MPEG2與MPEG4在視頻編碼的應(yīng)用比較-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯MPEG2與MPEG4在視頻編碼的應(yīng)用比較-基礎(chǔ)電子MPEG2制定于1994年，是建立在MPEG1之上，設(shè)計目標(biāo)是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率。它主要應(yīng)用在沒有色度畸變要求場合的高質(zhì)量視頻，數(shù)據(jù)速率在1.1Mbps到20Mbps之間。MPEG2能夠提供廣播級的視像和CD級的音質(zhì)。MPEG2不僅能錄制電視節(jié)目，而且還是為錄制高清晰度的高質(zhì)量動態(tài)圖像而開發(fā)的，能夠存儲比MPEG1清晰度更高的動態(tài)圖像。除了作為DVD的指定標(biāo)準(zhǔn)外，MPEG2還可用于為數(shù)字有線電視分配、通過ATM的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)、數(shù)字VTR應(yīng)用以及衛(wèi)星和地面數(shù)字廣播分配等提供廣播級的數(shù)字視頻。除此之外，在近迅速增加的擁有電視錄像功能的PC，及外置的視頻捕獲裝置中也使用了MPEG2。

從本質(zhì)上說，MPEG2可以視為是一組MPEG1的編碼標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)計能向后兼容MPEG1，即每一個MPEG2兼容解碼器能對有效的MPEG1比特流進行解碼。為了滿足多種不同應(yīng)用的需求，MPEG2將許多視頻編碼算法綜合于單個句法之中；為獲得足夠的性能和質(zhì)量，MPEG2還增添了許多新的編碼特性。MPEG2具備兩種編碼模式，一是非可分等級的編碼模式，二是可分等級的編碼模式。

在非可分等級的編碼中，與MPEG1一樣，MPEG2是以通用的混合DCT和DPCM編碼為基礎(chǔ)，加入了宏塊結(jié)構(gòu)、運動補償和幀間預(yù)測的編碼方式。MPEG2引進了一些新的運動補償場預(yù)測模式，以便有效地對場圖像和幀圖像加以編碼，如，為了支持隔行視頻的場圖像的場間預(yù)測、幀圖像的場間預(yù)測、用于P幀的雙基預(yù)測和用于場圖像的16x8預(yù)測等針對隔行掃描圖像的更有效預(yù)測編碼模式。另外，MPEG2還引入了更高的色信號取樣模式。MPEG1中使用4:1:1模式，即色信號的取樣無論在水平方向，還是在垂直方向上都是亮度信號樣點數(shù)的1/2。MPEG2除了4:2:0外，還支持4:2:2和4:4:4模式，前者色信號的樣點數(shù)在垂直方向上與亮度信號相同，只在水平方向上是亮度信號的1/2；后者的色信號的樣點數(shù)和亮度信號則完全相同。

除了非可分等級的編碼模式外，MPEG2已經(jīng)對可分級性方法進行了標(biāo)準(zhǔn)化?？煞旨壘幋a在不同業(yè)務(wù)之間能提供互操作性，能滿足傳輸頻道或存儲媒體對帶寬的特殊需求，能較靈活地支持具有不同顯示功能的各種接收機。有的接收機既沒有能力或者也不要求再現(xiàn)視頻的全部清晰度，那么就可以只對分層比特流的子集進行解碼，以較低的空間或時間清晰度，或者較低的質(zhì)量，來顯示視頻圖像?？煞旨壘幋a靈活支持多種清晰度的這一功能對于HDTV跟標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）相互配合運作來講十分重要，保持HDTV接收機應(yīng)跟SDTV產(chǎn)品相兼容。只要HDTV源進行了可分級編碼，就能實現(xiàn)這一兼容性，這就能避免很浪費地將兩個單獨的比特流分別地傳輸給HDTV和SDTV接收機。MPEG2已對三種可分級編碼方案進行了標(biāo)準(zhǔn)化：SNR可分級性、空間可分級性及時間可分級性——每一種方案的目標(biāo)在于有助于滿足特殊應(yīng)用的需求?？臻g可分級性已經(jīng)開發(fā)完成，以便在接收機顯示不同的空間清晰度——從基層能夠再現(xiàn)空間清晰度較低的視頻，這一功能對于許多應(yīng)用都是有用的，包括對HDTV／TV系統(tǒng)采用嵌入式編碼，這樣就允許從數(shù)字TV業(yè)務(wù)向具有較高空間清晰度的HDTV業(yè)務(wù)過渡?？臻g可分級性能夠靈活的支持很寬范圍的空間清晰度，但給主要編碼方案增添了很大的裝置復(fù)雜性。SNR可分級性已基本開發(fā)成功，對于按優(yōu)先排列傳輸媒體來說，SNR可分級性能使視頻質(zhì)量下降時比較緩慢（質(zhì)量可分級性），如果基層能避免受到傳輸誤差的影響，那么只要對基層信號加以解碼，就能獲得質(zhì)量衰減緩慢的視頻。用來實現(xiàn)質(zhì)量緩慢衰減的算法基于一種頻率（DCT域）可分級性技術(shù)，能夠獲得的編碼效率。在基層，DCT系數(shù)在量化步長較大下被量化和發(fā)送，以便在低比特率情況下來獲取適中的圖像質(zhì)量。非量化DCT系數(shù)跟來自基層、量化步長較小的量化系數(shù)之間存在差值，而增強層就對這一差值進行編碼，加以發(fā)送。在解碼器，通過對較低層和較高層比特流進行解碼，就能再現(xiàn)質(zhì)量的視頻信號。利用這一方法，也可能在接收機中獲取空間清晰度較低的視頻圖像。已開發(fā)的時間可分級性方法的目的跟空間可分級性的相類似——只要具有一個適用于立體顯示功能接收機的分層比特流，立體視頻就能得到支持。不同的可分級性方法還可以結(jié)合于一個混合編碼方案之中，也就是說，將空間可分級性和時間可分級性方法結(jié)合于一個混合層編碼方案之中，這樣，擁有不同空間清晰度和幀頻的各種業(yè)務(wù)之間的互操作性就能得到支持。將空間可分級性與SNR可分級性相結(jié)合，就能夠獲得HDTV與SDTV業(yè)務(wù)之間的互操作性，并對頻道誤差有一定的恢復(fù)功能。MPEG2句法多可支持三個不同的可分級層。可分級編碼的其它一些重要應(yīng)用還有視頻數(shù)據(jù)庫瀏覽以及在多媒體環(huán)境中視頻的多清晰度重放。

而MPEG4提出的來的初衷是制定一個通用的低碼率（64KB/S以下）的標(biāo)準(zhǔn)，并打算采用第二代壓縮編碼算法，以有效的支持甚低碼率的應(yīng)用。但是由于很多壓縮編碼的第二代算法仍處于研究階段或是不夠成熟，MPEG4目標(biāo)又轉(zhuǎn)向支持目前的標(biāo)準(zhǔn)尚未全面支持的那些應(yīng)用。例如，移動通信中的聲像業(yè)務(wù)，與其他多媒體數(shù)據(jù)（如計算機產(chǎn)生的圖形，圖像）的集成和交互式多媒體服務(wù)等。在5－64KB/S的范圍內(nèi)，MPEG4支持的圖像格式從每行幾個像素、每幀幾行到CIF格式，幀率從0Hz到15Hz。由于其壓縮率非常高，數(shù)據(jù)量也很小，因而圖像質(zhì)量不如MPEG1及2。

MPEG4包括如下幾部分主要功能：

1、基于內(nèi)容的編碼（content-oriented），即不是像MPEG1,2基于像素的編碼，而是基于對象（object）和實體（entity）進行編碼。對每一個對象的編碼形成一個對象碼流層，該碼流中包含著對象的形狀、位置、紋理以及其他方面的屬性等。對一幅圖像編碼所形成的碼流就由一系列這樣的對象層碼流所構(gòu)成。用戶可以直接對“對象層”進行存取操作。

2、編碼效率的改進和并發(fā)數(shù)據(jù)流的編碼。

3、錯誤處理的魯棒性，有助于低比特率視頻信號在高誤碼率環(huán)境（如移動通信環(huán)境）下的存儲和傳輸。

4、基于內(nèi)容的可伸縮性（scalable），用戶可以有選擇的只對感興趣的對象進行傳輸、解碼和顯示。

與MPEG4主要面對移動通信或目前Internet上低帶寬多媒體的應(yīng)用相比，MPEG2主要是用于高帶寬高保真的多媒體業(yè)務(wù)環(huán)境，它可以提供廣播電視級圖像質(zhì)量