采用了MPEG4格式动态视频录制,可以让动态视频录制画面效果比传统数码相机更出色。
            (4)、手机:在手机领域,MPEG4技术更是得到了广泛的应用,各大手机厂商也都推出了可拍摄MPEG4动态视频的手机型号,如西门子ST55、索尼爱立信P900/P908、LG 彩屏G8000等。
            (5)、MPEG4数字硬盘:在今年深圳举行的安防展览会上,开发数字录像监控产品的厂家纷纷推出了他们的最新产品,而支持MPEG4的DVR压缩技术也成为改展会上的亮点。
            如一款基于网络环境的高清晰数字化监控报警系统。内置多画面处理器,集现场监控、监听、多路同时数字录像与回放等多种功能为一体。
            其实,市场上还有许多基于MPEG4技术的硬件产品,笔者这里就不一一列举了,不过笔者相信,随着视频压缩技术的不断发展,MPEG4技术的产品会越来越多的出现在我们生活,工作中。

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