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移动通信视频新技术Nancy Codec

2/14/2005来源:视频通信人气:10998

文凯 杨丰瑞 等 重庆邮电学院
  【摘要】本文将视频处理新技术Nancy Codec与业界标准MPEG4进行了比较,同时分析了Nancy Codec在2.0G移动通信网络视频应用中的优势以及该技术的应用前景。

1 概述

  目前视频领域所采用的压缩技术主要是MPEG-4以及MPEG系列技术。在实际应用中采用这种技术对图像进行再压缩及进行复杂的编辑工作。虽然MPEG-4以及MPEG系列技术已经获得了较高的压缩比,但欲在2.5G甚至2G移动通信网络上采用这种图像压缩格式实现动态图像的传送是比较困难的,所以一般情况下认为,移动通信的视频服务是从3G开始。

  在2G或2.5G网络上提供动态图像服务,可为运营商带来巨大的利益,也将使移动用户享受更多更丰富的移动服务。Nancy Codec技术正是为此目的而开发的。目前,中国移动在2.5G网络上推出的动画邮件服务(彩信业务之一)就采用了该技术,主要通过软件程序实现其动态图像传输功能,使得在彩色液晶手机上轻松享受动态图像传输的乐趣。这和为3G而开发的手机动画技术相比,更能为移动终端制造商、移动运营商和广大的用户带来利益。

2 Nancy Codec与MPEG4比较

  在视频压缩技术中,MPEG4技术的地位是相当高的。MPEG4是MPEG(Moving Picture Experts Group)专家组继成功定义了MPEG-1和MPEG-2之后推出的一个全新标准,它能支持码率低于64kbps的多媒体通信。

  MPEG4在矩形帧视频编码的基础上,为了实现内容的交互功能,引入了视频对象面(Video Object Panel)概念。它是将图象序列每一帧中的场景,看成是由不同视频对象面(VOP)所组成,MPEG4的视频编码是围绕VOP进行的,主要分为形状编码、编码编码、运动预测和运动补偿编码,编码算法中则主要采用了离散余弦变换和动态预测补偿等手段。在离散余弦变换中为了达到较好的精度使用浮点算法,而浮点算法本身的运算量就很大,再加上动态预测补偿的计算量,使得普通运算器不太可能完成这样的任务,故通常情况下进行MPEG4编码和解码时都采用了集成浮点算法单元的CPU。如果将MPEG4处理芯片集成在移动电话上,将会造成移动电话芯片尺寸过大,不利于移动终端的制造和销售。

  Nancy Codec是日本OFFICE NOA公司开发的一项技术,与业界公认标准MPEG4相比,在技术上有很大的不同。在Nancy Codec中,它并没有采用目前流行的离散余弦变换及小波变换,而是使用了OFFICE NOA独自开发的SMSP(Structured Meta Scale Polygon,结构化比例多边形)技术,将图像按不同形状与尺寸进行模块化分割,然后再压缩。它是一种全新的算法,不需要进行动态预测,完全摆脱了通过使用变换频率的手段来实现高频成分时所产生的损耗,也摆脱了动态预测的束缚。Nancy Codec只需运用简单的算术算法如整数的加减。字节变换和比较等运算就可以完成画面处理,故它能在采用8位CPU的平台上运行,这样的要求能使移动电话可以采用小尺寸的芯片进行视频的压缩和解压缩。

  在视频编辑上,MPEG4及MPEG系列很难对图片进行再压缩,再压缩将会引起图像质量降低;而且难以进行复杂的编辑工作。而Nancy Codec则不会因为再压缩而引起画质降低,并且可以自由地进行编辑和转换。两者在视频编辑上的区别可以从以下两点进一步进行比较:

(1)非线性编辑压缩率

  在源视频信号数字化的情况下,使用MPEG进行无损压缩,最多能达到源文件大小的二分之一,但同等情况下,Nancy Codec能达到三分之一甚至十分之一。

(2)压缩视频的编辑

  编辑压缩视频时,MPEG4通常需要特殊的应用程序,且在视频编辑和再压缩时一般都将会引且视频损伤;Nancy Codec不需要特殊的应用程序,在编辑或再压缩时只要使用相同的多数,将不会出现图像质量损伤。

  由于Nancy Codec在视频处理时的基本出发点与MPEG4不同,使得Nancy Codec在移动通信的应用上比MPEG4更具有优势。下面将从三个角度对MPEG4和Nancy Codec进行比较。

2.1 编解码器处理能力需求

  用MPEG4进行视频压缩的运算量是相当大的,并随着图像分辨率的提高运算量急剧上升,经计算,分辨率和运算量间呈平方关系。如MPEG4在压缩时若将分辨率提高一倍,运算量将为原来的4倍。Nancy Codec的运算量与分辨率间呈简单的线性关系。

  在目前的移动终端中,核心处理器的处理能力是比较低的。对于MPEG4而言,在仅靠软件的情况下,即使使用高性能平台欲实现全CIF图像格式(24位色、30帧/秒、72O×48O像素)的实时视频压缩,也是相当困难的。通常情况下MPEG4的编解码需采用独立的硬件进行处理。

  在采用Nancy Codec的情况下,只要处理能力13OMipS左右的处理器利用软件便能实现CIF图像格式(24位色、3O帧/秒、352×258像素)的实时视频压缩。实际移动通信视频应用,QCIF的图像格式(15~24位色、15帧/秒、176×144像素)就能满足实际的需求。这种情况下,只要求处理器的处理能力达到17MIPS,由此可以看出Nancy Codec对硬件的依赖性小,易于在现有移动电话的硬件平台上实现视频的实时压缩。

2.2 编解码延时

  MPEG4为了提高压缩率以适应低码速传输,使用了帧间双向预测,这样在压缩和解压缩时将分别出现至少3帧的延时,故MPEG4由于其自身算法的原因将至少出现6帧的延时。而Nancy Codec在这点上与MPEG4完全不同,编解码时没有任何延时,更能符合当个移动用户对实时化视频的要求越来越高的趋势。

2.3 误码影响

  在MPEG4中,对VOP的编码是采用帧内编码和帧间预测编码相接合的方法,使得数据间相互关联,当某一数据帧中的部分数据发生错误时,该帧图像以及在它之前或之后的图像将被破坏或变得不连续。

  Nancy Codec与MPEG4不同,它首先将图像分成若干个小单元然后再进行压缩,数据间相关性小甚至不相关。当发生误码,只有相应的部分区域的图像遭到破坏,误码对图像的影响被限制在一个相当小的区域。

  移动通信中无线链路易受外部传输环境影响,比较容易发生误码,这使得Nancy Codec在移动通信上比MPEG4更具有实用性。

3 Nancy Codec应用前景分析

  Nancy Codec应具有广阔的应用前景,可以从以下几方面进行分析:首先是技术优势,由于Nancy Codec在视频压缩上是基于软件实现的,硬件处理能力只需MPEG4处理能力的10%,而算法又比MPEG4快1倍,压缩编码仅为MPEG4的十分之一,使利用现有移动通信网络传送视频图像有实际应用意义;其次是芯片制造商的积极跟进,目前已有多家公司推出了支持Nancy Codec的数字信号处理芯片,包括德州仪器、爱普生等;最后是众多移动运营而的支持,目前已有日本J-phone和中国移动利用这项技术在实际的2.5G网络中为移动用户提供前3G视频服务,同时泰国、新加坡等国家的移动运营商以及中国联通公司也正准备把这项技术引入2.5G移动通信网络。

  虽然Nancy Codec在发展应用方面具有前面几个利好因素,但它也存在一些的问题:由于日本OFFICE NOA公司独家拥有这项技术,受知识产权及其他方面的因素影响,在技术上不可能很开放。这一方面不利于该技术的进一步发展,另一方面有可能因为各方利益关系造成推广应用困难。

4 结束语

  MPEG系列技术虽然已成为行业标准,但由于芯片的耗电量大以及半导体工艺复杂,集成到移动电话上将面临电力供给和终端价格等问题,即使随着半导体技术的进步使得这些问题得到解决,Nancy Codec在视顾处理上的优越性也是相当明显的。


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