Автор Тема: Мультимедийные стандарты  (Прочитано 332 раз)

Оффлайн Atlon

  • Админ
  • Герой
  • *****
  • Сообщений: 5347
  • Карма: +45/-0
    • Просмотр профиля
    • Сканер
Мультимедийные стандарты
« : 30 Сентябрь 2015, 10:43:04 »
MPEG-4

Это глобальный мультимедиа стандарт, позволяющий передавать аудио и видео потоки профессионального качества по каналам с различной пропускной способности - от сотовых телефонов до широкополосных сетей и дальше. Обеспечивает более высокую степень сжатия, чем MPEG 1 и MPEG 2, также поддерживает различные дополнительные возможности, например, защиту от несанкционированного копирования и создание интерактивных элементов.

История

Спецификации стандарта MPEG-4 были установлены рабочей группой Moving Picture Experts Group (MPEG), входящей в состав организации International Organization for Standardization (ISO), разработавшей широко принятые и отмеченные наградой Emmy Award стандарты MPEG-1 и MPEG-2. Сотни разработчиков по всему миру внесли свой вклад в стандарт MPEG-4, который был окончательно сформирован в 1998 году, принят в качестве международного стандарта в 2000 году и включен в состав архитектуры QuickTime в 2002 году.

Архитектура

MPEG-4 - это не просто часть программного обеспечения, а отдельный стандарт ISO/IEC-14496, который применяется в тех областях, где MPEG-1 и MPEG-2 уже не справляются. В отличие от MPEG-1 и MPEG-2, осуществлявших только сжатие и декомпрессию аудио и видео сигналов, MPEG-4 обеспечивает работу с интерактивным контентом - создание и доставку мультимедийного контента на экраны компьютеров, в Интернет и на мобильные устройства. О выпуске ряда продуктов, созданных на основе MPEG-4, уже было объявлено, но, несомненно, в ближайшем будущем их появится намного больше.

Формат файлов

Формат файлов MPEG-4 называется MP4 и основывается на алгоритме Apple QuickTime, поэтому ряд структур последнего (например, треки для задания варианта передачи активного контента по сети) встречается и в MPEG-4. Только в MPEG-4 они расширены и для одного файла уже может быть задано несколько вариантов передачи в различные программные средства. В MPEG-4 были устранены и многие недостатки, присущие QuickTime. Так, например, встроен специальный набор инструментов для преодоления неспособности QuickTime динамично реагировать на скорость подсоединения клиента, приводящей к нарушениям в передаче у многих провайдеров.

Видеокодек

Вся техническая документация видеокодека MPEG-4 открыта для изучения. Это очень важно, так как информация такого рода для большинства других кодеков является исключительной собственностью производителя и тщательно засекречивается. В кодеке MPEG-4 сохранены многие характерные особенности MPEG-1 и MPEG-2. В первую очередь это касается алгоритмов кодирования, среди которых можно назвать дискретное косинусное преобразование, используемое при компрессии (DCT - Discreet Cosine Transformation), сжатие видеоданных по ключевым кадрам с учетом избыточности внутрикадровой информации (I-кодирование), предиктивное кодирование или сжатие видеоданных с учетом избыточности для последовательных кадров (P- кодирование ), кодирование видеоизображений с использованием промежуточных интерполированных кадров (B-кадровое кодирование). Последовательности I-, P-, B-изображений объединяются в фиксированные по длине и структуре группы GOP (Group of Pictures).

В отличие от большинства кодеков, применяемых для работы в Интернет, MPEG-4 обеспечивает полную поддержку контента с чересстрочной разверткой и разрешением до 4096 х 4096, а также скорость передачи данных в поражающем воображение диапазоне - от 5 кбит/с до 10 Мбит/с (версия 1). Теоретически MPEG-4 гарантирует стабильный прием для самых различных устройств (от мобильных с очень узкой пропускной способностью до HDTV), но, естественно, что для поддержки воспроизведения видео с различными характеристиками одних профилей MPEG-4 явно недостаточно.

В видеокодек MPEG-4 заложена поддержка альфа-каналов, что позволяет в реальном времени накладывать видео на задний план и отрывает новые возможности при создании высококачественных изображений. Такой прием будет полезен при сегментации или для разделения в базовом изображении элементов переднего и заднего планов при переходе от одной сцены к другой. В идеальном случае информация о сегментации передается по альфа-каналу вместе с исходным изображением, но ее также можно динамично сгенирировать, если кодирующая программа поддерживает такую функцию.

Стандарт MPEG-4 задает принципы работы с контентом (цифровым представлением медиа-данных) для трех областей: собственно интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения - DTV; фактически данный формат задает правила организации среды, причем среды объектно ориентированной. Он имеет дело не просто с потоками и массивами медиа-данных, а с медиа-объектами (ключевое понятие стандарта). В MPEG-4 определен двоичный язык описания объектов, классов и сцен - BIFS, который разработчики характеризуют как «расширение Си++».

В чём отличие MPEG-4 от MPEG-1 и MPEG-2?

Стандарт MPEG-4 представляет пользователям гибкие средства работы с мультимедийным контентом. Помимо работы с аудио и видео, формат позволяет работать с естественными и синтезированными компьютером 2D и 3D объектами, производить привязку их взаимного расположения и синхронизацию друг относительно друга, а также указывать их интерактивное взаимодействие с пользователем. Кроме того, формат обеспечивает доступ к мультимедийной информации через каналы различной пропускной способности.

Алгоритм компрессии видео в MPEG-4 работает по той же схеме, что и в предыдущих форматах. При кодировании исходного изображения кодек ищет и сохраняет ключевые кадры, на которых происходит смена сюжета. А вместо сохранения промежуточных кадров прогнозирует и сохраняет лишь информацию об изменениях в текущем кадре по отношению к предыдущему. Полученная таким образом информация сжимается по алгоритмам компрессии, аналогичным тем, что применяются в архиваторах. Компрессия звука чаще всего производится в формат MP3 или WMA. Однако возможно использование любого кодека, вплоть до применяемого в DVD шестиканального AC-3 потока (единственное требование - чтобы данный аудиокодек был установлен в системе).

Кардинальное нововведение при компрессии видео в MPEG-4 заключается в следующем. В отличие от предыдущих форматов, которые делили изображение на прямоугольники, при обработке изображений кодек оперирует объектами с произвольной формой. К примеру, человек, двигающийся по комнате, будет воспринят как отдельный объект, перемещающийся относительно неподвижного объекта - заднего плана. Естественно, алгоритмы поиска и обработки подобных объектов требуют гораздо больше вычислительных ресурсов, нежели в случае MPEG-1/2. Но с учетом быстродействия современных компьютеров последнее обстоятельство нельзя рассматривать сегодня как крупное препятствие на пути широкого распространения формата MPEG4. Для сравнения - во времена выхода MPEG-2, в 1995 году, частота процессора новых PC составляла около 100 МГц. Сегодня эта цифра возросла в десять раз!

Для нас как конечных пользователей наибольший интерес представляет именно хранение и воспроизведение видео на компьютере. Этот формат вполне можно назвать дешевой и как следствие более доступной альтернативой DVD в области развлечений.

Более подробно о стандарте MPEG-4 можно прочитать на русском языке здесь
(http://mpeg.boom.ru/mpeg4.htm)

А кодеки сравнить можно здесь
(http://www.compression.ru/video/codec_comparison/mpeg-4_en.html)

От чего зависит качество MPEG-4 фильмов?

Качество фильмов в формате MPEG-4 зависит от многих факторов, их можно условно разделить на три группы.

1. Качество исходного материала. К примеру, если фильм с двух VideoCD (MPEG-1) компакт-дисков c разрешением 352*288 сжимается до одного диска в MPEG-4 или, что того хуже, с пиратской видеокассеты, то ни о каком приемлемом качестве не может быть и речи.

2. Параметры сжатия исходного видеоматериала: битрейт (поток данных, который проходит через декодер), размер изображения и другие, менее существенные. Значение этих параметров определяет прежде всего продолжительность фильма. Так, на один CD можно вместить фильм продолжительностью полтора часа, а можно исхитриться впихнуть и трехчасовой. При этом понятно, что в первом случае поток данных оказывается шире, а требуемая степень компрессии меньше. Следовательно, фильм будет сжат и записан на CD с меньшими потерями в качестве изображения. Оптимальный выбор параметров кодирования в MPEG-4 является строго индивидуальным и зависит от конкретного фильма. Поэтому без достаточного опыта в этом деле трудно добиться хорошего результата. Не секрет, что все фильмы в MPEG-4 имеют кустарное изготовление. Зачастую качество изображения очень низкое, а впечатление от просмотра фильма может быть полностью испорчено артефактами и постоянными рывками изображения. В формате DVD, напротив, фактически все диски имеют изображение и звук превосходного студийного качества.

3. Параметры декомпрессии сжатого видео, настройки видеокарты, монитора/телевизора и быстродействие компьютера, используемого для просмотра. Чем меньше быстродействие, тем больше будут заметны рывки изображения, выпадение кадров (особенно в динамичных сценах).

На факторы первых двух групп по понятным причинам зритель никакого влияния оказать не может. Здесь остается только посоветовать тщательнее выбирать диски. Факторы третьей группы зависят всецело от пользователя и его компьютера.

Преимущества стандарта MPEG4

Высокая степень сжатия информации
Требует сравнительно небольшие скорости каналов связи для передачи информации
Большие возможности управления контентом со стороны пользователя
Перспективность применяющейся модели кодирования в будущем для различных областей
применения аудио и видео информации

Возможность построения различных специализированных кодеков разной степени сложности для различных устройств

Недостатки стандарта MPEG4

Требуются существенные вычислительные мощности для кодирования\декодирования потока информации
Качество изображения несколько хуже чем у MPEG2 (зависит от конкретного кодека и требуемой степени сжатия)
Наличие нескольких конкурирующих реализаций данного формата