MPEG-4技術的應用將使當前很多提供聲音和數(shù)據(jù)服務的系統(tǒng)得到進一步的擴展，根據(jù)涉及 ISO標準的版本、部分、類（profile）和等級（level）的不同，MPEG-4 對應不同的技術。本文將討論所有不同的MPEG-4技術，研究MPEG-4的需求、架構和實現(xiàn)策略，并討論計算需求以更好地理解MPEG-4的實現(xiàn)。

　　MPEG-4 標準活動開始于1995年，至今還在不斷發(fā)展之中。此標準由如表所示的16部分組成，本文將詳細討論該標準的第二和第十部分，這兩部分是關于視頻編碼處理。在很多出版物中經(jīng)常出現(xiàn)MPEG-4，但常常并沒有嚴格區(qū)分出MPEG-4到底是用軟件還是硬件來實現(xiàn)的，本文試圖更明確闡述“MPEG-4”這個術語。有關MPEG句法的一部分新版本使標準實現(xiàn)向后兼容，這是MPEG-4的第二部分。在新的不能后向兼容的技術引入MPEG標準后，在2001-2003期間又創(chuàng)建了MPEG-4的第10部分，即視頻編碼（AVC）。

圖1：不同類/級的每秒宏塊數(shù)。

　　標準的創(chuàng)建需要通過工作草案（WD）、委員會草案（CD）、終委員會草案（FCD）、草案國際標準（DIS）、終草案國際標準（FDIS）和終國際標準（IS）這一系列過程，在該過程中伴隨著技術的匯集、融合和應用。標準的修正通常都會增加更多的類，MPEG-4 的第二版修正1和2就增加了FGS類，而修正3又增加了簡單可擴展level 0和簡單可擴展level 3b。MPEG的類規(guī)定了用于協(xié)同操作點（interoperability point）的技術，等級規(guī)定了一個類的范圍或大小。此外，MPEG還定義了碼流和解碼器的一致性問題，但并沒有直接規(guī)定解碼器的功能。

　　壓縮技術與MPEG-4

　　為了更好地理解類和等級，先了解MPEG-4的簡單類（Simple profile）和類（Core file）。簡單類采用矩形I幀和P幀，具有基于運動補償離散余弦變換（ DCT）基本功能的編碼處理。I幀為幀內編碼，而P幀為幀間編碼，這兩類編碼方式是為了降低冗余信息。類可以采用I幀、P幀和B幀視頻對象平面（VOP），并具有采用二進制形狀定義的任意形狀編碼功能。因此，如果采用類則必須開發(fā)出一種形狀自適應DCT來實現(xiàn)與類的互操作，而在簡單類中需要采用標準的8×8 DCT技術。

　　在MPEG的術語中，等級表示在一個類中的參數(shù)范圍。一些重要參數(shù)有：對象數(shù)量、量化表數(shù)量、視頻復雜度驗證子（VCV）緩沖大小、VCV解碼器速率（單位：kbps）。緩沖器大小和速度的限制，以及類采用的技術所規(guī)定的操作點（ operate point）都明確定義了該類適合的應用領域。例如，假如互聯(lián)網(wǎng)流媒體聯(lián)盟（ISMA1.0）決定在兩個操作點之間的互操作，對于視頻部分他們可以選擇Simple@Level1和Advanced Simple@Level3。開發(fā)工程師可以根據(jù)所要求的信道碼率和處理要求，選擇一個成本效益的類和等級。

圖2：對給定FPGA可以支持不同操作點。

　　MPEG-4復雜度變化

　　隨著數(shù)字視頻的廣泛應用，目前已經(jīng)存在多種不同的MPEG-4解決方案復雜度。由于存在好幾種不確定因素，使得在設計一個復雜的視頻編解碼器之前很難確定真正所需要的計算能力。由于MPEG參考代碼的編制過程中會有若干公司和會員單位參與，盡管代碼在功能上是正確的，但在實時性和存儲器管理上并沒有實現(xiàn)優(yōu)化。事實上，MPEG-4有第5部分的參考軟件和第7部分的優(yōu)化參考軟件。即使是優(yōu)化的參考軟件，由于它必須避免采用特定供應商的處理器代碼，因而比商業(yè)解決方案還是慢3到5倍。目前有兩個獨立于處理器的評估工具可以幫助評估MPEG參考代碼的復雜度：IMEC公司的Atomium工具評估軟件的內存轉移情況，而EPFL SIT工具以運營商的角度來評估化情況。這些評估工具的作用就是要給出在MPEG-4 的類中的某項技術復雜程度的總體認識。

　　在了解了不同的MPEG-4 技術的計算復雜性之后，下一步就是要知道編碼器和解碼器需要處理的原始數(shù)據(jù)量，通過了解每秒中宏塊數(shù)量就可以輕易地得到該數(shù)據(jù)。圖1中列出了簡單類的level 1到level 3，類的level 0到level 5，主類的level 2到level 4。值得注意的是，除了三個類的技術不同以外，不同操作點在單位時間內能處理的數(shù)量具有很大的差異。此外，如果包含了演播室類（Studio profile），這個范圍可以達到每秒三百萬個宏塊。

MPEG-4 的實現(xiàn)表：MPEG-4的不同部分和功能描述

　　假定你能夠確定一個或一系列操作點，怎樣才能實現(xiàn)實時操作呢？通過正確的MPEG-4技術的類估計，為滿足類似于每秒內的宏塊數(shù)的系統(tǒng)級參數(shù)的并行特性要求，將采用一種具有軟件配合的視頻管線架構（video pipeline architecture），F(xiàn)PGA可以提供這種必要的并行特性來實現(xiàn)實時的、具有成本效益的視頻編解碼器?？紤]硅器件的MOPS（百萬操作每秒）參數(shù)，目前有約2,000MOPS的通用處理器，而采用DSP處理器可以將這個數(shù)字提高到約8,000MOPS，但存在數(shù)據(jù)流由限運算單元處理的缺點。帶有專用處理引擎的媒體處理器，如位運算單元可以將該參數(shù)提升到 20,000MOPS，但FPGA和ASIC具有更高的設計自由度，可以擴展到100,000MOPS以上。

　　FPGA基于 SRAM技術的特點使其具有可再編程功能。因此，對于一個給定的FPGA設計可以支持幾種操作點和不同的信道數(shù)，如圖2所示。在必要的情況下，不同的MPEG-4技術還可以編程在同一個FPGA中，在不超出FPGA計算能力條件下，甚至還可能支持MPEG-4標準未來的類和等級。像ISMA這樣的系統(tǒng)級要求經(jīng)常具有不同的操作點以滿足不同的應用需要，利用FPGA的重編程的特性可以開發(fā)出足不同市場需求的設備。