MPEG2與MPEG4在視頻編碼的簡單比較
MPEG2 制定于1994年,是建立在MPEG1之上,設計目標是高級工業標準的圖像質量以及更高的傳輸率.它主要應用在沒有色度 畸變要求場合的高質量視頻,數據速率在1.1Mbps到20Mbps之間.MPEG2能夠提供廣播級的視像和CD級的音質.MPEG2不僅能錄制電視節目,而且還是為錄制高清晰度的高質量動態圖像而開發的,能夠存儲比MPEG1清晰度更高的動態圖像.除了作為DVD的指定標準外,MPEG2還可用于為數字有線電視分配,通過ATM的網絡數據庫業務,數字VTR應用以及衛星和地面數字廣播分配等提供廣播級的數字視頻.除此之外,在最近迅速增加的擁有電視錄像功能的PC,及外置的視頻捕獲裝置中也使用了MPEG2.
從本質上說,MPEG2可以視為是一組MPEG1的最高級編碼標準,并設計能向后兼容MPEG1,即每一個MPEG2兼容解碼器能對有效的MPEG1比特流進行解碼.為了滿足多種不同應用的需求,MPEG2將許多視頻編碼算法綜合于單個句法之中;為獲得足夠的性能和質量,MPEG2還增添了許多新的編碼特性.MPEG2具備兩種編碼模式,一是非可分等級的編碼模式,二是可分等級的編碼模式.
在非可分等級的編碼中,與MPEG1一樣,MPEG2是以通用的混合DCT和DPCM編碼為基礎,加入了宏塊結構,運動補償和幀間預測的編碼方式.MPEG2引進了一些新的運動補償場預測模式,以便有效地對場圖像和幀圖像加以編碼,如,為了支持隔行視頻的場圖像的場間預測,幀圖像的場間預測,用于P幀的雙基預測和用于場圖像的16x8預測等針對隔行掃描圖像的更有效預測編碼模式.另外,MPEG2還引入了更高的色信號取樣模式.MPEG1中使用4:1:1模式,即色信號的取樣無論在水平方向,還是在垂直方向上都是亮度信號樣點數的1/2.MPEG2除了4:2:0外,還支持4:2:2和4:4:4模式,前者色信號的樣點數在垂直方向上與亮度信號相同,只在水平方向上是亮度信號的1/2;后者的色信號的樣點數和亮度信號則完全相同.
除了非可分等級的編碼模式外,MPEG2已經對可分級性方法進行了標準化.可分級編碼在不同業務之間能提供互操作性,能滿足傳輸頻道或存儲媒體對帶寬的特殊需求,能較靈活地支持具有不同顯示功能的各種接收機.有的接收機既沒有能力或者也不要求再現視頻的全部清晰度,那么就可以只對分層比特流的子集進行解碼,以較低的空間或時間清晰度,或者較低的質量,來顯示視頻圖像.可分級編碼靈活支持多種清晰度的這一功能對于HDTV跟標準清晰度電視(SDTV)相互配合運作來講十分重要,保持HDTV接收機應跟SDTV產品相兼容.只要HDTV源進行了可分級編碼,就能實現這一兼容性,這就能避免很浪費地將兩個單獨的比特流分別地傳輸給HDTV和SDTV接收機.MPEG2已對三種可分級編碼方案進行了標準化:SNR可分級性,空間可分級性及時間可分級性——每一種方案的目標在于有助于滿足特殊應用的需求.空間可分級性已經開發完成,以便在接收機顯示不同的空間清晰度——從基層能夠再現空間清晰度較低的視頻,這一功能對于許多應用都是有用的,包括對HDTV/TV系統采用嵌入式編碼,這樣就允許從數字TV業務向具有較高空間清晰度的HDTV業務過渡.空間可分級性能夠靈活的支持很寬范圍的空間清晰度,但給主要編碼方案增添了很大的裝置復雜性.SNR可分級性已基本開發成功,對于按優先排列傳輸媒體來說,SNR可分級性能使視頻質量下降時比較緩慢(質量可分級性),如果基層能避免受到傳輸誤差的影響,那么只要對基層信號加以解碼,就能獲得質量衰減緩慢的視頻.用來實現質量緩慢衰減的算法基于一種頻率(DCT域)可分級性技術,能夠獲得極佳的編碼效率.在基層,DCT系數在量化步長較大下被量化和發送,以便在低比特率情況下來獲取適中的圖像質量.非量化DCT系數跟來自基層,量化步長較小的量化系數之間存在差值,而增強層就對這一差值進行編碼,加以發送.在解碼器,通過對較低層和較高層比特流進行解碼,就能再現最高質量的視頻信號.利用這一方法,也可能在接收機中獲取空間清晰度較低的視頻圖像.已開發的時間可分級性方法的目的跟空間可分級性的相類似——只要具有一個適用于立體顯示功能接收機的分層比特流,立體視頻就能得到支持.不同的可分級性方法還可以結合于一個混合編碼方案之中,也就是說,將空間可分級性和時間可分級性方法結合于一個混合層編碼方案之中,這樣,擁有不同空間清晰度和幀頻的各種業務之間的互操作性就能得到支持.將空間可分級性與SNR可分級性相結合,就能夠獲得HDTV與SDTV業務之間的互操作性,并對頻道誤差有一定的恢復功能 MPEG2句法最多可支持三個不同的可分級層.可分級編碼的其它一些重要應用還有視頻數據庫瀏覽以及在多媒體環境中視頻的多清晰度重放.
而MPEG4提出的來的初衷是制定一個通用的低碼率(64KB/S以下)的標準,并打算采用第二代壓縮編碼算法,以有效的支持甚低碼率的應用.但是由于很多壓縮編碼的第二代算法仍處于研究階段或是不夠成熟,MPEG4目標又轉向支持目前的標準尚未全面支持的那些應用.例如,移動通信中的聲像業務,與其他多媒體數據(如計算機產生的圖形,圖像)的集成和交互式多媒體服務等.在5-64KB/S的范圍內,MPEG4支持的圖像格式從每行幾個像素,每幀幾行到CIF格式,幀率從0Hz到15Hz.由于其壓縮率非常高,數據量也很小,因而圖像質量不如MPEG1及2.
MPEG4包括如下幾部分主要功能:
1,基于內容的編碼(content-oriented),即不是像MPEG1,2基于像素的編碼,而是基于對象(object)和實體(entity)進行編碼.對每一個對象的編碼形成一個對象碼流層,該碼流中包含著對象的形狀,位置,紋理以及其他方面的屬性等.對一幅圖像編碼所形成的碼流就由一系列這樣的對象層碼流所構成.用戶可以直接對"對象層"進行存取操作.

2,編碼效率的改進和并發數據流的編碼.
3,錯誤處理的魯棒性,有助于低比特率視頻信號在高誤碼率環境(如移動通信環境)下的存儲和傳輸.

4,基于內容的可伸縮性(scalable),用戶可以有選擇的只對感興趣的對象進行傳輸,解碼和顯示.

與MPEG4主要面對移動通信或目前Internet上低帶寬多媒體的應用相比,MPEG2主要是用于高帶寬高保真的多媒體業務環境,它可以提供廣播電視級圖像質量乃至高清晰度電視的圖像質量.MPEG2的提出使得目前人們在業余時間最主要的消費娛樂方式——電視,可以在數字網中傳輸,人們有可能通過網絡來欣賞電視.對于多媒體業務來說,這是一個重要的進步.這使得多媒體業務系統真正走進人們的生活.目前,符合MPEG2標準的視頻壓縮編碼器已形成商品化產品.