MPEG标准简介及发展

MPEG是活动图像专家组（Moving Picture Experts Group）的缩写，MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后扩充为“伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织现已推出很多种压缩标准，下面我们对这些标准作一个简单的介绍：


MPEG-1：
MPEG-1标准于1993年8月公布，用于传输1.5Mb/s数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。该标准包括5个部分：第一部分说明了如何根据第二部分（视频）及第三部分（音频）的规定，对音频和视频进行复合编码。第四部分说明了检验解码器或编码器的输出比特流符合前三部分规定的过程。第五部分是一个用完整的C语言实现的编码和解码器。


MPEG-2：
MPEG组织于1994年推出MPEG-2压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码率从每秒3Mb/s～100Mb/s，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的简单升级，在系统和传送方面做了更加详细的规定和进一步的完善，特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。
MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带。而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息。
MPEG-2的编码图像被分为3类，分别称为I帧、P帧和B帧。I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数。
为更好地表示编码数据，MPEG-2用句法规定了一个层次性结构。它分为6层，自上到下分别是：图像序列层、图像组（GOP）、图像、宏块条、宏块、块。


MPEG-4：
MPEG组织于1999年2月正式公布了MPEG-4（ISO/IEC14496）标准第一版本。同年年底发布MPEG-4第二版，且于2000年年初正式成为国际标准。
MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法，它是针对数字电视、交互式绘图应用（影音合成内容）、交互式多媒体（WWW、资料撷取与分散）等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。
MPEG-4标准同以前标准的最显著的差别在于它是采用基于对象的编码理念，即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象，分别编码后，再经过复用传输到接收端，然后再对不同的对象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。MPEG-4系统的一般框架是：对自然或合成的视听内容的表示；对视听内容数据流的管理，如多点、同步、缓冲管理等；对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。
与MPEG-1、MPEG-2相比，MPEG-4具有如下独特的优点：基于内容的交互性；高效的压缩性；通用的访问性。MPEG-4提供了易出错环境的鲁棒性，来保证其在许多无线和有线网络及存储介质中的应用，此外，MPEG-4还支持基于内容的可分级性，即把内容、质量、复杂性分成许多小块来满足不同用户的不同需求，支持具有不同带宽、不同存储容量的传输信道和接收端。
MPEG-4的主要应用领域有：因特网多媒体应用；广播电视；交互式视频游戏；实时可视通信；交互式存储媒体应用；演播室技术及电视后期制作；采用面部动画技术的虚拟会议；多媒体邮件；移动通信条件下的多媒体应用；远程视频监控；通过ATM网络等进行的远程数据库业务等。
MPEG-7：
MPEG-7标准被称为“多媒体内容描述接口”，为各类多媒体信息提供一种标准化的描述，这种描述将与内容本身有关，允许快速和有效地查询用户感兴趣的资料。它将扩展现有内容识别专用解决方案的有限能力，特别是它还包括了更多的数据类型。换言之，MPEG-7规定一个用于描述各种不同类型多媒体信息的描述符的标准集合，该标准于1998年10月提出。
MPEG-7的目标是支持多种音频和视觉的描述，包括自由文本、N维时空结构、统计信息、客观属性、主观属性、生产属性和组合信息。对于视觉信息，描述将包括颜色、视觉对象、纹理、草图、形状、体积、空间关系、运动及变形等。
MPEG-7的目标是根据信息的抽象层次，提供一种描述多媒体材料的方法，以便表示不同层次上的用户对信息的需求。以视觉内容为例，较低抽象层将包括形状、尺寸、纹理、颜色、运动（轨道）和位置的描述。对于音频的较低抽象层包括音调、调试、音速、音速变化、音响空间位置。最高层将给出语义信息：如“这是一个场景：一只鸭子正躲藏在树后并有一辆汽车正在幕后通过。”抽象层与提取特征的方式有关：许多低层特征能以完全自动的方式提取，而高层特征需要更多人的交互作用。MPEG-7还允许依据视觉描述的查询去检索声音数据，反之也一样。
MPEG-7的目标是支持数据管理的灵活性、数据资源的全球化和互操作性。
MPEG-7标准化的范围包括：一系列的描述子（描述子是特征的表示法，一个描述子就是定义特征的语法和语义学）；一系列的描述结构（详细说明成员之间的结构和语义）；一种详细说明描述结构的语言、描述定义语言（DDL）；一种或多种编码描述方法。
MPEG-7标准可以支持非常广泛的应用，具体如下：音视数据库的存储和检索；广播媒体的选择（广播、电视节目）；因特网上的个性化新闻服务；智能多媒体、多媒体编辑；教育领域的应用（如数字多媒体图书馆等）；远程购物；社会和文化服务（历史博物馆、艺术走廊等）；调查服务（人的特征的识别、辩论等）；遥感；监视（交通控制、地面交通等）；生物医学应用；建筑、不动产及内部设计；多媒体目录服务（如黄页、旅游信息、地理信息系统等）；家庭娱乐（个人的多媒体收集管理系统等）。


MPEG-21：
制定MPEG-21标准的目的是：（1）将不同的协议、标准、技术等有机地融合在一起；（2）制定新的标准；（3）将这些不同的标准集成在一起。MPEG-21标准其实就是一些关键技术的集成，通过这种集成环境对全球数字媒体资源进行透明和增强管理，实现内容描述、创建、发布、使用、识别、收费管理、产权保护、用户隐私权保护、终端和网络资源抽取、事件报告等功能。
任何与MPEG-21多媒体框架标准环境交互或使用MPEG-21数字项实体的个人或团体都可以看做是用户。从纯技术角度来看，MPEG-21对于“内容供应商”和“消费者”没有任何区别。MPEG-21多媒体框架标准包括如下用户需求：内容传送和价值交换的安全性；数字项的理解；内容的个性化；价值链中的商业规则；兼容实体的操作；其他多媒体框架的引入；对MPEG之外标准的兼容和支持；一般规则的遵从；MPEG-21标准功能及各个部分通信性能的测试；价值链中媒体数据的增强使用；用户隐私的保护；数据项完整性的保证；内容与交易的跟踪；商业处理过程视图的提供；通用商业内容处理库标准的提供；长线投资时商业与技术独立发展的考虑；用户权利的保护，包括：服务的可靠性、债务与保险、损失与破坏、付费处理与风险防范等；新商业模型的建立和使用。

 

经典视频图像处理的书籍资料及下载地址- -

Halsted.Press.H.264.And.MPEG-4.Video.Compression.Video.Coding.For.Next.Generation.Multimedia.eBook-LiB

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MPEG方面的国际标准和书籍：

ISO-IEC-14496-2-2001

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Overview of the MPEG-4 Standard

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MPEG-4 Requirements

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Mpeg4_apres

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H26X方面的标准和参考书籍

H.264/AVC Video Coding Standard H

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