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MPEG-4AVC标准透析
面对各种各样的视频压缩标准,很多人都存在着各种疑问,MPEG-4AVC的多个名称更是让许多人疑惑不解,其实MPEG-4AVC又称为H.264、MPEG-4 Part10,目前在所有的网络视频行业中广泛采用,在许多行业中,由于受到带宽成本和质量的限制,对于采用高质量的网络视频解决方案,人们总是迟疑不决,随着带宽费用的逐渐降低以及宽带网络的广泛应用,MPEG-4AVC为高质量网络视频网络在各行各业的应用中,起到了历史性的推动作用。

一、 统一的视频压缩标准

  MPEG-4 AVC也称为MPEG-4 Part10 或H.264。但我们通常所说的MPEG-4都是指较早的网络流媒体格式MPEG-4 Part2,与MPEG-4 AVC是不同的。MPEG-4 AVC标准是由ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组) 视频编码专家组与ISO/IEC MPEG (移动图像专家组)共同制定的,MPEG-4 AVC现已成为通信、广播和流媒体应用的通用标准,并在QuickTime、iPod、PlayStation、Nero、HD-DVD和蓝牙光碟技术中得到广泛应用。

 

  全分辨率视频又称作标清(SD),高清(HD)则是更为精确的格式。网络视频也根据传输和编解码器的不同限制有着不同的格式。SIF在北美以外的国家称作CIF,其分辨率为SD的1/4,是视频会议业界最常用的分辨率。HHR与现在不常用的模拟电视或监视器标准较为接近。等离子和LCD电视推出后,低于SD(HHR和SIF)标准的分辨率在大多数的全屏显示中都不在应用。视频内容进行编码后,支持高级分辨率所要求的带宽就会有不同。例如,SD要求的带宽是SIF的4倍,HD要求的带宽通常则为SD的5-10倍。

 

二、 ITU(H.XXX)标准

  H.261、H.263、H.263+、H.263++以及我们现在所用的H.264都是视频会议设备采用的视频压缩标准。这些标准在建立之初就考虑到了低带宽条件和系统不稳定情况下,如何让视频信号达到最优化的效果。结合了视频压缩标准相关的通信标准H.320和H.323后,这项ITU标准在分辨率、帧速率、音视频同步等方面进行了调整,成为了通用标准。

三、流媒体标准

  流媒体最通用的视频压缩标准主要是为带宽受限的用户提供的,要求传输简单,适用于通用的软件播放器。最初,RealPlayer在市场中使用的最多,后来逐渐被软件巨头微软公司的Windows Media和QuickTime所取代,其他一些标准如基于MPEG的DIVX、MPEG-1、MPEG-4 Part2在市场中采用的也比较多。MPEG-4 Part2以其获取数据和其他信号超强的能力而受到用户欢迎。通常,高于1150Kbit/s的比特率和高于352×288像素的分辨率就不会采用了,而且在设计的时候也没有将信号迟延考虑进去,因为流媒体视频格式不是专门用于通信的。在低成本的流媒体解码器、IP摄像机中,经常也会采用到这些标准。

四、广播和网络视频中采用的标准

  由于广播对分辨率要求较高,因此流媒体和ITU标准就采用的较少。MPEG-2为广播提供了全分辨率的性能,还作为了DVD压缩标准,以及数字线缆标准,MPEG-2作为流行的视频压缩格式。在非广播网络视频应用中,MPEG-2有着非常出色的图像质量,但对带宽的要求也比较高。除了广播界外,目前只有远程教育用户、高端企业协同办公用户、政府/军队和医疗市场通过WAN以MPEG-2格式传输视频内容。

五、为什么选择MPEG-AVC(H.264)

  MPEG-AVC(H.264)是最新的标准,广泛应用于广播、流媒体和通讯行业,能够兼容大部分的设备。MPEG-AVC(H.264)是高效率的解码标准,能够大大降低对带宽和存储空间的要求,对于WAN应用来说,这一点是至关重要的,采用了MPEG-AVC(H.264)后,所要求的带宽成本比以前降低了60%。

 
 MPEG组成结构

  MPEG-AVC(H.264)将是大多数高清应用的基础。与MPEG-2相比,MPEG-AVC(H.264)编码要求的处理能力是MPEG-2的8倍,解码要求的处理能力是MPEG-2的3倍,因此开发编解码器技术并不是可有可无的小事,尤其是性能要求非常严格时,先进的编解码器技术显得尤为重要。目前大多数的应用都是基于高性能的FPGA(现场可编程门阵列)技术,并应用到了Windows XP系统中。

除了视频编解码能力外,我们还应该考虑音频编码器,目前市场上大多数的厂商使用的AAC音频编码器都采用了H.264视频编码器,但也有一些公司如宝利通使用的就是非标准的音频编码器。

  大多数的视频会议产品目前都支持H.264编码技术,产品所需要的带宽只要是由系统本身的处理功能决定。但是兼容H.264产品并不是说支持与任何H.264产品即插即播功能,因此,我们还应该把音频编码器和通讯协议同时纳入考虑。

六、HaiVision公司MPEG-4AVC产品——hai1000系列和hai200TASMAN

  hai1000系列专门为高性能的流媒体而设计,在一个单独的系统中,支持多达10个视频通道。Hai200 TASMAN是一款紧凑的视频通信设备,在流媒体中可以作为编码器使用,在通信则可以同时作为编解码器使用。对于HaiVision的客户来说,时延(编码和解码所花的时间)是非常关键的,如果不考虑网络情况,标准的视频会议设备端到端的时延通常为300毫秒,广播流媒体设备通常为800毫秒,而hai1000和hai200 TASMAN两款设备的时延则分别低于150毫秒和200毫秒。HaiVision对质量要求非常高,支持高达6Mbit/s的MPEG-4AVC(H.264)编码速率,而且HaiVision的MPEG-4AVC(H.264)还捆绑了AAC音频编码器,完全兼容QuickTime和其他的标准播放器和机顶盒,音视频信号在1帧速率内(33毫秒)达到同步。

  为了更好地理解上图,先对一些技术问题作进一步了解。MPEG 压缩是以图像组(GOP)为一个单元的, 由 I 帧和B、 P 帧构成。I帧是独立压缩的帧,像独立的JPEG图像一样,能够完全记载这一帧全部图像数据,也称作全帧。P帧是前向预测帧,是根据与前一帧图像的比较,去掉与前帧相似的数据而构成的帧,帧是双向预测帧,是根据与前后一帧图像的比较而得到的帧。

  越高级的压缩就要通过更大的图像组合更深的帧预测来实现,但是,更深的帧压缩则需要更多的时间进行编码,也就是说也导致更长的延时。注意,通常所有的参数都是在系统安装时设定好的,在这个过程中并不可以随意改变。

  性能可选的MPEG系统
  低带宽/高时延:如果用户的带宽预算比较紧张,则可以选择具有更大图像组(高达40个)的IBBP压缩,当然时延也会相应提高。

 

  高带宽/低时延:如果用户对信息的准确性要求高达100%,而且传递也需要相当及时,那么就可以选择低压缩(只支持I帧或IP),图像组也相对较小(4个)。

  采用了MPEG-2后,全分辨率视频的最低带宽通常都超过了2Mbit/s,在实际应用中,说话人的口型乃至整个头部的图像即"说话头"达到一致,通常都需要2.2Mbit/s的带宽速率,而“action video”则需要5Mbit/s的速率,而且这些数据在很大程度上都受到内容的影响。

 

  我们在本文中谈到的所有带宽都是指视频带宽,也称为视频比特率。除了视频比特率之外,用户还应该考虑到音频比特率,MPEG-4要求的音频比特率是MPEG-2(或者用户MP3歌曲)所要求的比特率的一半。因此,对于MPEG-2来说,通常都需要128kbit/s的带宽速率,而MPEG-4AVC要求的带宽则为64kbit/s,总带宽速率=(视频比特率+音频比特率)×1.25。

  采用MPEG-4AVC后,全分辨率视频所需要的最低带宽通常仅为800Kbit/s,在实际应用中,“talking head”需要800Kbit/s,而“video action”则需要1.8Mbit/s。与MPEG-2相比,MPEG-4AVC具有更高的解码效率,算法也更加智能化,提高了图像的保真度,尽管MPEG-2避免了很多限制,但却产生了更多的可见块,采用MPEG-4AVC为用户带来了更好的视频图像质量。

发布于:2007-5-13 已被阅读:

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