MPEG所制定的一系列国际标准,为不同设备厂商产品的互通性提供了保证,为相关产业的快速发展奠定了基础。在制定的过程中,经历了提出提案、征集议案、竞争、反馈讨论、标准公布等一系列步骤,它综合了学术界和产业界的最新研究成果,不仅考虑新技术、新概念、高质量要求,同时在实现方案和成本之间尽量折衷,并且为达到目标做了大量的测试工作。因此,一个正式标准从开始提出至公布通常都要经过好几年的时间,并需要在实践中不断充实,往往会存在多个版本。
MPEG-1是第一个MPEG标准,其全称为ISO/IEC 11172《用于高至1.5Mbit/s的数字存储媒体的活动图像和相应的音频编码》(Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media at up to about 1. 5Mbit/s)。 MPEG-1目的是能提供与普通家用录像带同样质量的视频内容,提供与家用录像机相似功能(如记录、播放、快进、快退等)的消费类视频CD(即VCD)编码标准。MPEG-1共包含五个部分,其中最主要的三个部分为MPEG-1视频、MPEG-1音频和MPEG-1系统三个部分。其中MPEG1视频采用基于块的运动补偿、DCT变换和量化的混合编码方法,达到大约在1.2 Mbit/s的视频压缩码率。MPEG-1音频支持音频压缩,与现行的CD、DAT等媒体所采用的PCM标准兼容。MPEG-1系统支持比特流的复用和解复用。现在所看到的VCD质量就是MPEG-1当时设想的视频质量,目前仍然广泛应用在PC和基于WEB的压缩视频文件存储方面。
MPEG-1是按照工业级标准而设计的,针对1.5 Mbps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。可适用于不同带宽的设备,如CD-ROM、VCD、DAT、CD-R等。应用在CD-ROM上存储同步和彩色运动视频信号,可以优化为中等分辨率,并在其优化模式下,对采用所谓的SIF(Source Input Format)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,传输速率为1.5Mbps,每秒能够播放30帧,具有CD音质,视频质量级别基本与VHS相当。MPEG-1的编码速率最高可达4~5 Mbps,但随着速率的提高,其解码后的图像质量有所降低。MPEG-1对色差分量采用4﹕1﹕1的二次采样率,旨在达到VCR质量,其视频压缩率约为26﹕1。MPEG-1现已成为常规视频标准的一个子集,该子集称为CPS。同时它也被用于数字电话网络上的视频传输,如非对称数字用户线路(ADSL)上视频传输,视频点播(VOD),以及教育培训应用等,因此MPEG1可被用作媒体记录或在Internet上传输视频。
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MPEG-2是继MPEG-1之后推出的运动图像压缩编码标准,其全称是ISO/IEC 13818《运动图像和伴音信息的通用编码》(Generic Coding of Moving Pictures and Associate Audio Information)。MPEG-2目的是满足数字电视应用潜在的巨大市场,与MPEG-1相比,它在许多方面做了重大改进,从而满足更大范围的应用领域。如能支持隔行扫描视频信号的压缩编码,具有更加灵活的语法结构,编码效率提高,支持灵活和高效的“系统”描述,MPEG-2具有向下兼容性(和MPEG-1兼容),并第一次引进有关档次(Profiles)和等级(Levels)概念。按照编解码技术的简单还是复杂,将各类应用分为不同档次,其中每个档次都是MPEG-2语法的一个子集。按照图像格式的简单或复杂,每个档次又划分为不同的等级,每种等级都对有关参数规定了一定的约束条件。MPEG2共包含十个部分,其中最主要的三个部分分别为MPEG2系统(ISO/IEC 13818-1)、MPEG-2视频(ISO/IEC 13818-2)和MPEG-2音频(ISO/IEC 13818-3)。
MPEG-2是一个非常成功的标准,在通过电缆、卫星、地面微波信道上传输的数字电视和高清晰度数字电视方面有着广泛的应用,它具有DVD一样的视频质量。现在VCD和DVD基本上已经取代了家用磁带录像机。MPEG2标准设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率,它追求的是CCIR 601建议如DVB、DVD、SDTV、HDTV的图像质量和传输率可达1.5~80 Mbps的运动图像及其伴音的编码标准。因为MPEG-2提供了一个较广的范围改变压缩比,可以适应不同画面质量、存储容量以及带宽的要求,满足广播、通信、计算机和家电视听工业的广阔需求以及不同电视体系的SDTV和HDTV。其音频可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道,达到CD级的音质。MPEG2所涉及到的应用领域已经到渗透到人们生活的方方面面,如数字音频广播(DAB)、有线数字音频转播(CDAD)、数字地面电视广播(DTTB)、有线数字电视转播(CATV)、卫星直播(DBS)、家庭影院(HC)、交互式存储媒体(ISM)、人际通讯(IPC)、数字视频光盘(DVD)、标准数字电视(SDTV)、高清晰度数字电视(HDTV)等。
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MPEG开始时的计划有三个:1.5 Mbit/s的MPEG-1,10 Mbit/s的MPEG-2及40 Mbit/s的MPEG-3,后来MPEG-3工作项目在1992年7月撤销,因为MPEG-2的功能完全覆盖MPEG-3。
MPEG 4的初衷是针对超低比特率编码,如视频会议、视频电话应用,然而现在的MPEG4作为一个多媒体交互式标准,目标是对交互式多媒体应用提高支持,促使通信、消费电子和计算机技术相融合。因此,它的应用面非常广泛,尤其在低码率多媒体交互系统方面。在1999年公布的MPEG-4 Part2是基于音视频对象的编码(Coding of Audio Visual Objects),称为ISO/IEC 14496-2。MPEG-4提供音频、视频、图形以及场景描述是以工具包的形式出现的。在实现MPEG-4标准时,可根据应用领域的不同,选择适当的音频、视频、图形以及场景描述工具子集。MPEG-4强调多媒体通信的灵活性和交互性,强调高效的压缩编码效率,具有基于内容交互和基于内容分级扩展性。至此为止,MPEG-2 Part2已经相对成熟,具有开发者所想拥有的各种灵活性。
MPEG4的一个特点是更适于交互音视频服务以及远程监控,这是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看,允许你加入其中,即有交互性)的动态图像标准。它的另一个特点是其综合性,MPEG-4试图将视觉效果意义上的自然物体与人造物体相融合,所以它的设计目标有更广的适应性和可扩展性。与前两者不同,MPEG4不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码,而且更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG4应用非常广阔,涉及到如动态图像、Internet上视频会议、实时多媒体监控、低比特率下的移动多媒体通信、基于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、演播电视等等,对于计算机爱好者来说,表现最为直接的一点就是让你的媒体播放机可以播放MPEG4格式的超清晰视频文件。
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在2001年之后,ISO/IEC和ITU-T的联合视频小组JVT,希望能提供更加有效的压缩性能和使网络传输环境具有更强健壮性的压缩编码国际标准,经过2年多时间的努力,共同推出了高级视频编码(Advanced Video Coding)标准,于2003年公布,ITU称为 H.264;ISO/IEC称为MPEG-4 Part10,统称为H.264/MPEG-4 Part10标准或AVC标准,它将成为新一代多媒体应用产品采用的图像编码国际标准。
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