第四章 多媒体
第一节MPEG视频
虽然如今的视频格式种类十分繁多，并且由于网络的发展使流媒体技术大行其道，但迄今为
止，MPEG技术标准根深蒂固的主导地位仍然没有被撼动。
MPEG的历史
关于MPEG的历史可以追溯到1988年，它全称Moving Pictures Experts Group，是由国际标
准组织（International Organization for Standardization，ISO）与国际电工委员会（I
nternational Electrotechnical Commission，IEC）于1988年联合成立的，其目标致力于
制定数码视频图像及其音频的编码标准。而就目前来说，MPEG不仅代表了运动图像专家组，
还代表了这个专家组织所建立的标准编码格式，这也是MPEG成为视频格式名称的缘由。这类
格式是影像阵营中的一个大家族，也是我们平常见到的最普遍的视频格式之一。
MPEG标准的分类
目前常用的数码视频有三个MPEG标准：MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4，MPEG-7与MPEG-21仍处在
研发阶段。
MPEG-1标准制定于1992年（即ISO/IEC11172），是针对15Mbps以下数据传输率的数
码视频
图像及音频编码而设计的，主要应用在Compact Disk（CD）中，包括VCD、CD等多媒体载体
，存储内容为彩色同步运动视频图像。
MPEG-2标准制定于1994年（即ISO/IEC13818），主要是针对3Mbps～10Mbps的影音视频数据
。MPEG-2提供了一个较为广泛的压缩比改变范围，以适应各种情况下不同画面质量、存储容
量和带宽的要求。MPEG-2可以将一部长为120分钟的电影压缩到4 GB～8GB，并可将其刻录在
一张DVD碟片中。MPEG-2的音频编码可提供左、右、中及两个环绕声道、一个重低音声道和
数量多达七个的伴音声道，因此DVD可以拥有八种配音语言。
MPEG-4标准制定于1998年（即ISO/IEC14496），是面向低速、低码率传输条件下的影音编码
标准。MPEG-4的主要特点是多媒体系统的交互性和灵活性，它拥有高效编码、快速存储与传
播和便于交互操作的特点。目前MPEG-4最有吸引力的地方在于它能够保存接近于DVD画质的
小体积视频文件。不过，与DVD相比，由于MPEG-4采用的是高比率有损压缩的算法，所以图
像质量根本无法和DVD的MPEG-2相提并论。此外，要想保证高速运动的图像画面不失真，必
须有足够的码率，这对MPEG-4来说也是难以实现的，所以MPEG-4在对图像质量要求较高的视
频领域内还不适用。
MPEG-7标准的提出是为了解决对日渐庞大的影音视频数据的管理与应用。主要针对不同类型
的多媒体数据进行标准化的描述，并把其描述的结果联系起来，以便于用户的管理和应用。
MPEG-21标准有别于其他MPEG标准的是，它主要着眼于消费者的需要，而不仅仅是从压缩或
描述这些技术细节来发展。使用者的需求就是其发展的方向，所以MPEG-21更是令人期待的
新兴技术标准。
MPEG在传统领域中的应用
MPEG标准在传统领域中的应用主要是在家用影碟方面，也就是我们常常看到的VCD或者DVD影
片。
VCD是20世纪90年代初期由飞利浦、SONY、JVC、松下等公司共同开发的。在VCD光碟中存储
的是以MPEG-1标准压缩的全动态数码视频图像及音频，这种光碟中最多可存储74分钟的影音
数据，所以一般长度的VCD电影都需要两片光碟。VCD的音频部分采用MPEG1-Layer2，通常会
有两个独立声道来存储不同的语言。
SVCD是一种过渡技术标准，它的规格及表现介于VCD和DVD之间。与DVD相同的是，SVCD也采
用了MPEG-2的MP@ML，但是它们的视频解析度和数据传输率都不同。SVCD的碟片是CD的一种
规格，因为SVCD的数据码率较大，所以每片SVCD碟所能够存储的影音文件的长度比VCD要相
对短一些。一部长为120分钟的影片以VCD来说大概需要2张介质，如果是SVCD就需要3张。但
如果SVCD采用双倍密度的碟片，其码率则可以到5Mbps，一部90分钟的影片就可以顺利地压
入一张碟片中。
DVD是1994年由美国好莱坞七大电影公司组成的Hollywood Digital Video Advisory Group
（HDVA Group）所提出的标准，采用了MPEG-2的MP@ML压缩标准，图像解析度达到了720×57
6像素，水平清晰度更是超过了500线。它的音频部分采用杜比数码环绕压缩技术，可提供完
全独立的前、后、左、右、中及重低音共51个声道。
EVD（Enhanced Versatile Disk）全称为“强化高密度数字激光视盘系统”，于2002年通过
国家经贸委的科技成果鉴定，现已成为国家行业标准。EVD最吸引人的特点是提供了八种画
面的分辨率，最高可达1 920×1 080像素，画面精细程度比DVD要高出4～5倍，这就能满足
来“高清晰度数字电视（HDTV，High Definition Television）”的要求。在2002年中国企
业无法接受每台DVD收取20美元专利费的情况下，EVD技术标准被研发出来。如果这种新兴技
术标准能够成为国际标准并在传统家用领域得到充分发展的话，那么在不久的将来，EVD将
会替代DVD成为真正的王者，而那时我国的视频技术也将领先于世界！
MPEG在流媒体中的应用
与传统家用领域被VCD和DVD牢牢把持的情况大不相同，由于网络异常迅猛的发展，导致了流
媒体技术不断的推陈出新。这其中不但有以MPEG-4为底层技术的ASF、nAVI、DivX、XviD，
还有着更加强大的流媒体三巨头（Real Networks、Microsoft、Apple）推出的各种视频文
件格式。
ASF（Advanced Streaming Format）是由微软公司推出的流媒体格式。它使用的是MPEG-4压
缩算法，无论是压缩率还是图像质量都有不错的表现。与Real Media一样，ASF格式也可以
进行网络广播，其原理与Real Server基本相同，也是由独立的编码器将影音文件转换成ASF
格式，然后再发送到Net Show服务器来进行广播。
nAVI是new AVI的缩写，是一个名为Shadow Realm的地下组织发展起来的一种新的视频格式
。它是由Microsoft ASF压缩算法修改而来的（与我们常见的AVI格式没有太大联系），主要
追求的是压缩率和图像质量的提高，nAVI改善了原始ASF格式的不足，让nAVI在拥有更高帧
率的同时达到原文件体积的不变或更小——当然，这是以牺牲ASF的视频流媒体特性作为代
价的。概括来说，nAVI就是一种去掉流媒体特性的改良型ASF格式，通俗的说法就是非网络
版本的ASF。
DivX是由DivX Networks公司开发的视频格式，它类似于MP3的数字多媒体压缩技术。DivX基
于MPEG-4标准，可以把MPEG-2格式的多媒体文件压缩至原来体积的10%，更可把VHS格式录像
带的文件压至原来体积的1%。DivX使得用户通过宽带设备就可以欣赏高质量的数字电影，无
论是声音还是画质都可以达到相当高的水准。同时，它还允许在其他设备（如装有机顶盒的
电视、PocketPC等）上观看数字电影。这种视频编码技术可以说是一种对DVD造成威胁的新
生代视频压缩格式（有人说它是DVD杀手），它是突破了微软ASF格式的种种约束而发展出来
的。
XviD是遵循GPL标准的开源视频格式。该格式继承自OpenDivX Encore 2编码技术，并在性能
和效率方面都实现了较大的提升，被认为是目前最快的MPEG-4编码。除此之外，该格式还在
2002年被TDX2002（全球最著名的地下电影发行组织，每年在网上放出数千部最新影片的RIP
）确定为官方标准和规范。这样TDX2002就有了两个正式的标准，其中一个是DivX3.11，而
另一个便是XviD。至于DivX4和DivX5，因为已转变为封闭源码的商业软件，所以不再被TDX2
002所接纳。当然，对普通用户来说，开放和免费的“另类”编码技术——XviD，肯定更受
青睐。
RM（Real Media）是Real Networks公司开发的流媒体文件格式，主要包含Real Audio、Rea
l Video和Real Flash三部分。Real Media可以根据网络数据传输时速率的不同来指定压缩
比率，从而实现在低带宽的网络环境下影音文件的传输和不间断播放。Real Video主要用来
连续传输视频数据，它除了能够以普通的视频文件形式播放外，还可以与Real Server相配
合进行网络广播。首先由Real Producer将已有的视频文件转换成Real Media格式，再由Rea
l Server负责广播Real Media视频文件，在数据传输过程中可以边下载边播放视频，而不必
完整下载后才能播放，这也是界定普通视频格式与流媒体格式的主要方法。目前，在很多网
站上都提供了Real Video的视频文件，当然也有很多网站利用Real Video对重大事件进行实
时转播。然而，RM的底层技术的最初定位是在56Kbps的带宽下能流畅地播放影音文件，如今
在高带宽网络传输环境下该技术的图像和声音质量并不能令大家满意。因此，Real Network
s公司及时推出了RMVB。
RMVB全称Real Media Variable Bitrate，它的特点是静止和动作场面少的画面场景采用较
低的编码速率，这样可以留出更多的带宽空间，而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时
被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下，大幅地提高了运动图像的画面质量，从而图
像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。这也是为什么RMVB能够在网络应用方面迅速窜
红并进一步威胁DivX在流媒体视频中的地位的原因。
WMV（Windows Media Video）是微软公司制定的视频格式。与ASF格式一样，WMV也采用了MP
EG-4编码技术，并在其规格上进行了进一步开发，使得它更适合在网络上传输。微软公司希
望用来取代其他流媒体的WMV格式，在可扩充的媒体类型、本地或网络回放、可伸缩的媒体
类型、流的优先级化、多语言支持、扩展性等几个方面都进行了特殊优化。WMV9是微软最新
发布的流媒体编码标准，与RMVB格式一样引入了VBR编码方式。
MOV（Movie digital video technology）是Apple公司创立的视频文件格式，由于该格式早
期只是应用在苹果电脑上，所以并不被广大PC用户所熟知。MOV格式影音文件也可以采用不
同的压缩率进行转换，这样就能够针对不同的网络环境选择不同的转换压缩率。该格式能够
通过网络提供实时的信息传输和不间断播放，这样无论是在本地播放还是作为视频流媒体在
网上传播，它都是一种优良的视频编码格式。
MPEG的未来
现行的视频压缩编码标准很多，RMVB、WMV9、RUDUDU、VP3/4/5/6、H264、MPEG，等等都是
，目前在民用视频领域，MPEG、WMV9和RMVB是主流的视频压缩编码标准。另外，中国也一直
致力于研发自己的视频压缩标准，道理很简单，采用国外先进的视频压缩标准的费用是相当
高昂的。除此之外，只有有了自主知识产权的视频压缩技术标准，才能够不再受制于人，我
们的数字影音相关产业才能蓬勃发展。
不过，在未来很长一段时间内，视频压缩标准还将是MPEG的天下。MPEG压缩标准的发展流程
还是相当清晰的：MPEG-1使得VCD取代了传统的录像带，而MPEG-2将使数字电视最终完全取
代现有的模拟电视，而高画质和音质的EVD也将取代现有的DVD。随着MPEG-4和MPEG-7新标准
的不断推出，数据压缩和传输的技术必将趋向更加规范化。
而基于MPEG编码标准的视频编码新技术更是层出不穷，这虽然在一定程度上导致了视频编码
规范的混乱，用户在制作和读取不同编码标准的视频文件时也可能遇到困难，不过出现的视
频编码标准越多，视频编码技术就越能够在这种“恶劣”的竞争状况下取得更大的发展。可
以相信，MPEG的未来会更加精彩。