MPEG-4的广泛应用

 
作者：美国高升科技集团
　　1 MPEG—4简介

　　MPEG 4起草甚早，于1993年开始制定。原是针对视频会议、可视电话而制定的超低比特率（bit rate）编码标准。在制定过程中，MPEG委员会看到人们对多媒体视频音频的编码压缩及传输解码的需求已非当时制定的MPEG－4技术所能达成，便立即修改计划，因而有了现在突破性的MPEG—4定义。它的新定义与以往的JPEG、MPEG－1和MPEG－2有很大的不同，它是一种格式、一种框架的定义，而不只是具体算法。

　　MPEG－4是在1998年10月定案，并于1999年2月正式命名为国际标准ISO／IEC 14496。1999年年底MPEG－4第二版（MPEG-4 verion 2）亦告完成，并于2000年年初成为国际正式标准。新的增修（Amendment，简称AMD）持续加入，进一步扩展了此一标准的涵盖范畴及应用领域。例如，去年年初在增修三（AMD3）中加入了影视制片标准子集（Studio PRofile），将比特率进一步提升到1.2Gbps，而分辨率（resolution）则推升至4000 pixels×2000 pixels，如此使得MPEG-4标准得以延伸至电视电影专业影片制作领域。

　　MPEG－4原本只专注在成为极低比特率视音频编码的标准。然而要在极低比特率下，达到高压缩，而依然完成高音画质的传输，则需要一种能针对不同种的影音数据，作出最有效率的编码方式。由此进一步衍生，如能将这些不同种的影音数据视为个别独立的对象（Object），除了进行以对象为基础的编码外，在对象与对象间，或者是对象与使用者间尚能进行互动，那就构成了一个高功能的多媒体互动应用平台。

　　未来市场对多媒体视频信息的应用要求，已由播放型（Broadcast）转向基于内容（Content－based）的访问、检索及操作。这需要将基于内容的索引与编码结合起来，在压缩数据中就有描述视频内容的信息。为了支持对动态视频内容的访问，MPEG－4引入了基于内容的视频对象（VO－Video Object）压缩编码方法，便于有效的操作和控制对象，这突破了传统MPEG－2基于帧（Frame－based）的压缩方法。与MPEG-1和MPEG－2标准相比较之下，除了传统的编码功能之外，MPEG－4具备了更多引人注目的功能，包括了有效压缩、对象内容的存取和可扩展性、空域和时域的可扩展性以及强健的纠错能力等。MPEG－4标准不仅可以提供一个更高压缩效率的新多媒体信息传输标准，同时也可以达到更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性。

　　MPEG-4编码系统是开放的，可随时加入新的编码算法模块。它能支持多种多媒体应用，可根据不同的应用需求，现场配置解码器。这种技术应用的灵活度对以往只能针对硬件的压缩编码方式是无法想象的。

　　2　MPEG－4的核心技术

　　美国高升科技集团是由美国硅谷华人技术专家所创。其科技团队研发的高画质MPEG－4编码算法，与多种MPEG－4格式相容。该编码技术效果已经被一些国际大型公司所肯定，而多种专利已在申请之中。除了MPEG－4编码算法，其与第六代X86相容的微处理器芯片（mP6），亦早已进入量产成熟的阶段。利用此芯片特低功耗及高性能多媒体运算之特性，可达成用系统微处理器来执行MPEG－4解码的目的。如此既可保持应用弹性，快速随着格式更新而做调整，又可省掉硬件解码芯片，以降低系统成本。在终端处，美国高升科技团队已研发出其专属的MPEG-4播放器软件，是针对其mP6微处理器芯片特有的多媒体架构（三条整数管线和三条多媒体MMX管线）做进一步优化的结果。这会使得MPEG－4的解码更有效率，在用户终端展示的画质更清楚，动感更优化。

　　3　MPEG—4的应用

　　由于MPEG－4采用了基于对象的压缩编码方法，它把图像和视频分割成不同的对象，分别处理，除了能提高数据压缩，还能实现基于内容的交互功能。这对增值服务业来讲，MPEG－4有效的处理基于对象的多媒体内容压缩、存取与互用，可广泛的应用到网上购物、远程医疗、教学、监控及可视电话等领域。

　　虽然MPEG－4标准体系完整广泛，但此标准之部分相关技术尚处开发阶段。近来MPEG－4之实际应用以 Simple Profile应用为主轴，亦就是利用MPEG－4，较MPEG－2更好的视音频高压缩技术，使得在低频传输条件下（如500k－1.5Mbit／sec），依然能提供较好画质的节目，带宽的利用也相对提高。此类型典型应用如，由互联网下载电影观赏，或者是近来讨论热烈的MPEG－2与MPEG－4子母视窗整合应用。简单来说，就是在MPEG－2主画面上叠上一个或数个MPEG－4子画面，如此在观赏主画面节目（如：球赛、新闻）时，可同时选择子画面的内容（如：明星球员个人简介、新闻内容的手语画面）。电视教学亦非常适用于此种应用。

　　由于此类型应用正蓬勃兴起，针对这类应用的解决方案亦纷纷推出，有的为硬件方案，有的为软件方案。前者为设计一个MPEG-4专属解码芯片，但由于部分MPEG－4相关技术（如：串流格式），尚处百家争鸣时期，主流尚未浮现，这使得芯片厂商仅能择一而为之。再由成本角度来看，因为多加了解码芯片，系统成本也随之提高。后者软件方案则用既有的系统CPU来进行解码。此法较具有弹性，可随时依市场需求态势改版更新，又因省去了解码芯片而降低系统成本。

　　目前市场上，已有厂家推展以CPU直接解码的方案，其中以美国高升科技的方案较为成熟。因为美国高升科技拥有的不只是MPEG-4解码播放器软件，它还有高画质的编码算法、高性能及特低耗电的微处理器芯片技术、以及数十个保护其非凡技术的专利。而美国高升科技在MPEG－4的应用领域开发，除了在有线的用户终端设备（比如视频点播及远程教育等）有了解决方案，并已深入到高清电视、及无线的第三、第四代手机。


　　4　结 语

　　MPEG－4标准可用“博大精深”四个字来形容。其涵盖领域之广大，已超越了单纯视音频编解码范畴，成为以对象内容为主体的多媒体展示架构。

　　对多媒体内容创作业者而言，MPEG－4使多媒体内容更多元化、更具有弹性、多媒体组件能更轻易被再利用。它将现今各自发展的技术及应用，如互联网、动画、视频、音频、互动电视等整合至单一架构之下，而且提供更佳的资源治理方法和保护著作权的机能。

　　对网络服务业者而言，MPEG－4是透明度很高的信息传递工具。它可以藉由与其它国际标准的兼容相通而存在于各种形式网络上，如有线电视网络、电信网络以及无线传输等。尤其在单纯以视频音频传输为主的应用中，相较于MPEG－l或MPEG－2，MPEG－4仅需较小的比特率，即可达成相同音画质效果，如此即意味着较高的频宽使用效率。

　　对终端消费者而言，MPEG－4能让消费者在原创作者限定的操作功能范围之内，与节目内容中的对象互动，体会前所未有的娱乐效果。而且在移动式低传输速率网络中，促使多媒体应用得以实现。这包括了交互式多媒体广播和移动通讯。

　　因应市场的需求，我们将会看到更多、更灵活的MPEG－4应用。比如手机、机顶盒、电视的互动，有线、无线多媒体内容的传送，节目制作与增值服务业的串联等等，都将会是MPEG－4的贡献。