MPG:動态圖像工作組-中文百科頻道

曆史

MPEG的締造者們原先打算開發四個版本：MPEG1-MPEG4，以适用于不同帶寬和數字影像質量的要求。後由于MPEG3被放棄，所以現存隻有三個版本的MPEG：MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4。

總體來說，MPEG在三方面優于其他壓縮/解壓縮方案。首先，由于在一開始它就是作為一個國際化的标準來研究制定，所以，MPEG具有很好的兼容性。其次，MPEG能夠比其他算法提供更好的壓縮比，最高可達200:1。更重要的是，MPEG在提供高壓縮比的同時，對數據的損失很小。n

MPEG-1

MPEG-1制定于1992年，為工業級标準而設計，可适用于不同帶寬的設備，如CD-ROM、VIdeo-CD、CD-i。它可針對SIF标準分辨率(對于NTSC制為352X240；對于PAL制為352X288)的圖象進行壓縮，傳輸速率為1.5Mbits/sec，每秒播放30幀，具有CD(指激光唱盤)音質，質量級别基本與VHS相當。MPEG的編碼速率最高可達4-5Mbits/sec，但随着速率的提高，其解碼後的圖象質量有所降低。

MPEG-1也被用于數字電話網絡上的視頻傳輸，如非對稱數字用戶線路(ADSL)，視頻點播(VOD)，以及教育網絡等。同時，MPEG-1也可被用做記錄媒體或是在INTERNET上傳輸音頻。n

MPEG-2

MPEG-2制定于1994年，設計目标是高級工業标準的圖象質量以及更高的傳輸率。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits/sec間，其在NTSC制式下的分辨率可達720X486，MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級的視像和CD級的音質。

MPEG-2的音頻編碼可提供左右中及兩個環繞聲道,以及一個加重低音聲道，和多達7個伴音聲道(DVD可有8種語言配音的原因)。由于MPEG-2在設計時的巧妙處理，使得大多數MPEG-2解碼器也可播放MPEG-1格式的數據，如VCD。

同時，由于MPEG-2的出色性能表現，已能适用于HDTV，使得原打算為HDTV設計的MPEG-3，還沒出世就被抛棄了。(MPEG-3要求傳輸速率在20Mbits/sev-40Mbits/sec間，但這将使畫面有輕度扭曲)。除了做為DVD的指定标準外，MPEG-2還可用于為廣播，有線電視網，電纜網絡以及衛星直播(DirectBroadcastSatellite)提供廣播級的數字視頻。

MPEG-2的另一特點是，其可提供一個較廣的範圍改變壓縮比，以适應不同畫面質量，存儲容量，以及帶寬的要求。n對于最終用戶來說，由于現存電視機分辨率限制，MPEG-2所帶來的高清晰度畫面質量(如DVD畫面)在電視上效果并不明顯，倒是其音頻特性(如加重低音，多伴音聲道等)更引人注目。n

MPEG-4

MPEG專家組的專家們正在為MPEG-4的制定努力工作。MPEG-4标準主要應用于視像電話(videophone)，視像電子郵件(VideoEmail)和電子新聞(Electronicnews)等，其傳輸速率要求較低，在4800-64000bits/sec之間，分辨率176X144。

MPEG-4利用很窄的帶寬，通過幀重建技術，壓縮和傳輸數據，以求以最少的數據獲得最佳的圖象質量。

與MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4的特點是其更适于交互AV服務以及遠程監控。MPEG-4是第一個使你由被動變為主動(不再隻是觀看，允許你加入其中，即有交互性)的動态圖象标準；它的另一個特點是其綜合性；從根源上說，MPEG-4試圖将自然物體與人造物體相溶合(視覺效果意義上的)。MPEG-4的設計目标還有更廣的适應性和可擴展性。

MPEG工業

MPEG問世數年來，給計算機和家電産業帶來的沖擊是巨大的。各種基于MPEG标準的産品如雨後春筍般不斷湧現，VCD的出現已經使在家電市場上風光多年的錄相機看到了生命之路的盡頭(想想看，自從VCD出現後，電視，報刊雜志上還有錄相機的廣告嗎？)；

而以生産MPEG解碼芯片著稱的C-CUBE，卻賺得碗滿缽溢。市場的競争是慘烈的，擁有先進的技術，找準市場的方向，才是企業興旺的出路。面對MPEG技術的不斷發展，企業是否能跟得上潮流的變化，能否利用更新的技術，開拓出更廣闊的市場，這都是值得認真思考的；就象原英特爾公司總裁安德魯.葛洛夫先生的一本書名所述：“隻有偏執狂才能生存。

标準

MPEG标準主要有以下五個，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7及MPEG-21等。該專家組建于1988年，專門負責為CD建立視頻和音頻标準，而成員都是為視頻、音頻及系統領域的技術專家。及後，他們成功将聲音和影像的記錄脫離了傳統的模拟方式，建立了ISO/IEC1172壓縮編碼标準，并制定出MPEG-格式，令視聽傳播方面進入了數碼化時代。

因此，大家現時泛指的MPEG-X版本，就是由ISO(International Organization for Standardization)所制定而發布的視頻、音頻、數據的壓縮标準。

MPEG标準的視頻壓縮編碼技術主要利用了具有運動補償的幀間壓縮編碼技術以減小時間冗餘度，利用DCT技術以減小圖像的空間冗餘度，利用熵編碼則在信息表示方面減小了統計冗餘度。這幾種技術的綜合運用，大大增強了壓縮性能。

MPEG-1

MPEG-1标準于1992年正式出版，标準的編号為ISO/IEC11172，其标題為“碼率約為1.5Mb/s用于數字存貯媒體活動圖像及其伴音的編碼”。

MPEG-2标準于1994年公布，包括編号為13818-1系統部分、編号為13818-2的視頻部分、編号為13818-3的音頻部分及編号為13818-4的符合性測試部分。

MPEG-2

MPEG-2編碼标準希望囊括數字電視、圖像通信各領域的編碼标準，MPEG-2按壓縮比大小的不同分成五個檔次(profile)，每一個檔次又按圖像清晰度的不同分成四種圖像格式，或稱為級别(level)。

五個檔次四種級别共有20種組合，但實際應用中有些組合不太可能出現，較常用的是11種組合。這11種組合分别應用在不同的場合，如MP@ML(主檔次與主級别)用在具有演播室質量标準清晰度電視SDTV中，美國HDTV大聯盟采用MP@HL(主檔次及高級别)。

MPEG－4

MPEG－4在1995年7月開始研究，1998年11月被ISO/IEC批準為正式标準，正式标準編号是ISO/IEC14496，它不僅針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，更加注重多媒體系統的交互性和靈活性。這個标準主要應用于視像電話、視像電子郵件等，對傳輸速率要求較低，在4800－6400bits/s之間，分辨率為176*144。

MPEG－4利用很窄的帶寬，通過幀重建技術、數據壓縮，以求用最少的數據獲得最佳的圖像質量。利用MPEG－4的高壓縮率和高的圖像還原質量可以把DVD裡面的MPEG－2視頻文件轉換為體積更小的視頻文件。經過這樣處理，圖像的視頻質量下降不大但體積卻可縮小幾倍，可以很方便地用CD－ROM來保存DVD上面的節目。另外，MPEG－4在家庭攝影錄像、網絡實時影像播放也大有用武之地。

MPEG-7

MPEG-7(它的由來是1+2+4=7,因為沒有MPEG-3、MPEG-5、MPEG-6)于1996年10月開始研究。确切來講，MPEG－7并不是一種壓縮編碼方法，其正規的名字叫做’多媒體内容描述接口，其目的是生成一種用來描述多媒體内容的标準，這個标準将對信息含義的解釋提供一定的自由度，可以被傳送給設備和電腦程序，或者被設備或電腦程序查取。

MPEG-7并不針對某個具體的應用，而是針對被MPEG-7标準化了的圖象元素，這些元素将支持盡可能多的各種應用。建立MPEG-7标準的出發點是依靠衆多的參數對圖象與聲音實現分類，并對它們的數據庫實現查詢，就像我們今天查詢文本數據庫那樣。

可應用于數字圖書館，例如圖象編目、音樂詞典等；多媒體查詢服務，如電話号碼簿等；廣播媒體選擇，如廣播與電視頻道選取；多媒體編輯，如個性化的電子新聞服務、媒體創作等。

MPEG－21

MPEG在1999年10月的MPEG會議上提出了“多媒體框架”的概念，同年的12月的MPEG會議确定了MPEG-21的正式名稱是“多媒體框架”或“數字視聽框架”，它以将标準集成起來支持協調的技術以管理多媒體商務為目标，目的就是理解如何将不同的技術和标準結合在一起需要什麼新的标準以及完成不同标準的結合工作。

格式轉換

因為MPG存在多個版本，所以我們用某個軟件播放MPG格式的視頻文件時，有時能正常放映，有時卻不能。如用會聲會影進行視頻編輯時，會聲會影能放映MPG視頻的視頻圖像，但有時視頻文件中的聲音卻放不出來，這時我們需要用格式轉換軟件把視頻格式轉換一下。

如：快樂影音轉換器。用快樂影音轉換器轉換後，雖然文件仍為MPG格式，但圖像會模糊一些并且長寬都會變小，文件也會變小一半以上。不過這時用會聲會影可播放聲音試聽聲音了。如果不是要進行編輯，隻是放映的話，用超級解霸播放，不要對原來的文件進行格式轉換。

國際标準

MPEG(Moving Pictures Experts Group，運動圖片專家組)是在ISO(國際标準化組織)和IEC(國際電工委員會)内運作的一個工作組。自從1988年開始活動以來，MPEG已經編制了ISO/IEC11172(通常所說的MPEG-1)和ISO/IEC13818(通常所說的MPEG-2)國際标準，其中包括用于服務器和網絡會話的标準協議DSM-CC(Digital storage media command and control，數字存儲媒體命令與控制)。

這些标準已獲得産業和服務供應商的廣泛支持，并且引起了一場數字革命,使得更加普遍的交互式媒體得以迅速發展。目前，MPEG将研究重點轉向了交互性更加高級的形式，在未來的幾年裡,技術的發展将使這種高級形式成為可能。

這就是MPEG-4課題的目标，該課題預計在1998年底完成，該項目的完成可使用戶達到關于音頻視頻内容交互性的多種形式，以及以一種整體的方式将人工的和自然的音頻和視頻信息溶合在一起。

MPEG-4技術包含兩個主要部分：視聽對象的編碼工具集和描述編碼工具和編碼對象的句法語言(syntatic language)。從技術的觀點看，與傳統編碼标準最顯着的不同是:接收者可以下載用于表示視聽信息的語法描述，并且具有很快被VLSI(超大規模集成)技術所支持的特征。

MPEG-4是一個正在制定的國際标準,它支持用于通信、訪問和數字視聽數據處理的新方法(特别是基于内容的)。考慮到低損耗、高性能技術提供的機會和面臨迅速擴展的多媒體數據庫的挑戰，MPEG-4将提供靈活的框架和開放的工具集,這些工具将支持一些新型的和常規的功能。由于快速發展的技術使得工具軟件的下載極為便利,因此這種方式極具吸引力。

本文将介紹MPEG-4的特點以及由MPEG-4支持的功能、MPEG-4的結構和一些潛在的應用,還将介紹制定該标準的工作計劃。

常見謬論

MPEG-4等于DIVX

不少人都以為DIVX即是MPEG-4，但其實DIVX是将影像部分以MPEG-4來壓縮、音效部分以MP3壓縮處理，再以AVI檔格式存在的制成品，故檔案較MPEG-2小，而畫質表現就介乎MPEG-1與MPEG-2之間。

MP3即是MPEG-3

正如前述，MPEG-3隻不過是被放棄的一種壓縮技術，至于大家熟悉的MP3其實是MPEG-1Layer3的音頻數據壓縮技術，簡稱。

壓縮理念

至于MPEG-4的出現是由于MPEG-1和MPEG-2的壓縮技術，不能将它放在網絡上作為影音資料傳遞之用，所以MPEG-4不再是采用每張畫面壓縮的方式，而是采用了全新的壓縮理念。先将畫面上的靜态對象統一制定規範标準，例如文字、背景、圖形等，然後再以動态對象作基礎的方式将畫面壓縮，務求以最少數據獲得最佳的畫質，并将之作為網絡上傳送之用。

此外，值得一提的是，繼MPEG-4後，将會進入更先進的MPEG-7年代。這項嶄新技術已非一種壓縮編碼方法，而是一種多媒體内容描述接口(Multimedia Content Description Interface)，能快速搜尋不同類型的多媒體材料，對于将來要面對日漸龐大的圖像、聲音的管理有重大幫助。

特點

遠程通信、計算機和電視/電影工業之間的傳統界限極為模糊。曆史上原本屬于某一領域的内容現已滲透到其他兩個領域中。視頻、聲音和通信已進入計算機；交互性進入了電視；視頻和交互性則進入了遠程通信領域。看起來像一種聚集,實際上并非如此。這三種行業是從不同的技術角度來研究音像應用的。

在當今世界,應對三種主要趨勢予以關注：

1、向無線通信發展的趨勢；

2、向交互式計算機應用發展的趨勢；

3、視聽數據的綜合應用不斷增長的趨勢。

對于傳統意義上區分的各行業間的交叉，應綜合考慮這三種趨勢；目前的标準和正在制作的标準沒有充分涉及這些新的需求。而MPEG-4的重點就是解決這些需求，即綜合三種行業的通用應用，以提供便于交互的音頻-視頻編碼、高壓縮比和通用訪問能力。為了采用迅速發展的相關技術的優點,MPEG-4标準将保證高度的靈活性和擴展性。

基于内容的交互性包括人與音像畫面中有意義的對象相互作用的能力。目前，這種交互作用局限于計算機圖形，即人工合成的内容。對于新的交互式音像應用，能夠提供與自然的、人工的及自然/人工混合的音像對象的相互作用極為重要。

為了有效使用存儲空間和傳送帶寬，需要有較高的壓縮比。對于低比特率的應用,改善壓縮效率非常重要。

通用訪問能力是指對有用的音像數據的訪問可以在存儲和傳送媒體的很大範圍内進行的鑒于移動通信的迅速崛起，通過無線網絡進行這種應用的訪問尤為重要。

高度的靈活性和可擴展性由句法描述語言來保證，這種句法描述語言稱為‘MPEG-4句法描述語言’(MSDL)。MSDL将在下面介紹。

目前的視聽标準是為從照相機和麥克風獲取的自然内容的編碼重現而設計的。由于上述三個領域的相互滲透，人工内容的應用在不斷增長。因此，很顯然的需求是一種既适合于自然對象又适合于人工對象的模式，它能夠用來産生單一的音像序列。

功能

新的特點

下述8個關鍵的功能是MPEG-4新的特點，可以認為現存的或其他正在制定的标準不能完全支持MPEG-4，這些功能由編碼工具和MSDL的組合來支持。當特定應用需要時，靈活的MSDL允許使用不同的編碼工具來提供這些功能的不同組合。

這些功能如表1所述，在表1中根據它們是否涉及基于内容的交互性、壓縮比或通用訪問能力進行了分組。

其他标準

除上述新的或改進的功能外，還有幾種其他的重要功能，需要用它來支持已預見到的音頻應用。與新的或改進的功能所不同的是，下面所列的功能已由現行的或其他正在制定的标準提供。

1、同步———對所表示的音頻、視頻和其他内容數據進行同步的能力；

2、輔助數據能力———為二進制數據比特流分配通道的能力；

3、虛拟通道分配的靈活性———動态地重新分配視頻、音頻或數據通道的能力；

4、低延遲模式(端對端或解碼器)———對系統、音頻和視頻編碼進行低延遲操作的能力；

5、用戶控制———支持交互操作中用戶控制的能力；

6、傳送媒體交互運作———在各種媒體上進行運作的能力；

7、與其他音像系統的交互運作———與各種類型的終端相互作用的能力；

8、多點能力———具有多源或多目的地的能力；

9、安全———提供密碼、鑒别和密鑰管理的能力；

10、内容———對各種類型的可視畫面和音頻内容進行編碼的能力(高的和中等質量的音頻、寬帶、窄帶、智能和人工語言及人工音頻)；

11、格式———對各種格式的音頻和視頻進行編碼的能力；

12、質量———對解碼的音頻或視頻質量的評估。

結構

MPEG-4結構将為特定問題提供完整的解決方案，并且具有對最新的音像編碼技術進行靈活複制的能力。從過去MPEG的經驗看，預計MPEG-4由4個不同的部分組成：MPEG-4句法描述語言、工具、算法和輪廓。

MPEG-4句法描述語言(MSDL)

MPEG-4句法描述語言的目的是便于工具、算法和輪廓的選擇、描述和下載,以及描述如何分析和處理基本的數據流。MSDL将提供解決下述有關方面的途徑：

協商解碼器的配置,該結果将決定輪廓；

描述輪廓:各組成部分以及這些組成部分間的鍊接；

在非特定機器語言中下載丢失部分，特别是在音像應用中；

用與所選擇的輪廓相一緻的語法和語義來傳送數據(音像和其他)。

工具

工具是一種通過MPEG-4句法描述語言或使用MSDL描述的語言來訪問的技術。它可通過軟件或硬件來實現。

工具示例：運行補償和形狀表示。

算法

算法是提供一個或多個功能工具的有機組合。

算法示例：MPEG-1音頻，MPEG-1視頻和MPEG-2系統。

輪廓

輪廓是以特定的方式限定的一個算法或一組算法，用以解決一組特定的應用問題。輪廓示例：MPEG-2at Main Profile@Main Level。

标準化

以特定的方式可以将其下載到MPEG-4終端上的部分不需要标準化。按照MPEG的經驗，下一步很可能就是對MPEG-4句法描述語言、一些工具和一些輪廓的标準化。雖然不必對所有的應用規定輪廓、算法甚至工具。但在輪廓級别範圍内，下列應用是必須進行标準化的：

某些應用需要解碼器開啟與聲音和圖像重放之間的延遲盡可能的短;标準化的輪廓保證最快的開啟。

某些應用使用了有限的易出錯的傳送資源，如無線網絡。

下載花費時間較長，在臨界階段差錯風險率較高。

盡管軟件和硬件技術在發展，但那些費效最好的終端的生産仍然要求專門的編碼硬件和特定軟件平台。

通過使用下載，MPEG-4标準将支持使用不在标準中出現的工具、算法和輪廓。

應用示例

下面介紹得益于MPEG-4提供的新功能的三類應用示例，使人們對在今後的産品中如何使用這些功能有所了解。表2列出了基本的(即要實現的)和可選擇的(即用于某些特定應用的)三種應用示例的功能。基本的/現的用‘E’表示可選擇的用‘O’表示

音像數據庫訪問

這一類應用包括檢索、處理、表示和音頻、視頻數據的存儲。通過各種各樣的無線和有線傳輸媒介，可以對一個通用數據庫進行本地(如：從固态存儲器)或遠程訪問。

示例：

音像終端，如專用數字輔助設備(PDA)，用于支持電子新聞、電子黃頁和移動信息的低容量網絡(如:将來的蜂窩PSTN)。

固态存儲器上的視頻存儲，用于便攜機上的播放/錄制。

來自交互式視頻目錄的電視商場。

音像通信和處理

這一類應用包括有線或無線通信系統提供常規的人之間的服務。該類應用還包括傳送和檢索音像信息的方法。基本内容的功能能進行新型的交互，如：改進用戶可選擇區域的質量。

示例：

可視電話；

多點可視會議系統；

可視應答器；

可視e-mail。

遠程監視和控制

這一類應用包括在寬比特率的網絡上使用照相機和麥克風。為了有效地傳送和存儲監視的音像數據需要高的壓縮比。

示例：

建築物、工地的安全監控等

車輛交通監控

工作計劃

MPEG-4将研制并證實标準中的MSDL、工具、算法和輪廓。MPEG-4标準将提供其他相關信息，這些内容是全面地解決實際應用問題所需要的。工作計劃分為設标階段(1996.1結束)和聯合研制階段。

在聯合研制階段，将吸收投标階段的結果以制定出最佳标準，即研制靈活和可擴充的MPEG-4句法描述語言、音像編碼工具、算法的輪廓的初始集合。

目前，MPEG-4标準的研究已經産生了MSDL的工作組文件(WD),計劃1997年7月形成WD的最後版本，1997年11月形成委員會草案(CD)，1998年3月形成國際标準草案(DIS)，1998年11月形成正式國際标準(IS)。我國已将MPEG-1标準轉化為我國國家标準(等同采用)，MPEG2也已列入今後兩年的國家标準制定計劃，我們将密切關注MPEG-4标準的研制動态，适時地将其轉化為我國國家标準。