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MPEG4 面向網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶匦约皯?yīng)用
2004年度河南省廣播電視優(yōu)秀科技論文二等獎摘 要：本文從MPEG-4編碼的復(fù)用基本流技術(shù) 、分級性、 容錯性及 面向?qū)ο蟮木幋a特性，闡述了MPEG-4編碼有效的網(wǎng)絡(luò)傳輸性及相關(guān)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：復(fù)用 編碼分級 面向?qū)ο?容錯 交互應(yīng)用
隨著傳統(tǒng)視頻行業(yè)的數(shù)字化，以及AV/IT的進一步實施，在網(wǎng)絡(luò)上進行視頻傳輸?shù)男枨笤絹碓蕉唷６壳埃?網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻面臨著以下問題①網(wǎng)絡(luò)資源（主要是帶寬）的不足，不可能為所有用戶提供足夠的帶寬；②視頻數(shù)據(jù)在傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）、誤碼和丟包率等都是動態(tài)變化的；③網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性和用戶的不同需求，使得網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用面臨著不同的服務(wù)質(zhì)量的需求。而 MPEG-4編碼針對這些問題，均有有效的應(yīng)對策略，因此被廣泛應(yīng)用于視頻傳輸，特別是低碼率的視頻傳輸。
MPEG-4的特性包括：高質(zhì)量高壓縮率，可擴展的碼率范圍，可分級性，差錯復(fù)原性，內(nèi)容的交互性等。這些特性均支持了其面向網(wǎng)絡(luò)的傳輸性，以下就分別加以介紹。
一、復(fù)用基本流技術(shù)使 MPEG-4編碼更加適應(yīng)于不同特性寬范圍網(wǎng)絡(luò)
復(fù)用即復(fù)合和同步與媒體對象相關(guān)的數(shù)據(jù)。 MPEG-4借助于用作定時和同步連續(xù)媒體MPEG-1和MPEG-2系統(tǒng)經(jīng)驗，定義一個三層復(fù)用對策使其編碼更加適應(yīng)于不同特性寬范圍網(wǎng)絡(luò)和不同的應(yīng)用場合。這對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸有著重要的意義。因為在傳輸過程中，視頻數(shù)據(jù)流應(yīng)與整個連接鏈路的可用帶寬相匹配，這樣可同時使網(wǎng)絡(luò)擁塞和包丟失率達到最小，獲得給定碼率下的最優(yōu)質(zhì)量。
這三層分別為同步層、靈活復(fù)用層、傳輸復(fù)用層。其中靈活復(fù)用層可提供不同特性的復(fù)用流，諸如平均比特率和接入單元的大小。傳輸復(fù)用層使復(fù)用流適應(yīng)于特殊網(wǎng)絡(luò)特性，便于適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境接口。在具體信號傳輸過程中，傳輸復(fù)用層使得復(fù)用流與特定的傳輸或存儲媒體相適配，而任選中間靈活復(fù)用層可提供幾個低比特率流組合，而不需要進一步的包化或引入太多的冗余。對于常規(guī)的場景，比如一個常用活動圖像的音頻加視頻，可跳過這靈活復(fù)用層，對于單一的音頻流和單一的視頻流可分別提供一個單一的傳輸復(fù)用流。
二、 MPEG-4視頻編碼可分級技術(shù)支持其面向傳輸?shù)?分層可擴展性
所謂分級編碼，是將整個視頻流分為可逐級嵌入的若干層，不同復(fù)雜度的解碼器可根據(jù)自身能力，從同一數(shù)據(jù)流中抽出不同層進行解碼，得到不同質(zhì)量、不同時間分辨率、不同空間分辨率的視頻信號。使同一個數(shù)據(jù)流適應(yīng)不同特性的解碼器，提高靈活性和有效性。對于傳輸信道來說，分層編碼可應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)狀況，在速率起伏很大的 IP（Internet Protocol）網(wǎng)絡(luò)及具有不同傳輸特性的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上有重要的意義。
MPEG-4通過視頻對象層（VOL，Video Object Layer）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)分級編碼�；痉旨壒ぞ甙〞r間分級（Temporal Scalability）和空間分級（Spatial Scalability），此外還支持這些基本分級工具的組合。每一種分級編碼都至少有兩層VOL，低層稱為基本層，其它為增強層。基本層提供了視頻序列的基本信息，增強層提供了視頻序列更高的分辨率和細節(jié)。空間分級使得編碼數(shù)據(jù)流提供至少兩種空間分辨率的視頻信號，基本層提供了SDTV，增強層提供了HDTV。時間分級使得編碼數(shù)據(jù)流提供至少兩種幀速率的視頻圖像服務(wù)，基本層提供了隔行掃描HDTV，增強層提供逐行掃描HDTV。
三、容錯技術(shù)保證了 MPEG-4傳輸后的視頻質(zhì)量
MPEG-4具有修正傳輸過程中產(chǎn)生錯誤的特性，即容錯性。抗誤碼工具包括再同步，數(shù)據(jù)恢復(fù)和誤差隱藏，且這些工具在MPEG-4均得到了進一步優(yōu)化。
由于其良好的容錯機制，使得視頻流在信道傳輸后，解碼的質(zhì)量得到保證。這對于多媒體信息在信道下的傳輸有著重要的意義。由于信息經(jīng)信道傳輸后不可避免的會出現(xiàn)錯誤，且被壓縮后的信息對錯誤特別敏感，如果不加以處理，在接收端，多媒體的質(zhì)量將嚴重下降而不可用。尤其對于無線電傳播，由于電磁波傳播是擴散的，地理環(huán)境復(fù)雜多變，且用戶位置處于移動中，不可預(yù)測，其信息傳輸更為不穩(wěn)定。 MPEG-4的出現(xiàn)，促進了含有視頻流內(nèi)容的移動式產(chǎn)品的發(fā)展。
四、基于對象的編碼技術(shù)提高了壓縮效率及質(zhì)量并實現(xiàn)了交互性
MPEG-4標準與 MPEG-1和 MPEG-2標準最根本的區(qū)別在于MPEG-4采用基于對象的編碼方法。此編碼方法實現(xiàn)了高效高質(zhì)量壓縮，使多媒體信息得以在低帶寬上傳輸。同時，基于對象和內(nèi)容的現(xiàn)代編碼，使得用戶與場景交互，便于操作和控制對象，滿足了多媒體應(yīng)用中人機交互的需求。
下面加以詳細說明：
MPEG-4中所見的視音頻已不再是過去MPEG-1、MPEG-2中圖像幀的概念，而是一個個視聽場景（AV場景），這些不同的AV場景由不同的AV對象組成。其對象包括自然圖像、自然音頻，合成聲音、合成圖像以及帶有附加碼流的對象如流動文本或用于表面模型活動的流動參數(shù)。
在視頻編碼上引入視頻對象平面（ VOP，Video Object Plane）、視頻對象（VO）的概念，視頻對象平面（VOP，Video Object Plane）是視頻對象（VO）在某一時刻的采樣。VOP是MPEG-4視頻編碼的核心概念。
進行 MPEG-4編碼，首要任務(wù)就是把視頻圖像分割成不同對象或者把運動對象從背景中分離出來，然后針對不同對象采用相應(yīng)的編碼方法獨立進行編碼，來實現(xiàn)高效高質(zhì)量壓縮。如對3d對象使用3d動畫適用的演算法，對前景VO壓縮編碼盡可能保留細節(jié)和平滑；而背景VO則采用高壓縮率的編碼策略，對于相同的背景只傳輸一次，減少信息量。
MPEG-4在對視頻圖像對象進行編碼時，實際上是對一幅圖像以最簡單的模型編碼方式進行編碼，對象物被描述成具有矩形外觀的的單個視頻對象，這就是紋理編碼。而傳統(tǒng)編碼方式中的矩形圖在MPEG-4中被看作是VO的一種特例，這正體現(xiàn)了傳統(tǒng)編碼與基于內(nèi)容編碼在MPEG-4中的統(tǒng)一。
MPEG-4編碼中使用場景描述信息來說明各對象在一個復(fù)雜多媒體場景中的組合。
下面看一圖
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