MPEG-2標準概要

MPEG組織于1994年推出MPEG-2壓縮標準，以實(shí)現視/音頻服務(wù)與應用互操作的可能性。MPEG-2標準是針對標準數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特，標準的正式規范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡(jiǎn)單升級，MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進(jìn)一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。 

　　MPEG-2圖像壓縮的原理是利用了圖像中的兩種特性：空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性。這兩種相關(guān)性使得圖像中存在大量的冗余信息。如果我們能將這些冗余信息去除，只保留少量非相關(guān)信息進(jìn)行傳輸，就可以大大節省傳輸頻帶。而接收機利用這些非相關(guān)信息，按照一定的解碼算法，可以在保證一定的圖像質(zhì)量的前提下恢復原始圖像。一個(gè)好的壓縮編碼方案就是能夠最大限度地去除圖像中的冗余信息。 

　　MPEG-2的編碼圖像被分為三類(lèi)，分別稱(chēng)為I幀，P幀和B幀。 

　　I幀圖像采用幀內編碼方式，即只利用了單幀圖像內的空間相關(guān)性，而沒(méi)有利用時(shí)間相關(guān)性。P幀和B幀圖像采用幀間編碼方式，即同時(shí)利用了空間和時(shí)間上的相關(guān)性。P幀圖像只采用前向時(shí)間預測，可以提高壓縮效率和圖像質(zhì)量。P幀圖像中可以包含幀內編碼的部分，即P幀中的每一個(gè)宏塊可以是前向預測，也可以是幀內編碼。B幀圖像采用雙向時(shí)間預測，可以大大提高壓縮倍數。 

　　MPEG-2的編碼碼流分為六個(gè)層次。為更好地表示編碼數據，MPEG-2用句法規定了一個(gè)層次性結構。它分為六層，自上到下分別是：圖像序列層、圖像組(GOP)、圖像、宏塊條、宏塊、塊。 

　　MPEG-2標準在廣播電視領(lǐng)域中的主要應用如下： 

（1）視音頻資料的保存 

　　一直以來(lái)，電視節目、音像資料等都是用磁帶保存的。這種方式有很多弊端：易損，占地大，成本高，難于重新使用。更重要的是難以長(cháng)期保存，難以查找、難以共享。隨著(zhù)計算機技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，高速寬帶計算機網(wǎng)絡(luò )以及大容量數據存儲系統給電視臺節目的網(wǎng)絡(luò )化存儲、查詢(xún)、共享、交流提供了可能。 

　　采用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤(pán)，給資料保存帶來(lái)了新的希望。電視節目、音像資料等可通過(guò)MPEG-2編碼系統編碼，保存到低成本的CD-R光盤(pán)或高容量的可擦寫(xiě)DVD-RAM上，也可利用DVD編著(zhù)軟件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成標準的DVD視盤(pán)，既可節約開(kāi)支，也可節省存放空間。 

（2）電視節目的非線(xiàn)性編輯系統及其網(wǎng)絡(luò ) 

　　在非線(xiàn)性編輯系統中，節目素材是以數字壓縮方式存儲、制作和播出的, 視頻壓縮技術(shù)是非線(xiàn)性編輯系統的技術(shù)基礎。目前主要有M-JPEG和MPEG-2兩種數字壓縮格式。 

　　M-JPEG技術(shù)即運動(dòng)靜止圖像（或逐幀）壓縮技術(shù)，可進(jìn)行精確到幀的編輯，但壓縮效率不高。 

　　MPEG-2采用幀間壓縮的方式，只需進(jìn)行I幀的幀內壓縮處理，B幀和P幀通過(guò)偵測獲得，因此 ，傳輸和運算的數據大多由幀之間的時(shí)間相關(guān)性得到，相對來(lái)說(shuō)，數據量小，可以實(shí)現較高的壓縮比。隨著(zhù)逐幀編輯問(wèn)題的解決，MPEG-2將廣泛應用于非線(xiàn)性編輯系統，并大大地降低編輯成本，同時(shí)MPEG-2的解壓縮是標準的,不同廠(chǎng)家設計的壓縮器件壓縮的數據可由其他廠(chǎng)家設計解壓縮器來(lái)解壓縮,這一點(diǎn)保證了各廠(chǎng)家的設備之間能完全兼容。 

　　由于采用MPEG-2 IBP視頻壓縮技術(shù)，數據量成倍減少，降低了存儲成本，提高了數據傳輸速度，減少了對計算機總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )帶寬的壓力，可采用純以太網(wǎng)組建非線(xiàn)性編輯網(wǎng)絡(luò )系統已成為可能，而在目前以太網(wǎng)是最為成熟的網(wǎng)絡(luò )，系統管理比較完善，價(jià)格也比較低廉。 

　　基于MPEG-2的非線(xiàn)性編輯系統及非線(xiàn)性編輯網(wǎng)絡(luò )將成為未來(lái)的發(fā)展方向。 

（3）衛星傳輸 

　　MPEG-2已經(jīng)通過(guò)ISO認可，并在廣播領(lǐng)域獲得廣泛的應用，如數字衛星視頻廣播(DVB-S)、DVD視盤(pán)和視頻會(huì )議等。目前，全球有數以千萬(wàn)計的DVB-S用戶(hù)，DVB-S信號采用MPEG-2壓縮格式編碼，通過(guò)衛星或微波進(jìn)行傳輸，在用戶(hù)端經(jīng)MPEG-2衛星接收解碼器解碼，以供用戶(hù)觀(guān)看。此外，采用MPEG-2壓縮編碼技術(shù)，還可以進(jìn)行遠程電視新聞或節目的傳輸和交流。 

（4）電視節目的播出 

　　在整個(gè)電視技術(shù)中播出是一個(gè)承上啟下的環(huán)節，對播出系統進(jìn)行數字化改造是非常必要的，其中最關(guān)鍵一步就是構建硬盤(pán)播出系統。MPEG-2硬盤(pán)自動(dòng)播出系統因編播簡(jiǎn)便、儲存容量大、視頻指標高等優(yōu)點(diǎn)，而為人們所青睞。但以往MPEG-2播出設備因非常昂貴，而只有少量使用。隨著(zhù)MPEG-2技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)品成本的下降，MPEG-2硬盤(pán)自動(dòng)系統播出可望得到普及。