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视频压缩编解码标准综述知识理论

   随着Internet带宽的不断增长,在Internet上传输视频的相关技术也成为Internet节研究和开发
的热点。目前,许多实验性的高速宽带网络都把视频传输的技术和应用作为研究的重点课题。

  在Internet上传输视频有许多困难,其根本的原因在于Internet的无连接每包转发机制主要为突发
性的数据传输设计,不适用于对连续媒体流的传输。为了在Internet上有效的、高质量的传输视频
流,需要多种技术的支持,其中数字视频的压缩编码技术是Internet视频传输中的关键技术之一。
此外,在多媒体的传输、处理、应用中还有许多问题:如何在网络上传输视频?如何通过手机上网
并接收视频和图像?如何对多媒体数据进行快速有效的检索?如何对多媒体信息进行统一的存取?
等等。 目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263,运动静止图像专家
组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准,此外在互联网上被广泛应用的还
有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。具体如下:

一、国际电联的H.261、H.263标准
1.H.261
H.261又称为P*64,其中P为64kb/s的取值范围,是1到30的可变参数,它最初是针对在ISDN上实现电信
会议应用特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的。实际的编码算法类似于MPEG算法,但不能与
后者兼容。H.261在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多,此算法为了优化带宽占用量,引进
了在图像质量与运动幅度之间的平衡折中机制,也就是说,剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。
因此这种方法是属于恒定码流可变质量编码而非恒定质量可变码流编码。
2.H.263
H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案,是为低码流通信而设计的。但实际上这个标准可用在很宽的码流范围,而非只用于低码流应用,它在许多应用中可以认为被用于取代H.261。H.263的编码算法与H.261一样,但做了一些改善和改变,以提高性能和纠错能力。.263标准在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果,两者的区别有:(1)H.263的运动补偿使用半象素精度,而H.261则用全象素精度和循环滤波;(2)数据流层次结构的某些部分在H.263中是可选的,使得编解码可以配置成更低的数据率或更好的纠错能力;(3)H.263包含四个可协商的选项以改善性能;(4)H.263采用无限制的运动向量以及基于语法的算术编码;(5)采用事先预测和与MPEG中的P-B帧一样的帧预测方法;(6)H.263支持5种分辨率,即除了支持H.261中所支持的QCIF和CIF外,还支持SQCIF、4CIF和16CIF,SQCIF相当于QCIF一半的分辨率,而4CIF和16CIF分别为CIF的4倍和16倍。 1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建议的第2版,它提供了12个新的可协商模式和其他特征,进一步提高了压缩编码性能。如H.263只有5种视频源格式,H.263+允许使用更多的源格式,图像时钟频率也有多种选择,拓宽应用范围;另一重要的改进是可扩展性,它允许多显示率、多速率及多分辨率,增强了视频信息在易误码、易丢包异构网络环境下的传输。另外,H.263+对H.263中的不受限运动矢量模式进行了改进,加上12个新增的可选模式,不仅提高了编码性能,而且增强了应用的灵活性。H.263已经基本上取代了H.261。
二、M-JPEG
M-JPEG(Motion- Join Photographic Experts Group)技术即运动静止图像(或逐帧)压缩技术,广泛应用于非线性编辑领域可精确到帧编辑和多层图像处理,把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理,这种压缩方式单独完整地压缩每一帧,在编辑过程中可随机存储每一帧,可进行精确到帧的编辑,此外M-JPEG的压缩和解压缩是对称的,可由相同的硬件和软件实现。但M-JPEG只对帧内的空间冗余进行压缩。不对帧间的时间冗余进行压缩,故压缩效率不高。采用M-JPEG数字压缩格式,当压缩比7:1时,可提供相当于Betecam SP质量图像的节目。 PEG标准所根据的算法是基于DCT(离散余弦变换)和可变长编码。JPEG的关键技术有变换编码、量化差分编码、运动补偿、霍夫曼编码和游程编码等 M-JPEG的优点是:可以很容易做到精确到帧的编辑、设备比较成熟。缺点是压缩效率不高。 此外,M-JPEG这种压缩方式并不是一个完全统一的压缩标准,不同厂家的编解码器和存储方式并没有统一的规定格式。这也就是说,每个型号的视频服务器或编码板有自己的M-JPEG版本,所以在服务器之间的数据传输、非线性制作网络向服务器的数据传输都根本是不可能的。
三、MPEG系列标准
MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)的缩写,于1988年成立,是为数字视/音频制定压缩标准的专家组,目前已拥有300多名成员,包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准,随后扩充为“及其伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求,解除了“用于数字存储媒体”的限制,成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织制定的各个标准都有不同的目标和应用,目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。 MPEG-4标准 运动图像专家组MPEG 于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC14496)标准第一版本。同年年底MPEG-4第二版亦告底定,且于2000年年初正式成为国际标准。 MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法,它是针对数字电视、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。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内,旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具,从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。 MPEG-4的编码理念是:MPEG-4标准同以前标准的最显著的差别在于它是采用基于对象的编码理念,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的实现对于各种对象的操作及编辑。例如,我们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MPEG-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。
来源:      时间:2011-5-28 11:18:09

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