介绍MPEG

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介绍MPEG MPEG标准一直是许多研究机构和大学的研究热点，也是工业界产品开发的热点。MPEG标准阐明了声音和电视图象的编码和解码过程，严格规定了声音和图象数据编码后组成比特数据流的句法，提供了解码器的测试方法等，但没有对所有内容都作严格规定，尤其是对压缩和解压缩的算法，这样既保证了解码器能对符合MPEG标准的声音数据和电视图象数据进行正确解码，又给MPEG标准的具体实现留有很大余地。人们可以不断改进编码和解码算法，提高声音和电视图象的质量以及编码效率。 本章介绍MPEG标准的概貌，为读者比较深入地了解MPEG提供最基本的背景材料。在介绍过程中会遇到前几章没有介绍过的新的技术术语，其中有些术语将在后续章节中陆续介绍，有些术语已超出本教程的要求，如果读者感兴趣可参考本章提供的参考文献。 8.1 MPEG是什么 8.1.1 MPEG是什么 MPEG(Moving Picture Expert Group)是在1988年由国际标准化组织ISO(International Organization for Standardization)和国际电工委员会IEC(International Electrotechnical Commission)联合成立的专家组，负责开发电视图象数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。这个专家组开发的标准称为MPEG标准，到目前为止，已经开发和正在开发的MPEG标准有： MPEG-1：数字电视标准，1992年正式发布。
MPEG-2：数字电视标准。
MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度电视HDTV (High-Definition TV)工作组。
MPEG-4：多媒体应用标准(1999年发布)。
MPEG-5：直至1998年9月还没有见到定义。
MPEG-6：直至1998年9月还没有见到定义。
MPEG-7：多媒体内容描述接口标准(正在研究)。
MPEG-1和-2标准已经正式发布，并且得到广泛应用。例如，CD-交互系统，在网络上的数字声音广播、数字电视广播和影视点播等。 表8-01是MPEG-1和-2的典型编码参数。

	MPEG-1	MPEG-2 (基本型)
标准化时间	1992年	1994年(DIS)
主要应用	CD-ROM上的数字电视，VCD	数字TV，DVD
空间分辨率	CIF格式(1/4 TV)，288 × 360象素	TV，576 × 720象素
时间分辨率	25 - 30 帧/秒	50-60 场/秒
位速率	1.5 Mbit/s	15 Mbit/s
质量	相当于VHS	相当于NTSC/PAL电视
压缩率	20 ~ 30	30 ~ 40

8.1.2 MPEG文件的创建过程 与其他ISO标准文件一样，MPEG标准文件的创建过程分成4个阶段： 工作文件WD(Working Draft)：工作组WG(Working Group)准备的工作文件 委员会草案CD(Committee Draft)：从工作组WG准备好的工作文件WD提升上来的文件。这是ISO文档的最初形式，它由ISO内部正式调查研究和投票表决。 国际标准草案DIS(Draft International Standard)：投票成员国对CD的内容和说明满意之后由委员会草案CD提升上来的文件。 国际标准IS(International Standard)：由投票成员国、ISO的其他部门和其他委员会投票通过之后出版发布的文件。 8.2 MPEG-1数字电视标准 MPEG-1处理的是标准图象交换格式SIF(Standard Interchange format)或者称为SIF(Source Input Format)的电视，即NTSC制为352象素? 240行/帧? 30帧/秒，PAL制为352象素? 288行/帧? 25帧/秒，压缩的输出速率定义在1.5 Mbit/s以下。这个标准主要是针对当时具有这种数据传输率的CD-ROM和网络而开发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。 MPEG-1的标准号为ISO/IEC 11172，标准名称为“信息技术——用于数据速率高达大约1.5 Mbit/s的数字存储媒体的电视图象和伴音编码”Information technology — Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/s)。它已于1991年底被ISO/IEC采纳，由五个部分组成： ① MPEG-1系统，写成MPEG-1 Systems，规定电视图象数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC 11172-1：1993 Information technology — Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s — Part 1：Systems。 ② MPEG-1电视图象，写成MPEG-1 Video, 规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 11172-2：1993 Information technology — Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s — Part 2：Video。 ③ MPEG-1声音，写成MPEG-1 Audio, 规定声音数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 11172-3：1993 Information technology — Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s — Part 3：Audio。 图8-01表示了MPEG-1译码器的方框图。 图8-01 MPEG-1译码器方框图 ④ MPEG-1一致性测试，写成MPEG-1 Conformance testing，标准名是ISO/IEC 11172-4：1995 Information technology — Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s — Part 4：Conformance testing。这个标准详细说明如何测试比特数据流(bitstreams)和解码器是否满足MPEG-1前三个部分(Part1，2和3)中所规定的要求。这些测试可由厂商和用户实施。 ⑤ MPEG-1软件模拟，写成MPEG-1 Software simulation，标准名是ISO/IEC TR 11172-5 Information technology —Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media up to about 1.5 Mbit/s— Part 5：Software simulation。实际上，这部分的内容不是一个标准，而是一个技术报告，给出了用软件执行MPEG-1标准前三个部分的结果。 8.3 MPEG-2数字电视标准 MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图象和声音编码标准。MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充，因为它们的基本编码算法都相同。但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能，例如增加了隔行扫描电视的编码，提供了位速率的可变性能(scalability)功能。MPEG-2要达到的最基本目标是：位速率为4-9 Mbit/s，最高达15 Mbit/s。 MPEG-2的标准号为ISO/IEC 13818，标准名称为“信息技术—电视图象和伴音信息的通用编码(Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information )”。MPEG-2包含9个部分： ① MPEG-2系统，写成MPEG-2 Systems，规定电视图象数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC 13818-1：1996 Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information ：Systems。 MPEG-2的系统模型如图8-02所示。这个标准主要是用来定义电视图象数据、声音数据和其他数据的组合，把这些数据组合成一个或者多个适合于存储或者传输的基本数据流。数据流有两种形式，一种称为程序数据流PS(Program Stream)，另一种称为传输数据流TS(Transport Stream)。程序数据流是组合一个或者多个规格化的即包化基本数据流PES(Packetised Elementary Streams)而生成的一种数据流，用在出现错误相对比较少的环境下，适合使用软件处理的应用；传输数据流也是组合一个或者多个PES而生成的一种数据流，它用在出现错误相对比较多的环境下，例如在有损失或者有噪声的传输系统中。 图8-02 MPEG-2的系统模型 ② MPEG-2电视图象，写成MPEG-2 Video，规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 13818-2：1996 Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information ：Video。 为了适应各种应用，这个标准定义了电视图象的各种规格，称为配置(profile)，如表8-02所示。表中的“X”符号表示MPEG-2支持的配置。各种配置的详细解释请参看后续章节