壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)綜述

  從目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)國際電聯(lián)的H.261、H.263，運(yùn)動靜止圖像專家組的M-JPEG，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織運(yùn)動圖像專家組的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，以及在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應(yīng)用的Real Video、WMT、 QuickTime等方面，詳細(xì)地介紹了視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)，H.261，H.263，M-JPEG，MPEG，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7，MPEG-21，Real Video，WMT，QuickTime。

　　隨著Internet帶寬的不斷增長，在Internet上傳輸視頻的相關(guān)技術(shù)也成為Internet節(jié)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。目前，許多實驗性的高速寬帶網(wǎng)絡(luò)都把視頻傳輸?shù)募夹g(shù)和應(yīng)用作為研究的重點(diǎn)課題。在Internet上傳輸視頻有許多困難，其根本的原因在于Internet的無連接每包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制主要為突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計，不適用于對連續(xù)媒體流的傳輸。為了在Internet上有效的、高質(zhì)量的傳輸視頻流，需要多種技術(shù)的支持，其中數(shù)字視頻的壓縮編碼技術(shù)是Internet視頻傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，在多媒體的傳輸、處理、應(yīng)用中還有許多問題：如何在網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻？如何通過手機(jī)上網(wǎng)并接收視頻和圖像？如何對多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行快速有效的檢索？如何對多媒體信息進(jìn)行統(tǒng)一的存��？等等。

　　目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標(biāo)準(zhǔn)有國際電聯(lián)的H.261、H.263，運(yùn)動靜止圖像專家組的M-JPEG和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織運(yùn)動圖像專家組的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，此外在互聯(lián)網(wǎng)上被廣泛應(yīng)用的還有Real-Networks的RealVideo、微軟公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。具體

一、國際電聯(lián)的H.261、H.263標(biāo)準(zhǔn)

　　H.261又稱為P*64，其中P為64kb/s的取值范圍，是1到30的可變參數(shù)，它最初是針對在ISDN上實現(xiàn)電信會議應(yīng)用特別是面對面的可視電話和視頻會議而設(shè)計的。實際的編碼算法類似于MPEG算法，但不能與后者兼容。H.261在實時編碼時比MPEG所占用的CPU運(yùn)算量少得多，此算法為了優(yōu)化帶寬占用量，引進(jìn)了在圖像質(zhì)量與運(yùn)動幅度之間的平衡折中機(jī)制，也就是說，劇烈運(yùn)動的圖像比相對靜止的圖像質(zhì)量要差。因此這種方法是屬于恒定碼流可變質(zhì)量編碼而非恒定質(zhì)量可變碼流編碼。

　　H.263是國際電聯(lián)ITU-T的一個標(biāo)準(zhǔn)草案，是為低碼流通信而設(shè)計的。但實際上這個標(biāo)準(zhǔn)可用在很寬的碼流范圍，而非只用于低碼流應(yīng)用，它在許多應(yīng)用中可以認(rèn)為被用于取代H.261。H.263的編碼算法與H.261一樣，但做了一些改善和改變，以提高性能和能力。.263標(biāo)準(zhǔn)在低碼率下能夠提供比H.261更好的圖像效果，兩者的區(qū)別有：(1)H.263的運(yùn)動補(bǔ)償使用半象素精度，而H.261則用全象素精度和循環(huán)濾波；(2)數(shù)據(jù)流層次結(jié)構(gòu)的某些部分在H.263中是可選的，使得編解碼可以配置成更低的數(shù)據(jù)率或更好的能力；(3)H.263包含四個可協(xié)商的選項以改善性能；(4)H.263采用無限制的運(yùn)動向量以及基于語法的算術(shù)編碼；(5)采用事先預(yù)測和與MPEG中的P-B幀一樣的幀預(yù)測方法；(6)H.263支持5種分辨率，即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外，還支持SQCIF、4CIF和16CIF，SQCIF相當(dāng)于QCIF一半的分辨率，而4CIF和16CIF分別為CIF的4倍和16倍。

　　1998年IUT-T推出的H.263＋是H.263建議的第2版，它提供了12個新的可協(xié)商模式和其他特征，進(jìn)一步提高了壓縮編碼性能。如H.263只有5種視頻源格式，H.263＋允許使用更多的源格式，圖像時鐘頻率也有多種選擇，拓寬應(yīng)用范圍；另一重要的改進(jìn)是可擴(kuò)展性，它允許多顯示率、多速率及多分辨率，增強(qiáng)了視頻信息在易誤碼、易丟包異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸。另外，H.263＋對H.263中的不受限運(yùn)動矢量模式進(jìn)行了改進(jìn)，加上12個新增的可選模式，不僅提高了編碼性能，而且增強(qiáng)了應(yīng)用的靈活性。H.263已經(jīng)基本上取代了H.261。

二、M-JPEG

　　M-JPEG（Motion- Join Photographic Experts Group）技術(shù)即運(yùn)動靜止圖像（或逐幀）壓縮技術(shù)，廣泛應(yīng)用于非線性編輯領(lǐng)域可精確到幀編輯和多層圖像處理，把運(yùn)動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮方式單獨(dú)完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機(jī)存儲每一幀，可進(jìn)行精確到幀的編輯，此外M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的，可由相同的硬件和軟件實現(xiàn)。但M-JPEG只對幀內(nèi)的空間冗余進(jìn)行壓縮。不對幀間的時間冗余進(jìn)行壓縮，故壓縮效率不高。采用M-JPEG數(shù)字壓縮格式，當(dāng)壓縮比7:1時，可提供相當(dāng)于Betecam SP質(zhì)量圖像的節(jié)目。

　　JPEG標(biāo)準(zhǔn)所根據(jù)的算法是基于DCT（離散余弦變換）和可變長編碼。JPEG的關(guān)鍵技術(shù)有變換編碼、量化、差分編碼、運(yùn)動補(bǔ)償、霍夫曼編碼和游程編碼等

　　M-JPEG的優(yōu)點(diǎn)是：可以很容易做到精確到幀的編輯、設(shè)備比較成熟。缺點(diǎn)是壓縮效率不高。

　　此外，M-JPEG這種壓縮方式并不是一個完全統(tǒng)一的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的編解碼器和存儲方式并沒有統(tǒng)一的規(guī)定格式。這也就是說，每個型號的視頻服務(wù)器或編碼板有自己的M-JPEG版本，所以在服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸、非線性制作網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸都根本是不可能的。

三、MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)

　　MPEG是活動圖像專家組(Moving Picture Exports Group)的縮寫，于1988年成立，是為數(shù)字視/音頻制定壓縮標(biāo)準(zhǔn)的專家組，目前已擁有300多名成員，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG組織最初得到的授權(quán)是制定用于“活動圖像”編碼的各種標(biāo)準(zhǔn)，隨后擴(kuò)充為“及其伴隨的音頻”及其組合編碼。后來針對不同的應(yīng)用需求，解除了“用于數(shù)字存儲媒體”的限制，成為現(xiàn)在制定“活動圖像和音頻編碼”標(biāo)準(zhǔn)的組織。MPEG組織制定的各個標(biāo)準(zhǔn)都有不同的目標(biāo)和應(yīng)用，目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)。

　　MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)于1993年8月公布，用于傳輸1.5Mbps數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運(yùn)動圖像及其伴音的編碼。該標(biāo)準(zhǔn)包括五個部分：

　　第一部分說明了如何根據(jù)第二部分（視頻）以及第三部分（音頻）的規(guī)定，對音頻和視頻進(jìn)行復(fù)合編碼。第四部分說明了檢驗解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規(guī)定的過程。第五部分是一個用完整的C語言實現(xiàn)的編碼和解碼器。

　　該標(biāo)準(zhǔn)從頒布的那一刻起，MPEG-1取得一連串的成功，如VCD和MP3的大量使用，Windows95以后的版本都帶有一個MPEG-1軟件解碼器，可攜式MPEG-1攝像機(jī)等等。

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