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漫谈MPEG-4、ISMA、H.264和WMV

2004-04-13 本刊编辑部 依马狮网


    熟悉视频压缩技术的朋友们都知道MPEG-4, 现在国内已经把它炒得够热了。一些国内厂商甚至推出了自己的MPEG-4产品。但也有许多人听说过ISMA 和H.264标准,据说它们也是MPEG-4。 同时还有些人是在用微软的WMV的软件编码技术来实现类似的MPEG-4功能。这些到底是怎么一回事呢?
    众所周知,MPEG 是国际标准化组织ISO所属的一个标准起草小组,英文原意为动态图像专家组(Motion Picture Expert Group)。该组织制定的MPEG-1和MPEG-2视频编码标准就是我们所熟悉的用于制作VCD和DVD的格式标准。随着网络技术的发展,现在人们将视频信号编码压缩后不再仅仅是存在硬盘里,刻录在光盘上(VCD/DVD),人们越来越多地将编码后的视频流放到网络上,从而实现很多网络视频传输的应用。如电视会议、网络教学、视频点播/广播、视频监控等等。而对MPEG-1和MPEG-2编码后的码流之大,视频应用开发商们是越来越不能容忍了。这两种视频压缩方式大量地消耗带宽和存储空间,而消耗带宽和存储空间都意味着用户要付更多的钱,这可大大地影响了网络视频的应用普及。人们迫切地需要一种编码方法,即可以确保图像质量又可以最大限度地把压缩后的码流降到最低。MPEG-4就是在这样的背景下提出来的。
    MPEG-4的初衷是将DVD质量的图像码流从每秒6兆降低到1.5兆,将高清电视的码流从每秒几十兆降低到6~8兆。要实现这样的编码压缩水平,就要用到一种叫AVC(Advanced Video CODEC)的技术。国际电联(ITU)将这项技术命名为H.264标准,MPEG 把这项技术放到MPEG-4标准里的第10章(Part 10)。这就是MPEG-4和H.264的关系。
    最近(2003年底)MPEG对这项技术刚刚完成测试,但要把它转化为商业产品却还有相当长的路程。首先AVC的技术非常复杂,其运算工作量是目前视频编码的10倍以上。目前的计算机芯片的运算能力还无法做到实时的编码。所谓实时编码就是一边采集视频信号一边进行编码运算,采集的速度和运算的速度一样,采集完了编码也结束了。这种实时编码对视频广播、视频监控和视频会议等应用是极其重要的。另外,AVC只是视频编码运算部分,要把它变成产品标准还要规定好许多其它内容如视频的分辨率层面划分、音频格式、传输协议等等。应该说MPEG-4 是一个包罗万象,内容极其丰富、涉及面非常广的大型技术文集。它涵盖了很多诸如对象处理,动态监测等高新技术和概念。有许多技术到现在都还只是个概念而有待今后不断地去实施和完善。一旦这些技术得以实施,转化成产品,将大大推动视频产业的发展。
    由于MPEG-4的视频产品存在着巨大的商机,所以很多相关的生产厂商都跃跃欲试地开发自己的产品。有些甚至等不得MPEG-4的标准发展,针对特定的应用系统,采用MPEG-4的小码流概念自己搞自己的编解码方案,反正是自己压自己解。本来也没打算和谁互通。更有甚者靠着自己的影响和实力,另辟蹊径想自己打出一番天地来取代MPEG-4标准。微软就是典型的代表。微软依仗着自己的客户群和自己的开发实力,决定抛开MPEG-4, 仅参照MPEG-4小码流高画质的概念来自己开发出类似的产品。微软的WMV 也就是我们常说的WM9就是这种做法的产物。应该说微软的WMV还是有影响力的。可是由于微软本身的局限性其WMV的应用发展并不顺利。第一, WM9是微软的产品它必定要依赖着Windows,Windows 意味着解码部分也要有PC, 起码要有PC机的主板。这就大大增加了机顶盒的造价,从而影响了视频广播点播的普及。第二,WMV技术的视频传输延迟非常大,通常要十几秒钟,这极大地限制了很多重要应用如视频会议、视频监控等等。正是由于这种局限性,目前WMV也仅限于在计算机上浏览WM9视频文件。
    微软没有看到大量的系统集成商采用WMV来开发产品还有一个重要原因,视频产品毕竟是个互换性非常强的产品,每个厂商生产出来的产品必须要和其他厂商的产品相互兼容。这就需要有个主流产品标准,能把绝大部分的视频应用系统格式统一起来。这就好比DVD生产出来后凡是符合DVD标准的播放机都保证能播放它。上述微软本身的缺陷已经说明它不可能扮演秦始皇的角色将绝大部分的视频应用都揽在自己旗下,所以它也不可能成为主流标准。但是与此同时另一方面,MPEG-4标准现在还是个发育不全的庞然大物,要是某个厂家从现在的MPEG-4里自取所需开发出产品,那可是要冒很大风险,一旦今后的主流MPEG-4产品和自己的不兼容,那损失可就大了。由此可见,将MPEG-4大框架具体为产品化标准势在必行。
    为了将已有的MPEG-4技术尽快转化为产品,也为了最大限度地兼顾各个主要视频产业公司的利益,2000年12月国际上的一些视频产业的重要成员成立了一个组织,叫互联网流媒体联盟,简称ISMA(Internet Streaming Media Alliance)。在这个组织里有许多我们比较熟悉的公司如思科、IBM、Sony、Sun、NEC、苹果、飞利浦、日立、杜比和以色列阿贝斯公司(Optibase)等等。到目前为止,该组织已经在产品标准化方面取得了一些进展。
    由于社会上对MPEG-4,特别是ISMA的编码方案等待的时间已经太长。所以有些参与标准制定的ISMA成员已经走在ISMA标准公布之前推出了包括FD1分辨率的编解码产品。如以色列阿贝斯公司(Optibase)最近推出的MM400编码卡,它可以是一个通道的FD1,也可以是两个通道的HD1或两个通道的SIF/QSIF。它压缩出来视频文件或视频流可以用市面上通用的播放软件MediaPlayer、RealOne或QuickTime解码播放。在保证视频质量与相应的DVD、VCD效果相同的情况下,输出码流大幅度降低。300~400ms的低延迟功能可以胜任许多交互性很强的应用系统。MM400动态侦测功能就是更专业化的高科技MPEG-4应用了。另外该公司已完全掌握了MPEG-4的最高技术AVC (H.264),  一旦工业化发展水平使得硬件价格降到人们所能接受的程度,阿贝斯将立即推出相应的H.264产品, 据估计有可能是在2004年底。

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