MPEG-2
--安阳师范学院互联网+应用技术学院UI设计方向讲师 邵彦生
MPEG-2内容介绍
MPEG-2作为ISO/IEC 13818正式发布，通常用来为广播信号提供视频和音频编码， 包括卫星电视、有线电视等。MPEG-2经过少量修改后，也成为DVD产品的内核技术。
MPEG-2有一下两个重要的部分部分，具体如下：
第一部（Part 1）：系统-描述视频和音频的同步和多路技术
正式名称是ISO/IEC 13818-1或 ITU-T中的H.222.0
MPEG-2的系统描述部分（第1部分）定义了传输流，它用来一套在非可靠介质上传输数字视频信号和音频信号的机制，主要用在广播电视领域。
定义了两个不同但相关的容器格式，MPEG transport stream和MPEG program stream，也就是图中的TS和PS。MPEG传输流（TS）为携带可损数字视频和音频，媒体流的开始和结束可以不标识出来，就像广播或者磁带，其中的例子包括ATSC，DVB，SBTVD 和HDV。MPEG-2系统还定义了MPEG节目流（PS），它为以文件为基础的媒体设计一个容器格式，用于硬盘驱动器，光盘和闪存。
MPEG-2 PS（节目流）是为在存储介质保存视频信息而开发的。MPEG-2 TS（传输流）是为在网络传输视频信息而开发的。目前，MPEG-2 TS最广泛地应用是DVB系统。TS流与PS流的区别在于TS流的包结构是固定 度的，而PS流的包结构是可变长度。 PS包与TS包在结构上的这种差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗能力，因而应用的环境也有所不同。TS码流由于采用了固定长度的包结构，当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它 后面包中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失。而PS包由于长度是变化的，一旦某一PS包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置，就会造成失步，导致严重的信息丢失。因此，在信道环境较为恶劣，传输误码较高时，一般采用TS码流；而在信道环境较好，传输误码较低时，一般采用PS码流由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此目前在传输媒体中进行传输的MPEG-2码流 基本上都采用了TS码流的包格。
第二部（Part 2）：视频-视频压缩
正式名称是ISO/IEC 13818-2或 ITU-T H.262。
提供隔行扫描和非隔行扫描视频信号的压缩编×××。
MPEG-2的第二部分即视频部分和MPEG-1类似，但是它提供对隔行扫描视频显示模式的支持（隔行扫描广泛应用在广播电视领域）。MPEG-2视频并没有对低位速率（小于1Mbps）进行优化，在 3Mbit/s及以上位速率情况下，MPEG-2明显优于MPEG-1。 MPEG-2向后兼容，也即是说，所有符合标准的MPEG-2×××也能够正常播放MPEG-1视频流。
MPEG-2技术也应用在了HDTV传输系统中。MPEG-2 不光运用于 DVD-Video ，现在大部 分 HDTV（高清电视）也采用 MPEG-2 编码，分辨率达到了 1920x1080。由于 MPEG-2 的普及，本来为 HDTV 准备 的 MPEG-3 最终宣告放弃。
MPEG-2视频通常包含多个GOP（Group Of Pictures），每一个GOP包含多个帧（frame）。帧的帧类（frame type）通常包括I-帧（I-frame）、P-帧（P-frame）和B-帧（B-frame）。其中I-帧采用帧内编码，P-帧采用前向估计，B- 帧采用双向估计。一般来说输入视频格式是25（CCIR标准）或者29.97（FCC）帧／秒。
MPEG-2支持隔行扫描和逐行扫描。在逐行扫描模式下，编码的基本单元是帧。在隔行扫描模式下，基本编码可以是帧，也可以是场（field）。
原始输入图像首先被转换到YCbCr颜色空间。其中Y是亮度，Cb和Cr是两个色度通道。Cb指蓝×××度，Cr指红×××度。对于每一通道，首先采用块分区，然后形成“宏块”（macroblocks），宏块构成了编码的基本单元。每一个宏块再分区成8x8的小块。色度通道分区成小块的数目取决于初始参数设置。例如，在常用的4:2:0格式下，每个色度宏块只采样出一个小块，所以三个通道宏块能够分区成的小块数目是4+1+1=6个。
对于I-帧，整幅图像直接进入编码过程。对于P-帧和B-帧，首先做运动补偿。通常来说，由于相邻帧之间的相关性很强，宏块可以在前帧和后帧中对应相近的位置找到相似的区域匹配的比较好，这个偏移量作为运动向量被记录下来，运动估计重构的区域的误差被送到编码器中编码。
对于每一个8×8小块，离散余弦变换把图像从空间域转换到频域。得到的变换系数被量化并重新组织排列顺序，从而增加长零的可能性。之后做游程编码（run-length code）。最后作哈夫曼编码（Huffman Encoding）。
I帧编码是为了减少空间域冗余，P帧和B帧是为了减少时间域冗余。
GOP是由固定模式的一系列I帧、P帧、B帧组成。常用的结构由15个帧组成，具有以下形式IBBPBBPBBPBBPBB。GOP中各个帧的比例的选取和带宽、图像的质量要求有一定关系。例如因为B帧的压缩时间可能是I帧的三倍，所以对于计算能力不强的某些实时系统，可能需要减少B帧的比例。
MPEG-2输出的比特流可以是匀速或者变速的。最大比特率，例如在DVD应用上，可达10.4 Mbit/s。如果要使用固定比特率，量化尺度就需要不断的调节以产生匀速的比特流。但是，提高量化尺度可能带来可视的失真效果。比如马赛克现象。