移動(dòng)通信視頻技術(shù)Nancy Codec

移動(dòng)通信視頻技術(shù)Nancy Codec

目前視頻領(lǐng)域所采用的壓縮技術(shù)主要是MPEG-4以及MPEG系列技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中采用這種技術(shù)對圖像進(jìn)行再壓縮及進(jìn)行復(fù)雜的編輯工作。雖然MPEG-4以及MPEG系列技術(shù)已經(jīng)獲得了較高的壓縮比，但欲在2.5G甚至2G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上采用這種圖像壓縮格式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像的傳送是比較困難的，所以一般情況下認(rèn)為，移動(dòng)通信的視頻服務(wù)是從3G開始。

　　在2G或2.5G網(wǎng)絡(luò)上提供動(dòng)態(tài)圖像服務(wù)，可為運(yùn)營商帶來巨大的利益，也將使移動(dòng)用戶享受更多更豐富的移動(dòng)服務(wù)。Nancy Codec技術(shù)正是為此目的而開發(fā)的。目前，中國移動(dòng)在2.5G網(wǎng)絡(luò)上推出的動(dòng)畫郵件服務(wù)（彩信業(yè)務(wù)之一）就采用了該技術(shù)，主要通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)其動(dòng)態(tài)圖像傳輸功能，使得在彩色液晶手機(jī)上輕松享受動(dòng)態(tài)圖像傳輸?shù)臉啡?。這和為3G而開發(fā)的手機(jī)動(dòng)畫技術(shù)相比，更能為移動(dòng)終端制造商、移動(dòng)運(yùn)營商和廣大的用戶帶來利益。

　　2 Nancy Codec與MPEG4比較

　　在視頻壓縮技術(shù)中，MPEG4技術(shù)的地位是相當(dāng)高的。MPEG4是MPEG（Moving Picture Experts Group）專家組繼成功定義了MPEG-1和MPEG-2之后推出的一個(gè)全新標(biāo)準(zhǔn)，它能支持碼率低于64kbps的多媒體通信。

　　MPEG4在矩形幀視頻編碼的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的交互功能，引入了視頻對象面（Video Object Panel）概念。它是將圖象序列每一幀中的場景，看成是由不同視頻對象面（VOP）所組成，MPEG4的視頻編碼是圍繞VOP進(jìn)行的，主要分為形狀編碼、編碼編碼、運(yùn)動(dòng)預(yù)測和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼，編碼算法中則主要采用了離散余弦變換和動(dòng)態(tài)預(yù)測補(bǔ)償?shù)仁侄巍Ｔ陔x散余弦變換中為了達(dá)到較好的精度使用浮點(diǎn)算法，而浮點(diǎn)算法本身的運(yùn)算量就很大，再加上動(dòng)態(tài)預(yù)測補(bǔ)償?shù)挠?jì)算量，使得普通運(yùn)算器不太可能完成這樣的任務(wù)，故通常情況下進(jìn)行MPEG4編碼和解碼時(shí)都采用了集成浮點(diǎn)算法單元的CPU。如果將MPEG4處理芯片集成在移動(dòng)電話上，將會造成移動(dòng)電話芯片尺寸過大，不利于移動(dòng)終端的制造和銷售。

Nancy Codec是日本OFFICE NOA公司開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，與業(yè)界公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)MPEG4相比，在技術(shù)上有很大的不同。在Nancy Codec中，它并沒有采用目前流行的離散余弦變換及小波變換，而是使用了OFFICE NOA獨(dú)自開發(fā)的SMSP（Structured Meta Scale Polygon，結(jié)構(gòu)化比例多邊形）技術(shù)，將圖像按不同形狀與尺寸進(jìn)行模塊化分割，然后再壓縮。它是一種全新的算法，不需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測，完全擺脫了通過使用變換頻率的手段來實(shí)現(xiàn)高頻成分時(shí)所產(chǎn)生的損耗，也擺脫了動(dòng)態(tài)預(yù)測的束縛。Nancy Codec只需運(yùn)用簡單的算術(shù)算法如整數(shù)的加減。字節(jié)變換和比較等運(yùn)算就可以完成畫面處理，故它能在采用8位CPU的平臺上運(yùn)行，這樣的要求能使移動(dòng)電話可以采用小尺寸的芯片進(jìn)行視頻的壓縮和解壓縮。

　　在視頻編輯上，MPEG4及MPEG系列很難對圖片進(jìn)行再壓縮，再壓縮將會引起圖像質(zhì)量降低；而且難以進(jìn)行復(fù)雜的編輯工作。而Nancy Codec則不會因?yàn)樵賶嚎s而引起畫質(zhì)降低，并且可以自由地進(jìn)行編輯和轉(zhuǎn)換。兩者在視頻編輯上的區(qū)別可以從以下兩點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行比較：

　?。?）非線性編輯壓縮率

　　在源視頻信號數(shù)字化的情況下，使用MPEG進(jìn)行無損壓縮，最多能達(dá)到源文件大小的二分之一，但同等情況下，Nancy Codec能達(dá)到三分之一甚至十分之一。

　　（2）壓縮視頻的編輯

　　編輯壓縮視頻時(shí)，MPEG4通常需要特殊的應(yīng)用程序，且在視頻編輯和再壓縮時(shí)一般都將會引且視頻損傷；Nancy Codec不需要特殊的應(yīng)用程序，在編輯或再壓縮時(shí)只要使用相同的多數(shù)，將不會出現(xiàn)圖像質(zhì)量損傷。

　　由于Nancy Codec在視頻處理時(shí)的基本出發(fā)點(diǎn)與MPEG4不同，使得Nancy Codec在移動(dòng)通信的應(yīng)用上比MPEG4更具有優(yōu)勢。下面將從三個(gè)角度對MPEG4和Nancy Codec進(jìn)行比較。

2.1 編解碼器處理能力需求

　　用MPEG4進(jìn)行視頻壓縮的運(yùn)算量是相當(dāng)大的，并隨著圖像分辨率的提高運(yùn)算量急劇上升，經(jīng)計(jì)算，分辨率和運(yùn)算量間呈平方關(guān)系。如MPEG4在壓縮時(shí)若將分辨率提高一倍，運(yùn)算量將為原來的4倍。Nancy Codec的運(yùn)算量與分辨率間呈簡單的線性關(guān)系。

　　在目前的移動(dòng)終端中，核心處理器的處理能力是比較低的。對于MPEG4而言，在僅靠軟件的情況下，即使使用高性能平臺欲實(shí)現(xiàn)全CIF圖像格式（24位色、30幀/秒、72O×48O像素）的實(shí)時(shí)視頻壓縮，也是相當(dāng)困難的。通常情況下MPEG4的編解碼需采用獨(dú)立的硬件進(jìn)行處理。

　　在采用Nancy Codec的情況下，只要處理能力13OMIPS左右的處理器利用軟件便能實(shí)現(xiàn)CIF圖像格式（24位色、3O幀/秒、352×258像素）的實(shí)時(shí)視頻壓縮。實(shí)際移動(dòng)通信視頻應(yīng)用，QCIF的圖像格式（15～24位色、15幀/秒、176×144像素）就能滿足實(shí)際的需求。這種情況下，只要求處理器的處理能力達(dá)到17MIPS，由此可以看出Nancy Codec對硬件的依賴性小，易于在現(xiàn)有移動(dòng)電話的硬件平臺上實(shí)現(xiàn)視頻的實(shí)時(shí)壓縮。

　　2.2 編解碼延時(shí)

　　MPEG4為了提高壓縮率以適應(yīng)低碼速傳輸，使用了幀間雙向預(yù)測，這樣在壓縮和解壓縮時(shí)將分別出現(xiàn)至少3幀的延時(shí)，故MPEG4由于其自身算法的原因?qū)⒅辽俪霈F(xiàn)6幀的延時(shí)。而Nancy Codec在這點(diǎn)上與MPEG4完全不同，編解碼時(shí)沒有任何延時(shí)，更能符合當(dāng)個(gè)移動(dòng)用戶對實(shí)時(shí)化視頻的要求越來越高的趨勢。

　　2.3 誤碼影響

　　在MPEG4中，對VOP的編碼是采用幀內(nèi)編碼和幀間預(yù)測編碼相接合的方法，使得數(shù)據(jù)間相互關(guān)聯(lián)，當(dāng)某一數(shù)據(jù)幀中的部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，該幀圖像以及在它之前或之后的圖像將被破壞或變得不連續(xù)。

　　Nancy Codec與MPEG4不同，它首先將圖像分成若干個(gè)小單元然后再進(jìn)行壓縮，數(shù)據(jù)間相關(guān)性小甚至不相關(guān)。當(dāng)發(fā)生誤碼，只有相應(yīng)的部分區(qū)域的圖像遭到破壞，誤碼對圖像的影響被限制在一個(gè)相當(dāng)小的區(qū)域。

　　移動(dòng)通信中無線鏈路易受外部傳輸環(huán)境影響，比較容易發(fā)生誤碼，這使得Nancy Codec在移動(dòng)通信上比MPEG4更具有實(shí)用性。

　　3 Nancy Codec應(yīng)用前景分析

　　Nancy Codec應(yīng)具有廣闊的應(yīng)用前景，可以從以下幾方面進(jìn)行分析：首先是技術(shù)優(yōu)勢，由于Nancy Codec在視頻壓縮上是基于軟件實(shí)現(xiàn)的，硬件處理能力只需MPEG4處理能力的10％，而算法又比MPEG4快1倍，壓縮編碼僅為MPEG4的十分之一，使利用現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳送視頻圖像有實(shí)際應(yīng)用意義；其次是芯片制造商的積極跟進(jìn)，目前已有多家公司推出了支持Nancy Codec的數(shù)字信號處理芯片，包括德州儀器、愛普生等；最后是眾多移動(dòng)運(yùn)營而的支持，目前已有日本J-phone和中國移動(dòng)利用這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際的2.5G網(wǎng)絡(luò)中為移動(dòng)用戶提供前3G視頻服務(wù)，同時(shí)泰國、新加坡等國家的移動(dòng)運(yùn)營商以及中國聯(lián)通公司也正準(zhǔn)備把這項(xiàng)技術(shù)引入2.5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

　　雖然Nancy Codec在發(fā)展應(yīng)用方面具有前面幾個(gè)利好因素，但它也存在一些的問題：由于日本OFFICE NOA公司獨(dú)家擁有這項(xiàng)技術(shù)，受知識產(chǎn)權(quán)及其他方面的因素影響，在技術(shù)上不可能很開放。這一方面不利于該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，另一方面有可能因?yàn)楦鞣嚼骊P(guān)系造成推廣應(yīng)用困難。

　　4 結(jié)束語

　　MPEG系列技術(shù)雖然已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于芯片的耗電量大以及半導(dǎo)體工藝復(fù)雜，集成到移動(dòng)電話上將面臨電力供給和終端價(jià)格等問題，即使隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步使得這些問題得到解決，Nancy Codec在視顧處理上的優(yōu)越性也是相當(dāng)明顯的。