MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)概要

MPEG組織于1994年推出MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)視/音頻服務(wù)與應(yīng)用互操作的可能性。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應(yīng)用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細(xì)規(guī)定，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特，標(biāo)準(zhǔn)的正式規(guī)范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡(jiǎn)單升級(jí)，MPEG-2在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細(xì)的規(guī)定和進(jìn)一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級(jí)的數(shù)字電視的編碼和傳送，被認(rèn)定為SDTV和HDTV的編碼標(biāo)準(zhǔn)。 

　　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(jié)省傳輸頻帶。而接收機(jī)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(fù)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(nèi)編碼方式，即只利用了單幀圖像內(nèi)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(yù)測(cè)，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(nèi)編碼的部分，即P幀中的每一個(gè)宏塊可以是前向預(yù)測(cè)，也可以是幀內(nèi)編碼。B幀圖像采用雙向時(shí)間預(yù)測(cè)，可以大大提高壓縮倍數(shù)。 

　　MPEG-2的編碼碼流分為六個(gè)層次。為更好地表示編碼數(shù)據(jù)，MPEG-2用句法規(guī)定了一個(gè)層次性結(jié)構(gòu)。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(biāo)準(zhǔn)在廣播電視領(lǐng)域中的主要應(yīng)用如下： 

（1）視音頻資料的保存 

　　一直以來(lái)，電視節(jié)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(zhǎng)期保存，難以查找、難以共享。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，高速寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)給電視臺(tái)節(jié)目的網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)、查詢、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(jié)目、音像資料等可通過(guò)MPEG-2編碼系統(tǒng)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編著軟件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成標(biāo)準(zhǔn)的DVD視盤(pán)，既可節(jié)約開(kāi)支，也可節(jié)省存放空間。 

（2）電視節(jié)目的非線性編輯系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò) 

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

　　M-JPEG技術(shù)即運(yùn)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(nèi)壓縮處理，B幀和P幀通過(guò)偵測(cè)獲得，因此 ，傳輸和運(yùn)算的數(shù)據(jù)大多由幀之間的時(shí)間相關(guān)性得到，相對(duì)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)量小，可以實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比。隨著逐幀編輯問(wèn)題的解決，MPEG-2將廣泛應(yīng)用于非線性編輯系統(tǒng)，并大大地降低編輯成本，同時(shí)MPEG-2的解壓縮是標(biāo)準(zhǔn)的,不同廠家設(shè)計(jì)的壓縮器件壓縮的數(shù)據(jù)可由其他廠家設(shè)計(jì)解壓縮器來(lái)解壓縮,這一點(diǎn)保證了各廠家的設(shè)備之間能完全兼容。 

　　由于采用MPEG-2 IBP視頻壓縮技術(shù)，數(shù)據(jù)量成倍減少，降低了存儲(chǔ)成本，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，減少了對(duì)計(jì)算機(jī)總線和網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，可采用純以太網(wǎng)組建非線性編輯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(tǒng)管理比較完善，價(jià)格也比較低廉。 

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

（3）衛(wèi)星傳輸 

　　MPEG-2已經(jīng)通過(guò)ISO認(rèn)可，并在廣播領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，如數(shù)字衛(wèi)星視頻廣播(DVB-S)、DVD視盤(pán)和視頻會(huì)議等。目前，全球有數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的DVB-S用戶，DVB-S信號(hào)采用MPEG-2壓縮格式編碼，通過(guò)衛(wèi)星或微波進(jìn)行傳輸，在用戶端經(jīng)MPEG-2衛(wèi)星接收解碼器解碼，以供用戶觀看。此外，采用MPEG-2壓縮編碼技術(shù)，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程電視新聞或節(jié)目的傳輸和交流。 

（4）電視節(jié)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(jié)，對(duì)播出系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造是非常必要的，其中最關(guān)鍵一步就是構(gòu)建硬盤(pán)播出系統(tǒng)。MPEG-2硬盤(pán)自動(dòng)播出系統(tǒng)因編播簡(jiǎn)便、儲(chǔ)存容量大、視頻指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，而為人們所青睞。但以往MPEG-2播出設(shè)備因非常昂貴，而只有少量使用。隨著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(tǒng)播出可望得到普及。