標準與技術概述

MPEG-4視訊壓縮技術，是由國際標準組織（ISO/IEC）底下的委員會MPEG（Moving Picture Experts Group）所制定的。該委員會成立於1988年，並制定過曾榮獲艾美獎（Emmy Award）的MPEG-1及MPEG-2標準，成功應用於VCD、MP3、DVD、DTV及HDTV等相關產業，造就電腦與消費性多媒體產業近年來的快速發展。

ISO/IEC給MPEG-4的正式編號為14496，其中有關視訊編解碼技術則分別規範在文件的第二部分（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）與第二版（Jan. 2001），裡面又細分了多種的Tools、Profiles及Levels來支援各式各樣的多媒體應用，包括數位互動電視、行動視訊電話、多媒體儲存、多媒體簡訊、遠距教學及遠端監控等。而14496-10的部分目前也大致完成，2003年應有標準問世，DVD Forum正考慮納入HD-DVD的標準。

MPEG-4除了承襲壓縮率較舊有標準提高的特性外，所適用的位元率範圍亦可從5 Kbps到2G bps，如(圖一)所示，擷取早期標準ITU-T H.261/263（低位元率編碼）與ISO/IEC MPEG-1/2（高位元率編碼）的優點；再加上支援物件型態編碼（Object-based Coding）及合成影像（Synthetic Video）的壓縮；適用於高階互動功能與特殊視訊製作；容錯性編碼技術（error-resilient）及細微式可調適性編碼技術（Fine Granularity Scalability；FGS），更可適用於頻寬變化劇烈的網路現況，如(圖二)所示。MPEG-4也因為所具有的優點，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等國際標準組織選為多媒體編碼標準，配合日漸普及的寬頻網際網路及通訊與儲存多媒體的普及應用，以MPEG-4技術為中心的多媒體網路技術將會是明日之星。

《圖一 MPEG 系列的功能比較〈資料來源：EETIMES.com〉》

《圖二 MPEG -1, 2 and 4模組功能比較〈資料來源：Streaming Media.com〉》

實現MPEG-4編解碼技術的方式不外乎軟體（Software）、韌體（Firmware）與硬體（Hardware）三種。Software的實現方式指的是用軟體程式化（programming）的方式在一般用途（general purpose）的CPU（RISC為主）上，開發完成MPEG-4 Codec的功能，通常以PC、筆記型電腦（Laptop）或PDA等軟體開發環境較成熟、硬體平台較完整的實現最為普遍，也有用於某種嵌入式系統（embedded system）或資訊家電設備（IA device）上做為附加價值（value-added）的開發。

Firmware的開發則是強調以DSP（Digital Signal Processor；數位訊號處理器）為工作核心，以DSP特有的乘加等運算指令集，撰寫混合高低階的程式語言，下載（download）到DSP平台來執行，此種解決方案兼具開發時程短、可程式化（programmable）容易與不錯的運算速度（computation speed）等優點。

另一種最具成本效益（cost effective）的就非hardware解決方案莫屬了，以專用電路（dedicated circuit）完成解壓縮（video codec）常見的慣例（routine）工作，再利用預先設計的firmware 將所有dedicated circuits接合（glue）起來，形成完整的工作排程，如此一來，可將效能表現（performance）推到極致，將來若與SoC（System on Chip；系統單晶片）設計相結合，更可促進多媒體服務應用於通訊、光電與儲存設備的大量普及。若另外從台灣產業面來看，發展hardware解決方案的MPEG-4 編解碼技術，可垂直整合國內的半導體工業，包含 IC設計、設計服務、晶圓代工、光罩、製造、封裝、測試，若再搭配矽導國家型計畫有關SoC的推動，將對於開發MPEG-4編解碼IC的開發有很大的幫助。

技術發展性與應用範圍

當初MPEG-4標準一開始制定時，是以低頻寬為主要目標，所以在Simple Profile的short header情況下，可與H.263向前相容（Forward Compatible），同時也首次考慮物件型態編碼，可搭配物件分割（Object Segmentation）技術，將各個物件分割後，依不同屬性予以分組，再加以編碼，以增加編碼效率、節省頻寬及增加視訊合成時的彈性、可編輯性與互動性。後來，為了與網際網路傳輸相結合，而發展出一系列的動態調整傳輸頻寬與容錯性編碼技術，正式進入新一代Networked Multimedia時代。而且為了因應高壓縮率與高畫質的市場需求，正結合ISO與ITU兩個國際組織，以ITU-T H.26L為基礎，訂定適用於儲存裝置的特高壓縮標準，規劃為ISO 14496-10的標準，可望於2003年有第一版的標準問世。

《圖三 MPEG -2、MPEG-4 ASP與MPEG-4 AVC的效能比較》

MPEG-4標準一路走來，各種未來應用也一一浮現，綜觀MPEG-4技術的卓越性，頗有在多媒體通訊與儲存方面的產品應用，準備一統江湖的味道，尤其是Video部分。其應用可以分為下面幾大類：

《圖四 MPEG -4的各種應用》

國內、外技術發展現況及未來趨勢

在全球MPEG-4相關計畫發展方面，我們可舉一些例子來說明，第一個是所謂跨國性，跨公司的e-Box計畫，以美國Cable operator、Comcast為中心的MPEG-4 streaming計畫，結合日本的Pioneer、Sharp，以及NS、Sigma Design（MPEG-4 decoder provider）、iVAST、Modern Video Film和台灣的CMC所合組的e-Box Corp.，強調於Cable plant的互動式（interactive）MPEG-4 based video streaming。再來就是iVAST打算porting iVAST Experience Player到 Philips新一代的 Multimedia Processor──Nexperia，其瞄準的產品為新一代數位STB與DVD player等。最後的例子就是大家耳熟能詳NTT DoCoMo所推出，以Mobile Video Phone為主要應用的FOMA計畫。

而歐美日韓對MPEG-4的應用與技術研發也有計畫或合作案的進行。在韓國方面，三星電子決定與Serome Technology共同開發MPEG-4架構多媒體Contents播放解決方案。MI於2002年初，率先完成MPEG4架構Web Camera的商品化，並已與日本及中國大陸業者簽訂供貨契約。Infiny Systems開發出MPEG4架構保全用DVR，將在近期量產 Symbion System開發出採用MPEG4技術的16Channel DVR，並開始著手量產。Ilryung Telesys目前與ETRI（韓國電子通信研究院）攜手，開發整合MPEG4架構家庭保全設備的家庭閘道器（Home Gateway）。第3情報技術開發出MPEG4架構的多方視訊會議系統。MPEG Solutions推出MPEG4架構PDA，積極搶攻市場。 MclickPlus、OnTimetek與三星電子等業者擁有視訊手機及相關MPEG4技術；netNtv、netCODEC、Serome Technology與MPEG Solutions等業者則開發出MPEG4架構網路廣播解決方案等等。

日本在MPEG-4 硬體已發表相當的解決方案，Matsushita、Fujitsu、Hitachi 在 ISSCC 2002發表MPEG4 Video ICs，Toshiba已經推出 MPEG4解壓縮晶片，NEC除了與美國公司PacketVideo行銷 MPEG4-related晶片，也提供FOMA計畫所需的MPEG-4晶片，除此之外Panasonic、Sharp、JVC、Sony等日本公司也都有解決方案問世。

而歐美則有在hardware與software的解決方案，在software方面，Microsoft、PacketVideo、Solid Streaming、DiamondbackVision、UBVideo等業者，則已提供編解碼軟體。Microsoft的Windows Media Technologies可提供MPEG-4相關的編解碼以及串流，是以個人電腦搭配Windows OS為平台。PacketVideo則獲Intel投資，合作開發以StrongARM為基礎的行動電話平台，Motorola、NEC、Mitsubishi、Sanyo、Casio等業者也採用PacketVideo軟體，應用在各種行動裝置上。UBVideo也是一家技術領先的公司，尤其在14496-10的AVC上，已經有解決方案的提供。

ASIC與SoC解決方案為MPEG-4未來趨勢

MPEG-4 hardware解決方案可提供高畫質的即時編碼，將可大量應用於相關non-PC的 IA（Information Appliance） 產品上，其主要應用可分為兩種：低成本／頻寬（Low cost/Bandwidth）的可攜式／行動裝置（portable/mobile devices） 及應用於娛樂的高效能表現產品，如下一代的STB（Set-Top Box）、高畫質（High Definition）DVD player及streaming servers等。以目前及未來市場預測的需求面來看，Low cost/BW的方案因為規格變化大及上市時間（time to market）的設計考量，會先以DSP-based solution先出現於產品上，目前應用產品以DSC（Digital Still Camera）為主，其次為Mobile Phone，PDA 等，但未來考慮市場競爭性與產品整合度、低耗電等因素，ASIC solution，甚至SoC，才會是市場主流，主要供應商包括TI、Toshiba、Panasonic、Zoran、Luxxon、UB Video等；而high performance的approach則在performance的要求下，以ASIC甚至SoC的型態出現，目前應用產品以STB提供VoD（Video on Demand）或PVR（Personal Video Recoder）的功能為主，下一代的HD DVD player亦是主要的應用。目前ASIC solution均只有解碼功能較為成熟，主要的供應商以Sigma Design為代表，另外華人在San Jose所開設的Vweb也有不錯的表現。

國內MPEG-4 hardware solution的發展現況目前在起步階段，hardware design的solution部份只有台大系統晶片設計中心有設計，並發表CIC silicon proven過的可實現結果。以DSP為模組設計的有視達發，視達發為TriMedia DSP的應用。另外有一些廠商以Sigma Design的decoder chip晶片及其參考設計所完成的MPEG-4 Set-Top Box系統。國內大部分廠商都看好MPEG-4 Codec加入DSC的應用，以實現DVR的功能，以軟體porting在原有的Processor或另掛的Co-processor上，或直接用硬體的方案。

就技術與市場需求來看，目前ISO與ITU-T正組成一個Team， JVT（Join Video Team） ，合力制定更先進的codec standard，AVC（Advanced Video Codec），將會是下一代的MPEG-4晶片主流。三星電子認為此國際標準，將有助於該公司在數位電視、DVD播放機、STB（視訊轉換器）、數位攝錄機與家庭網路等相關市場，取得數位技術主導權，並可望因此而獲致龐大的權利金收入。

技術／產品之產業關聯

以MPEG-4 chip相關的應用產品來講，含蓋了通訊、資訊、多媒體儲存及光電等領域，其衍生產品就如前所述，有STB、DVD players、DSC、DVR等，將這些系統產品的功能模組做一個大致分類，可粗分為前端（Front end）與後端（Back end）部分。Front end的部分包括通訊產品的Tuner（or line driver）、demodulator、network and security engine，多媒體儲存產品的Servo controller、 security engine與資料存取裝置，光電產品的Lens、CCD or CMOS sensor與DSP等部分。Back end的部分，通常以embedded CPU為核心，處理protocols、data forwarding及system control的功能，以MPEG chip（包括JPEG）為主的多媒體輔助硬體，用來處理大量的多媒體資料，以輔助CPU運算量的不足，另外，輸出界面的處理，包括NTSC encoder、LCD controller、LAN interface、IEEE1394、USB、IDE controller to Hard driver等都視系統應用所需而考量。

以技術面來分析，多媒體應是由Video（Natural/Synthetic）、Audio/Voice、Graphic（2D、3D等）、Still Image、Text等所謂的medium所組成，所以技術的開發不應只針對某種medium來設計發展。基於研發能量與time to market的原因，可選擇某種medium的研發為核心技術，其他medium技術的取得，可由委託與合作的方式來完成，再來整合成所定義的多媒體產品。譬如，我們在開發具備影音傳輸功能的IA產品時，Video部分通常以硬體module的型態出現，其原因如前所述，而音訊編解碼的實現就包括S/W實現於IA processor上、利用另一顆輔助處理器（通常為DSP based的處理器較容易實現音訊編解碼中各式各樣的濾波器）或考慮用硬體實現等。從系統面的需求，來訂定各項多媒體編解碼技術與標準的採用，再加以整合設計。

國內外市場現況與潛力分析

在此我們先看看國內外MPEG-4供應商（vendors）的現況，及其所claim的應用範圍，以Mobile Phone、DSC/DVC、PDA/MP3及Digital STB/DTV set為主要代表。在MPEG-4 hardware solution的應用方面，我們發現不僅國外vendors目前較聚焦於可攜式裝置（如Mobile phone與DSC/DVC）的應用，如(表一)；國內廠商更是一致看好其中DSC的應用，以凌揚、旺宏、華晶及松瀚為代表；如(表二)另外，在表中沒提到TI OMAP及Intel Xscale在手機的應用，TI OMAP將ARM core（Instruction set licensed from ARM）及自有DSP core整合在一起，提供手機製造商一個CPR（Cost Performance Ratio）不錯的solution，將可視為目前MPEG-4應用在portable devices的一個適用平台。

《表一　國外MPEG-4 Chip相關廠商》

《表二　國內MPEG-4相關廠商》

未來MPEG-4晶片的市場將取決於相關應用的何時興起，若以In-Stat/MDR 2002年的資料顯示，MPEG-4晶片的市場會在2004年有起飛的現象；如(圖五)。個人預測，此時主要的應用產品，還是以DSC與3G手機為主的可攜式裝置，其功能為低resolution與低frame rate的非雙向、非即時通訊為主。

《圖五 MPEG Video Chip Shipments and Revenue Forecast》

再來我們以MPEG-4主要應用的發展預測，來輔助說明MPEG-4 solution的未來性。首先，若以streaming video功能面的消費性電子產品來預測MPEG-4產品的走向，我們發現以digital TV set與digital STB這兩種代表性產品來看，若以Gartner Dataquest 2002年的資料顯示、其應用亦會在2004年有起飛的現象；如(圖六)。隨著目前以PC為 based的media streaming已慢慢導入市場，未來以IA平台替代PC此方面的功能，更是straightforward的。但此類應用產品的技術與使用環境關係到各種網路的配合與控管，所以市場的大量接受應會較晚。

《圖六　具Video Streaming 功能的MPEG-4 消費性電子產品預測》

另外根據Screen Digest最新研究報告，線上數位內容通路市場發展逐漸成熟，而主要數位內容業者營收也將逐步上揚，預估至2005年西方主要市場多平台之網站內容市場營收可達到29億美元，其中西歐市場為5.41億歐元。在各種數位內容方面，至2005年包括電影、廣播、動畫以及簡易遊戲內容等市場銷售金額可達2.98億美元，而歐洲部份佔7,600萬歐元；multi-player線上遊戲市場銷售值可達9.21億美元，歐洲部分為1.63億歐元；短片內容預計為1.89億美元，歐洲佔3,900萬歐元；feature影片佔8.82億美元，歐洲佔2.07億歐元；fuzzy media為5.86億美元，歐洲佔5,700萬歐元。

在網路內容下載工具方面，Screen Digest也預估MPEG-4規格將成會消費者最普遍採用之格式，同時也會帶動消費者使用streaming video。而在內容傳遞網路市場方面，中短期來看Akamai Technologies、Digital Island、Speedera以及RealNetworks仍然會是領導廠商。

技術競爭分析

技術的開發終究要面對市場接受與否的考驗，目前市面上已有多種MPEG-4 codec發表，各有各的特色與強點，如何訂定產品的差異化，是建立產品競爭力的第一步。由於目前市場對於MPEG-4 codec此種視訊編解碼器的需求，還不是很強烈，僅止於市場探索與教育大眾的階段。但未來產品的成功，則必須有以下幾點：

國內投資優勢

在國家政策面，以矽導、電信及數位學習等國家型計畫的推動下，可引進更多的研究資源；在產業面，以結合國內晶圓代工、封裝測試、IC設計相關（IC design、Design service、Design tools等）、系統軟硬體廠商所構成的上、中、下游供應鏈，是我們的利基與優勢；在學術與研究面，國內有很多教授多年來一直專注於多媒體方面與IC設計的研究，所培養出的學生亦是此方面人才的來源，而全球的華人學者與研究人員在此領域的成果，也一直引領風騷。若能結合這些資源，則一定能創造出台灣第一的產業聚落。茲將詳細分析敘述如下：