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关于MP4播放器,你知道多少?
2005/9/24 8:57:09
 

以下有些关于MP4的文章,供大家作为了解之用。

(一)

MP4不等于MPEG4!

熟悉数字音频格式的消费者都非常清楚,MP3,12:1的高压缩比和较好的音质使其风靡了全球,不过其开放性的结构导致了MP3不受音像出版商的欢迎,于是MP4诞生了。早在上个世纪末,美国AT&&T公司研发出一种基于MPEG2-ACC技术的音频格式:压缩比更高,音质更好,最重要的是,这种音频格式对版权保护和加密方面有独特的设计。GMO(Global music one)公司更一举推出了基于这种技术的音频产品,而MP4就是这种音频产品的商标,其主要应用于音频格式的播放和授权复制等方面。当然,由于种种原因,MP4只是昙花一现,很快就消失在数字音频的滚滚洪流之中。

  时至今日,流行的MP4播放器显然不是用以播放MP4音乐的机器,而是“借尸还魂”的新兴硬件产品。不过MP4播放器仍在初期阶段,其硬件配置存在不同差异,因此对MP4播放器的标准定义也就千奇百怪起来。有些厂商把不带闪存的MP3播放器称之为MP4,通过外接记忆卡或闪盘作为存储介质;也有厂商剑走偏锋,将MP4播放器当作电脑数码产品与家电影音的无缝接合;还有部分厂商则把MP4播放器定义为除了能听之外,还应该是可以看的,或者是更强功能的多媒体影音中心。就目前而言,虽然MP4播放器的标准依然迟迟未定,但某些知名国际厂商已经迫不及待地推出多款新产品来抢占MP4播放器的阵营,它们大多以硬盘为载体,均能够播放MPEG-4视频和音频文件,有些甚至还伴有DV、DV的功能,颇有领导MP4播放器未来趋势的势头,愈发让“MP4就是MPEG-4的缩写”这一谬论显得更加真实起来,使得MP4播放器名正言顺地成为新一代的MPEG-4随身看设备。

(二)

MP4播放器就是一种能够有助于提高生活品质的产品,随着这种产品的出现,人们可以在旅途中观看电影,让原本枯燥的旅途变得充满乐趣,让你在外出进行视频演示时变得轻松。

什么是MP4播放器以及MP4的形成技术

顾名思义,MP4播放器是一个能够播放MPEG-4文件的设备,它可以叫做PVP(Personal Video Player,个人视频播放器)也可以叫做PMP(Portable Media Player,便携式媒体播放器)。现在对MP4播放器的功能没有具体界定,虽然不少厂商都将它定义为多媒体影音播放器,但它除了听看电影的基本功能外还支持音乐播放、浏览图片,甚至部分产品还可以上网。但为了强调便携的特征,我们在这里所讨论的MP4播放器都将以便携、播放视频为准则,它们可以通过USB或1394端口传输文件,很方便地将视频文件下载到设备中进行播放,而且应当自带LCD屏幕,以满足随时播放视频的需要。

硬盘MP3播放器为MP4播放器提供了一个成熟的机体设计方案,但这远远不够,MP4播放器不仅需要对机体大小有所限制,更重要的是需要一种压缩效率更高、画质更好的视频压缩技术以及相关的适用于便携设备使用的解码芯片出现。

MPEG-4技术的出现使得高品质视频能够被压缩得更小,这一点很多用户已经在通过不同渠道所得到影片中得到印证,而且由于推出时间长、支持公司众多,你能够很方便地获得这方面的影片资源。但真正给MP4播放器带来好处的编码器则是MPEG-4的衍生技术—Divx、Xvid。

不过在享受高质量视频编码技术的同时,MP4播放器也遇到一些困难:由于MPEG-4编码技术复杂而且数量众多,以Divx、Xvid为例,Divx技术编码的AVI视频文件可以叫做MPEG-4,而以Xvid编码的AVI视频文件也可以叫做MPEG-4。两种完全不兼容的编码格式所生成的MPEG-4文件都采用了相同的扩展名,因此播放器如何快速、完美地兼容编码不同的文件是一个值得关注的问题。

MP4播放器需要一个相当强大的解码处理芯片来完成对视频文件的解码过程,如果您是一个使用计算机时间较长的用户应当可以记得在Divx编码器问世之初,编码器开发者就推荐使用主频为400MHz以上的计算机来完成解码(Xvid编码器出现较晚,但解码数据量同Divx基本相同)。尽管专用DSP芯片与CPU芯片所侧重的应用不同,但由此可见,MP4播放器对芯片计算能力的要求并不简单。不仅如此,由于MP4播放器属于便携设备,因此还需要芯片整合许多功能(如支持LCD显示,CF、SD存储卡,或硬盘接口控制器等)且能耗较低,正是由于这些苛刻的要求才令MP4播放器姗姗来迟。

庆幸的是现在MP4播放器有很多高性能DSP芯片可以选择,不仅Intel推出了高性能的Xscale处理器,而且像TITMS320DSC21/DSC25/DM270/DM310、Sigma Designs EM8510等成熟的专用芯片也相继出现,它们能够支持LCD显示、USB 2.0/IEEE 139、硬盘接口控制功能,还可以支持MPEG-1、MPEG-2、DivX文件解码,而且可以保持在720×480的分辨率下30帧/秒的解码速度,在功能以及性能上为便携式播放器拓平了发展的道路。

严格来讲,MPEG-4包括视频、音频编码两部分,MP4播放器普遍可以支持MPEG-4视频播放,但目前能够支持MPEG-4音乐编码的播放器则为数甚少,绝大多数产品只能支持MP3或其它规格的音频格式。但这并不能说由于不支持MPEG-4音频解码播放器就不能称之为MP4播放器,相反我们认为播放器实现视频解码的重要性远大于实现音频解码的重要性,因为只有这样才能在本质上拉开与音乐播放器之间的差异——对于个人娱乐而言,实现视频播放的意义远大实现MPEG-4音频播放。


MP4播放器的优点很多,它能够直接播放高品质视频、音频,也可以浏览图片以及作为移动硬盘、数字银行使用;更有产品还具备一些十分新颖、实用的功能,例如爱可视AV420能够录制视频,它可以将来自DVD、电视等设备的信号以MPEG-4格式保存在硬盘中;中基超威力即将推出的MP4播放器支持PIM管理以及无线网络功能,可以在无线环境普及后发挥出更多作用。而且现在我们所见的到MP4播放器,大多数都带有视频转制等专业的视频功能,并具备非常齐全的视频输入/输出端口,因此它们携带的视频文件能够在很多场合中播放,尽管这对一些仅在旅行途中使用播放器的用户没有更多的实际意义,但对于一些经常做视频演示的用户则十分有用,因为MP4播放器能够方便地接驳投影机以及电视等输出设备。

从个人使用的角度来看,MP4播放器的最大优势在于体积小巧,携带方便,能够随时、随身播放视频。但是能够满足这些条件的产品则不止专用播放器一种,掌上电脑便是一个竞争对手。虽然无法在功能上直接将两者进行对比,但是仅就本机的视频播放功能上来看两者没有本质差别,但掌上电脑具备更多的功能,而且售价相对更为便宜。如果你使用MP4播放器的频率不高,那么选择一个掌上电脑来替代MP4也未尝不可。





(三)

MP4的背后:MPEG-2 AAC


介绍篇
1、MPEG-2 AAC 与 MP4

MPEG-2 AAC(Advanced Audio Coding),简称A2B或AAC,是目前MPEG音频家族中较新的成员。MP4是基于这一技术而形成的一种商品。

之所以说MP4是一个商品,是因为MP4出现的主要目的就是意图采用一种带有版权限制的音乐格式去取代目前在网络上泛滥的MP3。AT&T公司对MPEG-2 AAC技术进行了一些改良,增加了最关键的音乐传播认证技术,这样就形成了MP4这一种东西。

2、MP4的加密技术

在这里简单说一下MP4里面使用到的加密技术:首先要认识到的是这一切都离不开网络的帮助。在网络上出售音乐的公司需要为自己的客户创建一个所谓的安全数据库,每一个用户都需要在这个数据库里面创建一个唯一的密钥。当用户以播放、复制、出售等方式去处理手头的音乐时,一切的活动都必须通过这一个密钥,结合音乐格式内含的限制信息,去查询安全数据库中的许可协议,看看用户究竟有没有做这种活动的权力。数据库中的许可协议可以应用户要求随时修改,使得MP4歌曲本身包含的版权信息也可以随时更换。

3、MP4的前景

虽然MP4有很多先进的优点,但在与MP3竞争的过程中鹿死谁手还有待分晓。关键原因是MP3的使用没有任何限制,这种特性在本来就没有限制的网络上得到充分体现。相反的是虽然AAC技术是公开的,但MP4本身却是受到严格的专利和使用许可证保护的。毫无疑问这肯定使得MP4的应用范围非常狭窄。而且,现在网络上应用了AAC技术的声音格式、编码器、播放器等由于最终文件格式的原因而基本上互不兼容。这一点非常致命:用户要选择一棵树,然后在那棵树上吊死。

要消灭一种正在流行中的东西是需要用很长的时间的。而且,新的音乐技术已经诞生,比如MPEG-4的Structure Audio,可以实现完全无失真、100:1的音频压缩,到了新技术流行的时候,MP4相信也会很快被淘汰掉。

技术篇
4、MPEG-2和MPEG 2.5

MPEG-1和MPEG-2在音频方面都使用相同的音频编解码家族: Layer-1, -2 和 -3共三层。数字越小,相对应的技术就越简单,越容易实现。MPEG-2的新音频特性主要表现在MPEG-2具有低采样率扩展以满足只具备非常有限的带宽的应用范围。新的采样频率为: 16, 22.05 或 24 kHz, 比特率则扩展到 8 kbps。

MPEG-2标准允许比特率低到8kbps,在该种情况下,实际有效的音频带宽需要做出限制,比如限制到3khz。因此,实际的采样率会被减少到8khz。采样率越低,频率分辨率就越好,时间分辨率就越差,流格式中控制信息和音频数据的消耗比就越好。由于MPEG-2定义的最低的采样率为16kHz,于是Fraunhofer便对此进行扩展,将原来MPEG-2所支持的低采样率再除以2,得到: 8, 11.025, 和 12 kHz ,称为 "MPEG 2.5"。在第三层的音质表现上,8 kbps @ 8 kHz 或 16 kbps @ 11 kHz 明显比 8 或 16 kbps @ 16 kHz 要好。



4、AAC技术

AAC于1997年形成国际标准ISO 13818-7。在MPEG-2制订的早期,本来是想将其音频编码部分保持与MPEG-1兼容的。但后来为了适应演播电视的要求而将其定义成为一个可以获得更高质量的多声道音频标准。理所当然地,这个标准是不兼容MPEG-1的,因此被称为MPEG-2 AAC。换句话说,从表面上看,要制作和播放AAC,都需要使用与MP3完全不同的工具。


5、AAC的工作方式

AAC之所以不兼容MP3,关键是它使用了不同的压缩处理算法,并且增加了许多新的特性。AAC使用了一种非常灵活的熵编码核心去传输编码频谱数据。

我们来看看MPEG-2 AAC 是如何工作的。首先,音频数据通过多相积分滤波(PQF)被分离为四个标准的子带。对于每一个子带都传输一个独立的增益,作为边信息(side information)。在增益控制下的子带数据然后以长度为256的MDCT来(对于瞬时条件长度为32)转换。在MDCT中使用的窗口是 Kaiser-Bessel derived (KBD) 或正弦窗,两者的频谱特性不相同可适应不同的信号。在瞬时条件下使用较短的窗口以改善时间分辨率。

MDCT 系数通过两个预报帧获得预报, 对于每一个频段使用一种独立的LMS-adapted (Least Mean Square最小均方)预报器。这改善了恒定信号的编码效率。预报后的残余被非均衡地量化并使用11种Huffman编码中的一种来编码。

MPEG-2 AAC 还包括许多可选的附加特性。最令人感兴趣的是暂时噪音抑制(Temporal Noise Shaping),该技术主要对瞬间信号起作用。

6、技术指标:

音质特性:
CD 质量 96-128 kbit/s
扩展比特率: 8-64+ 千位/秒/通道
扩展采样率:8-96kHz (优于CD质量)
多通道声音:48 个主要音频通道,16 个低频增强通道,16 个集成数据流, 16 个配音,16 种编排

编码/解码技术:
基于MDCT的滤波器段和块(窗口)切换
1024 系数长块增益编码
128 系数短块时间分辨率编码
开始/停止块
暂时噪音抑制(Temporal Noise Shaping):使用预报分散量化噪音。
预报:对相关信号使用LPC语音编码技术
联合编码:消除立体声冗余M/S (L+R/S-D), 或 R/L 联合强度。
比例因素:对频谱系数分段共享增益值以抑制噪音 (长块时使用49波段)
量化: 量化分辨率系数微调。(4/3 power)
无噪音编码:通过huffman编码消除波段和段落中的量化频谱冗余(11种编码方式)


标准原型:
霍夫曼(Huffman)编码
量化和比例缩放
M/S 矩阵
强度立体声
通道耦合
回溯的适应预报
暂时噪音抑制。(TNS)
修饰离散余弦变换(IMDCT)
增益控制和混合滤波段(多相积分滤波polyphase quadrature filter (IPQF)+IMDCT)

其中,最重要的新技术是回溯的适应预报,45% 的编码时间花在了这一技术上。不过,解码立体声音频流只需要奔腾100的一半CPU时间。

低复杂程度的原型:
无预报
TNS 限制在12个系数内,但仍然跨越18 kHz 的带宽

可缩放采样率原型:
无预报
无耦合通道
增益控制
混合滤波段(IPQF + divided IMDCT)
TNS 限制在12个系数内,同时限制在 6 kHz 带宽内。


7、AAC专利许可协定

AAC与MP3相比,在专利限定方面要强烈得多。
(DVOL本文转自:中国DV传媒 http://www.dvol.cn)

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