mpeg-2基本问题.txt

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图9是按照视频输入的顾序展示的帧序列．但是，为了预测B—帧，必须有两个基准帧(I—帧和 或/B帧)。因此，各帧离开解码器的颁序就应为0，3，1，2，0，4，5，其中第二个0帧是 下—个GOP的I帧。此时只有时间基准被加进了披压缩的视频数据，帮助解码器工作的进一 步的时间信息是在生成传输流(TS)时加入的(即PTS，显示时间标志)。这就是MPEG压缩 技术。

MPEG-2标准 
MPEG-2标准是由ISO制订的。早期的MPEG-1标准着眼于较窄的带宽(因此分辨率较低)，视 频流大约是1.5Mbp.MPEG-2利用了许多相同的技术，但着眼于4Mbps以上的比特串(通常 情况下上限是15bps，但有潜力达到更高)． 

基本流和传输流(ES&TS) 

音视频信号都被压缩成基本流(ES)的形式，然后用ES生成PES，再进一步打包生成TS。 图10展示了这一过程。 解码器标准化 必须要了解一个很关键的问题：MPEG标准只定义了解码器的标准结构。这样，伴随着未来的 编码器计算能力的提高，为图象质量的提高和数据速率的降低提供了发展余地． 类和级 MPEG规范被设计成在其服务的众多应用中是通用的。高达400Gb／s的比特率和16000点*16000 点的图象都可以被定义。为了给实际应用中的许多参数没定可行的界限，制定了一个由“类” 和“级”构成的体系.(表2)所谓的类，是整个比特流语法体系的一个子集。比如说，语法 体系允许按SNR(信噪比)或者空问分辨率进行分级操作，而主类和简单类不使用这部分语 法，所以不提供这个特性。所谓的级，包含了语法许可范围内的各项参数。比如说，主类主 级(MP·ML)允许最高15Mbps的码率，两主类高级(MP·HL)允许最高80Mbps的码率。 

分级能力

MPEG的编解码器一起工作并不需要具有可比的图象质量，这是因为规范令解码器具有分级能 力。凭借分级这一方法，简单廉价的解码器可以只对完整比特流中的一部分进行解码，生成 低于完整比特流解码器输出质量的图象。标准允许按SNR或空间分辨率进行分级。 SNR分级是指牺牲SNR性能，对图象质量作出权衡。低比特率的解码器可以提供满分辨率的 图象，但SNR性能要比高比特率的解码器低。 空间分级是指牺牲空间分辨率，对图象质量作出权衡。低比特率接收机的图象输出质量要比 高比特率的低。 为了与标准保持兼容，以11种规定的类／级组合中任意一方式工作的解码器，必须能够处理 在表格中位于其左侧或下方的工作模式的信号。这就是所谓的MPEG-2全兼容性。今天，许 多的产品开发是面向主类主级(MP·ML），也有一些是面向主类高级(MP·HL)的.

MPEG-2 4：2：2类@主级 

MPEG-2标准最初被设计用于视频传输，能提供家庭观众可以接受的图象质量。然而，主要是 由于有限的数据率(上限15Mbps)和4：2：0的采样方式，这种图象质量很明显无法用于专业 场合及后期制作等应用领域。由于色度数据的内插，4：2：0的采样方式无法满足工作间在多 代性能方面的要求。即使采用小的GOP(获得可编辑能力)和高达15Mb／s的数据宰仍达不到 要求的图象质量。而大的GOP在各种工作问的帧扫描切换环境中难于处理。 

4：2：2@ML将比特率的上限扩展到了50Mb／s，并且对4：2：0和4：2：2的色度采样格式都提 供支持。就象MP·ML一样，它并没有因为支持更高级的类和级而带来复杂性方面的负担。 

1994年，一些厂商和用户要求MPEG委员会一个4：2：2类，允许在525和625线的系统上以 50Mbps的速率进行采样，为专业应用提供更高的图象质量。那时，TEKTRONIX公司组织发起 了一个由若干厂商组成的特别论坛，建议MPEG-2标准增加一个新类。甚至在4：2：2类的建 议提出之前，TEKTRONIX公司就已经在MPEG-2标准领域内积极工作，确保诸如11 bits的DC系 数，独立的亮度色度量化表格等特性被包含在MPEG标推内，为将来添加提供更高图象质量 的类作好准备。 

对于4:2:2类的需求 

在分析表2的时候，对于新的4：2：2类的需求可能并不直观。毕竟，高达100Mbps的码率己 被HP@HL所覆盖，而且4:2：2的视频显示可以由高级中任何一个高于主类的类实现。那 么，为什么还需要一个额外的类呢?这个问题的答案在于实现的经济性。换言之，也就是构 造一个全兼容的解码器所需的花费。记住，要做到全兼容，解码器必须能处理表格中其左例， 下方所有的类朋组合。这就意味着，为了实现兼容性，工作于HP@HL的解码器就需要处理 ML,LL上的SNR可分级类。但是分级能力非常复杂，通常不为厂商所追求。其中的一个原因， 用简单的话讲就是：这种编解码过程将使编解码电路加倍，基本上可分级解码器的成本也将 加倍。而且，HP@HL采用短GOP结构可以达到20Mbps的最高码率，但并不能提供专业应用 所需要的图象质量,这样，HP@ML就要求在更高级别上的实现，继而还要求空间分级能力。 无论那种情况，专业应用都会背负上额外的成本开销；而在主级中增加一个4：2：2类(MPEG-2 4：2：2@ML)，可以很容易地避免这些情况。 1996年1月，MPEG批准了主级中的4：2：2类，并将其定为国际标难。正如在图13所看到的， MPEG-2 4：2：2·ML从几方面扩展了MP·ML的功能。它把码率上限扩展到50Mbps，对4：2：0 和4：2：2的采样格式都提供支持。象MP@ML一样，为了支持更高级的类／级分级能力模型， 他并没有带来复杂性方面的负担。

表3中被显著标出的类和级都可以被兼容的4：2：2解码器处理。全兼容的MPEG-2 4：2：2@ML 设备，不仅可以对码率高达50Mbps及任意I，B，P组合的图象进行解码，也可以对MP@ML 高至15Mbps的任意I，B，P组合，MP@ML的任意I，B，P组合，SP@ML的任意I，P组合 进行解码。任何被限制在一个固定码率(比如18Mb／s)，或者受限于图象类型的一个子集(比 如只能处理I，B)，或者没有能力处理4：2：0的4：2：2解码器，都不是完全兼容的4：2：2·ML 解码器。同时要注意，兼容SNR·ML的解码器，无须为了证明兼容性去对4：2：2类进行解 码。 

MPEG-2 4：2：2·ML为具有以下要求的应用提供了高效率比的压缩技术：
高度的互操作性和灵活性。
比MP@ML高的图象质量。
比MP@ML高的色度分辨率。 
压缩解压缩的后期制作能力。 
压缩解压缩的多代性能。 
为获得可编辑能力而采用短的GOP。 
再现视频信号中所有有效行的能力。 
再现帧消隐期信息的能力。

MPEG-2 4：2：2·ML到底好不好? 

1995年2月，TEKTRONIX帮助SMPTE进行了码率在20Mb／s到50Mb／s之间的MPEG-2 4：2：2@ML 专家审看测试。这些测试表明，MPEG-2 4：2：2@ML达到了专业应用领域的要求。通过提供一 些测试序列，协助进行压缩仿真，编辑525／625的测试录象带以及与SMPTE一起组织主观评 价，TEKTRONIX又一次扮演了关键角色．实验结果见表4。 由专家和非专家组成的观看员对525/60和625/50的系统分别进行了主观评价。525／60的测 试研究了大范围的码率和GOP结构：625/50的测试包括了更多种类的测试材料，但码率，GOP 结构，子代数量的组合比较少。测试涵盖了从第一代到第八代的压缩解压缩过程。(这里的 一代是指一个压缩解压缩循环)空间和时间的移位都被引入，以分析图象的重定位效果(可 能在DVE中发生)和多代处理后的图象排列定位。空间移位是指在一二代之间，图象沿水平 方向被移动两个象素点，沿垂直方向移动两个空间扫描行，在五六代之间再移回来。 节目材料包括典型序列，也包括难于压缩的测试材料。测试人员被要求对原始序列和被压缩 序列的图象质量进行分级评分：评分标推从0到100，0表示无劣化，100表示可能的最糟糕 的劣化情况。 

从这些测试可以看出同样的趋势：正如所预料的，专家的评价与非专家相比，要求更为苛刻。 在50Mb／s的码率下，可以使用短的GOP结构，比如只有I或IB，经过多代后，仍能保持优 异的图象质量；在30Mb／s的码率下，为了经过多代后仍能保持图象质量，就必须采用IB的 GOP结构；在20Mb／s的码率下，只有使用较长的GOP结构，如IBBP，才可能在有限的几代之 内保持图象质量。这说明，象20Mb／s这样较低的码率可以用于采集，但繁重的多代工作就 应该在较高的30Mb／s或50Mb／s的码率下进行。 对于在每个应用环境中获取效一费的最佳乎衡，码率和GOP结构的灵活性是非常关键的。这 种平衡类似于获得VHS或Beta的成本收益，取得D1的图象质量，同时又没有支持多种磁带 格式的恶梦。 

MPEG-2对于广播行业和后期制作的重要意义 

对于广播和后期制作行业来说，MPEG-2有潜力解决年代久远的多种制式难题。为了挖掘这一 潜力，我们必须时刻注意应用的要求和特点。考虑以下图14中的应用示例吧。

新闻与采集 

这一应用要求高画质的场视频采集和有限数量的多代性能(新闻应用)。更可能是用于有以 下特性的摄录象机：便于携带，重量轻，以电池为电源(有合理的电池寿命)，合理的价格 (由于掉进河里或摔在卡车上，我们可能要定期更换)。所有这些特性可以通过低码率(带 来低功耗，低价线路)和简单的GOP结构(低价线路，易于编辑)。 

归档 

这种应用要求高质量，或至少相对于原材料没有质量损失。可以通过使用较高的码率和IB 的GOP结构来获取优异的图象质量。 

后期处理 

这种应用要求优异的图象质量和高的可编辑能力。50Mb／s的码率和只有I帧的GOP结构是合 理的选择。 

传输 

这种应用要求高的存储效率和广播级的图象质量。这里，20Mb／s的码率(或以15Mb／s的码 串送入NTSC或PAL的发射机，或者更低的如DBS)与长的GOP结构相结合，就可以获得高 效存储和优异画质。 这种针对不同的应用采用不同的码串和GOP结构的概念，类似于用BetacmSP录象，用D1 记录，用VHS或U-Matic传输，用BetacamSP存档。任何在任何时候，都有可能以一种应 用获取材料，用另一种应用来处理，这时全兼容的MPEG-2 4：2：2＠ML就可以帮助解决多格式 的难题。基本上，全兼容的解码器有能力取代集中不同的VTR格式，并且可以使一台单独的 硬件设备应用于任何一种谈到的应用环境中。弥不再需要选择格式了。 

总结 

Tektronix在原始的MPEG标准和4：2：2类的发展过程中扮演了至关重要的角色，Tektronix 建议并努力投身于4：2：2类需求的签定工作中去，后来又主持MPEG委员会来制订这个标准。 为了对MPEG—2标准和4：2：2类负责，Tektronix希望成为第一家提供MPEG—2 4：2：2@ML设 备的厂商。实际上，Tektronix：在1996年的NAB贸易展览会上就展示了早期硬件模型。 基于这些观点和背景，了。Tektronix作出以下总结： 符合标推对生产厂商和用户都有利。对象Tektronix一样的厂商有利是因为它打开了通向高 效率比压缩应用的大门，作为生产厂商我们能够把精力集中在为用户提供最好的解决方案 上。对于视频设备用户而言，符合标准意味着选择设备只需考虑谁能提供最好的解决方案， 你就不会受困于一家厂商，因为所有使用复合，分量视频标准的设备能够象今天一样地协调 工作。 

MPEG标准向着互操作性迈进了一大步

4：2：0格式(MPEG-2MP·ML)是通过DBS(直播卫星)和电缆向家庭用户发送MPEG-2码 流的最佳选择。然而，如果要向NTSC或PAL的发射机传送广播质量的信号，MPEG-2 4：2：2＠ML 将是更为合适的选探。主观评价已经证实，选择好码率和GOP结构，MPEG-2 4：2：2@ML可以达到甚至超过专业视频 的要求。 码率和GOP结构的灵活性是保证图象质量的关键，如何权衡这两个参数是由应用决定的。

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