移動通信視頻技術Nancy Codec

目前視頻領域所采用的壓縮技術主要是MPEG-4以及MPEG系列技術。在實際應用中采用這種技術對圖像進行再壓縮及進行復雜的編輯工作。雖然MPEG-4以及MPEG系列技術已經獲得了較高的壓縮比，但欲在2.5G甚至2G移動通信網絡上采用這種圖像壓縮格式實現動態圖像的傳送是比較困難的，所以一般情況下認為，移動通信的視頻服務是從3G開始。

　　在2G或2.5G網絡上提供動態圖像服務，可為運營商帶來巨大的利益，也將使移動用戶享受更多更豐富的移動服務。Nancy Codec技術正是為此目的而開發的。目前，中國移動在2.5G網絡上推出的動畫郵件服務（彩信業務之一）就采用了該技術，主要通過軟件程序實現其動態圖像傳輸功能，使得在彩色液晶手機上輕松享受動態圖像傳輸的樂趣。這和為3G而開發的手機動畫技術相比，更能為移動終端制造商、移動運營商和廣大的用戶帶來利益。

　　2 Nancy Codec與MPEG4比較

　　在視頻壓縮技術中，MPEG4技術的地位是相當高的。MPEG4是MPEG（Moving Picture Experts Group）專家組繼成功定義了MPEG-1和MPEG-2之后推出的一個全新標準，它能支持碼率低于64kbps的多媒體通信。

　　MPEG4在矩形幀視頻編碼的基礎上，為了實現內容的交互功能，引入了視頻對象面（Video Object Panel）概念。它是將圖象序列每一幀中的場景，看成是由不同視頻對象面（VOP）所組成，MPEG4的視頻編碼是圍繞VOP進行的，主要分為形狀編碼、編碼編碼、運動預測和運動補償編碼，編碼算法中則主要采用了離散余弦變換和動態預測補償等手段。在離散余弦變換中為了達到較好的精度使用浮點算法，而浮點算法本身的運算量就很大，再加上動態預測補償的計算量，使得普通運算器不太可能完成這樣的任務，故通常情況下進行MPEG4編碼和解碼時都采用了集成浮點算法單元的CPU。如果將MPEG4處理芯片集成在移動電話上，將會造成移動電話芯片尺寸過大，不利于移動終端的制造和銷售。

Nancy Codec是日本OFFICE NOA公司開發的一項技術，與業界公認標準MPEG4相比，在技術上有很大的不同。在Nancy Codec中，它并沒有采用目前流行的離散余弦變換及小波變換，而是使用了OFFICE NOA獨自開發的SMSP（Structured Meta Scale Polygon，結構化比例多邊形）技術，將圖像按不同形狀與尺寸進行模塊化分割，然后再壓縮。它是一種全新的算法，不需要進行動態預測，完全擺脫了通過使用變換頻率的手段來實現高頻成分時所產生的損耗，也擺脫了動態預測的束縛。Nancy Codec只需運用簡單的算術算法如整數的加減。字節變換和比較等運算就可以完成畫面處理，故它能在采用8位CPU的平臺上運行，這樣的要求能使移動電話可以采用小尺寸的芯片進行視頻的壓縮和解壓縮。

　　在視頻編輯上，MPEG4及MPEG系列很難對圖片進行再壓縮，再壓縮將會引起圖像質量降低；而且難以進行復雜的編輯工作。而Nancy Codec則不會因為再壓縮而引起畫質降低，并且可以自由地進行編輯和轉換。兩者在視頻編輯上的區別可以從以下兩點進一步進行比較：

　　（1）非線性編輯壓縮率

　　在源視頻信號數字化的情況下，使用MPEG進行無損壓縮，最多能達到源文件大小的二分之一，但同等情況下，Nancy Codec能達到三分之一甚至十分之一。

　　（2）壓縮視頻的編輯

　　編輯壓縮視頻時，MPEG4通常需要特殊的應用程序，且在視頻編輯和再壓縮時一般都將會引且視頻損傷；Nancy Codec不需要特殊的應用程序，在編輯或再壓縮時只要使用相同的多數，將不會出現圖像質量損傷。

　　由于Nancy Codec在視頻處理時的基本出發點與MPEG4不同，使得Nancy Codec在移動通信的應用上比MPEG4更具有優勢。下面將從三個角度對MPEG4和Nancy Codec進行比較。

2.1 編解碼器處理能力需求

　　用MPEG4進行視頻壓縮的運算量是相當大的，并隨著圖像分辨率的提高運算量急劇上升，經計算，分辨率和運算量間呈平方關系。如MPEG4在壓縮時若將分辨率提高一倍，運算量將為原來的4倍。Nancy Codec的運算量與分辨率間呈簡單的線性關系。

　　在目前的移動終端中，核心處理器的處理能力是比較低的。對于MPEG4而言，在僅靠軟件的情況下，即使使用高性能平臺欲實現全CIF圖像格式（24位色、30幀/秒、72O×48O像素）的實時視頻壓縮，也是相當困難的。通常情況下MPEG4的編解碼需采用獨立的硬件進行處理。

　　在采用Nancy Codec的情況下，只要處理能力13OMIPS左右的處理器利用軟件便能實現CIF圖像格式（24位色、3O幀/秒、352×258像素）的實時視頻壓縮。實際移動通信視頻應用，QCIF的圖像格式（15～24位色、15幀/秒、176×144像素）就能滿足實際的需求。這種情況下，只要求處理器的處理能力達到17MIPS，由此可以看出Nancy Codec對硬件的依賴性小，易于在現有移動電話的硬件平臺上實現視頻的實時壓縮。

　　2.2 編解碼延時

　　MPEG4為了提高壓縮率以適應低碼速傳輸，使用了幀間雙向預測，這樣在壓縮和解壓縮時將分別出現至少3幀的延時，故MPEG4由于其自身算法的原因將至少出現6幀的延時。而Nancy Codec在這點上與MPEG4完全不同，編解碼時沒有任何延時，更能符合當個移動用戶對實時化視頻的要求越來越高的趨勢。

　　2.3 誤碼影響

　　在MPEG4中，對VOP的編碼是采用幀內編碼和幀間預測編碼相接合的方法，使得數據間相互關聯，當某一數據幀中的部分數據發生錯誤時，該幀圖像以及在它之前或之后的圖像將被破壞或變得不連續。

　　Nancy Codec與MPEG4不同，它首先將圖像分成若干個小單元然后再進行壓縮，數據間相關性小甚至不相關。當發生誤碼，只有相應的部分區域的圖像遭到破壞，誤碼對圖像的影響被限制在一個相當小的區域。

　　移動通信中無線鏈路易受外部傳輸環境影響，比較容易發生誤碼，這使得Nancy Codec在移動通信上比MPEG4更具有實用性。

　　3 Nancy Codec應用前景分析

　　Nancy Codec應具有廣闊的應用前景，可以從以下幾方面進行分析：首先是技術優勢，由于Nancy Codec在視頻壓縮上是基于軟件實現的，硬件處理能力只需MPEG4處理能力的10％，而算法又比MPEG4快1倍，壓縮編碼僅為MPEG4的十分之一，使利用現有移動通信網絡傳送視頻圖像有實際應用意義；其次是芯片制造商的積極跟進，目前已有多家公司推出了支持Nancy Codec的數字信號處理芯片，包括德州儀器、愛普生等；最后是眾多移動運營而的支持，目前已有日本J-phone和中國移動利用這項技術在實際的2.5G網絡中為移動用戶提供前3G視頻服務，同時泰國、新加坡等國家的移動運營商以及中國聯通公司也正準備把這項技術引入2.5G移動通信網絡。

　　雖然Nancy Codec在發展應用方面具有前面幾個利好因素，但它也存在一些的問題：由于日本OFFICE NOA公司獨家擁有這項技術，受知識產權及其他方面的因素影響，在技術上不可能很開放。這一方面不利于該技術的進一步發展，另一方面有可能因為各方利益關系造成推廣應用困難。

　　4 結束語

　　MPEG系列技術雖然已成為行業標準，但由于芯片的耗電量大以及半導體工藝復雜，集成到移動電話上將面臨電力供給和終端價格等問題，即使隨著半導體技術的進步使得這些問題得到解決，Nancy Codec在視顧處理上的優越性也是相當明顯的。