国际标准与压缩技术

3G无线通信的标准乃是由3GPP（Third-Generation Partnership Project）这个国际组织负责制定其相关标准。该组织一开始成立的宗旨便是为制定第三代行动通讯系统标准，涵盖的领域包括网络架构（Network infrastructure）、3G 终端（terminals）及3G服务（services）等，让用户在低速或室内的移动状态下享有每秒2Mbits/s的传输速率；在高速的移动状态下，至少能达到每秒384kbits的传输速率。

在2001年3月，3GPP公布了第一版无线多媒体串流服务标准，通称为3G-PSS（Packet-switched Streaming Services）。3G-PSS制定了有关声音、影像、视讯等多媒体无线传输之应用平台。在编译码器部分，3GPP主要支持下列媒体格式：

• ●视讯部分：ITU H.263、ISO MPEG-4 simple profile；





• ●音频部分：MPEG-4 AAC-LC（low complexity）；





• ●语音部分：与GSM一样采用AMR（adaptive multi rate speech）；





• ●影像部分：JPEG、GIF；





• ●文字部分：XHTML- encoded, formatted text。

MPEG-4格式担任要角

在3GPP支持的媒体格式中，MPEG-4扮演了极重要的角色，其主要的原因在于，MPEG-4在一开始便以国际化的标准来研究制定，所以，MPEG-4具有很好的兼容性；其次，MPEG-4能够比其他算法提供更好的压缩比，最高可达200:1；更重要的是，MPEG-4在提供高压缩比的同时，对视讯质量的损失很小。

事实上，MPEG-4在无线影音传输的应用除了3GPP以外，日本NTT DoCoMo已于2001年5月率先提供无线影音传输的服务－FOMA（Freedom of Mobile Multimedia Access），即是采用MPEG-4的技术。另外，东芝和松下也相继推出MPEG-4视讯芯片，摩托罗拉则与美国PacketVideo公司合作，也成功地利用GPRS通讯系统实现了MPEG-4视讯无线传输的功能。

MPEG-4规格的正式名称为「ISO/IEC 14496: Information Technology- Coding of Audio-Visual Objects」，整个标准目前共分16个部分，其中第二部（Part 2）是有关视讯规格的描述，除了包括自然视讯（Natural Video）的编码外，也支持对合成视讯（Synthetic Video）的编码。MPEG-4标准的制定最初乃是以ITU （International Telecommunication Union）所制定的H.263标准为基础，同时引进了对象的概念（Object-Based），另外，标准中针对不同应用平台也采用了许多不同的工具（Profile），如可调式编码（Scalable Coding）、容错机制（Error Resilience）等，使其在应用面上更多元化。整个MPEG-4的组合工具架构如图一所示，其中，Simple Profile是目前流通最广，且为大家普遍接受的模块，也是3GPP选定的视讯模块。

《图一 MPEG-4的组合工具架构》

弹性应付音频压缩

至于音频压缩方面，MPEG-4主要包括Parametric Coding、Code Excited Linear Prediction（CELP）和 Advanced Audio Coding（AAC）等三种压缩方式，以适应目前从语音压缩到音乐压缩各种不同的带宽要求，如图二。

《图二 MPEG-4 音频压缩格式带宽》

其中Parametric Coding 可支持不同的音调与播放速度，非常适合应用在语言教学上的应用。另外，CELP已被视为3G手机语音压缩的标准。AAC可作 5.1声道的压缩与播放，为高质量家庭电影院所必须支持的音频格式之一。目前在网络音乐中最普及的文件格式非MP3莫属，可是 MPEG-4 AAC 在音质及在压缩率上，已远远超过MP3，这也是3GPP在音频格式方面选择了MPEG-4 AAC的主要原因。

对于静态影像，3GPP采用的较保守的传统影像压缩格式－JPEG与GIF。JPEG乃是由JPEG （Joint Photographic Experts Group）组织制定出的第一套国际静态影像压缩标准。目前一般网站上有百分之八十的影像采用JPEG的压缩标准，然而随着无线多媒体应用领域的激增，在无线传输的环境中，带宽成了更重要的议题，因此在2002年初，一套能提供更高压缩效能以及更多最新功能的新一代影像压缩技术－JPEG 2000于焉诞生。

JPEG 2000－压缩影像更有技巧

JPEG 2000与传统JPEG最大的不同，在于它扬弃了以离散余弦转换（Discrete Cosine Transform）为主的区块编码方式，而改采以小波转换（Wavelet transform）为主的多解析编码方式，因此造成压缩效能的大幅提升。同时，小波转换技术让JPEG 2000变得更有弹性，其特性包括用户在收到部份的档案时，即能看到完整的图片；用户可以弹性选择自行框选的部份解压缩；用户可以选择原彩色照片要解压缩成黑白或彩色；当采不失真的压缩时，可选择要进行失真或不失真的解压缩。

DjVu－可将图文分离

除了JPEG 2000，DjVu也是另一个新兴的高质量影像压缩技术。DjVu是由AT&T在1999年所发表，在压缩时会先对压缩文件案自动进行图文分离，对文字部分采用JB2压缩，影像部分同样采用小波转换，可以达到类似JPEG 2000的高压缩率与质量。

可惜的是，虽然JPEG 2000、DjVu都拥有优于JPEG、GIF的压缩效果，但因目前大部分的浏览器都还不支持这两种文件格式，导致JPEG、GIF在静态影像压缩的地位短时间内仍难以被撼动。

影音版权保护机制

随着无线影音技术的日新月异，用户在任何时间、任何地点、透过任何装置都能较以往更容易地取得大量的数字化多媒体数据，比起传统的媒体数据，数字型式存在的数据内容比从前更容易被复制、浏览、修改，也更容易散布，而在传输与压缩技术的背后，随之而起的是这些数字内容的知识产权问题。数字版权管理（Digital Rights Management, DRM）便是一种探讨提供可行的智财权解决方案与合理使用这些数字内容的新兴议题。

早期的DRM专注于数字内容的加密与保护上，以避免未经授权的用户非法使用，我们称之为「第一代的数字版权管理」。后来，「第二代的数字版权管理」进一步地扩充解释，以数字的方式进行内容版权的保护与管理，其涵盖的范围包含内容的描述、识别、交易、保护，及其使用的监控与追踪。换言之，不论是有形或无形、数字或非数字的资产，只要以「数字」的方式进行其版权的管理及保护，便都属于第二代DRM的范畴了。

目前国际上有许多组织均已投入相关的DRM标准制定。例如﹕由IBM、Intel、Matsushita、Toshiba及Hitachi共同组成的 5 C Entity；由MPAA支持的Copy Protection Technical Working Group （CPTWG）；专门针对数字电视condition access议题的Digital Video Broadcasting Project （DVB）；力推IPMP、MPEG-21的ISO MPEG组织；主张Royalty-Free的World Wide Web Consortium（W3C）；专注于版权保护的Secure Digital Music Initiative（SDMI）；当然也有专门供手持式行动装置版权保护的Open Mobile Alliance（OMA）。

数字版权管理基本组件

不论是哪种形式、流通于哪种平台的DRM机制，目前市场中最被广泛运用的主要还是集中于数字内容的流通控管上。如图三所示，这样的系统至少必须包含三项基本组件。

《图三 DRM基本组成组件》

DRM Packager

为了达到数字内容的流通管制，通常内容（content）业者在正式散布数字内容前，会对内容本身进行某种程度的封装流程（例如加密及嵌入水印都是很常见的方式），其主要目的在于管控未经授权的用户，使其无法正确地读取数据内容本身，或是追踪数字内容的流向。

除了content之外，业者通常也会一并嵌入一些额外的后设数据，这些后设数据报含了发行商的相关信息、content唯一的标识符、以及content本身的描述数据（例如标题、关键词、内容摘要、作者等），这对将来商品售出后的追踪或是让用户事先了解商品的内容都有极大的帮助。此外，为了便于其他系统读取及搜寻，这类的后设数据通常不会经过加密，不过仍然必须以某种tamperproof（例如数字签名）的机制来确保这些后设数据不会被有心人士窜改。

DRM License Generator

所谓的license，里头至少包含了content的解密密钥及其权利义务关系（rights）的信息，用来解开受到DRM Packager封装的content密文，并厘清该content的合法权限。

同时，为了避免用户窜改license内容及非法散布license，DRM License Generator通常会采用类似电子信封的方式，依用户的个人信息、client端平台的标识符、或是用户的生物特征将license封装为密文型式，藉以限定该license只能供特定的用户或是在特定的机器上使用。就采用用户个人信息的方式来说，如果不涉及个人的私密信息，恐怕将对用户的非法散布不具约束力，但若涉及个人的私密信息，又恐有侵犯隐私的疑虑，因此现今的DRM系统多采取依client端平台的标识符，并且限定只能在特定机器上使用。

DRM Controller

在整个DRM系统中，DRM Controller可以说是角色最为吃重的核心组件。从接收到content package开始，DRM controller必须先解读其中的后设数据，向DRM License Generator申请使用该content的license，同时进行用户的身分认证，待取得license后，又必须进行license的解读，根据其中密钥进行content解密，最后根据license中的rights信息进行access control，来播放、呈现该数字内容。简言之，DRM Controller可以作为判别用户是否有使用某content权限的管控者。

当然DRM系统绝非只包含上述三个组件如此单纯，整个DRM机制尚需外围的e-business（例如小额付费机制、信用卡系统、客制化系统等）与数字资产管理系统（如版本控制、内容更新管理等）的配合，简言之，DRM所涵盖的即为各种不同的用户（包含创作者、版权拥有者、消费者）与内容之间的各种权利义务关系，也因而唯有商业模式、技术、法律和标准等四个面向的配合，并且在内容提供商和消费者之间的利益取得平衡，方能建构出完整的数字版权管理系统。

无线影音的未来与愿景

在未来的信息潮流之中，整个PC产业有渐渐转移到信息家电（IA）上的趋势，然而IA产品的价值不再是单一的硬件，而是必须搭配多媒体多元化服务的内容，仰赖多媒体整合来提升IA产品的附加价值，以强化竞争力，就如3G网络的架设，最终的目的乃是为了容纳更多的信息，若只需传输文字，根本不需要3G网络，3G的出现乃是因为文字已不能满足大众的需求，唯有影像、图形、声音等多媒体数据，才能带给大众更多元的视觉影音享受。

今年6月底，Intel结合了17家业者，包括惠普、捷威、IBM、飞利浦、微软、夏普、意法半导体等，共同发起成立数字家庭工作小组（Digital Home Working Group, DHWG），希望藉由工作小组的互动，让家中不同装置包括信息产品、消费性电子产品及行动通讯产品，得以透过家中的无线或有线网络分享数字音乐、相片及影片。同年7月3日，在经济部技术处指导下，由台湾大哥大担任主导，与远传电信、联邦电信及亚太行动宽带共同组成了「新世代无线网络整合平台研发联盟」，携手提供无线影音多样化之服务应用，促进3G产业的发展。

综观业者们频频的动作，我们不难想象，在不久的将来，您可以坐在家中客厅，透过电视机欣赏储存于书房计算机中的数码相片与高画质影片，在上班途中透过手机接收实时新闻视讯或是随时监看家中的保全监视器，当然你也可以透过手机上内嵌的镜头，拍下结合了音、视讯的多媒体留言传送给朋友。随着无线影音技术的精进，我们可以预料，未来有关无线影音的应用将日益蓬勃发展，人们的生活也将变得更加便捷、更多姿多采。（作者任职于信息工业策进会 多媒体技术实验室，cosh@iii.org.tw）

参考数据

• (1) Digital Rights Management: Business and Technology,





• W. R., W. T., and S. M., M&T Books, 2002





• (2) Digital Rights Management (DRM) Architectures, R.





• I., D-Magazine, Vol. 7, No. 6, June 2000

延 伸 阅 读

MPEG-4视讯编码标准与芯片技术介绍 一文详细说明MPEG-4就编码技术的各部规范，并说明其技术发展性与应用范围，读者可藉由本文了解MPEG-4格式在各种多媒体应用上的优势及特点，同时在概念上也对MPEG-4更深入的了解。 AAC编码与译码 是一篇介绍AAC编码及译码系统的技术性文章，说明讯号在进入编码程序之后，如何进行过滤及压缩，以及译码的程序。 DataCompression.info - jpeg2000 搜集了许多jpeg2000的相关信息，包括jpeg2000的参考书目、各国用户所架设的jpeg2000网站、对此套标准作出规范的组织、还有使用jpeg2000的软、硬件信息等。 MPEG-4之应用与发展趋势（上） 先由MPEG的发展历程带入主题，由MPEG-1、MPEG-2延伸到主要介绍的MPEG-4，将其协议的十个部分(Parts)逐项列出。另外在全球MPEG-4的应用趋势方面，作者也举了许多国际大厂的例子作说明。 MPEG-4之应用与发展趋势（下）延续上篇的主题，MPEG-4格式因应实际应用的需求，发展出可调式压缩的技术。未来MPEG-4影响所及的影音技术相关产业，不仅止于网络上供实时播放的流格式，也包括硬件产品例如蓝光DVD、DVR设备的规格等。 图像压缩的新革命：JPEG VS JPEG2000 JPEG2000相较于JPEG有着更多的优点，文中列举了许多JPEG2000在图像处理上的优势，并以实际的图片为范例，用不同的格式进行不同压缩比的处理，可看出影像清晰度及档案大小的差异。

相关组织网站	MPEG-4 Industry Forum MPEG官方网站 3GPP网站Third-Generation Partnership Project JPEG2000官方网站 DjVu官方网站 Audio Coding Forum Audio Compression Forum Digital Video Broadcasting Project Open Mobile Alliance