MPEG—II高效、低廉的数字视频网络教学系统

来源 :速读·上旬 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xushaowei20092009
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  非线性编辑系统作为数字视频的代表,从上个世纪末到本世纪初“落户”到中国,走了一条极不平凡的道路。这种新型的节目制作手段逐渐被广大电视工作者所认可,特别是在电视节目制作量大,节目包装日益新颖的同时,采用这种便捷、高效、高质的编辑模式,已成为电视节目不可获缺的电视节目制作系统。它的出现,标志着中国的广播电视正在快速的由模拟向数字化转变。
  目前,数字非编性编辑系统及各级电视台的非线性编辑网络制作系统都采用MOTION-JPEG压缩格式,简称M-JPFG。它是针对活动图像而优化的JPEG压缩而称。由于电视编辑,特技制作均需要以帧为基本单位,所以对以帧为基本单位进行压缩的M-JPEG格式被成功的用于数字非编性节目编辑系统。现阶段国内数字非编性编辑系统及各级电视台的非线性编辑网络制作系统都采用4:1广播级的M-JPFG压缩格式,其每小时视频节目占用约18GByte存储空间。
  虽然,MOTION-JPEG压缩格式在我国的非编性编辑系统节目制作中被认为是有效和实用的,但它同时也存在着很大的弊端。如:编辑节目时需要大容量的高速(7200转)硬盘、视频网络传输、播出效率低等等。无法适应未来的电视台数字化网络架构。那么,是否有更好的压缩视频图像数据的方法呢?既能保证最佳的视频图像质量,又能大幅度地提高压缩比。那么答案是肯定的,一个高效的压缩比格式,一个国际标准的压缩比格式--MPEG-II。
  MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写,于1988年成立。目前MPEG已颁布了三个活动图像及声音编码的正式国际标准,分别称为MPEG-1.MPEG-2和MPEG-4,它能保证最佳的视觉质量,并且可以减少其数据量。由于采用帧相关的压缩,在可实现20:1的压缩效率,仍能确保广播级的视频质量(一小时视频节目占用约3.6GByte的储存空间),这给视频文件的存储、传输、编辑、播出带来了极大的好处;1.数字化片库。MPEG-2制定于1994年,设计目标是高级工业标准的图象质量以及更高的传输率。MPEG-2所能提供的传输率在3-10Mbits/sec间,其在NTSC制式下的分辨率可达720X486,MPEG-2也可提供并能够提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG-2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道,和多达7个伴音声道(DVD可有8种语言配音的原因)。由于MPEG-2在设计时的巧妙处理,使得大多数MPEG-2解码器也可播放MPEG-1格式的数据,如VCD。
  同时,由于MPEG-2的出色性能表现,已能适用于HDTV,使得原打算为HDTV设计的MPEG-3,还没出世就被抛弃了。(MPEG-3要求传输速率在20Mbits/sec-40Mbits/sec间,但这将使画面有轻度扭曲)。除了作为DVD的指定标准外,MPEG-2还可用于为广播,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。MPEG-2的另一特点是,其可提供一个较广的范围改变压缩比,以适应不同画面质量,存储容量,以及带宽的要求。
  对于最终用户来说,由于现存电视机分辨率限制,MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显,倒是其音频特性(如加重低音,多伴音声道等)更引人注目。
  MPEG-2的编码图像被分为三类,分别称为I帧,P帧和B帧。
  I帧图像采用帧内编码方式,即只利用了单帧图像内的空间相关性,而没有利用时间相关性。P帧和B帧图像采用帧间编码方式,即同时利用了空间和时间上的相关性。P帧图像只采用前向时间预测,可以提高压缩效率和图像质量。P帧图像中可以包含帧内编码的部分,即P帧中的每一个宏块可以是前向预测,也可以是帧内编码。B帧图像采用双向时间预测,可以大大提高压缩倍数。
  压缩比的提高对节目的存储所需要的资源大大降低。一般电视台目前保存的电视节目带数量惊人,传统的用视频磁带保存节目所带来的问题是图像节目质量的下降甚至损坏,而且不便管理,在节目带的共享使用上也难以实现。采用基于MPEG-II的数字化节目库可以使这些问题得以较好的解决,以较小的成本取得很好的效益。2.节目传播。高压缩比和可变的输出码率使得MPEG-II技术在节目传播应用上发展迅速。3.能引入各种类型的存储介质。如:硬盘、光盘、磁带及存储器芯片等,MPEG-2的另一特点是,其可提供一个较广的范围改变压缩比,以适应不同画面质量,存储容量,以及带宽的要求。对于最终用户来说,由于现存电视机分辨率限制,MPEG-2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显,到是其音频特性(如加重低音,多伴音声道等)更引人注目。
  MPEG-2带来的好处:
  我们认为,MPEG-2标准带来的好处体现在它的适应性。MPEG-2在开始制定的时候,有大量的广播电视设备供应商参与,被设计成能满足多种应用需要的标准。体现在其特性上,有两个大的特点。一个是运动补偿带来的高压缩比,另一个就是根据不同的需求,通过参数的调节做到码率可变。从MPEG-2标准的文件内容中我们可以看出,MPEG-2针对性最强的应用是存储和传输,因为MPEG-2详细定义了压缩数据在存储和传输中的句法结构,并且只定义了对MPEG-2压缩数据的解码过程。基于这些特点,目前,MPEG-2技术在电视业务的某些应用上具有不可比拟的优势。以下是几种典型的应用。 数字化片库。压缩比的提高对节目的存储所需要的资源大大降低。一般电视台目前保存的节目带数量惊人,传统的用视频磁带保存节目带来的问题是图像质量下降甚至损坏,而且不便于管理,在节目带的共享使用上也难以实现。采用基于MPEG-2的数字化节目库可以使这些问题得以较好的解决,以较小的成本取得很好的效益。目前有许多公司在开发数字化视频存档系统,其中关键的问题是编制出完善的管理软件。 节目传播。高压缩比和可变的输出码率使得MPEG-2技术在节目传播应用上发展迅速。由于在低至1.5MBIT/S的码率下,MPEG-2数据流仍然能提供相当的图像质量,因此目前的模拟电视频道甚至可以传送四路电视节目。这在地面广播(Terrestrial Broadcast)、有线电视(Cable TV)和卫星广播(Satellite Broadcast)上都极具吸引力,这意味着在传送相同节目量的情况下,可以节省大量的成本。而且由于MPEG2输出码率可变,可以根据节目类型选择不同的压缩比,以达到更好的资源利用率。正是基于此原因,MPEG2已经被作为数字电视广播的压缩标准,包括欧洲的DVB、美国的ATSC都是基于MPEG2压缩格式的。我国也已经制定了部分基于MPEG-2的数字电视广播的标准。 高清晰度电视。由于高清晰度电视的分辨率很高,带来的问题是所需的节目传输带宽很高,必须使用高压缩比才有可能传送高清晰度电视节目。在这一点上,目前只有MPEG-2技术能够胜任。 在数字化视频磁带、激光视盘、电视会议以及数字照相机等方面,MPEG-2显然也具有相当广的应用前景。而在这些领域,M-JPEG和DV等其他压缩方式无法与其匹敌。
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