MPEG-4视频编码技术及在多媒体通信中的应用

　　一、引言

　　MPEG-4是运动图像专家组（MovingPictureEx-pertGroup）标准家庭中的一员，是国际标准化组织为多媒体通信制定的一种解决方案。当今迅速发展的交互式计算机游戏图像显示、交互式视频点播（VOD）都表明电视正由"纯线性"向"非线性"的方向发展。MPEG-1/2均是以音频帧、视频帧为编码对象的，图像中的AV（Audio、Video）对象所组成的场景不能与人们进行交互。而MPEG-4的主要特点是对图像中的内容进行编码，其具体的编码对象就是图像中的音频和视频信号，称为AV对象。MPEG-4就是围绕着AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的。所以，MPEG-4有非线性电视的编码、存储、传输和组合的标准之称。

　　二、MPEG-4的图像与视频标准的技术结构

　　1.MPEG-4的图像与视频标准的技术结构

　　如图1所示，底层是VLBV（VeryLowBitRateVideo）核心，它为5～64kbit/s视频操作和应用提供算法与工具，支持较低的空间分辨率（低于352x288像素）和较低的帧频（低于15 Hz）。VLBV核心支持的专用功能包括实时多媒体应用：支持矩形图像序列的有效编码，具有高编码效率、高精度、高容错度、低延时等特点;以及多媒体数据库应用：支持多媒体数据库的存储、随机存取以及FF/FR（快进/快退）等功能与操作。

　　MPEG-4的HBV（HighBitRateVideo）空间分辨率支持CIF-HDTV，码率范围在64 kbit/s～4 Mbit/s之间，同样支持上述功能。

　　三、MPEG-4视频编码标准与MPEG-1/2及其与H.26X的比较

　　MPEG-1/2/4视频压缩和H.26X视频压缩技术都是以DCT（离散全余弦变换）为基础。但它们又各有不同的特点。

　　MPEG-1标准制定主要针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒质运动图像及其伴音编码的国际标准，它用于在CD-ROM上存储同步和彩色运动视频信号。采用SIF标准交换格式（对于NTSC制式为352×240，对于PAL制式为352×288）的图像进行压缩，每秒能够播放30帧，具有 CD音质。

　　MPEG-2标准追求的是CCIR601建议的图像质量DVB、HDTV和DVD等制定的3～10Mbps高质量的运动图像及其伴音的编码标准。 MPEG-2可用于为广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播（DirectBroadcastSatellite）提供广播级的数字视频。

　　H.261的制定是适用于ISDN网的宽带传输，它提供了P×64kbit/s的视听业务用的视频编解码。

　　H.263是适用于PSTN（公用电话网）的窄带通信信道的视频编码建议，可用于可视电话极低码率的编解码器，它是H.261的重要发展。

　　MPEG-4标准提供用于通信的新方式，其核心是基于内容的AV信息存储及操作，支持交互性、高压缩比及能用存储性。同时它在结构上具有适应性和可扩展性，以适应软硬件的迅速发展，及时融入新的技术。由于将内容和交互性作为MPEG-4的核心，就不再把具体的码率范围作为特别的要求，但低码率依然是其一项基本内容，它在极低码率的传输上与H.263具有一定的相似性，但是它也支持高质量的视频语音通信。所以，MPEG-4提供了一个更为广阔的开发平台，更符合于多媒体通信的发展趋势，具有更广阔的应用前景。

　　四、MPEG-4为标准的多媒体传输系统

　　1.方案设计

　　基于以上的各视频编码标准的比较及实际应用的需要，我们设计了一套基于Internet网的多媒体通信系统。该系统的组成如图2所示，主要包括多媒体信息处理模块、TCP/IP通信协议模块、通信接口模块、控制模块、外部设备接口及外部设备模块（摄像头、麦克风、显示器、扬声器）。

　　2.各模块功能及实现

　　（1）多媒体信息处理模块

　　它主要基于MPEG-4标准，根据不同的应用要求对视频和音频数字信号进行不同程度的压缩/解压缩。

　　1）视频/音频信号的压缩

采用TI公司最新推出的TMS3206415DSP芯片，它支持图像的8bit数据处理的指令。它的运算速度快，最高运行速度高达600MHz，指令周期最短为1.67ns，峰值处理速度达到了3 200～4800 MIPS。在音频/视频应用中，其性能提高15倍。具有先进的超长指令字结构（VLIW），获得当前应用设备所需要的极高性能。内核的8个功能单元能够在每个周期内执行4组16位MAC运算或8组8位MAC运算，以便在处理通信和影像算法中获得最大的并行性。如果用C6415同时完成一个通道的MPEG- 2视频编码、一个通道的MPEG-4视频编码和一个通道的视频解码，其硬件资源还只占用了50%，可见其强大的计算能力。该芯片具有1 056字节片上SRAM的实时分层存储系统，用于加快超高速DSP内核。64通道的增强型存储器直接存取（EDMA）控制器，显示出出色的并行性特点。外部双总线提供了超过1.2 G字节的外部存储器带宽。同