MPEG-7及其在广播电视中的应用

    [摘要]：本文对即将出现并将会在未来的多媒体信息管理中大放异彩的MPEG-7做了较为系统、深入的介绍，并重点讨论了其对未来的广播电视领域所带来的新的机遇。

1．引言

    目前，整个世界正在进入数字化、网络化、一体化的信息时代，信息已经成当今社会人类生活不可缺少的一部分。因此如何获取和利用信息也就成了人们所探讨的热门话题之一。因特网的出现，拉近了人与信息之间的距离，它使人们足不出户便可享受外面的大千世界，不过尤为重要的是因特网给人们提供了一种更好地管理信息和有效地利用信息的一种工具。通过它，人们可以方便地检索到自己所需要的文本信息，并能有效地再利用之。然而，据统计人类依靠视觉获取的信息占全部获取信息的70%以上。因此，如何向因特网检索文本信息一样对视音频信息进行管理、检索和再利用已经成为人们普遍关心的问题之一。
    为了解决上述问题，出现了所谓的“元数据（Metadata）技术”，即从某种意义上说也就是用来描述数据特性的数据。在这里，视音频信息的表征完全与传统的基于波形、基于采样、基于帧（如MPEG-1和MPEG-2）的表征不同，甚至与目前最新的多媒体通信的标准MPEG-4中所采用的基于对象的表征也完全不同。此时，对一幅图象的表征不在是象素的采样值，而是图象的物理特征和时间信息，这种对信息的表征即为元数据，元数据也同样能够被存储和处理。元数据技术的出现，使得基于视音频信息内容及其它特性（如版权等）的管理、检索及再利用成为可能；元数据技术的出现，也使得对视音频信息技术出现新的应用成为可能。并可能由此带来巨大的社会效益和经济效益。目前，世界上已有一些官方或非官方的组织在研究元数据技术，如：Dubin Core Group, SMPTE/EBU Task Force, the World Wide Web Consortium(W3C)等,他们都各有自己的侧重点，并针对某一类特殊的应用环境。而Moving Picture Experts Group(MPEG)提出的MPEG-7则是对尽可能通用的应用环境而提出的，本文即主要对MPEG-7的结构和框架做一介绍，并重点讨论其在广播、电视中的应用。

2．MPEG-7结构框架及应用背景

    在二、三十年以前，对视音频信息的处理还是非常容易的事，这主要是由于当时的视音频信息相对缺乏的缘故。然而，随着科学技术的迅猛发展，对视音频信息的需求也越来越广泛，可以预计在未来的几年中，人们将会面对大量的、缘于各个方面的视音频信息，因此，如何对这些视音频信息进行快速、有效、准确的搜索和定位显得异常紧迫。MPEG-7便是为了针对解决这一问题而提出的。事实上MPEG-7旨在建立一套全面、广泛的多媒体信息描述工具，并且它与被描述的信息是何种形式无关，MPEG-7的描述信息工具甚至可以应用在传统的模拟视频及一张纸画上。通过它人们可以实现对多媒体信息更有效的管理和应用，如人们可以非常迅速、准确地找到自己所需的多媒体信息，而这在以前几乎是不可能的事。另外，MPEG-7并不把自己局限在对多媒体信息的检索和管理的应用上，MPEG-7还可以扩展到象广播电视的频道选择（通过对用户的喜好设置频道）、多媒体编辑等应用上。
    MPEG-7对多媒体信息的描述目前主要包括以下几个方面（当然，随着应用的不断深入，MPEG-7也在不断的扩充和完善）：
    ● 有关媒体制作方面的信息（如媒体的制作商、标题等）；
    ● 有关媒体使用方面的信息（如媒体的版权、使用记录等）；
    ● 有关媒体存储方面的信息（如媒体的编码方式、存储格式等）；
    ● 有关媒体时间域、空间域方面的信息（如媒体中的场景切换、区域分割等）；
    ● 有关媒体特征方面的信息（如媒体的灰度、纹理、音频特征等）；
    ● 有关媒体内容表述方面的信息（如媒体中包括的对象、事件及其之间的相互关系等）。

    上述有关对媒体信息六个方面的描述，可以根据不同的应用环境，选取不同的描述信息组合在一起，它们并不一定要同时出现对媒体的描述信息中。
    在MPEG-7中对媒体信息的描述与所要描述媒体的内容是密切相关的。但是并不要求用户的查询信息与被查询媒体类型完全相同，例如，用户可能会通过与视频信息有关的音频或文本信息来查找该视频信息。至于用户的查询信息如何与媒体描述信息相匹配，那则是搜索引擎所负责完成的事，而并不在MPEG-7中规定。
    正是因为MPEG-7的应用非常之广泛，所以M PEG-7需要建立一个灵活的、可扩展的结构框架，以便将来可以描述越来越多的不可预知的多媒体信息。因此，MPEG-7并不是定义了一个多媒体信息描述系统，而是定义了一套可以用来对多媒体信息进行不同程度描述的方法和工具。MPEG-7它主要包括：
    ● 描述符（Descriptors，abbr. D）：对实体特征的描述；
    ● 描述方案(Description Schemes，abbr. DS)：规定了描述方案中各元素之间的结构和关系，这些元素既可以是描述符又可以是描述方案；
    ● 描述定义语言(Description Definition Language，abbr. DDL)：规定描述方案的语言，描述定义语言允许对现有的描述方案进行修改和扩展；
    ● 系统工具，系统工具用来将描述方案、同步、传送机制以及被编码的描述信息复用在一起以保证高效的存储和传输。
    由于MPEG-7是针对多媒体内容描述的接口，因此MPEG-7并没有包括对文本信息的描述，但是MPEG-7也充分考虑到了现有的文本信息描述方法并支持它们作为描述视音频信息和描述文本信息之间的接口。
    为了更加清楚地说明MPEG-7的结构框架和具体的应用环境之间的关系，图1给出了一个MPEG-7的应用框架模型。图中需要注意的是，在某些应用场合可能并不需要对媒体的描述信息进行编码，此时，图中的编码器和解码器便可以省略。

图1.MPEG-7应用框架模型

3．MPEG-7在广播电视领域中的影响和应用  

    由上面对MPEG-7的讨论可以看出，MPEG-7支持很宽的应用环境，如：多媒体数字图书馆、多媒体编辑、广播媒体的选择、家庭娱乐设备等。MPEG-7可以使人们实现象现在在因特网上检索文本信息一样检索多媒体信息。
    同样在广播电视领域，由于视音频信息的飞速增长，电视和电影资料馆需要保存的视音频素材也越来越多，这些视音频素材的存储格式（模拟的、数字的）、存储介质（磁带、胶片等）都不尽相同，这使得广播电视工作者面对这些庞大的视音频信息往往感到无从下手，因此，对广播电视视音频素材的管理和检索已变的越来越重要。与此同时，人们也不在局限于对所接收到的视音频信号质量的关注，而对视音频信号的内容也越来越关心，而MPEG-7的元数据便可以满足用户这方面的需求，这种元数据以MPEG-7所规定的格式与视音频信息一起保存起来，这样可以保证视音频信息与用户之间的互操作性，如这些信息可以帮助用户了解正在播出节目的内容、背景、版权、拍摄时间等信息。还可以帮助用户选择他所喜爱的节目，并锁定它。另外，元数据在电子节目指南（EPGs）中也占有重要的地位，它可以使EPGs实现更多、更强大的功能。
    另外，还有过去大量的模拟视音频素材在今后的几年中也将逐渐被数字化，如果这些素材在数字化的同时，按MPEG-7所规定的方法，将其内容表征及说明信息（即元数据）提取出来并与原始素材一起保存（如图2所示），则可以极大地提高这些素材的利用价值。
    MPEG-7还可能突破对传统广播电视设备的理解，开创出前所未有的新的应用领域。如今后可能出现的基于MPEG-7 的“事件触发录象机（EtVCR）”和“事件触发画中画（EtPinP）”。在EtVCR中录象机中，录象机是通过判断用户所设定的事件是否发生来工作的，例如，用户可以设定只记录与体育有关的节目，则当在电视节目中出现体育节目时，EtVCR便开始工作。在EtPinP中，用户可以在观看一个频道的同时，在另外一个频道设置某一触发事件，当该事件发生时，可以中断当前频道而转入设定的频道上去，例如，用户可以设定当足球入门时转入体育频道。

图2. 基于MPEG-7的视音频数据库存储方案

4．小结

    本文对即将出现并将会在未来的多媒体信息管理中大放异彩的MPEG-7做了较为系统、深入的介绍，并重点讨论了其对未来的广播电视领域所带来的新的机遇。
    显而易见，在我们目前所生活的信息化的社会里，MPEG-7将会给我们带来更多、更有价值的服务。例如，你可以通过键入几个声调而检索到你所需要的曲目，你还可以通过画几条线段而检索到所需的图象，更为神奇的是你还可以通过定义某些特定的事件来检索你所需要的信息。总之，在未来社会里，人们需要无时无刻地同各种各样的信息打交道，因此，MPEG-7也将给整个社会带来无限的商机。

参考文献：
    1．  MPEG Requirements Group, “MPEG-7 Requirements Document”, Doc. ISO/MPEG N2727, MPEG Seoul Meeting, March 1999。
    2．  MPEG Requirements Group, “Applications for MPEG-7”, Doc. ISO/MPEG N2728, MPEG Seoul Meeting, March 1999。
    3．  MPEG Requirements Group, “MPEG-7 Evaluation Procedure”, Doc. ISO/MPEG N2463, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998。
    4．  MPEG Requirements Group, “MPEG-7 Proposal Package Description (PPD)”, Doc. ISO/MPEG N2464, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998。
    5．  MPEG Requirements Group, “Call For Proposals for MPEG-7 Technology”, Doc. ISO/MPEG N2469, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998 。
    6．  MPEG Requirements Group, “Description of MPEG-7 Content Set”, Doc. ISO/MPEG N2467, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998, 。
    7．  MPEG Requirements Group, “Distribution of MPEG-7 Content Set”, Doc. ISO/MPEG N2468, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998 。
    8．  MPEG Requirements Group, “Licensing Agreement for the MPEG-7 Content Set”, Doc. ISO/MPEG N2466, MPEG Atlantic City Meeting, October 1998。