MPEG4 面向網絡傳輸的特性及應用

時間：2024-05-25 12:05:49 計算機畢業論文

MPEG4 面向網絡傳輸的特性及應用

2004年度河南省廣播電視優秀科技論文二等獎

摘要：本文從MPEG-4編碼的復用基本流技術、分級性、容錯性及面向對象的編碼特性，闡述了MPEG-4編碼有效的網絡傳輸性及相關應用。

關鍵詞：復用編碼分級面向對象容錯交互應用

隨著傳統視頻行業的數字化，以及AV/IT的進一步實施，在網絡上進行視頻傳輸的需求越來越多。而目前，網絡傳輸視頻面臨著以下問題①網絡資源（主要是帶寬）的不足，不可能為所有用戶提供足夠的帶寬；②視頻數據在傳輸過程中，網絡資源（如帶寬）、誤碼和丟包率等都是動態變化的；③網絡的異構性和用戶的不同需求，使得網絡視頻應用面臨著不同的服務質量的需求。而 MPEG-4編碼針對這些問題，均有有效的應對策略，因此被廣泛應用于視頻傳輸，特別是低碼率的視頻傳輸。

MPEG-4的特性包括：高質量高壓縮率，可擴展的碼率范圍，可分級性，差錯復原性，內容的交互性等。這些特性均支持了其面向網絡的傳輸性，以下就分別加以介紹。

一、復用基本流技術使 MPEG-4編碼更加適應于不同特性寬范圍網絡

復用即復合和同步與媒體對象相關的數據。 MPEG-4借助于用作定時和同步連續媒體MPEG-1和MPEG-2系統經驗，定義一個三層復用對策使其編碼更加適應于不同特性寬范圍網絡和不同的應用場合。這對于異構網絡的視頻傳輸有著重要的意義。因為在傳輸過程中，視頻數據流應與整個連接鏈路的可用帶寬相匹配，這樣可同時使網絡擁塞和包丟失率達到最小，獲得給定碼率下的最優質量。

這三層分別為同步層、靈活復用層、傳輸復用層。其中靈活復用層可提供不同特性的復用流，諸如平均比特率和接入單元的大小。傳輸復用層使復用流適應于特殊網絡特性，便于適應不同網絡環境接口。在具體信號傳輸過程中，傳輸復用層使得復用流與特定的傳輸或存儲媒體相適配，而任選中間靈活復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用流。

二、 MPEG-4視頻編碼可分級技術支持其面向傳輸的分層可擴展性

所謂分級編碼，是將整個視頻流分為可逐級嵌入的若干層，不同復雜度的解碼器可根據自身能力，從同一數據流中抽出不同層進行解碼，得到不同質量、不同時間分辨率、不同空間分辨率的視頻信號。使同一個數據流適應不同特性的解碼器，提高靈活性和有效性。對于傳輸信道來說，分層編碼可應用于不同的網絡帶寬和網絡狀況，在速率起伏很大的 IP（Internet Protocol）網絡及具有不同傳輸特性的異構網絡上有重要的意義。

MPEG-4通過視頻對象層（VOL，Video Object Layer）數據結構來實現分級編碼�；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。空間分級使得編碼數據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據流提供至少兩種幀速率的視頻圖像服務，基本層提供了隔行掃描HDTV，增強層提供逐行掃描HDTV。

三、容錯技術保證了 MPEG-4傳輸后的視頻質量

MPEG-4具有修正傳輸過程中產生錯誤的特性，即容錯性。抗誤碼工具包括再同步，數據恢復和誤差隱藏，且這些工具在MPEG-4均得到了進一步優化。

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。由于信息經信道傳輸后不可避免的會出現錯誤，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，地理環境復雜多變，且用戶位置處于移動中，不可預測，其信息傳輸更為不穩定。 MPEG-4的出現，促進了含有視頻流內容的移動式產品的發展。

四、基于對象的編碼技術提高了壓縮效率及質量并實現了交互性

MPEG-4標準與 MPEG-1和 MPEG-2標準最根本的區別在于MPEG-4采用基于對象的編碼方法。此編碼方法實現了高效高質量壓縮，使多媒體信息得以在低帶寬上傳輸。同時，基于對象和內容的現代編碼，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。

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的編碼方法獨立進行編碼，來實現高效高質量壓縮。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，這正體現了傳統編碼與基于內容編碼在MPEG-4中的統一。

MPEG-4編碼中使用場景描述信息來說明各對象在一個復雜多媒體場景中的組合。

下面看一圖

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