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隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)多媒體應用的出現和多數據服務(wù)的繁殖,無(wú)線(xiàn)服務(wù)被廣泛的應用到各個(gè)方面,在多媒體通訊中利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸音頻和視頻信息變得更加重要。這就要求在多媒體信息處理中能夠動(dòng)態(tài)地、實(shí)時(shí)地處理聲音、動(dòng)畫(huà)以及視頻信號,但是計算機難以實(shí)時(shí)地從存儲器中將圖像信息處理過(guò)程中產(chǎn)生的海量數據傳送到中央處理器,因此如果不對視頻數據進(jìn)行壓縮處理,要達到實(shí)時(shí)性的要求幾乎是不可能的。這就要求在易產(chǎn)生誤碼的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中實(shí)現安全的低碼率編碼和傳輸,MPEG-4技術(shù)為此提供了實(shí)現的可能。 MPEG-4圖像壓縮技術(shù)針對一定比特率下的視頻、音頻編碼,強調了基于內容的交互性。因此,利用MPEG-4編碼解碼技術(shù)來(lái)實(shí)現視頻數據壓縮也就成為多媒體系統開(kāi)發(fā)中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)視頻傳輸的關(guān)鍵技術(shù)。多媒體視頻會(huì )議系統是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物,它通過(guò)多媒體技術(shù)和通信技術(shù)的支持為跨地區的人們提供了一個(gè)相互交流、討論問(wèn)題和協(xié)同工作(CSCW)的環(huán)境,并產(chǎn)生“你見(jiàn)即我見(jiàn)”的效果。 多媒體視頻會(huì )議系統將大大提高人們的工作效率,并將改變人們傳統的工作和交流模式,具有深遠而又深刻的社會(huì )意義。視頻醫療系統是多媒體視頻會(huì )議系 統的一個(gè)嶄新的應用領(lǐng)域。在視頻醫療系統中,由JMF (JavaMedia Framework)提供一個(gè)統一的架構和通信協(xié)議來(lái)管理基于時(shí)間媒體的獲取、處理和傳輸。采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議/實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTP /RTCP)很好的保證了視頻傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性,并在JMF中引入了MPEG-4壓縮算法插件進(jìn)行視頻壓縮。MPEG-4壓縮算法壓縮比高,并且具有良好的網(wǎng)絡(luò )適應性。在程序實(shí)現過(guò)程中效果良好。 1 MPEG-4關(guān)鍵技術(shù) MPEG-4采用了基于對象第二代壓縮編碼技術(shù),并使用AV對象(Audio /VisualObject)進(jìn)行的可視化編碼,同時(shí)提供了許多基于內容的交互性視頻服務(wù)功能,也支持傳統的流視頻。MPEG-4除了利用第一代視頻編碼的核心技術(shù)(如運動(dòng)估計與補償、熵編碼)外,還提出了一些新的關(guān)鍵技術(shù): 1) 視頻對象分割MPEG-4的基于內容的交互性最主要是通過(guò)對視頻對象的分割實(shí)現的。所謂的視頻對象分割,就是將視頻、圖像分割成不同的對象或是將運動(dòng)對象從背景中分離出來(lái),進(jìn)而對不同的對象采用不同的編碼方法來(lái)實(shí)現高效壓縮,比如對運動(dòng)對象采用壓縮比較低、損失較小的方法,盡可能保留視頻對象的細節和平滑性;對背景對象采用大壓縮比的編碼策略,以取得壓縮效率和解碼圖像之間的較好的平衡�；究梢苑譃槿�:通過(guò)濾波對圖像數據進(jìn)行簡(jiǎn)化;對視頻、圖像數據進(jìn)行特征提取,比如顏色、紋理、運動(dòng)、語(yǔ)義等特征;最后是相關(guān)的后處理操作,以達到去噪和準確提取邊界的目的。 由此可見(jiàn),MPEG-4編碼技術(shù)要求對圖像以及視頻作出更多的分析理解,而不同于過(guò)去的壓縮算法,只是去掉了幀內和幀間的冗余。因此基于對象的編碼可以提高數據的壓縮比,視頻對象的分割(提取)技術(shù)也成為MPEG-4視頻編碼中的關(guān)鍵技術(shù)。 2) 視頻編碼可分級技術(shù)視頻分級編碼技術(shù)的目的是解決在不同傳輸特性的異構網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行視頻傳輸的需要。視頻編碼的可分級性,指的是碼率的可調整性。也就是說(shuō),視頻編碼只壓縮一次,卻可以以多個(gè)幀率、空間分辨率或視頻質(zhì)量來(lái)進(jìn)行解碼,從而支持不同用戶(hù)的不同應用需求。視頻編碼的分級技術(shù)是通過(guò)視頻對象層(VOL)的數據結構來(lái)實(shí)現的。有兩種基本的分級工具,分別是時(shí)域分級和空域分級,同時(shí)也支持時(shí)域空域的混合分級。每一級編碼至少有兩層的VOL,低層(基本層)用來(lái)提供視頻序列的基本信息,高層(增強層)用來(lái)提供視頻序列的更高的分辨率和細節。 3) 運動(dòng)估計與補償技術(shù)在視頻編碼中,運動(dòng)估計相當耗時(shí),對編碼的實(shí)時(shí)性影響很大。在運動(dòng)估計部分,必須通過(guò)反復計算,以確定鄰近幀中宏模塊的相關(guān)性。通常使用塊匹配準則進(jìn)行估計,比如絕對誤差和( SAD)準則和均方差(MSE)準則,來(lái)選擇進(jìn)行一種最佳匹配操作來(lái)產(chǎn)生最佳匹配點(diǎn)的運動(dòng)估計。例如,可以通過(guò)開(kāi)發(fā)MPEG-4 專(zhuān)用的適應再同步、數據分割和數據恢復的句法單元來(lái)優(yōu)化比特流,使其具有固定容錯能力。在大多數情況下,高壓縮比的視頻數據無(wú)法避免由信道退化帶來(lái)的誤碼影響。然而,只要通過(guò)采用一系列適當的方法和工具來(lái)減小誤碼的影響,高質(zhì)量的無(wú)線(xiàn)視頻傳輸是完全可能實(shí)現的。 2 MPEG-4技術(shù)的應用———視頻醫療系統 通過(guò)以上對MPEG-4視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)的分析,可以看出, MPEG-4視頻編碼在視頻傳輸方面有其獨特的優(yōu)點(diǎn): (1)基于內容的交互性; (2)高效的編碼方法; (3)通用的訪(fǎng)問(wèn)性。 將視頻會(huì )議系統應用于醫療過(guò)程的視頻醫療系統是視頻會(huì )議的一個(gè)新的應用領(lǐng)域。在視頻醫療系統中,可以采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的應用形式來(lái)進(jìn)行一對一的診療以及專(zhuān)家會(huì )診,還可以進(jìn)行醫療教學(xué)實(shí)踐等。視頻系統主要具有視頻的實(shí)時(shí)采集、同步壓縮、實(shí)時(shí)傳輸及回放的功能。也就是說(shuō)在傳送本地視頻的同時(shí),可以回放并監控本地的視頻信息,另外還提供視頻的快照及存儲功能。圖1即為系統的結構模型圖。 從圖1可以看出,在視頻醫療系統中,基于MPEG-4進(jìn)行的視頻采集及壓縮是關(guān)鍵步驟。在視頻醫療系統的設計過(guò)程中,由于軟件的視頻壓縮算法極為耗時(shí),因此為了提高壓縮效率,在JMF 中引入了MPEG-4 壓縮算法插件, 采用了基于MPEG-4的視頻采集及傳輸技術(shù)來(lái)進(jìn)行視頻壓縮,同時(shí)輔以雙緩沖和多線(xiàn)程等技術(shù)。 視頻對象的交互和編解碼的一個(gè)重要前提就是利用視頻對象的分割技術(shù),通過(guò)運動(dòng)估計和補償技術(shù)得到一個(gè)基于運動(dòng)信息和視覺(jué)特性的跟蹤,并最終得到視頻對象的跟蹤結果。在視頻采集線(xiàn)程將采集到的每一幀視頻圖像分別存放到視頻源緩沖區1和視頻源緩沖區2中,然后通過(guò)軟件壓縮線(xiàn)程對頻源緩沖區1和視頻源緩沖區2中的圖像進(jìn)行壓縮,并將壓縮后的結果分別保存到壓縮視頻緩沖區1和壓縮視頻緩沖區2中。在兩個(gè)視頻源緩沖區中至少 有一個(gè)為空時(shí),視頻采集線(xiàn)程將繼續進(jìn)行圖像的采集工作;同樣的,當視頻源緩沖區至少有一個(gè)為滿(mǎn),并且壓縮視頻緩沖區至少有一個(gè)為空時(shí),軟件壓縮線(xiàn)程才進(jìn)行壓縮。所有經(jīng)過(guò)壓縮的視頻數據的線(xiàn)程按隊列進(jìn)行排列,它們可以同時(shí)使用非空的壓縮視頻緩沖區的數據。當最后一個(gè)線(xiàn)程使用完壓縮視頻緩沖區后,將向視頻采集線(xiàn)程發(fā)出采集下一幀的命令。從緩沖區中取出數據并將緩沖區狀態(tài)置為空,向緩沖區中放入數據時(shí)則將緩沖區的狀態(tài)置為滿(mǎn)。而MPEG-4視頻編碼的可分級技術(shù)則使視頻在具有不同傳輸特性的異構網(wǎng)絡(luò )上的傳輸得到了實(shí)現。 MPEG4壓縮算法壓縮比高,并且具有很好的網(wǎng)絡(luò )適應性。在使用MPEG-4壓縮算法的同時(shí)采用雙緩沖和多線(xiàn)程等技術(shù),可以使得圖像的采集、壓縮和傳輸并發(fā)執行,大大提高CPU的使用效率,使視頻采集、壓縮和傳輸的整體性能得到很大的提高。 視頻采集壓縮的流程圖如圖2所示。 經(jīng)過(guò)視頻采集壓縮后獲取的圖像如圖3。 3 結語(yǔ) 由于MPEG-4的可量測性和柔韌性以及寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的出現,可以預見(jiàn)到在不久的將來(lái)無(wú)線(xiàn)多媒體服務(wù)將成為時(shí)代的潮流。寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的MPEG-4視頻傳輸將成為不斷出現的多媒體應用的一個(gè)重要組成部分。MPEG-4的低存儲容量和高清晰度的特點(diǎn),決定了MPEG-4在低帶寬網(wǎng)絡(luò )成為一種優(yōu)越的視頻壓縮方式。由此可以看出,在視頻醫療系統中進(jìn)行視頻壓縮時(shí),使用基于MPEG-4壓縮算法的插件進(jìn)行的一對一的視頻傳輸,可以獲得質(zhì)量較高的視頻圖像,并且基本能夠達到系統實(shí)時(shí)性的要求,這是傳統的多點(diǎn)傳輸視頻系統無(wú)法做到的。 |
