浅谈MPEG-4 数位影音压缩标准

对于熟悉数位影音压缩标准的玩家来说，MPEG必定不是一个陌生的名词。从几年前的VCD开始，使用的是MPEG-1压缩标准。这两年成为主流的DVD，则是使用了MPEG-2的标准。而现在zui热门的MP3则是采用了MPEG规格里有关音讯的技术。近来在网路上许多玩家发现了一种新的影像档，它的副档名还是 .avi。但是和以往的avi影像档所能提供的低劣影像品质相比有了极大的改善。但是播放时需要从网路上下载divx codec才能顺利播放。这种影音编码的格式就是MPEG家族中的压缩标准 -- MPEG-4。而且采用了有别于MPEG-1和MPEG-2的技术和观念。以下就将对MPEG-4做一个简单的介绍。

对于熟悉数位影音压缩标准的玩家来说。mpeg必定不是一个陌生的名词。从几年前的vcd开始，使用的是mpeg-1压缩标准。这两年成为主流的dvd，则是使用了mpeg-2的标准。而现在zui热门的mp3则是采用了mpeg规格里有关音讯的技术。近来在网路上许多玩家发现了一种新的影像档。它的副档名还是 .avi。但是和以往的avi影像档所能提供的低劣影像品质相比有了极大的改善。但是播放时需要从网路上下载divx codec才能顺利播放。这种影音编码的格式就是mpeg家族中的压缩标准 -- mpeg-4。而且采用了有别于mpeg-1和mpeg-2的技术和观念。以下就将对mpeg-4做一个简单的介绍。

mpeg-1和mpeg-2在压缩技术上采用的是相同的方法。在影像方面，先将影像分割成一幅一幅的图像，再将每一幅图像分割成一个个小方格。压缩时便是利用方格与方格间，以及一幅幅图像间的相似性来做压缩。这是利用自然影像的特性而得到的压缩效果，因为自然影像如果以极短的时间来看，或是观察每幅图像的细部，会发现相似性是很高的。例如天空是一片蓝色，而摄影机镜头可能停住不动。这样就会有许多资讯是重复的，而不需反覆传送。在音讯方面，则是利用人类听觉感官系统的生理特性。将人类不易察觉或是无法听到的声音于以删除或是简化，进而达到压缩的效果。mpeg-1和mpeg-2的压缩率大概在20到30倍之间。市面上常见的vcd光碟片大概是每片650 mb 的资料量，存放74分钟的影片。相当于vhs录影带的画质。而dvd一片4.7gb的资料量。可以存放超过两小时的影片。而画质与音质也超过vcd。

mpeg-1和mpeg-2的压缩率用在储存媒体上是足够了。但是运用在传输上还是太低，尤其是无线通讯方面。于是mpeg-4在订定标准时，为了达到更好的压缩效果，采用了许多新的技术与观念。mpeg-4里是采用了物件的观念。压缩之前先将影片中各个主要物件区分开来。例如电视新闻播报的场景中，主播是一个物件，播报台、背后的布景、主播旁边的3d玩偶也分别是一个物件。主播的声音也是一个物件。在影片进行中，主播会有轻微的移动。播报台是固定不动的。而布景则有时候会播放新闻影片。将各个物件分隔开来有什么好处呢？那就是可以针对不同的物件特性采取不同的压缩编码技巧，以得到的压缩效果。例如播报台只要传送一次资料，以后不再传送，以节省资料量。3d玩偶则用3d动画适用的演算法。主播和新闻影片采用mpeg-2的格式。声音则采用mp3的格式。将这些不同的资料整合后结合起来一起传送。解码器收到资料后，先将各个不同格式的资料分开。依照各自的格式解码。再根据时间和空间的关系，将各个物件加以组合。就可以得到原来的影片了。

为了达到以上的压缩观念，mpeg-4引进了许多新的压缩技术来应用于各种不同的物件。对于声音部份，可以分成自然音、语音和合成音。针对不同发声原理采用不同演算法。可以根据对音质的要求，而得到2 kbits/s到64 kbits/s之间的资料量。在影像方面，则可细分为自然物体、2d影像、3d影像、人脸、背景等不同特性物件。根据不同影像特性可以有5 kbits/s 到10 mbits/s 的资料量。mpeg-4的压缩率大概可以超过100倍，而仍然保有的音质和画质。

mpeg-4标准的制订从1993年开始。1999年*版国际标准定案。之后还有第二版的制订和规格的增补。但是mpeg-4产品和软体的开发一直是雷声大雨点小。追究其原因，大致有以下两点。

1. mpeg-4标准在制订时野心太大。想适用于所有的应用和环境。也想采用开发的技术和演算法。结果使得mpeg-4的压缩技术变的难度很高。在电脑上开发mpeg-4的软体需要极强大的软硬体配合才能达到即时运算的要求，开发专属硬体则需要复杂的硬体架构和电路。因此支援mpeg-4的研发成本和销售成本十分昂贵。虽然成本会随著技术的进步而降低。但是在时间上已经失去先机了。

2. 由于时间上的延迟，加上希望应用于各种场合，结果变成没有适用的场合。从低资料量的视讯、视讯会议、到储存媒体的vcd、dvd，到zui高品质的hdtv，各种规格已经老早卡位完毕。各种相关产品也已经陆续上市。而厂商受限于研发及销售的成本和时间的考量，不太可能为了新的标准，而重新开发产品。由于以上两个原素，mpeg-4的推广一直不顺利。

近来情势的发展使得mpeg-4开始有了生机。一个是前面提到的divx codec。免费的解码软体和影片，开始在网路上流传。使得mpeg-4的知名度和使用者大幅提升。但是这又碰触了影片出版商zui关注的版权问题，使得这种应用很可能像mp3一样闹的满城风雨，还惹上法律问题。第二个就是现在正当红的无线通讯领域，mpeg-4在开发时，便把焦点放在通讯和传输上。它所能提供的高压缩率和良好的画质，正是无线视讯通讯所需要的。而第三代无线通讯的规格和设备，都还在积极研发中。成本和技术也不是太大问题。使得mpeg-4技术在这方面，有大显身手的机会，或许不久后手机中也会内建mpeg-4技术。