简述MPEG动态图象压缩编码的运动补偿技术

简述MPEG动态图象压缩编码的运动补偿技术

1 MPEG：







MPEG是Motion Picture Experts Group 的缩写，它是视频编码格式中的一个大家族，也是我们平时所见到的最普遍的一种视频格式。从它衍生出来的格式非常多，包括以mpg、mpe、mpa、m15、m1v、mp2等等为后缀名的视频文件都是出自这一家族。MPEG格式包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统（视频、音频同步）三个部分，MP3（MPEG-3）音频文件就是MPEG音频的一个典型应用，视频方面则包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG4。







MPEG-1压缩算法被广泛应用在 VCD 的制作和一些视频片段下载方面，其中最多的就是VCD——几乎所有VCD都是使用Mpeg-1格式压缩的（*.dat格式的文件）。MPEG-1的压缩算法可以把一部 120 分钟长的电影（原始视频文件）压缩到1.2 GB左右大小。利用这种压缩算法制成的文件格式一般为mpg和dat文件。







MPEG-2压缩算法则应用在DVD的制作上（*.vob格式的文件），同时也在一些HDTV（高清晰电视广播）和一些高要求视频编辑、处理有相当的应用。使用MPEG-2的压缩算法制作一部 120 分钟长的电影（原始视频文件）在4GB到8GB大小左右，当然其图像质量方面的指标是MPEG-1所无法比拟的。利用这种压缩算法制成的文件格式一般为vob文件。







MPEG-4是一种新的压缩算法，使用这种压缩算法可以将一部120分钟长的电影（原始视频文件）压缩至300MB左右。现在，MPEG的这种压缩算法被许多编码格式沿用，例如ASF、DivX、Xvid、mp4（Apple公司的mpeg-4编码格式）等等都采用了MPEG-4的压缩算法。















2 AVI编码格式







AVI是 Audio Video Interleave 的缩写，这种格式在微软WIN3.1 时代就已经出现了。它最直接的优点就是兼容好、调用方便而且图像质量好，因此也常常与DVD相并称。但它的缺点也是十分明显的：体积大。2小时影像的AVI文件的体积与MPEG-2相差无计，不过这只是针对标准分辨率而言的：根据不同的应用要求，AVI的分辨率可以随意调。窗口越大，文件的数据量也就越大。降低分辨率可以大幅减低它的体积，但图像质量就必然受损。与MPEG-2格式文件体积差不多的情况下，AVI格式的视频质量相对而言要差不少，但制作起来对电脑的配置要求不高，经常有人先录制好了AVI格式的视频，再转换为其他格式。







这里简单提一下nAVI。nAVI是newAVI的缩写，这是一个名为 ShadowRealm 的地下组织发展起来的一种新视频格式。它是由 Microsoft ASF压缩算法的修改而来的（并不是想象中的AVI，视频格式追求的无非是压缩率和图像质量，所以 n AVI为了追求这个目标，改善了原始的ASF格式的一些不足，让nAVI可以拥有更高的帧率（frame rate）。当然，这是牺牲ASF的视频流特性作为代价的。概括来说，nAVI就是一种去掉视频流特性的改良型ASF格式。















3 REAL VIDEO格式







Real公司一开始定位的就是在视频流应用方面的，也可以说是视频流技术的始创者。它可以在用 56K MODEM 拨号上网的条件实现不间断的视频播放，当然，其图像质量和 MPEG2、DIVX 等相比确实要差好多。RM主要用于在低速率的网上实时传输视频的压缩格式，它同样具有小体积而又比较清晰的特点。RM文件的大小完全取决于制作时选择的压缩率。在2002年Real公司又推出了它的Real Video9编码方式，使用该技术同上一版相比，画质提高了30%。使用Real Video9编码格式的文件名后缀一般为rmvb，RMVB中的VB是VBR即Variable Bit Rate的缩写，中文是“可变比特率”。它比普通的RM文件有更高的压缩比（同样画质）和更好的画质（同样压缩比）。rmvb文件一般用realone播放器播放，当然也可以用安装了相应插件的realplay播放（不过播放的时候要将rmvb改成rm）。以前的real video文件名后缀多为RM、RA、RAM。















4 ASF







ASF是 Advanced Streaming format 的缩写，它是Windows Media技术的核心，采用的是MPEG-4压缩算法，由于它使用了 MPEG-4 的压缩算法，所以压缩率和图像的质量都很不错。因为 ASF 是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图像质量比 VCD 差一点点并不出奇，但比同是视频流格式的 RAM 格式要好。利用这种编码方式制成的文件名后缀一般为asf。















5 Quicktime格式







QuickTime（MOV）是Apple公司专有的一种视频格式。在开始一段时间里，他都是以qt或mov为扩展名的，使用他们自己的编码格式。但是自从MPEG4组织选择了Quicktime作为MPEG4的推荐文件格式以后，它们的mov文件就以mpg或mp4为其扩展名，并且采用了MPEG4压缩算法。Quicktime6将mp4文件作为它的第一选择，利用quicktime6可以制作出专业级质量的、ISO兼容的MPEG4音频和视频文件，而且这些文件也可以被任何兼容MPEG4的播放器播放。















6 DivX







DivX视频编码技术可以说是针对DVD而产生的，同时它也是为了打破 ASF 的种种约束而发展起来的。正如上面所提到的那样，它采用的是MPEG-4算法，这样以来，压缩一部DVD只需要2张VCD，而且播放这种编码，对机器的要求也不高。目前DivX有两个版本，第一个DivX版本以DivX3.11为例，而第二个版本就是后来的DivX5，但是实际上第二个编码格式的作者跟divx3.11的作者根本不是同一个人，这两种编码格式的设计思路也不同。所以，如果要解压缩按照DivX3.11编码的媒体文件时，最好采用DivX3.11的解码器，而不要用DivX5的解码器来解码。目前大部分的DivX视频采用的是.avi的文件后缀，当然也有以DivX和Div为后缀名的。















7 Xvid格式







Xvid编码格式是由一些精通视频编码的程序员（包括原DivX 3.11的开发者）设计开发出来的，它也是使用的MPEG4压缩算法。XviD这种全新的编码平台，实际上与DivX 5是属于同一技术核心，可解码几乎所有的DVDrip。这里需要解释一下DVDrip，DVDrip就是指的经过DivX技术压缩至原来DVD文件大小的1/10左右的媒体文件，其核心的技术主要分成三部分：用Mpeg4来进行视频压缩，用MP3或AC-3等压缩音频，同时结合字幕播放软件来外挂字幕。所以一般来说，你只要安装了Xvid解码器，你的机器就能播放所有的DivX媒体文件。目前用Xvid技术编码的文件大多以avi为扩展名。















8 MPEG-4标准(ISO,1999)







MPEG-4初衷是针对视频会议、可视电话的超低比特率编码的。但随着芯片性价比的提高使得基于软件平台的压缩编码具有实用的可能，且人们在对视频信息的应用需求从播放型逐渐转到基于内容的访问和操作型，所以它制定的新目标为支持多媒体应用（侧重于对多媒体信息内容的访问），可根据应用要求配置解码器。







MPEG-4为了支持高效压缩、基于内容交互和基于内容分级扩展，引入了AVO(Audio/Video Object)的概念实现基于内容的表示方法。换句话说它就是围绕AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的，它是第一个使用户在接收端对画面进行操作和交互访问的编码标准。







MPEG-4提供自然和合成的音频、视频以及图形的基于对象的编码工具，它为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台，更注重于定义一种格式和框架，而不是具体的算法，这样可以建立一个更自由的通信和研发环境，可以在系统中加入许多新的算法，为使用计算机软件实现编码和解码提供更大的方便。它还可以将各种各样的多媒体技术充分运用在编码中，除包括压缩本身的一些工具、算法外，还包括图像分析和合成、计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实和语音合成技术。但是由于“基于对象的编码”尚有技术障碍，在技术专利保护问题上迟迟难以找到有效的收费形式，因此该标准目前仍然没有得到普遍应用。