MPEG2與MPEG4在視頻編碼的簡(jiǎn)單比較
MPEG2 制定于1994年,是建立在MPEG1之上,設(shè)計(jì)目標(biāo)是高級(jí)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(méi)有色度 畸變要求場(chǎng)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(jí)的視像和CD級(jí)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(dòng)態(tài)圖像而開(kāi)發(fā)的,能夠存儲(chǔ)比MPEG1清晰度更高的動(dòng)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(guò)ATM的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)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(jí)的數(shù)字視頻.除此之外,在最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(shuō),MPEG2可以視為是一組MPEG1的最高級(jí)編碼標(biāo)準(zhǔn),并設(shè)計(jì)能向后兼容MPEG1,即每一個(gè)MPEG2兼容解碼器能對(duì)有效的MPEG1比特流進(jìn)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(gè)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(jí)的編碼模式,二是可分等級(jí)的編碼模式.
在非可分等級(jí)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和幀間預(yù)測(cè)的編碼方式.MPEG2引進(jìn)了一些新的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償場(chǎng)預(yù)測(cè)模式,以便有效地對(duì)場(chǎng)圖像和幀圖像加以編碼,如,為了支持隔行視頻的場(chǎng)圖像的場(chǎng)間預(yù)測(cè),幀圖像的場(chǎng)間預(yù)測(cè),用于P幀的雙基預(yù)測(cè)和用于場(chǎng)圖像的16x8預(yù)測(cè)等針對(duì)隔行掃描圖像的更有效預(yù)測(cè)編碼模式.另外,MPEG2還引入了更高的色信號(hào)取樣模式.MPEG1中使用4:1:1模式,即色信號(hào)的取樣無(wú)論在水平方向,還是在垂直方向上都是亮度信號(hào)樣點(diǎn)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(hào)的樣點(diǎn)數(shù)在垂直方向上與亮度信號(hào)相同,只在水平方向上是亮度信號(hào)的1/2;后者的色信號(hào)的樣點(diǎn)數(shù)和亮度信號(hào)則完全相同.
除了非可分等級(jí)的編碼模式外,MPEG2已經(jīng)對(duì)可分級(jí)性方法進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化.可分級(jí)編碼在不同業(yè)務(wù)之間能提供互操作性,能滿足傳輸頻道或存儲(chǔ)媒體對(duì)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(jī).有的接收機(jī)既沒(méi)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(duì)分層比特流的子集進(jìn)行解碼,以較低的空間或時(shí)間清晰度,或者較低的質(zhì)量,來(lái)顯示視頻圖像.可分級(jí)編碼靈活支持多種清晰度的這一功能對(duì)于HDTV跟標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)相互配合運(yùn)作來(lái)講十分重要,保持HDTV接收機(jī)應(yīng)跟SDTV產(chǎn)品相兼容.只要HDTV源進(jìn)行了可分級(jí)編碼,就能實(shí)現(xiàn)這一兼容性,這就能避免很浪費(fèi)地將兩個(gè)單獨(dú)的比特流分別地傳輸給HDTV和SDTV接收機(jī).MPEG2已對(duì)三種可分級(jí)編碼方案進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化:SNR可分級(jí)性,空間可分級(jí)性及時(shí)間可分級(jí)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.空間可分級(jí)性已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成,以便在接收機(jī)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(duì)于許多應(yīng)用都是有用的,包括對(duì)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(guò)渡.空間可分級(jí)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(jí)性已基本開(kāi)發(fā)成功,對(duì)于按優(yōu)先排列傳輸媒體來(lái)說(shuō),SNR可分級(jí)性能使視頻質(zhì)量下降時(shí)比較緩慢(質(zhì)量可分級(jí)性),如果基層能避免受到傳輸誤差的影響,那么只要對(duì)基層信號(hào)加以解碼,就能獲得質(zhì)量衰減緩慢的視頻.用來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量緩慢衰減的算法基于一種頻率(DCT域)可分級(jí)性技術(shù),能夠獲得極佳的編碼效率.在基層,DCT系數(shù)在量化步長(zhǎng)較大下被量化和發(fā)送,以便在低比特率情況下來(lái)獲取適中的圖像質(zhì)量.非量化DCT系數(shù)跟來(lái)自基層,量化步長(zhǎng)較小的量化系數(shù)之間存在差值,而增強(qiáng)層就對(duì)這一差值進(jìn)行編碼,加以發(fā)送.在解碼器,通過(guò)對(duì)較低層和較高層比特流進(jìn)行解碼,就能再現(xiàn)最高質(zhì)量的視頻信號(hào).利用這一方法,也可能在接收機(jī)中獲取空間清晰度較低的視頻圖像.已開(kāi)發(fā)的時(shí)間可分級(jí)性方法的目的跟空間可分級(jí)性的相類似——只要具有一個(gè)適用于立體顯示功能接收機(jī)的分層比特流,立體視頻就能得到支持.不同的可分級(jí)性方法還可以結(jié)合于一個(gè)混合編碼方案之中,也就是說(shuō),將空間可分級(jí)性和時(shí)間可分級(jí)性方法結(jié)合于一個(gè)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(jí)性與SNR可分級(jí)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(duì)頻道誤差有一定的恢復(fù)功能 MPEG2句法最多可支持三個(gè)不同的可分級(jí)層.可分級(jí)編碼的其它一些重要應(yīng)用還有視頻數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)的初衷是制定一個(gè)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(dòng)通信中的聲像業(yè)務(wù),與其他多媒體數(shù)據(jù)(如計(jì)算機(jī)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(gè)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(duì)象(object)和實(shí)體(entity)進(jìn)行編碼.對(duì)每一個(gè)對(duì)象的編碼形成一個(gè)對(duì)象碼流層,該碼流中包含著對(duì)象的形狀,位置,紋理以及其他方面的屬性等.對(duì)一幅圖像編碼所形成的碼流就由一系列這樣的對(duì)象層碼流所構(gòu)成.用戶可以直接對(duì)"對(duì)象層"進(jìn)行存取操作.

2,編碼效率的改進(jìn)和并發(fā)數(shù)據(jù)流的編碼.
3,錯(cuò)誤處理的魯棒性,有助于低比特率視頻信號(hào)在高誤碼率環(huán)境(如移動(dòng)通信環(huán)境)下的存儲(chǔ)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(duì)感興趣的對(duì)象進(jìn)行傳輸,解碼和顯示.

與MPEG4主要面對(duì)移動(dòng)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(jí)圖像質(zhì)量乃至高清晰度電視的圖像質(zhì)量.MPEG2的提出使得目前人們?cè)跇I(yè)余時(shí)間最主要的消費(fèi)娛樂(lè)方式——電視,可以在數(shù)字網(wǎng)中傳輸,人們有可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)欣賞電視.對(duì)于多媒體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō),這是一個(gè)重要的進(jìn)步.這使得多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)真正走進(jìn)人們的生活.目前,符合MPEG2標(biāo)準(zhǔn)的視頻壓縮編碼器已形成商品化產(chǎn)品.