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多媒體技術(shù)之MPEG簡介第11章簡介標(biāo)準(zhǔn)闡明了聲音和電視圖像的編碼和解碼過程嚴(yán)格規(guī)定了聲音和圖像數(shù)據(jù)編碼后組成比特數(shù)據(jù)流的句法提供了解碼器的測試方法等但沒有對所有內(nèi)容都作嚴(yán)格規(guī)定,尤其是對壓縮和解壓縮的算法這樣給標(biāo)準(zhǔn)的具體實現(xiàn)留有很大余地??梢圆粩喔倪M(jìn)編碼和解碼算法,提高聲音和電視圖像的質(zhì)量以及編碼效率。本章介紹標(biāo)準(zhǔn)的概貌,提供最基本的背景材料。2()是在1988年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(,)和國際電工委員會(,)聯(lián)合成立的專家組,負(fù)責(zé)開發(fā)電視圖像數(shù)據(jù)和聲音數(shù)據(jù)的編碼、解碼和它們的同步等標(biāo)準(zhǔn)。這個專家組開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)稱為標(biāo)準(zhǔn)到目前為止,已經(jīng)開發(fā)和正在開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)有:11.1.1概述11.1是什么31:數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn),1992年正式發(fā)布。2:數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。3:已于1992年7月合并到高清晰度電視(,)工作組。4:多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(1999年發(fā)布)。5:直至1998年9月還沒有見到定義。6:直至1998年9月還沒有見到定義。7:多媒體內(nèi)容描述接口標(biāo)準(zhǔn)(正在研究)。1、-2和-4標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)正式發(fā)布,并且得到廣泛應(yīng)用。表11-01是1和-2的典型編碼參數(shù)。11.1.1概述4表11-011和-2典型的編碼參數(shù)11.1.1概述12(基本型)標(biāo)準(zhǔn)化時間1992年1994年()主要應(yīng)用上的數(shù)字電視,數(shù)字,空間分辨率格式(1/4),288×360像素,576×720像素時間分辨率25-30幀/秒50-60場/秒位速率1.515質(zhì)量相當(dāng)于相當(dāng)于電視壓縮率20~3030~405標(biāo)準(zhǔn)文件的創(chuàng)建過程分成4個階段:

(1)工作文件():工作組()準(zhǔn)備的工作文件

(2)委員會草案():從工作組準(zhǔn)備好的工作文件提升上來的文件。它由內(nèi)部正式調(diào)查研究和投票表決。

(3)國際標(biāo)準(zhǔn)草案():投票成員國對的內(nèi)容和說明滿意之后由委員會草案提升上來的文件。

(4)國際標(biāo)準(zhǔn)():由投票成員國、的其他部門和其他委員會投票通過之后出版發(fā)布的文件。11.1.2標(biāo)準(zhǔn)文件的創(chuàng)建過程11.1是什么61處理的是標(biāo)準(zhǔn)圖像交換格式或者稱為源輸入格式的電視,壓縮后的輸出速率定義在1.5以下。這個標(biāo)準(zhǔn)主要針對當(dāng)時具有這種數(shù)據(jù)傳輸率的和網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的,用于在上存儲數(shù)字影視和在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字影視。11.21數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)71的標(biāo)準(zhǔn)號為11172,標(biāo)準(zhǔn)名稱為“信息技術(shù)——用于數(shù)據(jù)速率高達(dá)大約1.5的數(shù)字存儲媒體的電視圖像和伴音編碼”。它由5個部分組成:11.21數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)8①1系統(tǒng),寫成1,規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步,標(biāo)準(zhǔn)名是11172-1。②1電視圖像,寫成1,規(guī)定電視數(shù)據(jù)的編碼和解碼,標(biāo)準(zhǔn)名是11172-2。③1聲音,寫成1,規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編碼和解碼,標(biāo)準(zhǔn)名是11172-3。圖11-01表示了1譯碼器的方框圖。11.21數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)9圖11-011譯碼器方框圖11.21數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)10④1一致性測試,寫成1,標(biāo)準(zhǔn)名是11172-4。這個標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說明如何測試比特數(shù)據(jù)流和解碼器是否滿足1前3個部分(1,2和3)中所規(guī)定的要求。⑤1軟件模擬,寫成1,標(biāo)準(zhǔn)名是11172-5。實際上,這部分的內(nèi)容不是一個標(biāo)準(zhǔn),而是一個技術(shù)報告,給出了用軟件執(zhí)行1標(biāo)準(zhǔn)前3個部分的結(jié)果。11.21數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)112標(biāo)準(zhǔn)從1990年開始研究,1994發(fā)布(國際標(biāo)準(zhǔn)草案)。它是一個直接與數(shù)字電視廣播有關(guān)的高質(zhì)量圖像和聲音編碼標(biāo)準(zhǔn)。2是1的擴充,它們的基本編碼算法都相同。2增加了許多1所沒有的新功能:隔行掃描電視的編碼、位速率可變性能功能等。2最基本目標(biāo)是:位速率為4~9,最高達(dá)15。2的標(biāo)準(zhǔn)號為13818,標(biāo)準(zhǔn)名稱為“信息技術(shù)—電視圖像和伴音信息的通用編碼”。2包含9個部分:11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)12①2系統(tǒng),寫成2,規(guī)定電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)及其他相關(guān)數(shù)據(jù)的同步,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-1。2的系統(tǒng)模型如圖11-02所示。定義電視圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)的組合,把這些數(shù)據(jù)組合成適合于存儲或者傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流有兩種形式:程序數(shù)據(jù)流(),傳輸數(shù)據(jù)流()。程序數(shù)據(jù)流是組合包括基本數(shù)據(jù)流()而生成的一種數(shù)據(jù)流,用在出錯相對較少的環(huán)境下;傳輸數(shù)據(jù)流也是組合而生成的一種數(shù)據(jù)流,它用在出現(xiàn)錯誤相對比較多的環(huán)境下。11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)13圖11-022的系統(tǒng)模型11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)14②2電視圖像,寫成2,規(guī)定電視數(shù)據(jù)的編碼和解碼,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-2。為了適應(yīng)各種應(yīng)用,定義了電視圖像的各種規(guī)格,稱為配置(),如表11-02所示。在1996年的標(biāo)準(zhǔn)中增加了4:2:2子采樣格式的圖像。多視角配置()是附加的配置。對彩色電視圖像進(jìn)行采樣時,有兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對圖像的亮度信號Y和色差信號進(jìn)行采樣,另一種是對亮度信號和色差信號分別采用不同的采用頻率進(jìn)行采樣。如果對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低,這種采樣就稱為圖像子采樣。11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)15表11-022電視圖像配置11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)簡化基本

信噪比可變型

空間分辨率可變型高級多視角型4:2:2等

(高級)★★1440(高級1440)★★★

(基本級)★★★★★★(低級)★★16③2聲音,寫成2,規(guī)定聲音數(shù)據(jù)的編碼和解碼,是1的擴充,支持多個聲道,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-3。④2一致性測試,寫成2,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-4。⑤2軟件模擬,寫成2,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-5。11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)17⑥2數(shù)字存儲媒體命令和控制擴展協(xié)議,寫成2,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-6。這是一個數(shù)字存儲媒體命令和控制()擴展協(xié)議,用于管理1和2的數(shù)據(jù)流,使數(shù)據(jù)流既可在單機上運行,又可在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行。在模型中,和都被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)的,定義了一個稱為會話和資源管理()的實體,用來集中管理網(wǎng)絡(luò)中的會話和資源,如圖11-03所示。

11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)18圖11-03參考模型11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)19⑦2高級聲音編碼,寫成2,是多聲道聲音編碼算法標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)除后向兼容1標(biāo)準(zhǔn)之外,還有非后向兼容的聲音標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)名是13818-7。⑧2系統(tǒng)解碼器實時接口擴展標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)名是13818-9。這是傳輸數(shù)據(jù)流()的實時接口()標(biāo)準(zhǔn),用來適應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)流,如圖11-04所示。11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)20圖11-04實時接口參考模型11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)21⑨2一致性擴展測試,標(biāo)準(zhǔn)名是13818-10。⑩2高級聲音編碼標(biāo)準(zhǔn)修正版,標(biāo)準(zhǔn)名是113818-5。2的8原計劃用于采樣精度為10比特的電視圖像編碼,但由于目前工業(yè)界對此興趣不大,因此該標(biāo)準(zhǔn)已暫停開發(fā)。11.32數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)224為視聽數(shù)據(jù)的編碼和交互播放開發(fā)算法和工具,是數(shù)據(jù)速率很低的多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)。4的目標(biāo)是要在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能夠高度可靠地工作,并且具有很強的交互功能。4引入了對象基表達(dá)的概念,用來表達(dá)視聽對象();4擴充了編碼的數(shù)據(jù)類型,由自然數(shù)據(jù)對象擴展到計算機生成的合成數(shù)據(jù)對象,采用合成對象/自然對象混合編碼()算法;在實現(xiàn)交互功能和對象復(fù)用中引入了組合、合成和編排等重要概念。4系統(tǒng)構(gòu)造如圖11-05所示,接收端的構(gòu)造部件如圖11-06所示。11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)23圖11-054系統(tǒng)示意圖11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)24圖11-064接收端的主要部件11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)254中制定了一個稱為傳輸多媒體集成框架()的會話協(xié)議,用來管理多媒體數(shù)據(jù)流。該協(xié)議在原則上與文件傳輸協(xié)議類似,其差別是:返回的是數(shù)據(jù),而返回的是指向到何處獲取數(shù)據(jù)流的指針。覆蓋了3種主要技術(shù):廣播技術(shù),交互網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光盤技術(shù),如圖11-07所示。三網(wǎng)融合,移動互聯(lián)網(wǎng)(5.8億)11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)26圖11-074支持的三類技術(shù)11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)274將應(yīng)用在移動通信和公用交換網(wǎng)()上,并支持可視、電視郵件、電子報紙和其他低數(shù)據(jù)傳輸速率場合下的應(yīng)用。

4的標(biāo)準(zhǔn)名是甚低速率視聽編碼。截止到1998年9月,已作為國際標(biāo)準(zhǔn)草案()的4文件有6個部分,它們是:11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)28①4系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)名是14496-1—1:。②4電視圖像標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)名是14496-2—2:。③4聲音標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)名是14496-3—3:。11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)29④4一致性測試標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)名是14496-4—4:。⑤4參考軟件,標(biāo)準(zhǔn)名是14496-5—5:⑥4傳輸多媒體集成框架,標(biāo)準(zhǔn)名是14496-6—6:()。11.44多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)307的工作于1996年啟動,名稱叫做多媒體內(nèi)容描述接口目的是制定一套描述符標(biāo)準(zhǔn),用來描述各種類型的多媒體信息及它們之間的關(guān)系,以便更快更有效地檢索信息。包括靜態(tài)圖像、圖形、3D模型、聲音、話音、電視以及在多媒體演示中它們之間的組合關(guān)系。數(shù)據(jù)類型還可包括面部特性和個人特性的表達(dá)。11.57多媒體內(nèi)容描述接口317標(biāo)準(zhǔn)也是建筑在其他的標(biāo)準(zhǔn)之上的,4中使用的形狀描述符、1和2中使用的移動矢量等都可能在7中用到。圖11-08表示了7的處理鏈。處理鏈中包含有三個方框:特征抽取、標(biāo)準(zhǔn)描述和檢索工具。特征的自動抽取和分析對7是至關(guān)重要的,開發(fā)自動的和交互式半自動抽取的算法和工具都是很有用的。特征抽取和檢索工具都不包含在7標(biāo)準(zhǔn)中,而是留給大家去競爭。11.57多媒體內(nèi)容描述接口32圖11-087的范圍11.57多媒體內(nèi)容描述接口337的應(yīng)用領(lǐng)域包括:數(shù)字圖書館,例如圖像目錄、音樂詞典等;多媒體目錄服務(wù),例如黃頁等;廣播媒體的選擇,例如無線電頻道,頻道等;多媒體編輯:個人電子新聞服務(wù),多媒體創(chuàng)作。潛在的應(yīng)用領(lǐng)域包括:新聞()、購物()、生活(愛幫)、旅游(酷訊)、教育、娛樂、醫(yī)療等?;谡Z義的搜索引擎發(fā)展(3.0)11.57多媒體內(nèi)容描述接口3435網(wǎng)絡(luò)新聞1–!36網(wǎng)絡(luò)新聞2–37網(wǎng)絡(luò)新聞3–(社交網(wǎng)絡(luò))38購物搜索–39

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