视音频流媒体图像编码标准综述(2)-|视音频|流媒体|图像编码|-嵌入式技术网

　　从目前的情况看，MPEG-4主要被用于三个领域：数字电视、交互式的图形应用（包括内容上的合成技术）、交互式多媒体领域等。

　　 1) MPEG-4是做为一个国际化的标准来制定研究的，因而具有很好的兼容性及开放性。

　　 2) MPEG-4提供高压缩比的同时，对数据的损失很小，达到以最小的数据获得最佳的图像质量的目的。

　　 3) MPEG-4是个开放标准，因其高质量的数字影像，以及允许内容创建者从MPEG-2质量一直到极低带宽的Internet流式内容全程进行品质和带宽的均衡，而被全世界的无线、电脑及娱乐公司广泛采用。

　　 4) 正如MPEG-2将使数字电视最终完全取代现有的模拟电视那样，随着MPEG-4新标准的不断推出，数据压缩和传输技术必将趋向更加规范化。

　　 H.264（ITU-T命名），或称之为MPEG-4 AVC（ISO/IEC命名），是一种由ITU-T与ISO/IEC正在联合进行开发的视频编解码方案，即将成为MPEG-4标准的第10部分（ISO MPEG-4 Part 10）。关于该技术的视频编码方案，现在正式命名为ITU-T H.264或"JVT/AVC草案"。H.264/MPEG-4 AVC作为MPEG-4标准的扩展（MPEG-4 Part 10），充分利用了现有MPEG-4标准中的各个环节。H.264/MPEG-4 AVC就在现有MPEG-4 Advanced Simple Profile的基础之上进行发展的。

　　 H.264/MPEG-4 AVC的编解码方案流程主要包括如下5个部分：精密运动估计与帧内估计（Estimation）、变换（Transform）及逆变换、量化（Quantization）及逆量化、环路滤波器（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）。

　　尽管H.264/MPEG-4 AVC这项技术虽然还没有得到正式批准，但是其可以降低50%或更多带宽的能力，能以少于1Mbps的数据率传输基于互联网协议(IP)的广播质量级的视频内容，这是目前正式颁布的ISO MPEG-4及MPEG-2编解码方案根本所不能比拟的。因而，H.264/MPEG-4 AVC将对所有要求高压缩率、高质量的应用领域产生深远的影响。

　　目前Amphion Semiconductor、Envivio、Equator Technologies、iVAST、德州仪器、UB Video和VideoLocus等芯片制造商以及软件技术供应商都对该项技术进行了相关的研究及产品开发，其中VideoLocus公司推出了VLP4000系统用于H.264/MPEG-4 AVC编解码、流媒体方案及性能的评估。

　　数字摄像机记录视频不是以模拟信号，而是以压缩的数字信号的方式。为避免出现不兼容的情况，这种技术的主要产品都符合一个数字压缩标准：DV。很多国际知名的视频厂商都发展和提供DV格式的产品，这其中的传输标准被称为FireWire（IEEE 1394）。DV是一种将DCT压缩的数字视频信号记录到盒式录像带的方法。

　　 1) 取样频率及取样比：DV使用的是4∶2∶0的数字分量记录系统，视频亮度取样频率为13.5MHz，色差信号取样频率是3.375MHz。

　　 2) 量化深度：DV对取样后的亮度及色差信号进行8-bit量化。

　　 3) 视频信号压缩比：DV格式采用的是帧内压缩方法，压缩比为5∶1，压缩后视频码流在进一步处理后记录在磁带上。

　　 IEEE l394是标准的高速、短距数据传输交换协议。IEEE1394已经被数字VCR联盟确认为标准的数字接口，被数字视频协会确认为数字传输标准。VESA（视频专家标准协会）认同1394用于家庭网络，并且欧洲数字视频广播（DVB）也认同将IEEE1394用于数字电视接口。

　　 1) DV格式具有优异的图像质量，它具有高清晰度，宽色度带宽，能还原色彩绚丽的图像、无抖动的稳定画面等特点。

　　 2) DV格式能对声音进行数字记录，为了与优越的图像相配合，DV格式提供了优质的PCM音频记录。

　　 4) 支持DV的MiniDV盒带比VHS盒带小巧许多，使得MiniDV的带仓、磁鼓和带盘机构等也相应变得更加精巧。

　　素材交换格式（Media eXchange Format, MXF）是厂商之间和主要组织（如Pro-MPEG、EBU和AAF协会）之间合作的巨大进展。MXF是一种在服务器、数据流磁带机和数字档案之间交换节目素材的文件格式。其内容可能为完整的节目以及整套广播电视节目或片段。MXF可自成体系运用，无需外部素材即可保存完整的内容。目前素材交换格式（MXF）标准化工作已发展到第9版本。

　　 MXF把统称为实体的视频、音频和节目数据（如文本）与元数据捆绑在一起，并将它们置于一个包内，其主体基于码流并携带实体和某些元数据。它保存视频帧的一个片段，每个片段辅之于有关的音频和数据实体以及基于帧的元数据。后者一般包含时间码和每个视频帧的文件格式信息。主体可基于若干不同类型的素材（实体），包括MPEG、DV和非压缩视频/音频，它还使用SMPTE KLV数据编码系统，这使之具有成为公认标准的优势。

　　 MXF是音频/视频/元数据的打包结构，由文件头、文件尾、文件体以及可选的索引部分组成。索引部分包括部分元数据和文件参数用于文件访问，文件体部分可以是多种视音频格式，如MPEG，DV和非压缩的AV数据。文件体由若干场景文件构成，每个场景文件都是由图像、声音和元数据组成的。

　　元数据就是与视音频数据结合在一起的辅助信息，它记录了与节目制作相关的数据，如：拍摄时间、拍摄地点、人物、场景编号及其他相关信息。这些信息在节目制作、传送、复制及播出的各个阶段，始终与视音频信号密切结合。

　　元数据(Metadata)在日后的素材管理、资料查找、交互式节目制作与播出等应用中，将大大提高我们的工作效率，并起到举足轻重的作用。利用元数据，我们可以轻松的实现素材查找。除了可以直接观看视频画面之外，还可以通过元数据查看其他相关数据，获得更直观、更丰富、更形象的资讯。

　　 AAF是Advanced Authoring Format的缩写，意为"先进制作格式"。AAF是一个协会，它包括了目前世界上主要的电子设备供应商、计算机软硬件厂家和一些广播机构。协会主要负责制定用于增强的编辑和制作的通用AV文件格式标准，即AAF格式。AAF格式是一种用于多媒体创作及后期制作、面向企业界的开放式标准。

　　 AAF是一种带标签和地址的图像/声音/元数据打包方式， MXF与AAF这两种格式具有互补性。AAF可以对现有的各种媒体文件格式进行集成和补充；而MXF对AAF文件和现有的各种流媒体格式都有这样的效能。MXF和AAF都可以单独使用，它们在各自的应用领域各有所长；与此同时，用户对任何一者无须有依赖性。例如，一个单纯的广播系统可以使用MXF格式；一个后期制作室可以只使用AAF格式；而一个带有后期制作设施的广播机构，则可以同时使用这两种格式。

　　 MXF与AAF这两种文件格式在很多方面非常相似，从这两种文件的关系上来看MXF是AAF的子集。

　　 (4)MXF的作用

　　 1) 使用MXF文件，我们可以利用成熟、实用且构造简单、价格并不昂贵的IT网络传送高质量的视音频数据。

　　 2) 应用MXF文件技术，可以在所有支持即将成为国际标准的MXF文件格式的各个厂家设备（录像机、服务器、非线性制作设备）之间传送视频数据。

　　 3) 除了提供更好的互操作性，即在不同的设备和不同的应用之间处理视频和音频。MXF另外的贡献是传送元数据。从一开始就把MXF作为一种新文件格式来开发，因此对元数据应用加以大量的关注。这不仅对MXF文件的恰当运行非常重要，而且还将导致功能强大的新型媒体管理工具的出现。

　　 二流媒体标准

　　 1. ISMA MPEG-4流媒体标准

　　 ISMA是国际互联网流媒体联盟（Internet Streaming Media Alliance）的简称，它是由苹果、思科、IBM、Sun、Philips、Kasenna等产业界巨人于2000年12月14日发起并宣布成立，目前其正式成员达到30家以上。ISMA联盟的宗旨为推动开发与使用IP端到端媒体流解决方案的国际开放性标准。其官方网站（www.ISM-Alliance.org）作用在于发表各项完成的规范并发布联盟的活动信息。

　　由于MPEG-4作为MPEG-1及MPEG-2的替代技术标准，可以将较大的流媒体文件在保证视音频质量情况下压缩的非常小，更利于在网络上传播。基于此，ISMA MPEG-4标准正是由ISMA制定并发布的基于ISO MPEG-4的流媒体新标准。

　　 ISMA发布了新标准的第一个规范说明--ISMA 1.0。该规范说明允许用户仅下载一个插件，就可以使用不同公司的播放器欣赏网络音频与视频；而且使用范围不局限于PC机，还包括各种掌上无线设备（如PDA、手机等）。

　　 ISMA 1.0目前有两个版本：Profile 0和Profile 1。前者是为了无线网络及带宽较窄的网络准备的，可以适用于手机、PDA等掌上无线设备；后者是为了宽带设计的，可以应用于机顶盒以及PC机。ISMA希望MPEG-4 能够最终代替MPEG-2标准，但是新标准在视频效果及交互性方面有待改进，目前仍在不断的发展及提高之中。

　　 2. QuickTime

　　 (1)QuickTime MOV格式

　　 Apple公司的QuickTime MOV文件格式是数字媒体领域的工业标准。QuickTime MOV文件格式定义了存储数字媒体内容的标准方法，使用这种文件格式不仅可以存储单个的媒体内容（如视频帧或音频采样），而且能保存对该媒体作品的完整描述。

　　 QuickTime MOV文件格式被设计用来适应为与数字化媒体一同工作需要存储的各种数据。它将媒体描述和媒体数据分开存储，媒体描述包含轨道数目、视频压缩格式和时间信息等，同时包含媒体数据存储区域的索引。媒体数据是指所有的采样数据，如视频帧和音频采样。由于这种文件格式能用来描述几乎所有的媒体结构，是应用程序间（不管运行平台如何）交换数据的理想格式。

　　 (2)QuickTime支持的ISO/ISMA MPEG4流媒体格式

　　 Apple公司的QuickTime从5.0版本开始采用MPEG-4相关的压缩技术，并且在其最新版本QuickTime 6中率先提出支持ISO/ISMA MPEG-4流媒体格式（mp4文件格式），而且是世界上用于创建、流化和观看MPEG-4内容的首款完全媒体解决方案。

　　 QuickTime在ISO/ISMA MPEG-4的流媒体应用方面具有以下明显特征：

　　 1) 采用完全符合ISO MPEG-4标准的视频编解码，用于MPEG-4影像内容的编码和解码。

　　 2) 符合互联网流式媒体联盟（ISMA）的1.0规范，并全面支持ISMA 1.0标准中的两个版本：ISMA Profile 0 和ISMA Profile 1。

　　 3) 采用Instant-On Streaming（即时通媒体流）技术，其特点是可消除缓冲延时，达到即时进退、帧进、帧退、拖动间播放、停止播放后还能进行自由定位浏览等功能，使用户能简捷快速地扫过流式媒体内容而定位到要观看的特定部分。这是RealVideo和Windows Media目前根本不能达到的功能。

　　 4) 在MPEG-4中采用高级音频编码（AAC）的音频编码技术，能够以小得多的文件提供比MP3好得多的音质，也比Windows Media Audio（WMA）更强。

　　 3. Windows Media Technologies

　　 Microsoft Windows Media 技术是一个能适应多种网络带宽条件的流式多媒体信息的发布平台，提供密切结合的一系列服务和工具用以创造、管理、广播和接收通过 Internet 和企业 Intranet 传送的极其丰富的流式化多媒体演示内容，包括了流式媒体的制作、发布、播放和管理的一整套解决方案。另外，还提供了开发工具包（SDK）供二次开发使用。

　　 (1)Windows Media 9 Series Platform

　　 Microsoft Windows Media 9 Series Platform是一套涉及编解码、服务器、播放器、软件开发包等各个方面的完整多媒体解决平台。它作为多媒体领域的最新核心技术，在编解码质量、稳定性、集成性、流媒体性能、功能等方面都有了较大的提高，同时该平台紧密的和Windows操作系统结合在一起，将在广播、电视、网络、远程教学、远程服务等方面有着广泛应用。

　　 (2)Windows Media Video 9（WMV 9）

　　 Windows Media Video 9（WMV 9）是Microsoft视频媒体技术的首要Codec，它派生于MPEG-4，几个专有扩展功能使其可在给定码率下提供更好的图像质量，在这种意义下，Windows Media Video 9是流式视频中质量最高的Codec之一。

　　 WMV 9的主要优点包括：本地或网络回放、图像质量优秀、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多码率合成、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。但是WMV 9也具有一些缺陷，如系统平台只能采用Windows操作系统，跨平台支持能力差；转码生成WMV 9的效率较低；流式媒体内容的浏览没有采用QuickTime浏览 ISO/ISMA MPEG-4视频内容的方便等。

　　 4. RealNetworks的RealVideo技术

　　 RealNetworks公司所制定的视音频压缩规范称为RealMedia，是目前在Internet上相当流行的跨平台的、客户／服务器结构的多媒体应用标准，它采用音频/视频流和同步回放技术来实现在Internet上全带宽地提供优质的多媒体，同时也能够在Internet上以28.8kbit/s的传输速率提供立体声和连续视频。

　　 RealVideo技术的整套流媒体解决方案主要包括：

　　 1) 客户端播放软件RealPlayer，可以独立运行，也可以作为插件在浏览器中运行，目前最新版本为RealOne Player。

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