【摘 要】 MPEG-4 AVC是目前壓縮效率最高的最新一代數字視頻編碼標準，在通信、IT和消費電子領域正獲得越來越廣泛的應用。本文首先分析了MPEG-4 AVC的技術特點，然后對其在小型高清攝像機上的具體應用進行了簡單介紹。
【關鍵詞】MPEG-4 AVC 壓縮 高清
一. MPEG-4 AVC簡介
MPEG-4 AVC是ITU-T（國際電信聯盟）和ISO/IEC（國際標準化組織/國際電工委員會）組成的JVT(Joint Video Team:聯合視頻專家組)共同開發的新一代視頻壓縮標準。這一新的數字視頻標準在ITU-T叫做H.264，而ISO/IEC則將其叫做MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding，高級視頻編碼)，簡稱AVC格式。
MPEG-4 AVC是MPEG-4的第10部分，而我們平時所說的MPEG-4是指MPEG-4的第2部分，標準代號為ISO 14496-2(MPEG-4 Part 2)，壓縮生成的是MPEG-4 ASP(Advanced Simple Profile，高級簡單類)格式的視頻文件。也就是說，MPEG-4通常是MPEG-4 ASP的簡稱。因此MPEG-4 ASP和MPEG-4 AVC分屬于MPEG-4的不同子級標準，其壓縮算法有所不同，后者的算法更為復雜，編/解碼時需要更多的硬件資源，但同等畫面質量下具有更低的數據碼率。MPEG-4 AVC和H.264和是同一個概念，是分屬于不同組織的不同名稱，有時候采用MPEG-4 AVC/H.264或H.264/AVC這類混合名稱，本文采用MPEG-4 AVC這一稱謂。
MPEG-4 AVC的壓縮算法極為復雜，但壓縮率極高，同等畫質下，文件體積比MPEG-2小1倍以上，比DV格式更是小了一個數量級以上。圖1給出了壓縮1個小時的視頻數據時，DV、MPEG-2和MPEG-4 AVC格式各自的文件大小，不難看出MPEG-4 AVC格式在數據壓縮方面的巨大優勢，這也是其最具商業價值的地方。
MPEG-4 AVC格式在設計上有許多技術亮點，如支持多參考幀預測、小至4x4的矢量像塊尺寸和4×4的整數變換、更精確的1/4像素的運動估計、更加高效的熵編碼算法及增加了自適應環路去塊效應濾波器等。這些設計上的改進以算法更加復雜為代價換來了壓縮效率的極大提高。
MPEG-4 AVC的應用領域之一是數字電視，包括衛星通信廣播、地面數字電視、IPTV（網絡電視）等。在CE（消費電子）領域，MPEG-4 AVC是下一代高清影碟機HD-DVD和BR-DVD（Blu-Ray DVD，藍光DVD）的壓縮格式之一。特別值得一提的是，MPEG-4 AVC還是高清攝像機采用最多的一種視頻壓縮格式，產品規格覆蓋家用、專業及廣播機型，存貯介質有磁帶、微硬盤、8mm光盤及固體存貯等。本文重點以索尼和松下兩家公司發布的以微硬盤、光盤或儲存卡為存儲介質的AVCHD格式的小型家用高清攝像機為例，談一下MPEG-4 AVC格式在高清攝像機上具體應用。
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二. MPEG-4 AVC在AVCHD高清攝像機中的應用
AVCHD（Advance Video Codec High Definition）是索尼和松下兩家公司在前不久發布的涵蓋攝像、回放和相關軟件的高清視頻標準。該標準面向家庭和普通商業用戶，采用硬盤、光盤或SD儲存卡作為存儲介質，視頻部分采用MPEG-4 AVC標準進行壓縮編碼，支持1080i和720P兩種高清格式，同時向下兼容480i及576i等標清格式。
目前采用AVCHD壓縮標準的機型有索尼的HDR-SR1E、HDR-UX1E和松下的HDC-SD1、HDC-DX1幾種，均為掌上寶機型。以索尼HDR-SR1E為例，表1給出了其部分配置和性能指標。
HDR-SR1E 采用1/3" ClearVID CMOS傳感器和增強型影像處理器EIP（Enhanced Imaging Processor），提供高質量畫面。ClearVid CMOS傳感器具有199萬有效像素的高分辨率、高靈敏度、低噪音、無拖尾現象以及寬廣的動態范圍等優點。增強型影像處理器能夠快速、準確地處理大量的來自CMOS傳感器的像素數據，并具有400萬像素(2304×1728)的高分辨率靜態圖像處理能力。
HDR-SR1E采用了HDD智能保護系統保護存儲的影像和圖片。在拍攝過程中，如果攝像機遇到震動或者跌落等狀態，這時硬盤停止寫入數據，視頻流會被暫時保存在機內緩存中，當震動或者跌落狀況消失，攝像機可自動恢復到正常狀態，硬盤再次運轉，將緩存里的視頻數據存儲到硬盤上。
HDR-SR1E的對焦、曝光、AE變換或白平衡變換等功能均以菜單方式指定到控制環上，當需要手動調節時，按下鏡頭側面的按鈕就可以激活控制環，大大地降低了鏡頭結構及操作的復雜程度。
該機還具有一些非常人性化的功能，如雙重記錄功能（Dual Record）和流暢慢攝（Smooth Slow Record）功能。雙重記錄功能可以同時錄制動態視頻和靜態畫面，在HD攝像模式下可同時在記憶棒（Memory Stick）上記錄230萬像素、16:9畫幅的靜態圖像，在SD攝像模式下可同時在記憶棒上記錄170萬像素、4:3畫幅的靜態圖像。流暢慢攝功能可以4倍于正常幀速率速度拍攝3秒的動態畫面，然后用12秒的時間進行慢動作重放。
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HDR-UX1E與HDR-SR1E幾乎所有參數都是一樣的，最大的區別是HDR-UX1E用DVD光盤作為存儲載體，而不是用HDD微硬盤。HDR-UX1E支持數據容量更大的8cm DVD+R DL(雙層)格式，在碼率為5Mb/s的LP模式下可記錄60分鐘的視頻數據，在碼率為12Mb/s的HQ+模式下記錄時間可達27分鐘。除此之外也可用8cm的 DVD-R、DVD-RW和DVD+RW進行數據存儲。
松下HDC-SD1、HDC-DX1機型的視頻部分也采用MPEG-4 AVC壓縮標準，主要區別表現在存儲介質、傳感器、記錄模式和記錄介質幾個方面。SD1和DX1采用1/4寸HD 3CCD傳感器，有HF/HN/HE三種記錄模式，最高質量的HF碼流約13Mb/s，HN和HE則分別為9Mb/s和6Mb/s左右。DX1采用DVD光盤作為存儲介質，在HF模式下可以記錄約14分鐘(單面)或28分鐘(雙面)的高清信號，而在HE雙面模式下記錄時間可達62分鐘。SD1采用內附的4GB SDHC卡（High Capacity SD Memory Card，即高容量SD存儲卡）作為存儲介質，在13/9/6Mb/s的碼率下，分別可以錄40/60/90分鐘的高清影像。
記錄到磁盤上的信號可通過HDMI(高清多媒體接口)與具有同種接口的彩電進行連接，實現高清畫面的回放。如果沒有HDMI接口，也可以用復合視頻或S端子與電視相連，當然這樣就失去了高清攝像機的清晰度優勢，不過實踐證明，仍然比普通的標清信號要清晰的多。
另外，AVCHD格式的高清信號可以通過攝像機的USB接口在裝有隨機配備的專用AVCHD播放軟件的電腦上進行播放，攝錄好的光盤也可以通過兼容AVCHD的藍光驅或獨立的藍光DVD播放，但是普通的DVD播放機，即使支持MPEG-4格式，也不能回放AVCHD 基于MPEG-4 AVC的壓縮格式。除了播放環境相對比較苛刻外，因為目前缺少編輯軟件的有力支持，AVCHD格式目前還無法像DV那樣在PC上進行廉價、便捷的后期編輯。因此AVCHD高清攝像機的主要用途還主要表現為記錄完畢后用高清電視進行回放觀看，在PC平臺上方便而流暢地作后期編輯尚需假以時日。