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多媒体之旅——从MPEG1到MPEG7

  一、运动图像的压缩
  数字影像的出现,得益于两项技术的发展:光碟存储技术和影像数字压缩技术。比如,NTSC制式的电视图像以大约640×480的分辨率、24bits/像素、每秒30帧的质量传输时,其数据传输率达28Mbit/s,20秒的未压缩视频图像将占用560Mbit的存储空间,相当于一张CD-ROM光盘只能储存20秒钟的未压缩电视节目。显然这样的要求对普通个人用户来讲是难以接受的,在实现上成本也是非常高昂。所以,视频图像的压缩编码方法 MPEG 就应运而生了。
  MPEG(即Moving Picture Experts Group运动图像专家小组)是个国际标准,即所谓ISO11172。MPEG的缔造者们原先打算开发四个版本:MPEG-1到MPEG-4,以适用于不同带宽和数字影像质量的要求,后来由于MPEG-3被放弃。总的来说,MPEG优于其他影像压缩缩方案的地方是:具有很好的兼容性、压缩比最高可达200:1、数据的损失小。
  二、MPEG-1
  技术特点:MPEG-1制定于1992年,可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM、Video-CD、CD-i。它的目的是把221Mbit/s的NTSC图像压缩到1.2Mbit/s,压缩率为200∶1。这是图像压缩的工业认可标准。它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制为352×240;对于PAL制为352×288)的图像进行压缩,传输速率为1.5Mbits/s,每秒播放30帧,具有CD音质,质量级别基本与VHS(广播级录像带)相当。MPEG的编码速率最高可达4-5Mbits/s,但随着速率的提高,其解码后的图像质量有所降低。
  应用范围:应用 MPEG-1 技术最成功的产品非 VCD 莫属了,VCD作为价格低廉的影像播放设备,得到广泛的应用和普及。MPEG-1也被用于数字电话网络上的视频传输,如非对称数字用户线路(ADSL),视频点播(VOD),以及教育网络等。
  三、MPEG-2
  技术特点:MPEG-2制定于1994年,设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。MPEG-2所能提供的传输率在3MB-10MB/s间,在NTSC制式下的分辨率可达720×486,MPEG-2能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道和多达七个伴音声道。MPEG-2的另一特点是,可提供一个较广范围的可变压缩比,以适应不同的画面质量、存储容量以及带宽的要求。
  应用范围:MPEG-2技术就是实现DVD的标准技术,现在DVD播放器也开始在家庭中普及起来了。除了作为DVD的指定标准外,MPEG-2还可用于为广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频。
  四、MPEG-3
  由于MPEG-2的出色性能表现,已能适用于HDTV(高清晰度电视),使得原打算为HDTV设计的MPEG-3,还没出世就被抛弃了。
  五、MPEG-4
  技术特点:MPEG-4 于1998 年11 月公布,它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。这个标准主要应用于视像电话、视像电子邮件等,对传输速率要求较低,在4800-64000bits/s之间,分辨率为176×144。MPEG-4利用很窄的带宽,通过帧重建技术、数据压缩,以求用最少的数据获得最佳的图像质量。
  应用范围:经过这两年的发展,现在最热门的应用是利用 MPEG-4 的高压缩率和高的图像还原质量来把 DVD 里面的 MPEG-2 视频文件转换为体积更小的视频文件。经过这样处理,图像的视频质量下降不大但体积却可缩小几倍,可以很方便地用 CD-ROM 来保存 DVD 上面的节目。另外,MPEG-4在家庭摄影录像、网络实时影像播放将大有用武之地(图2)。有关 MPEG-4 更详细的介绍请到 http://www.souxin.com/ 查阅。
  六、MPEG-7
  准确说来, MPEG-7 并不是一种压缩编码方法,而是一个多媒体内容描述接口。继 MPEG-4 之后,要解决的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。MPEG7就是针对这个矛盾的解决方案。MPEG-7 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影像资料,比如在影像资料中搜索有长江三峡镜头的片段。预计这个方案于2001年初最终完成并公布。
  七、MPEG-21
  MPEG-21将由MPEG-7发展而来,刚刚才开始启动。据透露,MPEG-21主要规定数字节目的网上实时交换协议。

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