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MPEG压缩技术

MPEG的层次

MPEG是Moving Picture Experts Group的简称。在它以前的技术叫JPEG,即Joint Photographic Experts Group.人们经常使用的图片格式.jpg,就是采用JPEG的标准。JPEG规范了现代视频压缩的基础，而MPEG又把JPEG扩展到了运动图象。

最初的MPEG标准，即MPEG-1, 是用于VCD的，而它的音频格式就是mp3，mp3格式规定了与视频压缩相分离的音频压缩方法。mp3又根据压缩方法分为三层。其中第三层音质最好，是经常使用的。但对于杂音比较多的老唱片的压缩，因为第三层容易扩大化杂音音频，所以常使用第二层。
MPEG-1的特点是双声道（立体声），而且MPEG-1标准被包含在其它的MPEG标准中。它的压缩技术包括DCT(离散余弦变换)等。MPEG-1和MPEG-2同样包含了I帧、P帧和B帧的概念。

MPEG-2

MPEG-2是MPEG-1之后的标准，是与MPEG-1向后兼容的，同时又增加了几个新的内容。MPEG-2也是DVD的标准。音频包含5.1声道，既左声道、右声道、中央声道、左后声道、右后声道、低频增强声道(.1)。MPEG-1包含了一幅图象所需的全部元素，这些元素构成了所谓系统流(system stream)。在MPEG-2中，系统流被重新命名为“节目流”program stream，节目流还规定了传输流transports stream，用于容易出错的媒体。增加了数字电视的服务内容，使MPEG-2是一种同时适用于空间传送与电缆传送的MPEG标准。

MPEG-4

MPEG-4是在MPEG-2基础上做了很大的扩充，主要目标是多媒体的应用。MPEG-1和MPEG-2中，我们的观念是单幅图象，而且包含了一幅图象的全部元素，而MPEG-4标准下，变成了多图象元素，其中的每一个元素都是独立编码处理的。该标准包含了为接收器所用的指令，告诉接收器如何构成最后的图象。

MPEG-4标准对自然元素（实物图象）和合成元素进行区别和规定，计算机生成的动画是合成元素的一个例子。这样的每一幅图象都可以做最佳的压缩，并互相独立地传送到接收器。接收器知道如何把这些元素组合在一起。

如果用MPEG-2标准，图象就被看做一个整体去压缩；而MPEG-4标准下，对图象的每一个元素进行优化压缩。静止的背景不必压缩到以后的I帧去，只需要压缩一次，这样可以节省许多字节数。

MPEG-4对音频的处理也是一样。对于MIDI信号可以单独处理，不必再进行音频压缩处理。

MPEG-7

MPEG-7的正式名字是“多媒体内容描述接口”，其目的是生成一种用来描述多媒体内容的标准。这个标准对信息含义的解释提供了一定的自由度，可以被传送给设备和计算机程序，或者被设备或计算机程序读取。MPEG-7并不针对某个具体的应用，而是针对被MPEG-7标准化了的图象元素，这些元素将支持尽可能多的应用。建立MPEG-7的出发点是依靠众多参数对图象与声音实现分类，并对它们的数据库实现查询。

MPEG-21

如果上述标准还不够用，那么就要制定新的标准MPEG-21，MPEG-21用于定义一个多媒体框架，将现有的各个标准融合，并在必要的时候建立新的标准。

小波技术(Wavelets)

小波技术是图象压缩的另一个途径。与DCT(用于JPEG和MPEG的压缩技术）相比，同等图象质量下，字节数更少，它也是一种有损的压缩技术。小波技术被建议用于下一代JPEG编码，叫做JPEG-2000。

在小波压缩中，一幅图象被分解为若干个小片(tile)，每个小片中，图象经滤波后被分成若干个低频与高频分量。图象滤波可以是一维的，但一般是二维的。图象在送入低通与高通滤波器后就得到低频与高频分量。

低频分量可以用不同的分辨率进行量化，也就是说，图象的低频部分需要许多的二进制位，以改善图象重构时的信噪比，所以低频元素采用精细的量化。高频分量（边缘）可以量化的比较粗糙，因为不大容易看到变化区域的噪声和误差。这样被量化的子带(sub-band)可以有许多，不只是高频、低频两个。

碎片技术(Fractals)

碎片技术已经作为一种压缩方法被提出。这种技术依靠图形的重复特性。用碎片技术压缩图象时，需要占用大量的计算机资源，但可以获得良好的效果。碎片技术已经用在计算机生成图象中，特别是电影技术中。

提起压缩技术，不能不提微软的wmv(视频)和wma(音频)，这项压缩技术比MPEG相对较晚，但有压缩比高，同品质需要的字节数少等优点。随着互联网的普及及微软的Media Player播放器功能的完善，这种压缩格式逐渐流行起来。

上海圣堂电子科技有限公司：基于主流视频 DSP 平台的 MPEG4 视频压缩算法编码软件。