東森新聞速報

2008年7月24日 星期四

影像壓縮標準

JPEG靜態影像壓縮標準

  JPEG (Joint Photographic Experts Group,聯合圖像專業團體) 是利用離散餘弦轉換 (discrete cosine transform、DCT) 壓縮技術來儲存靜態影像的檔案格式。JPEG 是將每個影像分割為許多 8×8 圖點大小的方塊,再針對每個小方塊做壓縮的動作,經過複雜的 DCT 壓縮過程,所產生出來的影像檔可以達到 30:1 的壓縮比,但是所花費的代價卻是某些程度的失真,但是這種失真通常是人類肉眼所無法察覺的。

  JPEG 檔案格式可以支援全彩 (二十四位元、16,777,216 色) 影像,影像大小可以至 65,535×65,535 圖點,此外,各家影像處理公司也開發出不同形式,可以支援動態影像的 JPEG。


MPEG動態影像壓縮標準


  MPEG (Moving Picture Experts Group,動畫專業團體) 是近來用於多媒體領域當中,關於動畫儲存格式相當熱門的一種,這種檔案格式通常用在影片動畫 (audio) 的壓縮,其壓縮的速度非常快,而解壓縮的速度幾乎可達到即時 (real time) 的效果,目前在市面上的產品大多將 MPEG 的壓縮/解壓縮動作做成硬體介面卡的形式,如此一來可達到每秒鐘 1.5 MB 到 3.0 MB 的效率,這足可以在個人電腦上播放每秒 30 全螢幕畫面的電影

  MPEG 檔案的壓縮比在 50:1 到 200:1 之間。 目前的 MPEG 可分 MPEG Level 1 到 Level 4 四種,其中 Level 3 是用來壓縮音樂的,其餘三種則是用來壓縮聲音與動畫。利用 MPEG Level 1 壓縮技術,可將 74 分鐘的動態影像和聲音,壓縮在一片 650 MB 的光碟片當中,其解析度是 352×240 (NTSC 模式),而 MPEG Level 2 原本是專門為有線電視和高畫質電視 (HDTV) 而設計的壓縮技術,其解析度由 352×288 至1,920×1,152,但是一般以 720×486 為主。至於 MPEG Level 4 標準則適用如 Internet 等較為低速的通信傳輸,並且支援立體影像壓縮

MPEG它是目前國際上比較成熟的高傳真立體聲訊壓縮標準,有四種規格,即MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3和MPEG-4,其分工如下:
(一)MPEG-1:是最初關於動畫和聲音的數位化編碼儲存,最多可達1.2 Mbps (352×240 for NTSC),並且其格式可適用CD-ROM 儲存與讀取(CD-I和CD-Video format)。
(二)MPEG-2:適用廣播方式(broadcast channel)的壓縮傳送應用,可達4到6 Mbps之多。
(三)MPEG-3:原本是針對高畫質電視(HDTV)的應用,後來已整合在MPEG-2中。
(四)MPEG-4:針對視訊會議系統(video conferences)而設計(10 frame/sec,low bandwidth64 Kbps),尤其適合於ISDN網路,僅需一條B-channel(64kps)的頻寬即可傳送,另外還提供了視覺物件的編碼。

  市場上也有許多將 MPEG 技術製造成硬體壓縮/解壓縮的介面卡,通常它必須配合顯示卡一起使用。


MP3 MPEG-1 Audio Layer 3

簡介 一、什麼是MP3呢?

MPEG1 Audio根據演算法的不同分為以下三個層次: Layer1的壓縮率是1:4(音訊信號速率為每通道384kbps,立體聲),即MP1。 Layer2的壓縮率是1:8(音訊信號速率為每通道256~192 kbps,立體聲),即MP2。 Layer3的壓縮率是1:10~1:13(音訊信號速率為每通道128~112kbps,立體聲),即MP3。 這三種的壓縮效果,使用者可以很輕易地比較其優劣,所以我們一般都只提MP3,而不提MP1、MP2了。

二、MP3有什麼好?

(一) 利用MP3壓縮來降低網路頻寬需求性 Internet是一種全球性的分封交換網路,藉由各式各樣的通信系統將各地電腦連結起來,稍具專業規模的Internet service的提供者在做資料的存取時,都是使用高傳輸率的連結,如:傳輸率2 Mbps的ISDN甚至2 Gbps的ATM網路;但,一般而言,客戶端通常是使用低成本,低傳輸率的連結,如:64 kbps的ISDN、28.8或14.4 kbps的數據機。但實際的傳輸速率端視現在使用者端的負載能力和Internet的基礎建設而定。 站在使用者的角度,我們知道通常網路的傳輸能力是非常不穩定的,若是沒有為audio編碼,想要透過Internet 從遠端伺服器下載高品質的audio檔案,一定會造成冗久的傳輸時間。舉例來說,假設傳輸速率平均為28.8kbps(樂觀的假設),單一首三分 鐘,31.7Mbytes取自CD的樂曲,其下載的時間就要超過兩小時!因此網際網路上實在迫切需要一種適合audio的編碼設計,一方面能儘可能保有 CD的音質,一方面又能容許在眾多的電腦平台上做即時的編碼,不需要再添額外的、特殊的硬體設備。以目前常見的音訊檔案種類中,只有MP3最符合需求了。

(二)高壓縮效率,高播放品質 這位最佳主角MP3,是利用MPEG-1 Audio Layer 3的技術,將聲音用1:10甚至1:12的壓縮率,變成容量較小的檔案,也就是說以前一首未經壓縮的樂曲一分鐘需要12Mbyte,但若使用MP3格式, 享受同樣的播放時間,卻只需要1Mbyte的容量。 雖然這是一種失真壓縮,但因壓縮的比率適當,因此在人耳聽來,一點也感覺不出來它與未壓縮前的差別。使用者仍然可以擁有如CD般高音質(16 bit, 44.1 KHz)的美妙享受!播放這樣人耳聽不出來的失真樂曲,對聽感實在沒有什麼影響,但是卻大大增加了光碟片的內容,降低換片率,而且這些長處還可以應用在樂 曲目錄光碟片、音樂百 科全書光碟片,還有一些造福盲人的有聲書中,真是省錢又省事呢!

三、MP3的實際應用

目 前國外有不少廣播站和電視台是使用ISDN的傳輸方式。ISDN與專線相較起來,它的最大好處是「省錢」;因為使用ISDN,只需依實際傳輸時間的長短來 付費,不像租個專線,要每天付24小時的使用費;不過最大的缺 點就是頻寬窄,要傳送聲音等資料量大的檔案頗為費時。 現在有了MP3,這些問題就可迎刃而解了。有資料記載在1992年,德國已經有私人廣播公司,以ISDN和MPEG-3 codec 取代了傳統的租線,每天傳送20分鐘,八個地區性的節目給廣播站的本部,而這個措施每年至少替站台省下了三百 美金。同年,在Bergen的秋季國際音樂盛會,做了一個實驗,編一首曲子,由位於Bergen的交響樂團演奏,位於Trondheim某間教堂的風琴伴 奏,而這風琴聲就是經過Layer3 codec,透過ISDN傳送來的!所以似乎「家庭音樂會」不會是天方夜譚!往後人們可不必千里迢迢的趕赴音樂會,音樂家只要在彼端專心地演奏,遙端聽眾 在悠閒舒適的家中就能欣賞了。

四、MP3的未來發展性

“Audio-on-Internet”目前是個非常流行的話題。MP3的出現不只有縮短下載audio檔案的傳輸時間,也擴大了audio的應用市場, 像是網路廣播(Internet Radio),網路點歌……,因為Layer- 3可以以16kbps甚至8kbps的速率,傳送比短波還要好的品質! 所以有許多的公司已經在著手研究這類的Internet課題。譬如:Telos(Apple的合夥公司),在1996年九月先引進了 Audioactive的技術來支援網路廣播的應用, 輸入現場聲音,以Layer-3 NetCoder硬體設備加以處理。 同年十二月 Microsoft也宣佈將MPEG Layer-3加入NetShow的多媒體技術之中。而身為多媒體編輯工具大家長的Director Multimedia Studio 2" 和 "SoundEdit16" 也把Mp3整合入shockwave的格式中。此外,關於MP3的製作工具和播放工具方面,有愈來愈多支援各種平台的免費或共享軟體出現,如L3ENC和 Winamp,這些都助長了MP3的發展。

五、如何聽MP3呢?

要聆聽美妙的MP3音樂檔,其播放軟體有不少,如Quick Time, Winamp,……等等。其編歌序的方法則是,以文字檔詳列mp3 的檔名及目錄, 存成副檔名*.m3u 的 list, 選該檔即可。 值得一提的是,要播放mp3,個人電腦最好是Pentium 90以上,而且最好不要同時開啟太消耗記憶體的應用程式,否則容易發生音樂播放時斷斷續續的情形。


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