标准与技术概述

MPEG-4视讯压缩技术，是由国际标准组织（ISO/IEC）底下的委员会MPEG（Moving Picture Experts Group）所制定的。该委员会成立于1988年，并制定过曾荣获艾美奖（Emmy Award）的MPEG-1及MPEG-2标准，成功应用于VCD、MP3、DVD、DTV及HDTV等相关产业，造就电脑与消费性多媒体产业近年来的快速发展。

ISO/IEC给MPEG-4的正式编号为14496，其中有关视讯编解码技术则分别规范在文件的第二部分（14496-2: Visual Part）及第十部分（14496-10: Advanced Video Coding）。 14496-2部分目前已完成第一版（Feb​​. 1999）与第二版（Jan. 2001），里面又细分了多种的Tools、Profiles及Levels来支援各式各样的多媒体应用，包括数位互动电视、行动视讯电话、多媒体储存、多媒体简讯、远距教学及远端监控等。而14496-10的部分目前已大致完成,2003年应有标准问世,DVD Forum正考虑纳入HD-DVD的标准。

MPEG-4除了承袭压缩率较旧有标准提高的特性外，所适用的位元率范围亦可从5 Kbps到2G bps，如(图一)所示，撷取早期标准ITU-T H.261 /263（低位元率编码）与ISO/IEC MPEG-1/2（高位元率编码）的优点；再加上支援物件型态编码（Object-based Coding）及合成影像（Synthetic Video）的压缩；适用于高阶互动功能与特殊视讯制作；容错性编码技术（error-resilient）及细微式可调适性编码技术（Fine Granularity Scalability；FGS），更可适用于频宽变化剧烈的网路现况，如(图二)所示。MPEG-4也因为所具有的优点，而被ISMA（Internet Streaming Media Alliance）、3GPP（3rd Generation Partnership Project）、M4IF（MPEG-4 Industry Forum）、WMF（Wireless Multimedia Forum）， 以及可能包括DVD Forum的HD DVD等国际标准组织选为多媒体编码标准，配合日渐普及的宽频网际网路及通讯与储存多媒体的普及应用，以MPEG-4技术为中心的多媒体网路技术将会是明日之星。

《图一 MPEG 系列的功能比较〈数据源：EETIMES.com〉》

《图二 MPEG -1, 2 and 4模块功能比较〈数据源：Streaming Media.com〉》

实现MPEG-4编解码技术的方式不外乎软体（Software）、韧体（Firmware）与硬体（Hardware）三种。 Software的实现方式指的是用软体程式化（programming）的方式在一般用途（general purpose）的CPU（RISC为主）上，开发完成MPEG-4 Codec的功能，通常以PC、笔记型电脑（Laptop ）或PDA等软体开发环境较成熟、硬体平台较完整的实现最为普遍，也有用于某种嵌入式系统（embedded system）或资讯家电设备（IA device）上做为附加价值（value-added）的开发。

Firmware的开发则是强调以DSP（Digital Signal Processor；数位讯号处理器）为工作核心，以DSP特有的乘加等运算指令集，撰写混合高低阶的程式语言，下载（download）到DSP平台来执行，此种解决方案兼具开发时程短、可程式化（programmable）容易与不错的运算速度（computation speed）等优点。

另一种最具成本效益（cost effective）的就非hardware解决方案莫属了，以专用电路（dedicated circuit）完成解压缩（video codec）常见的惯例（routine）工作，再利用预先设计的firmware 将所有dedicated circuits接合（glue）起来，形成完整的工作排程，如此一来，可将效能表现（performance）推到极致，将来若与SoC（System on Chip；系统单晶片）设计相结合，更可促进多媒体服务应用于通讯、光电与储存设备的大量普及。若另外从台湾产业面来看，发展hardware解决方案的MPEG-4 编解码技术，可垂直整合国内的半导体工业，包含IC设计、设计服务、晶圆代工、光罩、制造、封装、测试，若再搭配矽导国家型计画有关SoC的推动，将对于开发MPEG-4编解码IC的开发有很大的帮助。

技术发展性与应用范围

当初MPEG-4标准一开始制定时，是以低频宽为主要目标，所以在Simple Profile的short header情况下，可与H.263向前相容（Forward Compatible），同时也首次考虑物件型态编码，可搭配物件分割（Object Segmentation）技术，将各个物件分割后，依不同属性予以分组，再加以编码，以增加编码效率、节省频宽及增加视讯合成时的弹性、可编辑性与互动性。后来，为了与网际网路传输相结合，而发展出一系列的动态调整传输频宽与容错性编码技术，正式进入新一代Networked Multimedia时代。而且为了因应高压缩率与高画质的市场需求，正结合ISO与ITU两个国际组织，以ITU-T H.26L为基础，订定适用于储存装置的特高压缩标准，规划为ISO 14496 -10的标准，可望于2003年有第一版的标准问世。

《图三 MPEG -2、MPEG-4 ASP与MPEG-4 AVC的效能比较》

MPEG-4标准一路走来，各种未来应用也一一浮现，综观MPEG-4技术的卓越性，颇有在多媒体通讯与储存方面的产品应用，准备一统江湖的味道，尤其是Video部分。其应用可以分为下面几大类：

《图四 MPEG -4的各种应用》

国内、外技术发展现况及未来趋势

在全球MPEG-4相关计画发展方面，我们可举一些例子来说明，第一个是所谓跨国性，跨公司的e-Box计画，以美国Cable operator、Comcast为中心的MPEG-4 streaming计画，结合日本的Pioneer、Sharp，以及NS、Sigma Design（MPEG-4 decoder provider）、iVAST、Modern Video Film和台湾的CMC所合组的e-Box Corp.，强调于Cable plant的互动式（interactive ）MPEG-4 based video streaming。再来就是iVAST打算porting iVAST Experience Player到 Philips新一代的 Multimedia Processor──Nexperia，其瞄准的产品为新一代数位STB与DVD player等。最后的例子就是大家耳熟能详NTT DoCoMo所推出，以Mobile Video Phone为主要应用的FOMA计画。

而欧美日韩对MPEG-4的应用与技术研发也有计画或合作案的进行。在韩国方面，三星电子决定与Serome Technology共同开发MPEG-4架构多媒体Contents播放解决方案。 MI于2002年初，率先完成MPEG4架构Web Camera的商品化，并已与日本及中国大陆业者签订供货契约。 Infiny Systems开发出MPEG4架构保全用DV​​R，将在近期量产 Symbion System开发出采用MPEG4技术的16Channel DVR，并开始着手量产。Ilryung Telesys目前与ETRI（韩国电子通信研究院）携手，开发整合MPEG4架构家庭保全设备的家庭闸道器（Home Gateway）。第3情报技术开发出MPEG4架构的多方视讯会议系统。 MPEG Solutions推出MPEG4架构PDA，积极抢攻市场。 MclickPlus、OnTimetek与三星电子等业者拥有视讯手机及相关MPEG4技术；netNtv、netCODEC、Serome Technology与MPEG Solutions等业者则开发出MPEG4架构网路广播解决方案等等。

日本在MPEG-4 硬体已发表相当的解决方案，Matsushita、Fujitsu、Hitachi 在ISSCC 2002发表MPEG4 Video ICs，Toshiba已经推出MPEG4解压缩晶片，NEC除了与美国公司PacketVideo行销MPEG4-related晶片，也提供FOMA计画所需的MPEG-4晶片，除此之外Panasonic、Sharp、JVC、Sony等日本公司也都有解决方案问世。

而欧美则有在hardware与software的解决方案，在software方面，Microsoft、PacketVideo、Solid Streaming、DiamondbackVision、UBVideo等业者，则已提供编解码软体。 Microsoft的Windows Media Technologies可提供MPE​​G-4相关的编解码以及串流，是以个人电脑搭配Windows OS为平台。 PacketVideo则获Intel投资，合作开发以StrongARM为基础的行动电话平台，Motorola、NEC、Mitsubishi、Sanyo、Casio等业者也采用PacketVideo软体，应用在各种行动装置上。USBVideo也是一家技术领先的公司,尤其在14496-10的AVC上,已经有解决方案的提供。

ASIC与SoC解决方案为MPEG-4未来趋势

MPEG-4 hardware解决方案可提供高画质的即时编码，将可大量应用于相关non-PC的IA（Information Appliance） 产品上，其主要应用可分为两种：低成本／频宽（Low cost /Bandwidth）的可携式／行动装置（portable/mobile devices） 及应用于娱乐的高效能表现产品，如下一代的STB（Set-Top Box）、高画质（High Definition）DVD player及streaming servers等。以目前及未来市场预测的需求面来看，Low cost/BW的方案因为规格变化大及上市时间（time to market）的设计考量，会先以DSP-based solution先出现于产品上，目前应用产品以DSC（Digital Still Camera）为主，其次为Mobi​​le Phone，PDA 等，但未来考虑市场竞争性与产品整合度、低耗电等因素，ASIC solution，甚至SoC，才会是市场主流，主要供应商包括TI、Toshiba、Panasonic、Zoran、Luxxon、UB Video等；而high performance的approach则在performance的要求下，以ASIC甚至SoC的型态出现，目前应用产品以STB提供VoD（Video on Demand）或PVR（Personal Video Recoder）的功能为主，下一代的HD DVD player亦是主要的应用。目前ASIC solution均只有解码功能较为成熟，主要的供应商以Sigma Design为代表，另外华人在San Jose所开设的Vweb也有不错的表现。

国内MPEG-4 hardware solution的发展现况目前在起步阶段，hardware design的solution部份只有台大系统晶片设计中心有设计，并发表CIC silicon proven过的可实现结果。以DSP为模组设计的有视达发，视达发为TriMedia DSP的应用。另外有一些厂商以Sigma Design的decoder chip晶片及其参考设计所完成的MPEG-4 Set-Top Box系统。国内大部分厂商都看好MPEG-4 Codec加入DSC的应用，以实现DVR的功能，以软体porting在原有的Processor或另挂的Co-processor上，或直接用硬体的方案。

就技术与市场需求来看，目前ISO与ITU-T正组成一个Team， JVT（Join Video Team） ，合力制定更先进的codec standard，AVC（Advanced Video Codec），将会是下一代的MPEG-4晶片主流。三星电子认为此国际标准，将有助于该公司在数位电视、DVD播放机、STB（视讯转换器）、数位摄录机与家庭网路等相关市场，取得数位技术主导权，并可望因此而获致庞大的权利金收入。

技术／产品之产业关联

以MPEG-4 chip相关的应用产品来讲，含盖了通讯、资讯、多媒体储存及光电等领域，其衍生产品就如前所述，有STB、DVD players、DSC、DVR等，将这些系统产品的功能模组做一个大致分类，可粗分为前端（Front end）与后端（Back end）部分。 Front end的部分包括通讯产品的Tuner（or line driver）、demodulator、network and security engine，多媒体储存产品的Servo controller、 security engine与资料存取装置，光电产品的Lens、CCD or CMOS sensor与DSP等部分。Back end的部分，通常以embedded CPU为核心，处理protocols、data forwarding及system control的功能，以MPEG chip（包括JPEG）为主的多媒体辅助硬体，用来处理大量的多媒体资料，以辅助CPU运算量的不足，另外，输出界面的处理，包括NTSC encoder、LCD controller、LAN interface、IEEE1394、USB、IDE controller to Hard driver等都视系统应用所需而考量。

以技术面来分析，多媒体应是由Video（Natural/Synthetic）、Audio/Voice、Graphic（2D、3D等）、Still Image、Text等所谓的medium所组成，所以技术的开发不应只针对某种medium来设计发展。基于研发能量与time to market的原因，可选择某种medium的研发为核心技术，其他medium技术的取得，可由委托与合作的方式来完成，再来整合成所定义的多媒体产品。譬如，我们在开发具备影音传输功能的IA产品时，Video部分通常以硬体module的型态出现，其原因如前所述，而音讯编解码的实现就包括S/W实现于IA processor上、利用另一颗辅助处理器（通常为DSP based的处理器较容易实现音讯编解码中各式各样的滤波器）或考虑用硬体实现等。从系统面的需求，来订定各项多媒体编解码技术与标准的采用，再加以整合设计。

国内外市场现况与潜力分析

在此我们先看看国内外MPEG-4供应商（vendors）的现况，及其所claim的应用范围，以Mobile Phone、DSC/DVC、PDA/MP3及Digital STB/DTV set为主要代表。在MPEG-4 hardware solution的应用方面，我们发现不仅国外vendors目前较聚焦于可携式装置（如Mobile phone与DSC/DVC）的应用，如(表一)；国内厂商更是一致看好其中DSC的应用，以凌扬、旺宏、华晶及松瀚为代表；如(表二)另外，在表中没提到TI OMAP及Intel Xscale在手机的应用，TI OMAP将ARM core（Instruction set licensed from ARM）及自有DSP core整合在一起，提供手机制造商一个CPR（Cost Performance Ratio）不错的solution，将可视为目前MPEG-4应用在portable devices的一个适用平台。

《表一 国外MPEG-4 Chip相关厂商》

《表二 国内MPEG-4相关厂商》

未来MPEG-4晶片的市场将取决于相关应用的何时兴起，若以In-Stat/MDR 2002年的资料显示，MPEG-4晶片的市场会在2004年有起飞的现象；如(图五)。个人预测，此时主要的应用产品，还是以DSC与3G手机为主的可携式装置，其功能为低resolution与低frame rate的非双向、非即时通讯为主。

《图五 MPEG Video Chip Shipments and Revenue Forecast》

再来我们以MPEG-4主要应用的发展预测，来辅助说明MPEG-4 solution的未来性。首先，若以streaming video功能面的消费性电子产品来预测MPEG-4产品的走向，我们发现以digital TV set与digital STB这两种代表性产品来看，若以Gartner Dataquest 2002年的资料显示、其应用亦会在2004年有起飞的现象；如(图六)。随着目前以PC为 based的media streaming已慢慢导入市场，未来以IA平台替代PC此方面的功能，更是straightforward的。但此类应用产品的技术与使用环境关系到各种网路的配合与控管，所以市场的大量接受应会较晚。

《图六 具Video Streaming 功能的MPEG-4 消费性电子产品预测》

另外根据Screen Digest最新研究报告，线上数位内容通路市场发展逐渐成熟，而主要数位内容业者营收也将逐步上扬，预估至2005年西方主要市场多平台之网站内容市场营收可达到29亿美元，其中西欧市场为5.41亿欧元。在各种数位内容方面，至2005年包括电影、广播、动画以及简易游戏内容等市场销售金额可达2.98亿美元，而欧洲部份占7,600万欧元；multi-player线上游戏市场销售值可达9.21亿美元，欧洲部分为1.63亿欧元；短片内容预计为1.89亿美元，欧洲占3,900万欧元；feature影片占8.82亿美元，欧洲占2.07亿欧元；fuzzy media为5.86亿美元，欧洲占5,700万欧元。

在网路内容下载工具方面，Screen Digest也预估MPEG-4规格将成会消费者最普遍采用之格式，同时也会带动消费者使用streaming video。而在内容传递网路市场方面，中短期来看Akamai Technologies、Digital Island、Speed​​era以及RealNetworks仍然会是领导厂商。

技术竞争分析

技术的开发终究要面对市场接受与否的考验，目前市面上已有多种MPEG-4 codec发表，各有各的特色与强点，如何订定产品的差异化，是建立产品竞争力的第一步。由于目前市场对于MPEG-4 codec此种视讯编解码器的需求，还不是很强烈，仅止于市场探索与教育大众的阶段。但未来产品的成功，则必须有以下几点：

国内投资优势

在国家政策面，以矽导、电信及数位学习等国家型计画的推动下，可引进更多的研究资源；在产业面，以结合国内晶圆代工、封装测试、IC设计相关（IC design、Design service、Design tools等）、系统软硬体厂商所构成的上、中、下游供应链，是我们的利基与优势；在学术与研究面，国内有很多教授多年来一直专注于多媒体方面与IC设计的研究，所培养出的学生亦是此方面人才的来源，而全球的华人学者与研究人员在此领域的成果，也一直引领风骚。若能结合这些资源，则一定能创造出台湾第一的产业聚落。兹将详细分析叙述如下：