MPEG-2標準概要

MPEG組織于1994年推出MPEG-2壓縮標準，以實現(xiàn)視/音頻服務與應用互操作的可能性。MPEG-2標準是針對標準數(shù)字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統(tǒng)層的詳細規(guī)定，編碼碼率從每秒3兆比特～100兆比特，標準的正式規(guī)范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級，MPEG-2在系統(tǒng)和傳送方面作了更加詳細的規(guī)定和進一步的完善。MPEG-2特別適用于廣播級的數(shù)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：空間相關性和時間相關性。這兩種相關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，只保留少量非相關信息進行傳輸，就可以大大節(jié)省傳輸頻帶。而接收機利用這些非相關信息，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，分別稱為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)的空間相關性，而沒有利用時間相關性。P幀和B幀圖像采用幀間編碼方式，即同時利用了空間和時間上的相關性。P幀圖像只采用前向時間預測，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(nèi)編碼的部分，即P幀中的每一個宏塊可以是前向預測，也可以是幀內(nèi)編碼。B幀圖像采用雙向時間預測，可以大大提高壓縮倍數(shù)。 

　　MPEG-2的編碼碼流分為六個層次。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標準在廣播電視領域中的主要應用如下： 

（1）視音頻資料的保存 

　　一直以來，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。更重要的是難以長期保存，難以查找、難以共享。隨著計算機技術和視頻壓縮技術的發(fā)展，高速寬帶計算機網(wǎng)絡以及大容量數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)給電視臺節(jié)目的網(wǎng)絡化存儲、查詢、共享、交流提供了可能。 

　　采用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤，給資料保存帶來了新的希望。電視節(jié)目、音像資料等可通過MPEG-2編碼系統(tǒng)編碼，保存到低成本的CD-R光盤或高容量的可擦寫DVD-RAM上，也可利用DVD編著軟件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)制作成標準的DVD視盤，既可節(jié)約開支，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 

　　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、制作和播出的, 視頻壓縮技術是非線性編輯系統(tǒng)的技術基礎。目前主要有M-JPEG和MPEG-2兩種數(shù)字壓縮格式。 

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

　　MPEG-2采用幀間壓縮的方式，只需進行I幀的幀內(nèi)壓縮處理，B幀和P幀通過偵測獲得，因此 ，傳輸和運算的數(shù)據(jù)大多由幀之間的時間相關性得到，相對來說，數(shù)據(jù)量小，可以實現(xiàn)較高的壓縮比。隨著逐幀編輯問題的解決，MPEG-2將廣泛應用于非線性編輯系統(tǒng)，并大大地降低編輯成本，同時MPEG-2的解壓縮是標準的,不同廠家設計的壓縮器件壓縮的數(shù)據(jù)可由其他廠家設計解壓縮器來解壓縮,這一點保證了各廠家的設備之間能完全兼容。 

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

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

（3）衛(wèi)星傳輸 

　　MPEG-2已經(jīng)通過ISO認可，并在廣播領域獲得廣泛的應用，如數(shù)字衛(wèi)星視頻廣播(DVB-S)、DVD視盤和視頻會議等。目前，全球有數(shù)以千萬計的DVB-S用戶，DVB-S信號采用MPEG-2壓縮格式編碼，通過衛(wèi)星或微波進行傳輸，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，還可以進行遠程電視新聞或節(jié)目的傳輸和交流。 

（4）電視節(jié)目的播出 

　　在整個電視技術中播出是一個承上啟下的環(huán)節(jié)，對播出系統(tǒng)進行數(shù)字化改造是非常必要的，其中最關鍵一步就是構(gòu)建硬盤播出系統(tǒng)。MPEG-2硬盤自動播出系統(tǒng)因編播簡便、儲存容量大、視頻指標高等優(yōu)點，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MPEG-2技術的發(fā)展和相關產(chǎn)品成本的下降，MPEG-2硬盤自動系統(tǒng)播出可望得到普及。