浅谈多媒体MPEG-4视频编码技术
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题目多媒体MPEG-4视频编码技术课程多媒体技术班级学号姓名指导老师2011 年12月10日多媒体MPEG-4视频编码技术摘要：所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术,将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。
也是多媒体通信中的核心技术，它不但关系到通信带宽，也关系到通信过程中的图像质量。
随着多媒体技术在网络的广泛应用，视频编码技术更加显得重要。
MPEG—4是现在最重要最有影响的多媒体数据编码国际标准之一。
基于对象的编码思想使其具有高压缩比、可扩展性、可交互性等许多特点。
本论文系统介绍了MPEG-4视频编码的核心思想， MPEG-4的主要关键技术,MPEG-4的视频特性, MPEG-4的应用场合，最后提出了MPEG-4的应用前景及未来展望。
关键词：多媒体；MPEG-4；视频编码；关键技术；视频特性；应用场合1、引言伴随计算机技术日新月异的飞速发展，信息技术也不断的突破，在此背景下多媒体信息已成为人类获取信息的最主要载体，同时也成为电子信息领域技术研发和研究的热点。
多媒体信息经数字化处理后具有易于加密、抗干扰能力强、可再生中继等好处，但同时也伴随海量数据的产生，这对信息存储设备及通信网络均提出了非常高需求，从而成为阻碍人们有效获取和使用信息的重大瓶颈。
因此研究高效的多媒体数据压缩编码方法，以压缩形式存储和传输数字化的多媒体信息具有重要意义。
作为多媒体技术的核心及关键，多媒体数据压缩编码近年来在技术及应用方面都取得了长足进展，他的进步和完善正深刻影响着现代社会的方方面面。
2、MPEG-4的核心思想在MPEG-4制定之前，MPEG-1、MPEG-2、H.261、H.263都是采用第一代压缩编码技术，着眼于图像信号的统计特性来设计编码器，属于波形编码的范畴。
第一代压缩编码方案把视频序列按时间先后分为一系列帧，每一帧图像又分成宏块以进行运动补偿和编码，这种编码方案存在如下缺陷：将图像固定地分成相同大小的块，在高压缩比的情况下会出现严重的块效应，即马赛克效应；不能对图像内容进行访问、编辑和回放等操作；未充分利用人类视觉系统的特性。
MPEG-4则代表了基于模型/对象的第二代压缩编码技术，他充分利用了人眼视觉特性，抓住了图像信息传输的本质，从轮廓、纹理思路出发，支持基于视觉内容的交互功能，这适应了多媒体信息的应用由播放型转向基于内容的访问、检索及操作的发展趋势。
AV对象是MPEG-4为支持基于内容编码而提出的重要概念。
在MPEG-4中所见的视音频已不再是过去MPEG-1、MPEG-2中图像帧的概念，而是视听场景，这些不同的AV场景由不同的AV对象组成。
AV对象是听觉、视觉、或视听内容的表示单元，其基本单位是原始AV对象，因此MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编码、组织、存储和传输。
AV对象的提出，使多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力。
MPEG-4不仅可提供高压缩率，同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性，他采用开放的编码系统，可随时加入新的编码算法模块，同时也可根据不同应用需求现场设置解码器，以支持多种多媒体应用。
MPEG-4 采用了新一代视频编码技术，他在视频编码发展史上第一次把编码对象从图像帧拓展到具有实际意义的任意形状视频对象，从而实现了从基于像素的传统编码向基于对象和内容的现代编码的转变，因而引领着新一代智能图像编码的发展潮流。
3、关键技术MPEG-4除采用第一代视频编码的核心技术，如变换编码、运动估计和运动补偿、量化等外，还提出了一些新的有创见性的关键技术，并在第一代视频编码技术基础上进行了卓有成效的完善和改进。
3.1 视频对象提取技术MPEG-4实现基于内容交互的首要任务就是把视频/图像分割成不同对象或把运动对象从背景中分离出来，然后针对不同对象采用相应编码方法，以实现高效压缩。
因此视频对象提取即视频对象分割，是MPEG-4视频编码的关键技术，也是新一代视频编码的研究热点和难点。
3.2 VOP视频编码技术VOP是MPEG-4视频编码的核心概念。
MPEG-4在编码过程中针对不同VO采用不同的编码策略，即对前景VO的压缩编码尽可能保留细节和平滑；对背景VO则采用高压缩率的编码策略，甚至不予传输而在解码端由其他背景拼接而成。
这种基于对象的视频编码不仅克服了第一代视频编码中高压缩率编码所产生的方块效应，而且使用户可和场景交互，从而既提高了压缩比，又实现了基于内容的交互，为视频编码提供了广阔的发展空间。
3.3 视频编码可分级性技术视频编码的可分级性是指码率的可调整性，即视频数据只压缩一次，却能以多个帧率、空间分辨率或视频质量进行解码，从而可支持多种类型用户的各种不同应用需求。
MPEG-4通过视频对象层数据结构来实现分级编码。
MPEG-4提供了两种基本分级工具，即时域分级和空域分级，此外还支持时域和空域的混合分级。
每一种分级编码都至少有两层VOL，低层称为基本层，高层称为增强层。
基本层提供了视频序列的基本信息，增强层提供了视频序列更高的分辨率和细节。
3.4 运动估计和运动补偿技术MPEG-4采用I-VOP、P-VOP、B-VOP三种帧格式来表征不同的运动补偿类型。
他采用了H.263中的半像素搜索技术和重叠运动补偿技术，同时又引入重复填充技术和修改的块匹配技术以支持任意形状的VOP区域。
此外，为提高运动估计算法精度，MPEG-4采用了MVFAST 和改进的PMVFAST方法用于运动估计。
对于全局运动估计，则采用了基于特征的快速顽健的FFRGMET方法。
3.5 Sprite视频编码技术此外Sprite视频编码技术也在MPEG-4中应用广泛，作为其核心技术之一。
Sprite又称镶嵌图或背景全景图，是指一个视频对象在视频序列中所有出现部分经拼接而成的一幅图像。
利用Sprite能直接重构该视频对象或对其进行预测补偿编码。
Sprite视频编码可视为一种更为先进的运动估计和补偿技术，他能够克服基于固定分块的传统运动估计和补偿技术的不足，MPEG-4正是采用了将传统分块编码技术和Sprite编码技术相结合的策略。
4、MPEG-4的视频特性MPEG-4视频部分是MPEG-4标准的核心内容之一。
其主工具集既提供了传统的基于视频帧的编码方法，也提供了基于可视对象的编码方法。
它把图像和视频分割成不同的对象分别处理。
基于视频对象的压缩编码方法除了能提高数据压缩比，还能实现许多基于内容的交互功能，为基于内容的应用和进一步提高编码效率打下了基础。
可视对象包括静态图像和动态视频，两者可以用统一的方法处理。
基于对象的MPEG-4视频编码，其主要功能特性体现在以下四个方面：4.1基于内容的交互这是MPEG-4提供的全新功能。
基于内容的交互允许用户修改、增加、删除或重定位一个视频场景中的对象，甚至可以转换场景中对象的行为。
这与MPEG前几个标准中基于帧的交互完全不同。
基于内容的应用的基础是视频对象的编码和表示。
由此MPEG-4可以在压缩域实现基于对象的比特流操纵，比特流编辑以及可伸缩性。
MPEG-4允许自然视频对象和计算机合成视频对象的单独编码或混合编码以及基于对象的随机访问。
4.2高效压缩MPEG-4的需求包括从移动通讯到交互式HDTV广播的诸多领域，但其主要目标之一是应用在Internet、移动通讯网络等环境下，需要将原始多媒体数据压缩为中低比特率的多媒体，因而数据压缩效率仍然是重要的问题。
MPEG-4提供了多种工具并采用了综合的方法进一步提高视频的压缩效率。
基于视频对象的混合编码方法、场景编码等都有效地改善了编码效率。
4.3错误恢复错误恢复工具的引入使MPEG-4获得了在错误多发环境下的健壮性，用户可以通过多种传输媒介，如有线网络或移动网络访问MPEG-4的编码内容。
4.4时空可伸缩性基于对象的时空可伸缩性使用户可以决定如何使用带宽和计算能力等紧缺资源。
这对于未来Internet、移动网络的实时多媒体应用有着重要意义。
5、MPEG-4的应用场合MPEG-4的应用领域非常广泛，是一种可用于通信、广播和计算机等诸多领域的通用多媒体编码方式，如音视频编辑、多媒体互联网、视频点播、交互式视频游戏、视频会议等。
即可以用于高质量的数字电视，也可以用于极低码率的无线多媒体通信，还可以进行交互式处理，为了适应各种应用对编码特性的需求，同时满足编码结构的清晰由于MPEG-4是一个完整的多媒体应用框架，设计的范围非常广泛，视频编码仅仅是其中的一部分，而且涉及到编码部分就包含自然景物、三维图像等领域。
MPEG-4是一种通用的编码标准，能满足各种应用需要，适应于不同的传输带宽、图像尺寸和分辨率，提供不同的服务。
国际上有很多公司已经开发了众多MPEG－4应用产品。
6、MPEG－4应用前景及未来展望6.1MPEG－4应用前景MPEG－4的应用前景将是非常广阔的，他的出现将对数字电视、动态图像、万维网、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、内容存储和检索多媒体系统、Internet/Intranet上的视频流与可视游戏、基于面部表情模拟的虚拟会议、DVD上的交互多媒体应用、基于计算机网络的可视化合作实验室场景应用、演播电视等。
随着经济的发展，计算机技术的日益提高，人们已不仅仅满足于语音、电报、电子邮件等通信方式，视频会议、远程医疗、远程教学等业务的需求也呈迅猛发展的趋势，同时与视频编码技术密切相关的虚拟现实、模式识别等技术也在不断发展，因此笔者认为视频压缩技术将会有非常广阔的发展和应用前景。
6.2 MPEG－4视频编码技术的未来展望MPGE视频编码技术为我们开拓了一条发展的新路。
笔者认为，MPEG视频编码技术的推广应用，可能会产生一个新行业，即多媒体制作。
这方面的市场刚刚启动，在教育、培训等方面几乎是空白，是一个有很大发展潜力的行业，有待于开拓。
未来是信息化的社会，各种多媒体数据的传输和存储是信息处理的基本问题。
MPGE视频压缩技术和VCD制作为我们开拓了一条发展的新路。
MPEG视频压缩技术的推广应用,可能会产生一个新行业,即多媒体制作。
这方面的市场刚刚启动,在教育、培训等方面几乎是空白,是一个有很大发展潜力的行业,有待于开拓。
未来是信息化的社会,各种多媒体数据的传输和存储是信息处理的基本问题,本文仅仅从MPEG标准方面进行了详细的阐述,还有很多这方面的技术有待于研究和开发,希望有志于此研究的人士共同探讨。
参考文献：[1] 鲁宏伟，汪厚祥《多媒体计算机技术》电子工业出版社，2008,11.[2] 张一《MPEG－4容错工具的研究》北京广播学院，第9卷，第3期2002，9.[3] 马小虎张明敏严华明《多媒体数据压缩标准及实现》清华大学出版社.[4]陈志波，何云《面向Internet的视频编码技术》中国图像图形学报，2001.[5] 葛双全，席传裕《MPEG－4标准视频编码初论》电脑与信息技术，2002,6.。
