[推荐] MPEG视频格式详解

IsaacZ

流动中的视觉艺术

MPEG视频格式专题测试

2003-10-13 12:43:22 出处：CHIP新电脑 期号：2003年10月刊

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。在本文中，CHIP将带你进入一个由MPEG统治的“视”界！

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（International 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。由它衍生出来的格式非常多，包括以mpg、mpe、mpa、m15、m1v等为后缀名的视频文件都是出自这一家族。 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1.5Mbps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（multimedia interactive functionalities）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（main profile at the main level），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720×576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5.1个声道。 EVD（Enhanced Versatile Disk）全称为“强化高密度数字镭射视盘系统”，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1920×1080像素，画面精细程度比DVD要高出4～5倍，这就能满足未来“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。在“它们”当中不但有以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（RealNetworks、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RealMedia一样，ASF格式也可以进行网络广播，其原理与RealServer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NetShow服务器来进行广播。 nAVI是newAVI的缩写，是一个名为ShadowRealm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（frame rate）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DivXNetworks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TDX2002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RealNetworks公司开发的流媒体文件格式，主要包含RealAudio、RealVideo和RealFlash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。RealVideo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RealServer相配合进行网络广播。首先由RealProducer将已有的视频文件转换成RealMedia格式，再由RealServer负责广播RealMedia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RealVideo的视频文件，当然也有很多网站利用RealVideo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，RealNetworks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（码率，又称为采样率），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MPEG-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。虽然该格式刚刚发布，但因为有微软的大力“关照”，相信一定会有所作为！ 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。到目前为止，QuickTime发展到6.0，其中还包含了一个新的DVC Pro PAL视频编码解码器，支持Macromedia Flash 5，用于Mac OS X新的JPEG 2000静态图像编码解码、AppleScript的增强支持、以及大量崭新的应用程序编程接口（API）。

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MPEG格式的读取
在了解了主流视频格式以后，视频文件应用问题同时也摆在了我们面前，面对众多视频格式，我们究竟应该怎么办呢？请带着疑问继续进行这个“视”界的探索。

说到底，无论是系统自带的播放器，还是赫赫有名的播放软件，如果它们要想读取某个视频文件，一定需要该视频格式的驱动，也就是解码器。关于解码器的细节用户不必去了解它，大家最关心的可能是用什么工具能够顺利读取哪些视频文件格式。那么我们就一起来看看流行的视频播放工具对流行视频文件格式的支持情况，另外，因为DVDRip的读取相对来说比较复杂，所以我们也会为大家详细讲解关于它的读取工具及使用方法。

常规视频格式的读取
常规的视频格式通常都可以很轻松地被播放软件所读取。在这个环节，CHIP为大家作了一个简单的横向对比，主要是针对目前国内电脑用户最容易接触到的几款软件的最新版本。从表中可以清楚地看到各款播放软件的最新版本对常规视频格式的支持程度。如果需要频繁地读取常规视频格式文件，CHIP建议在系统中最少也要选择安装“东方影都2003”和“RealOne Player”，这样再加上Windows自带的“Windows Media Player 9”，对于普通视频文件格式的读取一般来说都不会遇到大的麻烦。

视频格式读取的“集成”解决方案
随着视频技术的不断发展，一款播放软件很难做到支持所有视频格式的读取。那么如何才能安装最少的软件来尽量满足所有视频格式的播放要求呢？这就需要“集成”解码器来帮忙。这里推荐两款软件：Nimo Codec Pack和FFD SHOW，它们是集成解压、压缩、转码、播放于一身的外挂程序，只要安装了此类软件，无论是Windows Media Player还是Power DVD，都能够观看最新编码技术的影片，而不需要再安装DivX、ac3解码、字幕插件这些特定解码器或者外挂工具。

DVDRip影片的播放
DVDRip因其特有的AC3环绕多声道音频和接近DVD画质的视频，再加上体积较小的特点而得到了极大的应用和流行。但是不少朋友在观看DVDRip影片的时候都会遇到问题，例如画面不能显示、没有字幕等等。

（1） 编（解）码器的安装
目前DVDRip影片的编码通常都是选择DivX和XviD其中的一个。所以如果经常播放DVDRip影片的话，建议把这两种编码器都安装在系统中。DivX目前发展到了5.05版本，因为已变成了收费的商业软件并在内核方面有所更改，所以与以前最稳定的DivX 3.11 alpha版本不太兼容，建议把两种版本的DivX都安装上。至于XviD，由于它的开源性，所以并不统一，目前有Nics和Koepi等几个组织维护，但是在系统中只允许安装其中一个组织的版本，所以如果遇到问题时，可以卸载并安装其他的。

（2） 音效插件的安装
在我们所接触的DVDRip影片中，音频部分常常为AC3、DTS、WAV、MP3、OGG几种格式。除了WAV和MP3以外，通常其他的音频都需要安装相对应的音效插件来支持。AC3需要安装audio filter插件，目前最新版本为ac3filter 0.68b；DTS需要安装DTS Source Decoder Filetr插件；OGG则需要安装OggDS插件，目前最新版本为0993。

（3） 字幕外挂的安装
DVDRip影片字幕的外挂虽然复杂，不过“VobSub”插件的出现使得这一状况得到了改变。该插件在播放软件播放影音文件的同时启动在系统托盘中，用户可以右键点击托盘中“VobSub”的图标进行详细设置。

（4） 播放软件的选择
与常规视频文件播放不同的是，在播放DVDRip影片时最好选用体积较小的播放软件，这与DVDRip占用系统资源较大和较小软件外挂插件的兼容性非常好不无关系。在这里为大家推荐三款软件：Windows Media Player 6.4、Media Player Classic和ZoomPlayer。

虽然说Windows Media Player的最新版本为9.0，可是6.4版的播放器在稳定性和兼容性方面都比9.0版要好，大家可以在Windows Media Player的目录中找到该版本的播放器。

Media Player Classic是“VobSub”的作者编写的Windows Media Player 6.4改进版，拥有更强大的Filter控制功能，支持XP界面主题，在加入Filter解码的情况下可以支持DVD的播放。此外，该播放器即使不安装VobSub也能显示部分字幕，还能外挂多种音频插件、改变播放速度。

ZoomPlayer是一套免费、小巧、好用的媒体播放程序，它通过消除OverScan（过扫描）来提升画面输出的品质。它支持众多的基于MPEG编码格式的视频文件，并且还包括好用的控制条及使用背景颜色来测试显示器的亮度等功能，它还能够在播放ASF、WMV等文件时及时地调整进度。

（5） 常见故障及解决方案
任何媒体格式都有可能在播放时出现故障，对影音文件和字幕分离并采用多种编码标准的DVDRip影片来说更是如此。影片无法播放、影音文件音视频不同步、字幕无法出现或无法对应、影片播放画面颠倒等问题在DVDRip影片的播放中会常常出现。这时，我们需要针对这些问题对软件进行相应的设置：影片无法播放应该通过改变解码器来解决，一般DVDRip影片的nfo文件中都有关于播放该影片所采用的解码器、音频解码器、是否有字幕等信息的提示，用户可以按照提示安装所需要的解码器；音视频不同步可以通过提高播放软件的CPU占用率来解决，不过要注意的是：因为计算机硬件配置太低而造成的DVDRip影片播放不顺畅的问题只能通过升级计算机硬件设备来解决；字幕无法出现或无法与影片同步显示可以通过更改VobSub的各项设置来解决；影片播放画面颠倒时，则可以利用右键单击系统托盘中的VobSub图标后选择“Flipped Picture”来解决（在把DVDRip转录成VCD时经常会遇到这种情况）。


MPEG视频压缩
严格地说，用“MPEG视频压缩”来概括视频文件的制作并不确切，不过因为现行很多视频压缩都采用MPEG-4的编码标准，所以在这里，我们统一把DVDRip、RMVB、WMV9影片的制作都称之为MPEG视频压缩。

DVDRip影片的制作
DVDRip通常是由影音文件和字幕文件组合而成的，所以制作过程也包含了这两部分的制作。

制作DVDRip影片是需要“原材料”的，而原材料指的就是DVD影碟中的VOB影音文件和IFO控制文件，它们通常是在DVD盘的VIDEO_TS文件夹内。如果DVD影碟是没有加密的，就可以直接把VOB和IFO文件拷贝到硬盘中，如果是加密的，则需要用剪切拷贝软件——DVD Decrypter和DVDCutter Stream and Mp3CDWav Converter来进行原材料的提取。

接下来是影音文件的分离和压缩，这个步骤中我们所需要的软件是DVD2AVI。它的使用并不复杂，首先选择需要转换的VOB文件和需要保留的音轨，然后设置音频的属性（在“音频”的“杜比数码音效”中选择“分离混合的所有音轨”和“杜比环绕立体声”），最后，将文件保存为AVI，就开始了影音文件的分离和压缩。关于音频部分的分离，如果觉得分离后的音频文件太大，还可以选择将音频文件保存为MP3格式。

影音文件剥离和压缩成功后，要进行的工作是影音文件的合成。在这个步骤中我们需要应用是“NanDub”这个软件中自带的“VirtualDub”。合成的过程并不复杂，选择要合成的视频和音频文件，接着分别在“音频”和“视频”中选择“直接复制音频流”和“直接复制视频流”，最后在“文件”中选择“另存为AVI”即可完成影音文件的合成。

完成影音合成后就可以利用该软件进行影音文件的播放了，如果出现影音异步的问题，还可以依次点击“音频”→“第二音频流”→“非同步调整”，在跳出界面中进行影音文件的交错调节并“确定”即可。

对于大多数国内观众来说，没有字幕的外语电影无异于天书，所以，为影片添加字幕也是非常重要的步骤。字幕有两种：图形字幕和文本字幕。图形字幕的大小可以调整，文本字幕编辑起来更容易。图形字幕的制作推荐使用“VobSub”，选择该程序组中的“VobSub Configure”后就可以进入软件字幕制作界面。该软件拥有字幕的剪切（VobSub Cutter）与合成（VobSub Joiner）程序，如有需要的话可以使用。文本字幕的制作则可以使用“SubRip”。

最后，统一命名合成的影音文件和字幕文件并放入同一文件夹中，这样就完成了DVDRip影片的制作！

RMVB影片的制作
因为RMVB采用动态变速采样率技术，所以在画质上较RM有很大的提高，而且能够在高带宽下提供比RM更加优秀的画质，这个优势是DVDRip所无法企及的，这也是为什么很多用户把DVDRip转换为RMVB进行保存的原因。

目前，制作RMVB影片最好的工具是RealNetworks公司推出的Helix Producer。它的操作很简单，按照界面向导点击4个按钮就能完成DVDRip到RMVB影片的转换。Helix Producer中还自带一个Helix RealMedia Editor程序，如果要对RMVB格式的文件进行剪切或合并的话，这个工具可以派大用场。

                               
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Helix Producer，可以说是目前制作RMVB格式影片的最好工具之一。
（IsaacZ注：不知这里的“最好”是什么时候下的结论，大家也可以试试另外一款不错的“Easy RealMedia roducer 完整版”。）

WMV影片的制作
制作WMV影片的最好工具当然也是微软自家的工具——Windows Media Encoder 9，它采用向导式操作界面，用户按照向导按部就班就能做出高质量的WMV影片。Windows Media Encoder 9也还附带一款媒体编辑软件——Helix RealMedia Editor 9，方便易用，是不可多得的视频编辑工具。

                               
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针对不同的应用环境，Windows Media Encoder 9提供了不同的视频输出选项。

                               
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Helix Producer Plus 9中提供的视频编码器，Real Video 9就是针对RMVB格式的。

                               
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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，目前在民用级视频领域，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DVD也将取代现有的VCD。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“视”界会更加精彩。

                               
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saterlyj

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