视频压缩技术现状及发展...

随着全球一体化的趋势愈发明显，跨国公司之间的竞争正逐步演变为标准之争。在视频压缩领域，历来就存在H系列和M系列两种基于不同编码方式的相互独立技术以及对应的标准。在这两大系列标准背后是不同利益团体之间的利益之争。近日，相对完善的H.264标准成熟出笼，同时又传出配套算法、处理芯片以及准商业应用等一系列的利好消息，推动H.264取代MPEG-4的步伐，可以预见未来的视频压缩标准之争将进入白热化的状态。尽管大部分专家学者看好H.264的未来，但是仍然难以预料未来的发展趋势，由微软主导的WMV9标准凭借其影响力以及在操作系统（OS）的垄断地位，仍有机会最终实现问鼎。

H.264的核心竞争力

　　新一代的视频压缩国际标准正式命名为H.264，然而一些MPEG协会称之为MPEG-4第10部分，还有一些称之为“MPEG-4 AVC标准”。无论怎么称呼，该标准都将是MPEG-4强有力竞争者，甚至有人认为H.264是MPEG-4以及WMV9的掘墓人。

　　H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。在MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps-2Mbps的传输速率。

　　众所周知，压缩技术的基本原理就是将视频文件中的非重要信息过滤，以便让数据能够更快地在网络中传输。上述数字用交通运输来比喻也许就更加形象：同样是用一辆卡车运输一个大箱子，假如MPEG-2能把箱子减重一半，那么H.264能把箱子减重为原来的1/6，在卡车载重量不变的情况下，H.264比MPEG-2让卡车的载货量增加了三倍。

　　那么，H.264为什么能比MPEG-2和MPEG-4的数据压缩比都更高呢？

　　专家告诉我们，H.264获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅增加，例如分层设计、多帧参论、多模式运动估计、改进的帧内预测等，这些都显著提高了预测精度，从而获得比其他标准好得多的压缩性能。据估计，H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263（H.264的同系列标准）的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍。与MPEG-2相比，H.264的计算复杂度要提高两倍以上。

　　不断提高的硬件处理能力和不断优化的软件算法是H.264得以风行的生存基础。早在十年前，主频为几十兆的CPU就达到了顶级，而如今普通的台式机，CPU的主频已经高达几千兆。按照摩尔定律的说法，芯片单位面积的容量每18个月翻一番，因此H.264所增加的运算复杂度相对于性能提升效果而言，简直是“小巫见了大巫”。更何况新的计算方法层出不穷，也相对缓解H.264对处理速度的饥渴需求。最近日本一家软件公司就研究出一种支持H.264的解码软件，对处理器的速度要求从172MIPS降低为36MIPS，计算量缩减为原来的1/5，尤其适合嵌入手机等移动终端使用。

MPEG-4渐落下风

　　近年来，MPEG-4悄悄地在市场上崭露头角，在最新出品的DV（数码摄像机）、PDA、手机，以至于视频点播、卡拉OK、监控系统等产品说明上，都陆续出现“MPEG-4”字眼，一场取代MPEG-2的市场大战即将打响。其实，要不是H.264出来搅局，整个消费电子领域都将是MPEG-4的天下。

　　MPEG-4诞生时间早于H.264，于2000年经国际标准组织ITU和ISO审核后，成为国际视频压缩标准之一。与以往的“老前辈”相比，MPEG-4除了具备惊人的数据压缩比之外，还兼具一些新特点，例如适合游戏机使用的交互式访问以及适合无线网络传输的可调式视频访问。如今，在互联网上已经出现许许多多的高清晰数字电影，它们的压缩格式一般为MPEG-4简易版（Simple Profile）或高级简易版（Advanced Simple Profile），再配上MP3的音效，深受网络用户的欢迎。因此，MPEG-4快速兴起应该归功于电脑爱好者，他们以MPEG-4的视频压缩方式，配上MPEG-1的音频压缩方式（MP3），生成了图像质量接近DVD，声音质量接近CD，却有着更高的压缩比，因而迅速在多媒体领域掀起狂澜。

　　尽管MPEG-4作为一种典型的视频压缩方式得到了众多网络用户的普遍认可，但其标准兼容性问题依然是其发展中的心头大患。目前，MPEG-4标准派生出各种规格，例如DivX、XviD等等，代表着不同规格利益的商业集团和一些支持免费共享资源的技术团体相互争斗的结果，导致各种MPEG-4规格的兼容性很差。对计算机操作比较熟悉的用户能够下载各种规格的MPEG-4编解码器，而普通用户很可能面临下载了视频不能观看，或是拍摄了视频不能分享等问题。

　　MPEG-4复杂和昂贵的技术授权也阻碍其前进的步伐。2002年初，MPEG-LA（一家代表18家电子消费品公司的许可证组织，其对MPEG-4拥有多项专利权）宣布了令人震惊的消息，每个使用MPEG-4编解码器的电子产品将收取专利授权费25美分，每年每项授权收费以100万美元封顶。压缩技术虽不是一项新技术，但是它早与人们的网络生活息息相关，如此昂贵的收费标准不仅让生产厂商望而却步，同时也间接提高相关电子产品和网络服务的价格。

　　曾经在很长时间内，大家都认为MPEG-4是MPEG-2理所当然的继承者，并预料其在未来长期处于支配地位，然而H.264的横空出世，对MPEG-4的生存构成严重威胁。如果再加上MEPG-4本身所存在的技术弱势，以及标准兼容性弱和技术授权费用昂贵等问题，专家预测，视频压缩领域很可能跨越MPEG-4时代，而由MPEG-2直接跨入H.264时代。事实上，当前很多厂商都处于进退维谷的两难境地，不知道该从基于MPEG-4的新产品盈利，还是直接升级到H.264以应对未来的竞争压力。从当前的趋势来看，厂商选择“抛弃MPEG-4”的理由似乎更加充分。

　　2004年3月底，日本最大的六家电视广播公司决定采纳H.264标准，用于向移动终端发送数字电视广播。据称，日本广播公司将为每个用于发送编码视频信号的编码器支付一次性授权费2500美元。早前六家广播公司看中了MPEG-4，但是他们与MPEG LA之间迟迟难以就授权协议达成一致，最终导致了六家公司的“集体跳槽”。

WMV9觊觎着王位

　　WMV9与H.264一样，都是高性能的视频编解码标准，区别在于前者是软件霸主微软的独门绝技，而后者是真正的国际标准。实验数据表明，同样是2小时的HDTV节目，如果使用MPEG-2最多只能压缩至30GB，而使用H.264、WMV9这样的高压缩率编码器，在画质丝毫不降的前提下都可压缩到15GB以下。

　　WMV9是微软开发的视频压缩技术系列中的最新版本，尽管WMV9是微软的独有标准，但因其在操作系统中大力支持WMV系列版本，从而在桌面系统得以迅速普及。在性能上，WMV9的数据压缩率与H.264一样，两者的应用领域也极其相似，因此在新一代主流视频编码标准霸主地位的争夺之中，双方展开了针锋相对的斗争，而斗争的焦点集中在下一代光盘规格“HD DVD”和数字微波广播电视等领域。

　　WMV9的优势不仅在于微软在OS领域的大力支撑，同时还具有推出时间更早，实际应用先发制人的两大优势。相比而言，H.264的商用化进程落后一些，不过由于H.264是国际标准，因而得到更多厂商的支持。很多专家认为，采用WMV9的商业风险大大高于H.264，毕竟WMV9只属于一家垄断性的企业。正是在这一思路指引下，H.264的旗下出现人气越来越旺的趋势。

　　然而，一贯霸道的微软会甘愿束手就擒吗？日前，DVD论坛已经初步批准将微软的VC-9和另外两个视频技术标准（H.264和MPEG-2）作为下一代DVD即HD－DVD技术的强制执行标准。其中，VC-9是微软WMV9的底层解码技术。这也是微软游说的最终结果，如果微软能够再接再励，将WMV9成为涵盖机顶盒、专业视频编辑设备、卫星传输和消费类电子产品的事实标准，那么随后的丰厚利润将会滚滚而来。

　　目前，美国娱乐界和电影界对微软存有戒心，担心其一旦站稳脚跟，将大幅提高专利授权费，其它厂商也同样担心微软会以此形成垄断局势。微软要想打消大家的担心，唯有公开WMV9技术，将其所有权共享出来，问题是微软是否舍得放弃呢？

H.264为3G助力增威

　　笔者认为，H.264很可能将纵向战胜MPEG-4，横向击败WMV9，从而主导未来的视频压缩标准。而即将来临的3G时代，将是H.264大展身手的广阔舞台。

　　由于H.264兼具国际标准，以及性能卓越的特点，因此完全有资格成为3G网络中统一的视频压缩标准。视频应用将是3G时代当之无愧的“杀手应用”，其中包括视频片段下载、视频流、可视电话等业务。在技术上，H.264加强了对多种信道的适应能力，采用“网络友好”的结构和语法，对于误码和丢包进行了适当的处理，因而更加适合在无线网络中传输。由于H.264可满足不同速率、不同解析度以及不同传输场合或存储的需要，因而其应用范围相当广泛。

　　目前，在世界各地的3G商用网中，不约而同地出现了视频标准不统一所带来的棘手难题，导致不同厂商的3G手机终端之间无法实现视频应用的互联互通。制定统一的视频编码标准也许是一条行之有效的解决之道，如果不能尽快确定视频标准，将无法做到不同厂商生产的3G手机视频互通，这势必影响3G的“杀手应用”推广。

H.264需要战胜自己

　　H.264要实现成功的商业应用还面临着诸多挑战，其中兼容性和专利费的两大问题是横亘在H.264面前的最大阻碍。假如这两大问题处理不慎，H.264的命运就会像MPEG-4一样，迟早将被洗牌出局。

　　MPEG-4没能快速形成规模应用的原因之一就是其专利使用分类和收费规则太复杂，而即将出台的H.264专利授权方式在某种程度上会有所改变。2003年底，两大组织MPEG LA和Via Licensing（美国杜比实验室下属子公司）同时宣布，将提供H.264授权，并将在五个月的时间内制定出详细的授权体系。在此之前，业界一直传言将免费提供H.264的基本规范（Baseline Profile），但一直未得到证实。由于厂商要求降低授权费的呼声很高，笔者预计H.264的专利收费要比MPEG-2和MPEG-4低很多，这无疑对中国厂商非常有利。

　　对于兼容性问题，最好的解决方法就是进行完善的产品验证。H.264验证能对编解码器的正确性给出了分步骤、系统的验证方法。虽然验证不能保证某个产品一定不出现问题，但它给出了产品符合标准要求的基本指标，对解决今后出现互联互通难题提供了一条正确的途径。

作者：吴海菁

[此贴子已经被作者于2005-1-5 10:29:00编辑过]