各种最新视频压缩格式的对比

·各种最新视频压缩格式的对比

字体: 小中大| 打印发布: 2006-9-29 16:48 作者: 范文俊来源: DigiTimes Lab 查看: 2241次

在前篇报导中，各位不难发现，不论是Intel还是TI（Texas Instruments），甚至是Freescale所提出的示范架构，在设计上都大同小异，使得各家PMP（Portable Media Player）除安插的记忆卡规格、电视录制等附加功能外，较大的不同处在于编／解碼的格式支持程度，当然这也牵涉到选用的Codec芯片种类。尽管目前影音压缩标准，仍属MPEG （Moving Picture Experts Group）所制订出的各种规范最为当红。不过在MPEG-4问世后，部分拥有媒体技术的软件商均加入开发行列，形成群雄并起的战国时代，同时衍生出许多分支格式。

在诸多MPEG-4竞争要角中，当属微软最具影响力。微软实行如同当初IE浏览器击败Netscape（网景）的策略，凭借着PC操作系统庞大的占有率，将WMP（Windows Media Player）播放程序『绑桩』在Windows内，让WMV、.WMA格式得以推广。另外，还有Real Networks、Apple等派系环伺在侧，支持MPEG License Alliance开放标准，与微软独树一格的MPEG-4相抗衡。不仅如此，Divx、H.264这些新进成员亦不容小觑，未来到底何者出线、成为业界标准，进而改变多媒体市场生态，目前尚在未知之数。

■MPEG阵营

由MPEG团体所发表的各项影音技术，由于是采开放式架构，在众多软（如：编辑工具）、硬（如：译码芯片）体厂商的支持下，使得普及度迅速扩展，影响范围不只局限在PC多媒体应用而已，也成为家电播放器上的共通标准。接着透过以下的分析，阐述各种MPE G设计的差异之处。

●MPEG-1

首部曲MPEG-1于1992年问世，是为了工业级规范而设计，质量等同于当时的VHS 录像带，并可适用于CD-ROM、VCD等不同频宽的装置上。MPEG-1特点为能够针对SIF 分辨率（有着NTSC与PAL的区别，分别为352x240、352x288）的影像进行压缩，取样率为1.15Mbps（不含音讯），每秒30张画面（NTSC），并提供Stereo CD音质。而MPEG-1的编码效率最高可达4~5Mbps，但随着速度的增加，造成译码后的画质受到影响。同时，

当画面放大或影像过于复杂时，会产生马赛克现象，因此MPEG-1无法符合当前的影音要求。

随着计算机运算效能的提升，尽管早已能满足MPEG-1的编/解碼工作，但却存在着档案容量过大的问题，因而导致储存设备的负担。相对地，由于MPEG1数据量高，故不适合网络传输，尤其在当时以调制解调器拨接为主的上网方式特别明显，就算后来ADSL、Cable Modem等宽带上网的流行，还是无法实现远程视讯传输。其实从家用市场看，虽说MPEG1曾是VCD的主要压缩模式，但在MPEG-2（DVD）、MPEG-4等更先进的技术出现后，MPEG-1不仅面临被取代的命运，且落入市场萎缩的态势。

●MPEG-2

由于MPEG1在影像质量、分辨率等方面的不足，因此接下来的MPEG-2于1994年诞生，并将传输频宽增加至4.6Mbps，为的就是要获得更佳的音讯与视讯质量。同时，MPEG-2还具有回溯既往的特性，以致于论是译码芯片还是播放程序的开发，多数都能兼容原先的MPEG-1。而MPEG-2所提供的720x480分辨率，以及5.1声道环绕音效（Surround Sound），不仅成为目前当红的DVD影片所属的格式，而且还能因应新一代的HDTV（High Definition Television）规格，或是应用于有线电视与广播方面，连带让卫星直播也能达到广播的水平。

●MPEG-4

MPEG-4诞生原因，不外乎是随着无线网络环境成熟，使得网络视讯、家庭娱乐系统的需求逐渐跃上台面，且相关应用更成为新一代影像压缩技术成长的推手。其实MPEG4

共分为两个版本，初版于1998 年11月现身，第二版本则是在2000年经过ITU（International Telecommunication Union）与ISO（International Standards Organization）两组织认证后，正式成为国际影音标准。相较于以往MPEG所提出的规范，MPEG4不仅具备一定取样率下的视频、音频编码，甚至更强调多媒体系统间的交互与灵活，且其中最引人注目的就是交互式设计，简单地说，使用者不再只局限于影片观赏的被动角色，能够进一步与影音环境中，像游乐器即是属于这方面的应用。

从另一个角度看，MPEG-4在视觉效果意义上，试图将人造物体与自然物体相结合，

因此将AV（Audio Video Object）对象纳入，让交互概念得以实现。至于MPEG-4的另一项特点则是支持取样率调整，让影像在传输过程中，能够依循频宽变化，避免因为网络频宽不足而导致中断。这也就是说，MPEG-4会自动侦测影像的区域变化，基于对象来调整压缩模式，即便不是针对视讯监控而发展出来，但仍能符合CIF（352x288）格式或768x576等更高分辨率的视讯压缩，这也是MPEG-4的优势之一。而对软件开发者而言，亦能藉由MPEG-4工具的帮助，撰写出于网络上统一使用的编译码程序，省下在*.rm、*.mov及*.wmv 等不同格式上选择相对应播放器的麻烦。

最初，MPEG-4的主要是锁定影像邮件（Video Email）、视讯电话（Video Phone）及电子新闻（Electronic News）等方面的应用，由于频宽需求较低，约介于4800~64000bps 间，分辨率为176x144。MPEG-4利用很窄的频宽，利用画面重建技术，压缩与传输数据，以期能达到最少的数据采集更佳影像质量的境界。除无线传输上的运用外，在一般网络中也可经由串流视讯的作法来处理动态影像。由于是以对象方式对图像做编码，因此有效地增加动态图像的自主性，让使用者能够控制动态图像的内容，也就是为何前述提及特别有助于电玩的原因。值得一提的是，MPEG-4对传输过程中发生错误的状况已有解决之道，并考虑各种格式的存取与强化容错能力，故较能抗拒有干扰的环境，使得MPEG-4在网络传输上更具优势。

与MPEG-1/2标准相比，MPEG-4是将视讯画面以object-based方式，划分为前景、背景，并记录动态轨迹。而MPEG-2则是属于Frame-based类型，将画面切割成Macro blocks，再处理多余（Redundancy）的部分，故MPEG-4的压缩效率较为突出。说得更深入一点，MPEG-4视讯编码是采对象导向概念，视讯对象经过编码传送后再加以合并，举例来说，也就是把场景中的主体与背景分开编码，并于译码时复原。

MPEG-4的压缩技术是透过DMIF（The Delivery Multimedia Integration Framework）原理，即多媒体传送整体框架，用来建立客户端和服务器端的交互和传输。藉由DMIF，MPEG-4可提供具有保证频宽（Quality of Service，QoS）的通道，以及面向每个基本串流的速度。

为了使基本流和AV对象于同一场景中出现，MPEG4引用了对象描述（OD）与SMT 概念。OD传输与特殊AV对象相关的基本流的信息流图。SMT将每一个讯号与一个CAT （Channel Association Tag）相连，让其顺利传送。同时，MPEG4定义了一个系统译码模

式（SDM），并要求特殊的缓冲区与实时模式，在有效地管理下，充分利用有限的缓冲区空间。

此外，在声音方面，MPEG4不仅支持自然声音，而且也包含合成效果。其音讯部分透过合成编码与自然声音汇集，并含有音频的对象特征。而同样地，MPEG4也提供针对自然与合成的视觉对象编码，合成的视觉对象包括2D、3D动画，以及脸部表情等。

MPEG4提供了一系列工具，做为构成场景中的一组对象，且一些必要的合成信息即成为场景描述。该场景描述以二进制BIFS（Binary Format for Scene description）表示，BIFS 与AV对象一并传输、编码。而场景描述主要功用则是告知AV对象在场景坐标下，如何组织与同步等问题。

现今在多媒体市场上的MPEG-4标准，面临微软、Real Networks及Apple三大派系互别苗头的局势。微软拥有自行开发的MPEG-4 codec，而MPEG License Alliance开放标准则是由Real Networks、Apple所力拱。当其中一品牌的播放器普及度成长、使用者增加，也就表示成为主流的希望浓厚。一旦成为标准规范后，所有软硬件开发上即必须向其靠拢。从微软开出低价MPEG-4 Codec授权金，并遭受MPEG LA抗议的事件即可看出端倪。

●MPEG-7

与MPEG-2、MPEG-4相比，MPEG-7并非以压缩、编/译码为主，反而是针对影音内容的描述而来。考虑到现在多媒体数据日渐庞大，若要寻找数据中的特定对象，势必所花费的时间也随之上升，因此MPEG-7制订的目的，主要是用来降低搜寻时间，以期能获得更佳的执行效果。然而，MPEG-7虽早于2001年完成，不过目前尚未进入应用阶段。

●MPEG-21

主要方针多媒体的消费部分，比方像内容的订阅之类的定义，由于还未成形（仍在制订当中），故现阶段无法找到其应用范畴。

■H.264

MPEG-4除持续朝高分辨率迈进外，继之而来的H.264也不容忽视。H.264不仅具有更高的压缩表现，而且与相对上一代H.263相比，运算量也有过之而无不及，并同时引发影响节电、散热等条件。如此一来，H.264或许可以在数字电视、机顶盒（STB）及D VD 等领域与MPEG-4较劲，但在行动数字装置的应用层面，将会比H.263逊色。换句话说，对于Media Gateway、PVR及HDTV等MPEG-4相关开发商，H.264将带来研发的新契机。

分久必合、合久必分的历史戏码，可说是H.264诞生过程的翻版。原本国际电信联盟（ITU）与MPEG两大团体均各有其影音压缩标准，且在通讯与信息领域各自为政。然而，隶属ITU旗下的VCEG（Video Coding Experts Group）单位却与MPEG共同订定出一种新的格式，于ITU规范下以H.264命名，在MPEG中则归类为MPEG-4 Part 10，或者是AVC（Advanced Video Coding），目的是为下一代数位数字娱乐和消费电子寻求频宽效率和影像质量兼顾的解决方案。

H.264声称能透过低于1Mbps取样率，经由Internet传送，且在压缩比、画质及编译码的表现上，均超出目前的H.26x标准，甚至对当红的MPEG-4造成威胁。目前已有越来越多的品牌加入H.264阵营，包括VideoLocus、Heinrich-Hertz-Institut及SandVideo等。另外，TI与UBVideo也共同推出符合H.264标准的广播级Decoder，并且是基于DM642处理器的嵌入式平台。

而H.264的特点在于对象导向互动、多平台及场景合成等方面，同时包含网络调节层（Network Adaptation Layer）设计，具有不同网络上交换或传输的因应机制，使得频宽调配更有效率，这也是厂商意愿意投入H.264阵营的原因。不过，受到H.264运算复杂度相对增加的影响，往往需要以效能突出的编译码芯片为基础，如此才能降低运算时间，因此制造成本、硬体条件等因素，将成为H.264未来发展的阻碍。

在授权方面，H.264与MPEG-4相同，由MPEG LA统一负责并概括分成两部分。首先，对于嵌入H.264技术的编译码器厂商而言，计费方式是以产量分级为主，并定义出每个年度权利金上限，约介于350～500万美元之间。至于第二部分则是针对传送H.264视讯的业者，则有着『Title-by-Title』、『Subscription』及『Over-the-air free broadcast』等收费差异。不过，H.264授权条件还有一些争议待解决，特别是引起广播、通道业者的反弹，故其授权制度能否获得厂商的支持，将成为是否跃升影像压缩标准主流的一大关键。

●WMV 9/10

从Windows Media Player 9版本开始，微软即标榜支持MPEG-4。不过，其MPEG-4是由微软自行开发出来的专属编译码格式，并想要借着PC操作系统的霸主地位，搭载的自家多媒体标准抢攻消费者市场。倘若微软的MPEG-4格式通过审查，并成为业界指标，那也表示未来研发或修改MPEG-4格式，都必须获得微软的同意。

目前的WMV9（Windows Media Video 9）格式，微软宣称压缩后能将DVD画质的视讯数据以1.3Mbps～2Mbps的速率传输，实现宽带网络传送DVD的理想，且其定位当然是主打Media Center相关产品。至于才问世不久的WMV10，则是锁定可携式产品，欲藉由Media Center、PMC（Portable Media Center）等产品打进影像压缩领域，甚至WMV与WMA也通过DVD认证，与H.264、MPEG-2同列DVD标准。

由于共通的开放标准目前仍是流行趋势，当然微软也不得不顺应时势敢违逆，因此PMP/PMC除支持WMA、WMV外，也能够兼容于MP3、MPEG-1/2、MIDI等格式。不过，就长远角度来说，这些开放标准的前途堪虑，原因是自Windows Media 9 Series后，明显加强了DRM（Digital Right Management，数字版权管理）方面的能力，未来相信从事数字内容创作也会偏向支持此防拷标准，而非可任意复制或需外加拷机机制的公开格式。

未来影像压缩主流标准之争，关键因素将在于授权条款，若H.264与MPEG-4在授权议题上无法与业者达成共识，那对微软的WMV而言，无疑将是抢占PMP影音档案之主流规范的隐藏助力。

●Divx

基本上，Divx是由MPEG4技术衍生而来，是由黑客组织所发明。其实Divx是将影片的音频透过MP3压缩、视讯则采MPEG4技术，最后再将两部分合成而来，并有着简易版（Simple Profile）与进阶简易版（Advanced Simple Profile）的区别。而由于MP3和MPEG-4强大的压缩效果，使得影片的容量急剧下降，可将一部约2G的DVD影片压缩到650MB

的CD-RW内。

尽管影音编译码技术仍持续进步当中，但仍有相关系统应用厂商抱持观望态度，不敢贸

然押注MPEG-4，唯有PMP厂商，受到储存空间、取样率与影像质量等条件限制，才不约而同地支持MPEG-4技术。除规格因素影响厂商采用的兴趣外，输出标准尚未统一也是另一因素。当前各家MPEG-4订立各自的档案格式，市场上还未有标准规范的诞生。不过选择占有率高、普流通性广的格式却是各家PMP的共同目标，例如Divx、wmv等规格，如此来保障市场竞争力。

■何谓VBR、CBR

一般而言，在进行音、视讯转文件时，时常会看到VBR、CBR两项专有名词。其中VBR全名为Variable Bite Rate的缩写，意指随着音、视讯的复杂程度来决定取样率。当影音片段较复杂时，则撷取的位数较多，使得该段影音数据文件随之增加。反之，若是属于单纯的片段，则采较少的位储存。换句话说，整段音、视讯的取样率都不相同。

至于CBR指的是Constant Bite Rate，即从开始到结束都维持一定的位率，以5分钟的MP3歌曲为例，如果以采128kbps的取样率计算，那便相当于4800k（5x60x128/8）的大小。因此，使用VBR取样方式，将可获得较高的音、视讯质量。