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MPEG-2

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MPEG-2適用てきよう数字すうじ视频广播数字すうじ多功たこうのうこう碟其ちゅうてきTS,以及PSえいMPEG program streamみなぞく容器ようき格式かくしき

MPEG-2“运动图像しょう关音频信いきてき通用つうよう编码”てき标准[1]。它用りょうゆう视频压缩ゆうおと频数すえ压缩方法ほうほうてき组合,まこと使用しようとうぜん可用かようてきそん媒体ばいたい传输带宽そん储和传输电影。虽然MPEG-2てき效率こうりつH.264/AVCH.265/HEVCひとししん标准,ただしあずか现有かたけん软件てきこうきさきけんようせい意味いみ它仍ざい广泛使用しようれい如在无线数字すうじ电视广播DVD-Videoなか

だい1部分ぶぶんてきMPEG - 2解決かいけつ互相結合けつごうてき一個或多個基本碼流的視頻和音頻,以及其他すうよりどころため一個或多個位元流,其他すうよりどころ適合てきごうもうかそんあるつて輸。 具體ぐたいらいせつゆうりょうたね形式けいしきほどしきりゅうかずつたえ輸流。

ほどしきりゅう類似るいじ於 MPEG - 1系統けいとうてき多重たじゅう。它的結果けっかしたがえいちあるPacketised Elementary Streams(PES)てき結合けつごう,其中有ちゅうういち共同きょうどうてき時間じかん基準きじゅん。 而程しきりゅう專門せんもん使用しようざい相對そうたい錯誤さくごてき環境かんきょう適當てきとうてき應用おうよう,這有可能かのう干涉かんしょういた軟體處理しょりほどしきりゅうふうつつみ可能かのうかいなりためやすへん相對そうたいちょうてきちょう

つて輸流結合けつごういちあるPES,使つかい具有ぐゆう一個或多個獨立時基(time bases )てきPESなりためいちりゅうしたがえいちほどしきちゅう 基本きほんりゅう(Elementary streams )きょうとおるいち共同きょうどうてきもとつて輸流せんため使用しようざいゆう可能かのう發生はっせい錯誤さくごてき環境かんきょう,如存もうかあるつて損耗そんこうある嘈雜てき媒體ばいたいつて輸流てきふう包有ほうゆう188もとぐみ

だい2部分ぶぶんてきMPEG - 2建立こんりゅうざい強大きょうだいてき壓縮あっしゅくしきこうのうてきMPEG - 1水準すいじゅん提供ていきょう範圍はんいこう泛的へん碼工。 這些提供ていきょう不同ふどうてきこうのうざい1994ねん11がつ,MPEG - 2しき最終さいしゅう認可にんか使用しよう現有げんゆうてきへん碼工てきMPEG - 2しき,而具有ぐゆう處理しょりてきかたゆう顏色かおいろぶんべんりつ4:2:2較高てきもとりつ( bitrate)てき能力のうりょく。.ざい經過けいか一組進行了對照試驗證實了 MPEG - 2MPEGしきさらこのみ,而且ざい許多きょた情況じょうきょう在位ざいいもとりつあるえんじ播室應用おうようてき標準ひょうじゅんある規格きかくゆうさらこのみてき發展はってん。 4:2:2しきやめざい1996ねん1がつ最終さいしゅう批准ひじゅん現在げんざいMPEG - 2しきいち不可ふかあるかけてき部分ぶぶん。而Multiview Profile いち使用しよう現有げんゆうてきMPEG - 2しきへん碼工,它可以進行しんこうへん碼視しき序列じょれつざい兩個りゃんこきょうあたまはくてきどう一場景而他們微小角度之間,ざい1996ねん7がつ最終さいしゅう批准ひじゅん

MPEG-2わざ术也应用ざいりょうHDTV传输けい统和蓝光こう盘中。

MPEG-2てきだいさん部分ぶぶんてい义了おと频压缩标准。よう指定していてきへん表示ひょうじ以用らい壓縮あっしゅくおんしき序列じょれつ-包括ほうかつたんこえ道和みちかず立體りったいごえ。该部分ぶぶんあらため进了MPEG-1てきおと频压缩,支持しじ两通どう以上いじょうてきおと频。MPEG-2おと频压缩部分ぶぶん保持ほじりょうこうきさきけんようてきとくてん

MPEGてきだいよんだい部分ぶぶん- 對應たいおう於第よん部分ぶぶんだい部分ぶぶんてきMPEG - 1。 だいよん部分ぶぶん指定してい如何いかはか試驗しけんしょう碼流和解わかい碼器符合ふごう要求ようきゅうしょゆびあかりてきだい1,だい2だい3てきMPEG - 1標準ひょうじゅん。這些測ためし以驗しょうしょうてきへん碼器們的きゃくいやゆう有效ゆうこうてきもと流產りゅうざんせいだい五部分在技術上沒有一個標準,具有ぐゆういち技術ぎじゅつ報告ほうこく提出ていしゅつりょう一個完整的軟體實施前三部分的MPEG - 1標準ひょうじゅん

MPEG-2てきだい七部分定义了不能向后兼容的おと频压缩。该部分ぶぶん提供ていきょうりょうさら强的ごうてきおん频功のう通常つうじょうわが们所说的MPEG-2AACゆびてき就是这一部分ぶぶん

MPEG-2てきだいはち部分ぶぶんはらけい進行しんこうへん碼的しきとき輸入ゆにゅうさまほんため10ざい進行しんこう部分ぶぶん工作こうさくこれいんため一些因素而停止開發。

MPEG-2てきだい十部分是一致性測試的一部分。

标准わざ术细节

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いち个MPEG-2けい统流一般包括两个基本元素:

  • 訊数すえ + 时间戳
  • おと频数すえ + 时间戳

以下いかためMPEG-2ちゅうもちいいたてき重要じゅうよう壓縮あっしゅく技巧ぎこう:

そら间上てき冗馀去じょ

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视讯资料てき一个特性是空间冗馀。一般いっぱんらい说,ざいどう一张画面上必有一些共通特性,也许色彩しきさいじょうてき,也许几何じょうてきある其它とくせい值得いたてきところ谓的そら间冗馀去じょ,就是よう识别画面がめんちゅう重要じゅうようてき元素げんそ,并移じょじゅう复且较无かげ响的元素げんそてき动作。MPEG-2よういた色彩しきさい样,离散馀弦变换とう冗馀去じょ手法しゅほう

时间じょうてき冗馀去じょ

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视讯资料てき另一个特性是时间上的冗馀。一般いっぱん播放てき视讯,其实ただ一连串连续的图像序列,しか而因为人类视觉的视觉暂留现象,所以ゆえんかいゆう连贯影像えいぞうてき错觉。而此种视讯因为画めん间时间间隔甚小,いん此相临的画面がめん几无异,だいただ图像内容ないようてき位置いち变化。よし为有此现ぞう产生,所以ゆえんわが们可以利用りよう除去じょきょざい时间轴上画面がめんあずか画面がめんてき相似そうじせい造成ぞうせいてき冗馀らい进行压缩。MPEG-2ようてき动态补偿そくため此類手法しゅほうざい做动态补偿之まえしゅさきはた画面がめんぶん为16x16てきだい块(Macro-block,MB),しかきさき找寻其在参考さんこう画面がめん(Reference Picture)ちゅう近似きんじてきだい块所ざい位置いち,并将よし标大块到参考さんこうだい块间位置いちてきすわ标差记录なり动态むこうりょう(Motion Vector)。参考さんこう画面がめんざい该画めんまえしょう为向ぜん预测(Forward Prediction);参考さんこう画面がめんざい该画めんきさきしょう为向きさき预测(Backward Prediction);而参考さんこう画面がめんざい该画面前めんぜんきさきゆうしょう为双こう预测(Bi-directionally Prediction)。而整个找寻动态向量的りょうてき过程しょう为动态估计(Motion Estimation),つね见的ゆう块匹はいほう(Block Match Method)及递かいほう(Recursive Method)。

訊编码概じゅつ

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MPEG-2图像压缩てき原理げんり利用りようりょう图像ちゅうてき两种特性とくせいそら间相关性时间しょう关性。这两种相关性使とく图像ちゅう存在そんざい大量たいりょうてき冗余しんいき。如果わが们能はた这些冗余しんいきじょただ保留ほりゅう少量しょうりょうしょう关信いき进行传输,就可以大だい节省传输频带。而接收せっしゅうつくえ利用りよう这些あい关信いき,按照一定いっていてきかい码算ほう以在证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。

MPEG-2通常つうじょう包含ほうがんGOP(Group Of Pictures),まいいち个GOP包含ほうがん个帧(frame)。帧的帧类(frame type)通常つうじょう包括ほうかつI-帧(I-frame)、P-帧(P-frame)B-帧(B-frame)。其中I-帧采よう帧内编码,P-帧采ようぜんこう估计,B-帧采ようそうこう估计。

I帧图ぞうさいよう帧内编码方式ほうしき,仅使用しよう本身ほんみてき画面がめん资料进行そら间的冗馀去じょ,并没ゆう参考さんこう其他画面がめんてき资料,わが们称为Intraしきだい块(Intra Mode Macro-block)。ざいI帧图ぞうちゅう所有しょゆうてきだい块皆为Intraしきだい块。I帧图ぞう以做为视讯资りょうりゅうちゅうてき索引さくいんてん,也是提供ていきょうずいつくえそん能力のうりょくてき主要しゅようげん。I画面がめん通常つうじょうざい视讯序列じょれつある画面がめんぐん组的だいいち张,かい码时I画面がめん独立どくりつかい码,并做为P及B画面がめんてき参考さんこう影像えいぞうてきらいげんよし于不须参考さんこう其他画面がめんいん此无ほういたしょうじょ时间じょう冗馀てきこう处,いん此压缩率较差。

P帧和B帧图ぞうさいよう帧间编码方式ほうしきそくどう利用りようりょうそら间和时间じょうてきしょう关性。P帧图ぞうかい使用しよう参考さんこう画面がめん(Reference Picture),这些参考さんこう画面がめん为该帧前めん最近さいきんてきI帧或P帧。编码时,ざいP帧中てきだい块,わかのうざい参考さんこう画面がめんじょう找到しょう对应てきだい块,则用动态补偿方式ほうしき做预测编码(Predictive Coding);わか找不いた,则以Intraしき做编码。よし加入かにゅうしょうじょ时间じょう冗馀てきわざ术,いん此其编码效率こうりつ较高。B帧图ぞうさいようそうこう时间预测,かい使用しよういた前面ぜんめん及后めん两个方向ほうこう参考さんこう画面がめんてき资料。如同P帧一样,以大だいひさげだか压缩倍数ばいすう。值得注意ちゅういてきゆかり于B帧图ぞうさいようりょう未来みらい帧作为参考さんこういん此MPEG-2编码码流ちゅう图像帧的传输顺序显示顺序不同ふどうてき。 B帧拥ゆう最高さいこうてき编码效率こうりつしか质最本身ほんみさい做为其他预测编码よう

MPEG-2てき编码码流ぶんろく个层。为更好地こうち表示ひょうじ编码すうすえ,MPEG-2よう句法くほう规定りょう一个层次性结构。它分为ろく层,从上いたり为:视频序列じょれつ层(Sequence),图像组层(GOP: Group of Picture),图像层(Picture),ぞうじょう层(Slice),ひろし块层(Macro Block)ぞう块层(Block)。以看いたじょひろし块层ぞう块层がい上面うわつら四层中都有相应的起始码(Start Code,SC),可用かよう于因误码ある其它原因げんいんおさむ发两はししつ时,かい码器おもしん捕捉ほそくどうよし此一次失步将至少丢失一个像条的数据。

一般来说输入視訊格式是25(CCIR标准)あるもの29.97(FCC)帧/びょう

MPEG-2支持しじへだたあるき扫描逐行扫描ざい逐行扫描しき,编码てき基本きほん单元ざいへだたあるき扫描しき基本きほん编码以是帧,也可以是field)。

原始げんし输入图像くびさき转换到YCbCr色彩しきさいそら。其中Yあきら,CbCr两个しょくどおりどう。对于ごといちつうどうしゅさきさいよう分割ぶんかつしかきさき形成けいせいひろし块”(macroblocks),ひろし块构なりりょう编码てき基本きほん单元。まい一个宏块再分割成8x8てきしょう块。いろどおりどう分割ぶんかつなりしょう块的すうもく决于はつはじめまいりすう设置。れい如,ざい常用じょうようてき4:2:0格式かくしきまい个色ひろし块只さい样出いち个小块,所以ゆえん三个通道宏块能够分割成的小块数目是4+1+1=6个。

对于I-帧,せいはば图像直接ちょくせつ进入编码过程。对于P-帧和B-帧,しゅさき运动补偿通常つうじょうらい说,ゆかり于相邻帧间的しょう关性很强,ひろし块可以在ぜん帧和きさき帧中对应相近すけちかてき位置いち找到相似そうじてき区域くいきひきはいてき较好,这个へんうつりりょうさく运动むこうりょう记录らい运动估计じゅう构的区域くいきてき误差おくいた编码ちゅう编码。

对于ごといち个8×8しょう块,离散余弦よげん变换图像从空间域转换到频域。いたてき变换けいすうりょう并重しん组织排列はいれつ顺序,从而增加ぞうか长零てき可能かのうせいこれきさきゆうほど编码(run-length code)。さいきさきさく哈夫曼编码(Huffman Encoding)。

I帧编码是为了减少そら间域冗余,P帧和B帧是为了减少时间いき冗余。

GOPよし固定こていしきてきいち系列けいれつI帧、P帧、B帧组なり常用じょうようてき结构よし15个帧组成,具有ぐゆう以下いか形式けいしきIBBPBBPBBPBBPBB。GOPちゅうかく个帧てき比例ひれいてき选取带宽、图像てき质量要求ようきゅうゆう一定いってい关系。れい如因为B帧的压缩时间可能かのうI帧的さんばい所以ゆえん对于计算能力のうりょく强的ごうてきぼう些实时系统,可能かのう需要じゅよう减少B帧的比例ひれい

MPEG-2输出てきとくりゅう以是匀速あるもの变速てき最大さいだいとくりつれい如在DVD应用じょう达10.4 Mbit/s。如果よう使用しよう固定こていとくりつりょう尺度しゃくど就需よう不断ふだんてき调节以产せい匀速てきとくりゅうただしひさげだかりょう尺度しゃくど可能かのう带来视的しつ效果こうか马赛かつ现象。

おと频编码

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MPEG-2てきおと频编码包括ほうかつ

  • 使用しよう一半的取樣速率處理低位元速率的音頻。
  • つうどう编码たちいた5.1個いっこどおりどう
  • 提供ていきょうMPEG-2 AAC,且不能ふのう向後こうごけんよう[2]

MPEG-2ざいDVDじょうてき应用

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DVDちゅうさいようりょうMPEG-2标准并引にゅう如下わざ术参すうげんせい

  • ぶんべんりつ
  • 纵横
    • 4:3
    • 16:9
  • 帧率(帧播放速度そくど
    • 59.94场/びょう,23.976帧/びょう,29.97帧/びょう(NTSC)
    • 50场/びょう,25帧/びょう(PAL)
  • 訊+おと频比とくりつ
    • 平均へいきん最大さいだい缓冲9.8 Mbit/s
    • みね值15 Mbit/s
    • 最小さいしょう值300 Kbit/s
  • YUV 4:2:0
  • 字幕じまく支持しじ
  • うちはま字幕じまく支持しじ(NTSC only)
  • おと
  • GOP结构
    • 必须为GOP提供ていきょう序列じょれつてき头信いき
    • GOP最大さいだい含帧すうもく:18(NTSC)/15(PAL)

MPEG-2ざいDVB应用

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DVB-MPEGあい关技术参すう

  • しめぎきよしでん(SDTV)必须符合ふごう以下いかいち种分べんりつ
    • 720×480ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 640×480ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 544×480ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 480×480ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 352×480ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 352×240ぞうもと,24/1.001,24,30/1.001ある30帧/びょう
    • 720×576ぞうもと,25帧/びょう
    • 544×576ぞうもと,25帧/びょう
    • 480×576ぞうもと,25帧/びょう
    • 352×576ぞうもと,25帧/びょう
    • 352×288ぞうもと,25帧/びょう
  • こうきよしでん(HDTV)必须符合ふごう以下いかいち种分べんりつ
    • 720×576×50幀/びょう逐行掃描(576p50)
    • 1280×720×25ある50幀/びょう逐行掃描(720p50)
    • 1440ある1920×1080×25幀/びょう逐行掃描(1080p25 = でんかげしき
    • 1440ある1920×1080×25幀/びょうへだたあるき掃描(1080i50)

MPEG-2ATSC

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  • 必须符合ふごう以下いかいち种分べんりつ
    • 1920 × 1080ぞうもと最多さいた60帧/びょう1080i
    • 1280 × 720ぞうもと最多さいた60帧/びょう720p
    • 720 × 576ぞうもと最多さいた50帧/びょう,25帧/びょう576i576p
    • 720 × 480ぞうもと最多さいた60帧/びょう,30帧/びょう480i480p
    • 640 × 480ぞうもと最多さいた60帧/びょう

ちゅう1080i按1920×1080ぞうもと编码,ただしさいきさき8ぎょうざい显示时抛弃。

MPEG-2标准ぶん档号码

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  • ISO/IEC 13818-1:けい统-描述视频和音わおん频的どうみちわざ
  • ISO/IEC 13818-2:视频-视频压缩
  • ISO/IEC 13818-3:おと频-おと频压缩,包括ほうかつどおりどうてきMP3扩展。
  • ISO/IEC 13818-4:测试规范
  • ISO/IEC 13818-5:仿真软件
  • ISO/IEC 13818-6:DSM-CC(Digital Storage Media Command and Control)扩展
  • ISO/IEC 13818-7:Advanced Audio Coding(AAC)
  • ISO/IEC 13818-9:实时せっこう扩展
  • ISO/IEC 13818-10:DSM-CC规范
  • ISO/IEC 13818-11: IPMP on MPEG-2 systems

专利ゆうしゃ

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组织 专利すう[3]
おもね尔卡とくろう 33
けいのう 2
おもえけい 13
哥倫大學だいがく 9
ほうこく電信でんしんCNET 7
富士通ふじつう 6
GE Technology Development, Inc. 75
General Instrument Corp. 4
日立ひたち 7
KDDI 2
LG集團しゅうだん 8
松下電器まつしたでんき 55
三菱みつびし[需要じゅようしょう歧义] 119
日本電信電話にほんでんしんでんわNTT 2
Philips 99
罗伯とく·はく公司こうし 5
三星みつぼし 38
三洋さんよう電器でんき 1
なつひろし 1
さくあま 311
Thomson Licensing S.A. 198
JVC 39
東芝とうしば 9

まいり

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參考さんこう資料しりょう

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  1. ^ ISO/IEC 13818-1:2000 - Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems. www.iso.org. [4 May 2018]. (原始げんし内容ないようそん于2007-05-20). 
  2. ^ D. Thom, H. Purnhagen, and the MPEG Audio Subgroup. MPEG Audio FAQ Version 9 - MPEG Audio. October 1998 [2009-10-31]. (原始げんし内容ないようそん于2011-08-07). 
  3. ^ MPEG-2 Patent List (PDF). MPEG LA. [7 July 2019]. (原始げんし内容ないようそん (PDF)于2019-05-29).