| MPEG與MP3技術(shù)的發(fā)展 |
| 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）信息工程學(xué)院 許 盈 |
| 摘 要：從MPEG的發(fā)展史入手,著重介紹MPEG的音頻壓縮編碼以及MP3編碼器和解碼器,并對MP3的發(fā)展現(xiàn)狀和前景進行了較為準(zhǔn)確的概括。 關(guān)鍵詞：MPEG;MP3;音頻壓縮;編碼器;解碼器 |
| 1 MPEG概述 1.1 MPEG的發(fā)展史 ---MPEG（運動圖象專家組）音頻壓縮算法是一項國際化的標(biāo)準(zhǔn),它專門用于處理高保真音頻信號的壓縮。MPEG標(biāo)準(zhǔn)是一種具有高復(fù)雜性、高密度性、高音質(zhì)的算法。這種數(shù)字壓縮算法使數(shù)據(jù)的存儲與傳輸更為有效,同時,壓縮的形式多樣性也使編解碼器變得更為復(fù)雜。 ---MPEG標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)歷了許多階段,它發(fā)展的歷史如圖1所示。 ---MPEG自研發(fā)數(shù)字壓縮標(biāo)準(zhǔn)開始就致力于開發(fā)一種新的算法,通過這種算法可以將視頻信號壓縮后在CD-ROM上或者通過電話線以低比特速率播放。MPEG的目標(biāo)就是能夠傳輸來自各種信息源的全運動、全屏幕的家用錄像系統(tǒng)質(zhì)量的視聽信息。 ---最初的MPEG標(biāo)準(zhǔn)無法達到廣播視聽質(zhì)量的要求,但它已經(jīng)可以通過電腦顯示器直接播放或通過用戶多媒體設(shè)備進行錄音回放。不斷進步的壓縮技術(shù)以及對更高的圖像質(zhì)量的要求,急切盼望著適用于傳播業(yè)發(fā)展的新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。因此,MPEG開始致力于第二大成果的開發(fā),這就是眾所周知的MPEG-2。 ---在MPEG-2發(fā)展的同時,MPEG-3標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)也開始進行,并且把矛頭直接指向了HDTV（高清晰度電視）的市場,其編碼比特率為20～40 Mbps。然而,在人們探尋到取樣速率與編碼比特率之間的最佳平衡后,MPEG-2與MPEG-1協(xié)同工作便可以很好的滿足HDTV視頻信號速率的要求。隨著HDTV逐漸變成MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一部份,MPEG-3還沒出世就被扼殺在搖籃中了。 ---1993年9月,MPEG-4開始在比利時布魯塞爾進行開發(fā)。這一標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)指向了低比特速率視聽節(jié)目的編碼,如在電話線上傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)。它更多定義的是一種格式和框架,而不是具體算法。MPEG-4的應(yīng)用范圍很廣,具體應(yīng)用領(lǐng)域包括視頻會議和視頻電話、交互式視頻游戲、多媒體通信、移動通信、多媒體郵件、基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)、遠程教育、遠程視頻監(jiān)視和交互電視等。環(huán)球移動通信系統(tǒng)(UMTS)已選擇MPEG-4 video作為下一代移動電話的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 ---隨后出現(xiàn)的MPEG-7可以被形容為“基于語義的表示”。帶有MPEG-7數(shù)據(jù)的AV資料可以包含靜止圖像、圖形、3D模型、音頻、語音和視頻,以及這些元素在多媒體表現(xiàn)中組合的信息。這些信息通過MPEG-7的描述,就能被索引和搜索。MPEG-7可獨立于其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)使用,也可以用來增強其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)。 ---盡管MPEG取得了種種成功,但在人們的信息交流中尚存有眾多的不便之處,例如不同網(wǎng)絡(luò)之間的障礙、知識產(chǎn)權(quán)得不到有效保護等;不同的多媒體信息、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)以及分布在不同的地點等都使得用戶不能以統(tǒng)一的方式進行多媒體信息交互。如何通過一個綜合標(biāo)準(zhǔn)來對上述不便之處加以協(xié)調(diào),使多媒體業(yè)務(wù)暢通無阻？這就是MPEG墨爾本會議提出的多媒體框架概念,即MPEG-21。MPEG-21的目標(biāo)是建立統(tǒng)一的多媒體框架,為從多媒體內(nèi)容發(fā)布到消費所涉及的所有標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)體系,支持連接全球網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備透明地訪問各種多媒體資源。  1.2 MPEG音頻壓縮編碼---MPEG音頻標(biāo)準(zhǔn)中的壓縮明顯分為三個層次。第一層是使用最小化編碼形成的最基本的算法,最適用于信道比特率高于128 kbps的情況。第二層具有中間層的復(fù)雜性,最適于信道比特率在128 kbps左右的情況。本層的應(yīng)用有數(shù)字音頻廣播的音頻信號編碼等。第三層是最復(fù)雜的一層,但是它提供了最佳的音頻質(zhì)量,特別適用于信道比特率在64 kbps左右的情況。音頻信號經(jīng)過ISDN傳輸時,最適合使用本層所提供的壓縮算法。圖2對三層的情況進行了比較,并對每層比特率所達到的CD音質(zhì)百分比進行了描述。 ---第一層中的一些元素可以增強第二層與第三層的功能。層次從低到高,壓縮性能不斷增強,但是,這是以編解碼器復(fù)雜度的提高為代價的,如表1所示。同時,這三層結(jié)構(gòu)都十分簡單,都工作在相似的比特率,因此可以使用單芯片或?qū)崟r解碼器來實現(xiàn)。 2 MP3技術(shù) |
2.1 MP3的產(chǎn)生
