【答案解析】[要点解析] 活动图像专家组(MPEG)已经开发和正在开发的电视图像数据、声音数据的编码、解码及其相关同步技术等标准有:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21。这5种标准相应的定义及应用见表10-5。
表10-5 MPEG技术标准对比表 MPEG标准 | 内容 | 数字视频压缩标准 | MPEG-1 | 是一个数据传输速率≤1.5Mb/s的数字存储媒体的电视图像、伴音编码的多媒体通信标准 | MPEG-2 | 是一个位速率为4~9Mbps(最高可达15Mbps)的数字视频标准 | MPEG-4 | 是一个适合在移动通信网和公用电话交换网(PSTN)上实时传输视频数据的多媒体通信标准 | MPEG-7 | 是一个多媒体内容描述接口标准 | MPEG-21 | 是一个多媒体框架结构标准 | |
考点链接10.4.2:MPEG系列标准基础知识
MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写,于1988年成立,是制定“数字栅音频编码”标准的组织。目前已根据不同的目标和应用而提出了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21等标准。
1.MPEG-1标准
MPEG-1标准于1993年8月公布,用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。该标准在VCD和MP3中得到大量成功的应用。它包括5个部分:第一1部分说明了如何根据第二部分(视频)以及第三部分(音频)的规定,对音频和视频进行复合编码;第四部分说明了检验解码器或编码器的输出比特流符合前3部分规定的过程;第五部分是一个用完整的C语言实现的编码和解码器。
2.MPEG-2标准
MPEG-2标准是针对标准数字电视、高清晰度电视,在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定,编码码率从3Mbps~100Mbps,特别适用于广播级的数字电视的编码和传送(例如,视音频资料的保存、电视节目的非线性编辑系统及其网络、卫星传输、电视节目的播出等),被认定为SDTV和HDTV的编码标准。
由于图像中具有着空间相关性和时间相关性等特性,故这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。因此能将这些冗余信息去除,只保留少量非相关信息进行传输,就可以大大节省传输频带;而接收机利用这些非相关信息,按照一定的解码算法,可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。
为更好地表示编码数据,MPEG-2用句法规定了一个层次性结构。它自上到下分为6个层次,分别是:图像序列层、图像组(GOP)、图像、宏块条、宏块、块。MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的空间相关性和时间相关性。它的编码图像被分为Ⅰ帧、P帧和B帧等3类,其相关说明见表10-6。
表10-6 MPEG-2图像编码方式表 图像 | 编码方式 | 说明 | I帧图像 | 帧内编码 | 即只利用了单帧图像内的空间相关性,而没有利用时间相关性 | P帧图像 | 帧间编码方式,即同时利用了空间和时间上的相关性 | 只采用前向时间预测,可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分,即P帧中的每一个宏块可以是前向预测,也可以是帧内编码 | B帧图像 | 采用双向时间预测,可以大大提高压缩位数 | |
3.MPEG-4标准
MPEG-4(ISO/IEC14496)标准第1版本于1999年2月正式公布,第2版于2000年年初正式成为国际标准。它不只是一个具体压缩算法,还针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体(WWW、资料撷取与分散)等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。其编码理念是基于对象的,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象,分别编码后,再经过复用传输到接收端,然后再对不同的对象分别解码,从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法,又有利于不同数据类型间的融合,并且这样也可以方便地实现对于各种对象的操作及编辑。例如,可以将一个卡通人物放在真实的场景中,或者将真人置于一个虚拟的演播室里,还可以在互联网上方便的实现交互,根据自己的需要有选择的组合各种视频音频以及图形文本对象。
MlPEG-4系统的一般框架是:对自然或合成的视听内容的表示;对视听内容数据流的管理,如多点、同步、缓冲管理等;对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。它与MPEG-1、MPEG-2相比,具有的独特优点是:①基于内容的交互性(提供了索引、超级链接、上下载、删除等多媒体数据访问工具)、②高效的压缩性(可用于虚拟三维游戏、三维电影、飞行仿真练习等场合)、③通用的访问性(提供了易出错环境的鲁棒性和基于内容的可分级性)。基于以上特点从中受益的主要应用领域有:广播电视、远程视频监控、多媒体邮件、交互式视频游戏、实时可视通信、演播室技术及电视后期制作、采用面部动画技术的虚拟会议、移动通信条件下的多媒体应用、因特网多媒体应用等。
4.MPEG-7标准
该标准于1998年10月提出,规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合。其目标是①支持多种音频和视觉的描述,包括自由文本、N维时空结构、统计信息、客观属性、主观属性、生产属性和组合信息;②根据信息的抽象层次,提供一种描述多媒体材料的方法以便表示不同层次上的用户对信息的需求;③以视觉内容为例,较低抽象层将包括形状、尺寸、纹理、颜色、运动(轨道)和位置的描述;④支持数据管理的灵活性、数据资源的全球化和互操作性等。
MPEG-7标准化的范围包括:①一系列的描述子;②一系列的描述结构(详细说明成员之间的结构和语义);③一种详细说明描述结构的语言、描述定义语言(DDL);④一种或多种编码描述方法。其中,描述子是特征的表示法,一个描述子就是定义特征的语法和语义学。
MPEG-7可以把网上的多媒体内容变成象现在的文本内容一样,具有可搜索性。它还可以支持非常广泛的应用。例如:①因特网上的个性化新闻服务;②数字多媒体图书馆等教育领域的应用;③音视数据库的存储和检索;④广播媒体的选择(广播、电视节目);⑤远程购物;⑥遥感监视(交通控制、地面交通等);⑦家庭娱乐(个人的多媒体收集管理系统等);⑧社会和文化服务(历史博物馆、艺术走廊等);⑨多媒体目录服务(如,黄页、旅游信息、地理信息系统等)。
5.MPEG-21标准
MPEG-21标准有别于其他MPEG标准的是,它主要着眼于消费者的需要,而不仅仅是从压缩或描述这些技术细节来发展。该多媒体框架标准所包括的用户需求有:①内容传送和价值交换的安全性;②数字项的理解;③内容的个性化;④价值链中的商业规则;⑤兼容实体的操作;⑥其它多媒体框架的引入;⑦对MPEG之外标准的兼容和支持;③MPEG-21标准功能及各个部分通信性能的测试;⑨价值链中媒体数据的增强使用;⑩数据项完整性的保证等。
制定MPEG-21标准的目的是:①将不同的协议、标准、技术等有机地融合在一起;②制定新的标准;③将这些不同的标准集成在一起,通过这种集成环境对全球数字媒体资源进行透明和增强管理,实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。