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MPEG-2是標請數(shù)字電褪廣泛應m的壓縮編碼標準，該標準是MPEG工作組(Moving Picmre Experts Group)繼MPEG-1以VCD和MP3等MPEG-1產(chǎn)品成功受到到肯定后．于l994年發(fā)布的視頻和音頻壓縮國際標準，是針對標準數(shù)字電視和高清晰電視在各種應用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細規(guī)定。MPEG-2特別適用于廣播級的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。 MPEG-2壓縮基本原理是利用了圖像的空間相關(guān)性和時間相關(guān)性，這兩種相關(guān)性使得圖像中存在大量的冗余信息。MPEG一2編碼壓縮技術(shù)的特點是：1、去除空間冗余，即：識別視頻畫面中的重要元素，移除重復、基本無影響、人限容易忽略的元素；2、去除空間冗余，即：利用視覺暫留現(xiàn)象，去除時間軸上相似視頻畫面的冗余，進行視頻壓縮；3、可變比特率，即：根據(jù)動態(tài)畫面的復雜程度，適時調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸率／比特率，實現(xiàn)適合一致的編碼效果與流暢均衡的視頻效果。將圖像的冗余信息去除，只保留少量非相關(guān)信息進行傳輸，大大節(jié)省了傳輸頻帶。而解碼器，利用這些非相關(guān)信息，按照一定的解碼算法，可以在保證一定的圖像質(zhì)量的前提恢復原始圖像。 MPEG-2標準分為9個部分，統(tǒng)稱為IS0／IECl3818國際標準，其中MPEG-2視頻編碼是IS0／IECl3818的第2部分。MPEG--2視頻編碼標準是一個分等級的系列，按編碼圖像的分辨率分成四個級(Levds)；按所使用的編碼工具的集合分成五個類(ProfiIes)。MPEG一2依據(jù)類(Profile)和級(Levei)可實現(xiàn)不同層次的清晰度，具體分為5類4級，如(表1)。 目前的標清數(shù)字電視采用的是MP@ML主類和主級，而HDTV采用的是MP@HL主類和高級。 MPEG一2是第一代影音壓縮標準。標準發(fā)布時間長，經(jīng)過了多年的研究與改進，具有技術(shù)成熟、可靠性高等優(yōu)勢，成為應用最廣泛的標準。MPEG一2不僅被標清數(shù)字電視系統(tǒng)所采用，而且隨著壓縮編碼技術(shù)的發(fā)展，編碼器廠家進一步提高了MPEG-2的壓縮效率。MPEG一2高清編碼壓縮到20Mbps或更低，在我國和國外高清電視上都有應用。 H.264標準 H264標準是ITU—T和IS0／IEC兩個標準組織于2003年聯(lián)合發(fā)布的視頻壓縮標準，在IS0／I衛(wèi)C中稱作14496—10(MPEG一4 Partl0，也稱MPEG AVC)。 MPEG-2發(fā)布后，隨著視頻壓縮編碼技術(shù)的不斷進步以及互聯(lián)網(wǎng)視頻傳輸?shù)男枨螅琈PEG組織于1998年發(fā)布了具有更高壓縮效率的MPEG一4編碼標準，它繼承了MPEG-2編碼的優(yōu)勢，進一步優(yōu)化了壓縮率，在網(wǎng)絡傳輸性、版權(quán)保護、字幕、音軌的支持等方面進行了改進，并大幅擴展和延伸了多領域的應用框架，不僅應用于語音傳輸(可視電話、網(wǎng)絡視頻、光盤存儲與廣播電視，而且發(fā)展出一系列子標準。涉及數(shù)字視頻壓縮編解碼的是MPEG一4 Part 2(也為MPEG一4 Visual)的部分，其余還有用于傳送時的整合架構(gòu)規(guī)范、文件格式、軟件規(guī)范、相關(guān)定義等。MPEG系列的標準歸屬于IS0／IEC，而制訂國際通訊標準的ITU—T在完成H263標準后與IS0／IEC機構(gòu)合作開始進行H．264標準的制訂，兩機構(gòu)共同成立名為JVT（Joint Video Team)的聯(lián)合工作小組。以MPEG-4技術(shù)為基礎進行更適于視頻會議應用的技術(shù)標準，因為是聯(lián)合制訂，因此在ITU—T方面稱為H.264，在IS0／IEC的MPEG方面就作為了MPEG-4 Part l0(MPEG-4第10部分)，H.264的另一個名稱是MPEG-4 AVC(Advanccd Video Codin9，先進視頻編碼)。 H.264(MPEG-4 Partl 0)與MPEG一4(MPEG一4 Part 2)相比具有更高的壓縮率，同時在授權(quán)費用方面較MPEG一4合理，得到了眾多運營商的支持，在國外發(fā)展迅速，成為海外運營商應用最多的壓縮編碼技術(shù)。 H.264編碼基本結(jié)構(gòu)與MPEG-1、MPEG-2類似，在以前標準基礎上采用了許多新技術(shù)，如多參考幀、7種宏塊編碼模式(16×16、16 x 8、8 x16、8×8、8×4、4×8、4x4)、四分之一像素運動估計、13種幀內(nèi)預測、4×4整數(shù)變換、自適應系數(shù)編碼、更加精確的量化以及靈活的宏塊組織形式等。H.264仍沿用了MPEG-2的類(Profile)、級(Level)定義方琺，針對不同的應用領域，初次發(fā)布時定義了三個類：8—lineProfile、Main Profile和Extended Profile。 2004年增加了High Profiie(HP)、HighlO Profile(HilOP)、High 4：2：2Profile(Hi422P)、High 4：4：4 Profile(Hi444P)四個類，支持高清晰度電視和光盤產(chǎn)業(yè)。 在圖像質(zhì)量方面，H264 MP只需60％的帶寬即可獲得MPEG-4 PART2的效果，同樣只需55％的帶寬即可獲得MPEG-2的質(zhì)量效果。H 264使圖像壓縮技術(shù)上升到了一個更高的階段，能夠在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸。在同等的畫質(zhì)下，H．264LL上一代編碼標準 MPE(32平均節(jié)約64％的傳輸碼流，而比MPEG一4 ASP要平均節(jié)約39％的傳輸碼流。H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復雜度的大幅增加，但所增加的運算復雜度相對于壓縮性能的提升效果而言微不足道，并且不斷提高的硬件處理能力和不斷優(yōu)化的軟件算法保證了H.264標準的應用。 H.264的應用目標廣泛，可滿足各種不同速率、不同場合的視頻應用，具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。由于H．264的優(yōu)良性能，得到了業(yè)界的廣泛支持，發(fā)展迅速．技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化已很成熟，應用廣泛。高清藍光DVD，采用H．264進行視頻壓縮，高清電視如日本廣播電視公司、歐洲D(zhuǎn)VB Stcering Board、美國數(shù)字電視的衛(wèi)星傳送等機構(gòu)都采用H.264標準，我國國內(nèi)的一些IPTV運營部門、CMMB移動手持電視也采用了H.264作為編解碼標準，而互聯(lián)網(wǎng)上H.264壓縮格式的高清、非高清視頻最為廣泛。 AVS標準 AVS(Audio and Video coding Standard信息技術(shù)先進音視頻編碼)是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的信源編碼標準。2002年6月，數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標準工作組由國家信息產(chǎn)業(yè)部科學技術(shù)司批準成立，宣布準備針對移動多媒體、廣播、DVD等應用編寫一份國家標準，該視頻標準就是AVS。AVS工作組經(jīng)過幾年的工作，AVS標準不斷完善．2006年3月1日起AVS第二部分(AVSl-P2)正式成為我I司音視頻編碼的國家標準。 AVS標準包括高清晰度視頻編碼、立體聲和多聲道音頻編碼、面向移動多媒體的視頻編碼和高效語音與音頻編碼、面向視頻監(jiān)控應用的視音頻編碼、音視頻編碼用于廣播、IP網(wǎng)和存儲等環(huán)境的系統(tǒng)封裝和流媒體技術(shù)、數(shù)字媒體版權(quán)保護技術(shù)等。AVS標準中涉及視頻壓縮編碼的有兩個獨立的部分：AVS第二部分(AVSl-p2)，主要針對高清晰度數(shù)字電視廣播和高密度存儲媒體應用：AVS第七部分(AVSl-P7)，主要針對低碼率、低復雜度、較低圖像分辨率的移動媒體應用。 AVS視頻與MPEG標準一樣也采用混合編碼框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預測、幀間預測、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊。AVS的主要創(chuàng)新在于提出了一批具體的優(yōu)化技術(shù)，在較低的復雜度下實現(xiàn)了與國際標準相當?shù)募夹g(shù)性能，但并未使用國際標準背后的大量復雜的專利。AVS視頻當中具有特征性的核心技術(shù)包括：8 x 8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預測、l／4精度像素插值、特殊的幀問預測運動補償、二維熵編碼、去塊效應環(huán)內(nèi)濾波等。AVS視頻目前定義了一個基準檔次(baseline profile)，該基準檔次又分為4個級月U(1eveI)，分別對應高清晰度與標準清晰度應用。與H.264的baseline profile相比，AVS一視頻增加了B幀、interlace等技術(shù)，壓縮效率明顯提高，而與H.264的main profile相比，又減少了CABAC等實現(xiàn)難度大的技術(shù)，減少了設備復雜程度。 目前AVS—P2(AVS高解析視頻標準)在壓縮率方面大概是MPEG2的口倍，幾乎與H.264不相上下，而其復雜度大約是H.264的70％，軟硬件實現(xiàn)成本都低于H.264。AVS的另一個優(yōu)勢是專利費用低，每臺終端僅收取l元人民幣，遠低于MPEG-2和H.264的授權(quán)費用。 AVS標準從2002年開始研發(fā)，歷經(jīng) 4年，在2006年成為國標。經(jīng)過幾年不斷的完善和發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化程度也有了長足的進步，在我同國內(nèi)安防領域、IPTV和廣電都有了實際的應用。在高清方面經(jīng)測試對比，AVS編碼與H.26水平相當。 MPEG-2、H.264和AVS的對比 1． 編碼技術(shù)對比 從圖(表2)中可以看出MPEG-2壓縮編碼運算最簡單，對硬件要求也最低，H.264最復雜，AVS次之，這主要因為MPEG-2發(fā)布時間比較早，是由當時的軟硬件水平所決定的。作為第二代壓縮編碼技術(shù)的H 264和AVS可以說是在MPEG-2基礎上發(fā)展而來，吸取了以前壓縮編碼技術(shù)的各種優(yōu)點，配合不斷進步的硬件和軟件算法，可以采用較復雜的算法和硬件實現(xiàn)更高效率的壓縮編碼。 對于高清電視，采用MPEG-2技術(shù)壓縮碼率為20Mbps左右，采用H.264或AVS儀需要10Mbps左右，H．264、AVS的壓縮率是MPEG-2的兩倍。我國有線數(shù)字電視系統(tǒng)采用歐洲標準DVB-C，采用64QAM調(diào)制時，一個8MHz模擬頻道對應傳送碼率約為38Mbps，僅能傳輸2套MPEG-2格式的高清節(jié)目，對有線電視系統(tǒng)的頻譜資源是極大的浪費，可以說在現(xiàn)在高標清同播強烈需求之下MPEG-2高清編碼難以滿足當前應用。采取高效的音視頻編碼H.264、AVS壓締的高清節(jié)目可以傳輸4套，而H.264加上統(tǒng)計復用技術(shù)可以傳輸更多套書目。在地面數(shù)字高清電視和衛(wèi)星高清電視中有在同樣問題。 2． 編碼質(zhì)量和穩(wěn)定性 三種技術(shù)標準中MPEG-2已經(jīng)經(jīng)趟十幾年的發(fā)展，技術(shù)最為成熟，國外一線編碼器廠商都在生產(chǎn)，高清電視編碼質(zhì)量優(yōu)異，軟硬件穩(wěn)定可靠。H.264在國外得到了廣泛的支持．技術(shù)不斷進步，產(chǎn)業(yè)鏈成熟、完整，編解碼器也達到甚至超越了MPEG-2的水平AVS是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的標準．產(chǎn)業(yè)鏈基本都在圍內(nèi)，幾年來產(chǎn)業(yè)化程度和產(chǎn)品質(zhì)量那斷提高，但還沒有吸引國外的一線編碼設備廠家參與進來，而編碼質(zhì)量需要編碼器廠商不斷優(yōu)化壓縮編碼技術(shù)，穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品也依賴于廠家的技術(shù)實力。不同于其他運營商，廣電肩負政治宣傳重任．編碼質(zhì)量和設備的穩(wěn)定可靠性是選擇設備的決定性因素，可以理解我國的直播衛(wèi)星和9家高清衛(wèi)視播出時仍然選擇了MPEG-2技術(shù)標準。 3． 專利費比較 MPEG-2標準授權(quán)費用比較簡單，每臺終端需支付2 5美元，對終端收費，不對前端收費。但如果全國有線電視6000萬用戶數(shù)字整體轉(zhuǎn)換使用MPEG2機頂盒，授權(quán)費用將達到6000萬盒子X 2．5美元： H.264標準授權(quán)費用復雜。H.264專利池的擁有商們將通過MPEG—LA和VIA Licensin9兩個授權(quán)代理商向H.264的使用者收費。MPEG LA對H.264的授權(quán)，量產(chǎn)使用H.264技術(shù)的產(chǎn)品每件收取0. 2美元．每年量產(chǎn)超過500萬件每件收取0.1美元，最低至少要授權(quán)l(xiāng)0萬件，若為營運商使用則每年收取350萬～500萬-美元，播放使用H.264技術(shù)的電視節(jié)目運營商，用來編碼須支付2，5009；元(僅需付一次)，然后再依據(jù)收視戶數(shù)收費，10萬戶以下免費，10萬～50萬戶收取2,500美元，50萬～l00萬戶收取5,000美元，超過100萬戶收取l萬美元，針對訂閱性收視則為l0萬戶以下免費，l0萬～50萬戶收取25,000美元，50萬～75萬戶收取50,000美元，75萬～l00萬戶收取75,000美元，超過100萬戶收取l0萬美元。而針對付費性收視則每次點擊收取0.02美元(或者是收費額的2％)。Via授權(quán)公司對H.264技術(shù)的授權(quán)，每件運用產(chǎn)品收取0．25美元，營運總體收費一年250萬美元，PC隨附軟件每年400萬美元。對付費性收視方面依據(jù)播放時間收費，30分鐘內(nèi)收取0．005美元．30～90分鐘收取0. 015美元，超過則0．025美元。對我圍而言，運營商多、用戶多，若采用H.264技術(shù)，授權(quán)費用非常巨大。 AVS作為中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的標準。僅象征性地向終端設備制造商收取每臺1元人民幣的專利費，不僅使中國企業(yè)避免專利費的困擾。并且起著保護和促進國內(nèi)數(shù)字化音視頻相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的戰(zhàn)略作用。 4． 高清電視應用情況 三種標準中MPEG一2發(fā)布最早，是當前應用最廣泛的數(shù)字電視標準。國內(nèi)外的標清數(shù)字有線電視、標清數(shù)字衛(wèi)星電視等幾乎都采用了MPEG一2技術(shù)標準，我國的高清電視和一些國外早期的高清電視也采用了這一標準。H．264技術(shù)標準近幾年在高清電視中得到了大量迅速的應用，國外的IPTV、高清衛(wèi)視節(jié)目幾乎部是采用的H．264技術(shù)壓縮編碼。據(jù)截至2009年10月的不完全統(tǒng)計，日本、中國、韓國、泰國、菲律賓、越南、澳大利亞、新西蘭等亞太國家以及歐美的電視機構(gòu)和付費電視運營商，租用20顆通信衛(wèi)星的C／KU波段轉(zhuǎn)發(fā)器．共為亞太地區(qū)的有線電視系統(tǒng)、DTH衛(wèi)星電視家庭以及其他用戶提供了l48個HDTV頻道的服務。在這148個頻道中除了中國、菲律賓、澳大利亞及韓國共35個頻道仍采用DVB／MPEG一2技術(shù)標準，日本BSAT2A衛(wèi)星及．JCSATll022星的19個HDTV,頻道采用本國ISDB標準及MULTl2技術(shù)，以及Apstar2K]]_星c波段的2個IaA3TV頻道采用早期的Di gicipner2技術(shù)標準外，其余92個HDTV頻道均采用世界上最新的DVB—s2傳輸標準及H.264數(shù)字壓縮技術(shù)，反映了亞太地區(qū)如同歐美市場，也選擇DVB—S2／H．264作為HDTV傳輸?shù)闹髁鳂藴省?BR> AVS在高清方面也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，提供了包括高清編碼器、機頂盒、高清播放機等產(chǎn)品，在廣東番禺進行了高清實驗，新疆開播的地面無線高清采用了AVS技術(shù)。 可以看出，國外高清電視大多采用了H.264壓縮編碼技術(shù)，我國大多采用TMPEG-2標準，AVS標準正在加緊推進，快速發(fā)展。 結(jié)束語 MPEG-2是標清數(shù)字電視廣泛應用的壓縮編碼標準，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用，但MPEG-2標準制訂于1994年，現(xiàn)在MPEG-2標準在高清數(shù)字電視的應用上不再高效與經(jīng)濟。具有更高壓縮效率的H264和AVS更適合高清電視的壓縮編碼，H．264技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成熟．但存在專利授權(quán)費用的問題。AVS對比H.264算法更為簡便，壓縮編碼技術(shù)水平與H.264相當，專利授權(quán)模式簡便，收費低廉，今后應該繼續(xù)優(yōu)化與完善，為我國的高清電視發(fā)展服務。 |
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