國際標準與壓縮技術

3G無線通訊的標準乃是由3GPP（Third-Generation Partnership Project）這個國際組織負責制定其相關標準。該組織一開始成立的宗旨便是為制定第三代行動通訊系統標準，涵蓋的領域包括網路架構（Network infrastructure）、3G 終端（terminals）及3G服務（services）等，讓使用者在低速或室內的移動狀態下享有每秒2Mbits/s的傳輸速率；在高速的移動狀態下，至少能達到每秒384kbits的傳輸速率。

在2001年3月，3GPP公佈了第一版無線多媒體串流服務標準，通稱為3G-PSS（Packet-switched Streaming Services）。3G-PSS制定了有關聲音、影像、視訊等多媒體無線傳輸之應用平台。在編解碼器部分，3GPP主要支援下列媒體格式：

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





• ●音訊部分：MPEG-4 AAC-LC（low complexity）；





• ●語音部分：與GSM一樣採用AMR（adaptive multi rate speech）；





• ●影像部分：JPEG、GIF；





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

MPEG-4格式擔任要角

在3GPP支援的媒體格式中，MPEG-4扮演了極重要的角色，其主要的原因在於，MPEG-4在一開始便以國際化的標準來研究制定，所以，MPEG-4具有很好的兼容性；其次，MPEG-4能夠比其他演算法提供更好的壓縮比，最高可達200:1；更重要的是，MPEG-4在提供高壓縮比的同時，對視訊品質的損失很小。

事實上，MPEG-4在無線影音傳輸的應用除了3GPP以外，日本NTT DoCoMo已於2001年5月率先提供無線影音傳輸的服務－FOMA（Freedom of Mobile Multimedia Access），即是採用MPEG-4的技術。另外，東芝和松下也相繼推出MPEG-4視訊晶片，摩托羅拉則與美國PacketVideo公司合作，也成功地利用GPRS通訊系統實現了MPEG-4視訊無線傳輸的功能。

MPEG-4規格的正式名稱為「ISO/IEC 14496: Information Technology- Coding of Audio-Visual Objects」，整個標準目前共分16個部分，其中第二部（Part 2）是有關視訊規格的描述，除了包括自然視訊（Natural Video）的編碼外，也支援對合成視訊（Synthetic Video）的編碼。MPEG-4標準的制定最初乃是以ITU （International Telecommunication Union）所制定的H.263標準為基礎，同時引進了物件的概念（Object-Based），另外，標準中針對不同應用平台也採用了許多不同的工具（Profile），如可調式編碼（Scalable Coding）、容錯機制（Error Resilience）等，使其在應用面上更多元化。整個MPEG-4的組合工具架構如圖一所示，其中，Simple Profile是目前流通最廣，且為大家普遍接受的模組，也是3GPP選定的視訊模組。

《圖一　MPEG-4的組合工具架構》

彈性應付音訊壓縮

至於音訊壓縮方面，MPEG-4主要包括Parametric Coding、Code Excited Linear Prediction（CELP）和 Advanced Audio Coding（AAC）等三種壓縮方式，以適應目前從語音壓縮到音樂壓縮各種不同的頻寬要求，如圖二。

《圖二　MPEG-4 音訊壓縮格式頻寬》

其中Parametric Coding 可支援不同的音調與播放速度，非常適合應用在語言教學上的應用。另外，CELP已被視為3G手機語音壓縮的標準。AAC可作 5.1聲道的壓縮與播放，為高品質家庭電影院所必須支援的音訊格式之一。目前在網路音樂中最普及的檔案格式非MP3莫屬，可是 MPEG-4 AAC 在音質及在壓縮率上，已遠遠超過MP3，這也是3GPP在音訊格式方面選擇了MPEG-4 AAC的主要原因。

對於靜態影像，3GPP採用的較保守的傳統影像壓縮格式－JPEG與GIF。JPEG乃是由JPEG （Joint Photographic Experts Group）組織制定出的第一套國際靜態影像壓縮標準。目前一般網站上有百分之八十的影像採用JPEG的壓縮標準，然而隨著無線多媒體應用領域的激增，在無線傳輸的環境中，頻寬成了更重要的議題，因此在2002年初，一套能提供更高壓縮效能以及更多最新功能的新一代影像壓縮技術－JPEG 2000於焉誕生。

JPEG 2000－壓縮影像更有技巧

JPEG 2000與傳統JPEG最大的不同，在於它揚棄了以離散餘弦轉換（Discrete Cosine Transform）為主的區塊編碼方式，而改採以小波轉換（Wavelet transform）為主的多解析編碼方式，因此造成壓縮效能的大幅提昇。同時，小波轉換技術讓JPEG 2000變得更有彈性，其特性包括使用者在收到部份的檔案時，即能看到完整的圖片；使用者可以彈性選擇自行框選的部份解壓縮；使用者可以選擇原彩色照片要解壓縮成黑白或彩色；當採不失真的壓縮時，可選擇要進行失真或不失真的解壓縮。

DjVu－可將圖文分離

除了JPEG 2000，DjVu也是另一個新興的高品質影像壓縮技術。DjVu是由AT&T在1999年所發表，在壓縮時會先對壓縮檔案自動進行圖文分離，對文字部分採用JB2壓縮，影像部分同樣採用小波轉換，可以達到類似JPEG 2000的高壓縮率與品質。

可惜的是，雖然JPEG 2000、DjVu都擁有優於JPEG、GIF的壓縮效果，但因目前大部分的瀏覽器都還不支援這兩種檔案格式，導致JPEG、GIF在靜態影像壓縮的地位短時間內仍難以被撼動。

影音版權保護機制

隨著無線影音技術的日新月異，使用者在任何時間、任何地點、透過任何裝置都能較以往更容易地取得大量的數位化多媒體資料，比起傳統的媒體資料，數位型式存在的資料內容比從前更容易被複製、瀏覽、修改，也更容易散佈，而在傳輸與壓縮技術的背後，隨之而起的是這些數位內容的智慧財產權問題。數位版權管理（Digital Rights Management, DRM）便是一種探討提供可行的智財權解決方案與合理使用這些數位內容的新興議題。

早期的DRM專注於數位內容的加密與保護上，以避免未經授權的使用者非法使用，我們稱之為「第一代的數位版權管理」。後來，「第二代的數位版權管理」進一步地擴充解釋，以數位的方式進行內容版權的保護與管理，其涵蓋的範圍包含內容的描述、識別、交易、保護，及其使用的監控與追蹤。換言之，不論是有形或無形、數位或非數位的資產，只要以「數位」的方式進行其版權的管理及保護，便都屬於第二代DRM的範疇了。

目前國際上有許多組織均已投入相關的DRM標準制定。例如﹕由IBM、Intel、Matsushita、Toshiba及Hitachi共同組成的 5 C Entity；由MPAA支持的Copy Protection Technical Working Group （CPTWG）；專門針對數位電視condition access議題的Digital Video Broadcasting Project （DVB）；力推IPMP、MPEG-21的ISO MPEG組織；主張Royalty-Free的World Wide Web Consortium（W3C）；專注於版權保護的Secure Digital Music Initiative（SDMI）；當然也有專門供手持式行動裝置版權保護的Open Mobile Alliance（OMA）。

數位版權管理基本元件

不論是哪種形式、流通於哪種平台的DRM機制，目前市場中最被廣泛運用的主要還是集中於數位內容的流通控管上。如圖三所示，這樣的系統至少必須包含三項基本元件。

《圖三　DRM基本組成元件》

DRM Packager

為了達到數位內容的流通管制，通常內容（content）業者在正式散佈數位內容前，會對內容本身進行某種程度的封裝流程（例如加密及嵌入浮水印都是很常見的方式），其主要目的在於管控未經授權的使用者，使其無法正確地讀取資料內容本身，或是追蹤數位內容的流向。

除了content之外，業者通常也會一併嵌入一些額外的後設資料，這些後設資料包含了發行商的相關資訊、content唯一的識別碼、以及content本身的描述資料（例如標題、關鍵字、內容摘要、作者等），這對將來商品售出後的追蹤或是讓使用者事先了解商品的內容都有極大的幫助。此外，為了便於其他系統讀取及搜尋，這類的後設資料通常不會經過加密，不過仍然必須以某種tamperproof（例如數位簽章）的機制來確保這些後設資料不會被有心人士竄改。

DRM License Generator

所謂的license，裡頭至少包含了content的解密金鑰及其權利義務關係（rights）的資訊，用來解開受到DRM Packager封裝的content密文，並釐清該content的合法使用權限。

同時，為了避免使用者竄改license內容及非法散佈license，DRM License Generator通常會採用類似電子信封的方式，依使用者的個人資訊、client端平台的識別碼、或是使用者的生物特徵將license封裝為密文型式，藉以限定該license只能供特定的使用者或是在特定的機器上使用。就採用使用者個人資訊的方式來說，如果不涉及個人的私密資訊，恐怕將對使用者的非法散佈不具約束力，但若涉及個人的私密資訊，又恐有侵犯隱私的疑慮，因此現今的DRM系統多採取依client端平台的識別碼，並且限定只能在特定機器上使用。

DRM Controller

在整個DRM系統中，DRM Controller可以說是角色最為吃重的核心元件。從接收到content package開始，DRM controller必須先解讀其中的後設資料，向DRM License Generator申請使用該content的license，同時進行使用者的身分認證，待取得license後，又必須進行license的解讀，根據其中金鑰進行content解密，最後根據license中的rights資訊進行access control，來播放、呈現該數位內容。簡言之，DRM Controller可以作為判別使用者是否有使用某content權限的管控者。

當然DRM系統絕非只包含上述三個元件如此單純，整個DRM機制尚需週邊的e-business（例如小額付費機制、信用卡系統、客製化系統等）與數位資產管理系統（如版本控制、內容更新管理等）的配合，簡言之，DRM所涵蓋的即為各種不同的使用者（包含創作者、版權擁有者、消費者）與內容之間的各種權利義務關係，也因而唯有商業模式、技術、法律和標準等四個面向的配合，並且在內容提供者和消費者之間的利益取得平衡，方能建構出完整的數位版權管理系統。

無線影音的未來與願景

在未來的資訊潮流之中，整個PC產業有漸漸轉移到資訊家電（IA）上的趨勢，然而IA產品的價值不再是單一的硬體，而是必須搭配多媒體多元化服務的內容，仰賴多媒體整合來提昇IA產品的附加價值，以強化競爭力，就如3G網路的架設，最終的目的乃是為了容納更多的資訊，若只需傳輸文字，根本不需要3G網路，3G的出現乃是因為文字已不能滿足大眾的需求，唯有影像、圖形、聲音等多媒體資料，才能帶給大眾更多元的視覺影音享受。

今年6月底，Intel結合了17家業者，包括惠普、捷威、IBM、飛利浦、微軟、夏普、意法半導體等，共同發起成立數位家庭工作小組（Digital Home Working Group, DHWG），希望藉由工作小組的互動，讓家中不同裝置包括資訊產品、消費性電子產品及行動通訊產品，得以透過家中的無線或有線網路分享數位音樂、相片及影片。同年7月3日，在經濟部技術處指導下，由台灣大哥大擔任主導，與遠傳電信、聯邦電信及亞太行動寬頻共同組成了「新世代無線網路整合平台研發聯盟」，攜手提供無線影音多樣化之服務應用，促進3G產業的發展。

綜觀業者們頻頻的動作，我們不難想像，在不久的將來，您可以坐在家中客廳，透過電視機欣賞儲存於書房電腦中的數位相片與高畫質影片，在上班途中透過手機接收即時新聞視訊或是隨時監看家中的保全監視器，當然你也可以透過手機上內嵌的鏡頭，拍下結合了音、視訊的多媒體留言傳送給朋友。隨著無線影音技術的精進，我們可以預料，未來有關無線影音的應用將日益蓬勃發展，人們的生活也將變得更加便捷、更多姿多采。（作者任職於資訊工業策進會 多媒體技術實驗室，cosh@iii.org.tw）

參考資料

• (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 閱 讀

MPEG-4視訊編碼標準與晶片技術介紹 一文詳細說明MPEG-4就編碼技術的各部規範，並說明其技術發展性與應用範圍，讀者可藉由本文了解MPEG-4格式在各種多媒體應用上的優勢及特點，同時在概念上也對MPEG-4更深入的了解。 AAC編碼與解碼 是一篇介紹AAC編碼及解碼系統的技術性文章，說明訊號在進入編碼程序之後，如何進行過濾及壓縮，以及解碼的程序。 DataCompression.info - jpeg2000 蒐集了許多jpeg2000的相關資訊，包括jpeg2000的參考書目、各國使用者所架設的jpeg2000網站、對此套標準作出規範的組織、還有使用jpeg2000的軟、硬體資訊等。 MPEG-4之應用與發展趨勢（上） 先由MPEG的發展歷程帶入主題，由MPEG-1、MPEG-2延伸到主要介紹的MPEG-4，將其協定的十個部分(Parts)逐項列出。另外在全球MPEG-4的應用趨勢方面，作者也舉了許多國際大廠的例子作說明。 MPEG-4之應用與發展趨勢（下）延續上篇的主題，MPEG-4格式因應實際應用的需求，發展出可調式壓縮的技術。未來MPEG-4影響所及的影音技術相關產業，不僅止於網路上供即時播放的串流格式，也包括硬體產品例如藍光DVD、DVR設備的規格等。 圖像壓縮的新革命：JPEG VS JPEG2000 JPEG2000相較於JPEG有著更多的優點，文中列舉了許多JPEG2000在影像處理上的優勢，並以實際的圖片為範例，用不同的格式進行不同壓縮比的處理，可看出影像清晰度及檔案大小的差異。

相關組織網站	MPEG-4 Industry Forum MPEG官方網站 3GPP網站Third-Generation Partnership Project JPEG2000官方網站 DjVu官方網站 Audio Coding Forum Audio Compression Forum Digital Video Broadcasting Project Open Mobile Alliance