MPEG-2压缩编码技术原理应用.doc

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1、MPEG-2压缩编码技术原理应用MPEG-2压缩编码技术原理应用(一)北京广播学院电视工程系教授郭斌MPEG是运动图像专家组(MovingPictureExpertsGroup)的简称，其实质上的名称为国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合技术委员会（JTC）1的第29分委员会的第11工作组，即ISO/IECJTC1/SC29/WG11，成立于1988年。其任务是制定世界通用的视音频编码标准。因为，广播电视数字化所产生的海量数据对存储容量、传输带宽、处理能力及频谱资源利用率提出了不切合实际的要求，使数字化难以实现。为此，

2、该专家组基于帧内图像相邻像素间及相邻行间的空间相关性和相邻帧间运动图像的时间相关性，采用压缩编码技术，将那些对人眼视觉图像和人耳听觉声音不太重要的东西及冗余成分抛弃，从而缩减了存储、传输和处理的数据量，提高了频谱资源利用率，制定了如表1所示的一系列MPEG标准,使数字化正在变为现实。其中，MPEG-2是一组用于视音频压缩编码及其数据流格式的国际标准。它定义了编解码技术及数据流的传输协议；制定了MPEG-2解码器之间的共同标准（MPEG-2编码器之间尚无共同标准）。本文以MPEG-2的系统、MPEG-2的编码、及MPEG-2的应用为题，讨

3、论MPEG-2压缩编码技术。一、MPEG-2的系统1.系统的定义MPEG-2系统是将视频、音频及其它数据基本流组合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流的规范，如图1所示。由图1可见，符合ITU-R.601标准的、帧次序为I1B2B3P4B5B6P7B8B9I10数字视频数据和符合AES/EBU标准的数字音频数据分别通过图像编码和声音编码之后，生成次序为I1P4B2B3P7B5B6I10B8B9视频基本流（ES）和音频ES。在视频ES中还要加入一个时间基准，即加入从视频信号中取出的27MHz时钟。然后，再分别通过各自的数据包形成器，将相应

4、的ES打包成打包基本流（PES）包，并由PES包构成PES。最后，节目复用器和传输复用器分别将视频PES和音频PES组合成相应的节目流（PS）包和传输流（TS）包，并由PS包构成PS和由TS包构成TS。显然，不允许直接传输PES，只允许传输PS和TS；PES只是PS转换为TS或TS转换为PS的中间步骤或桥梁，是MPEG数据流互换的逻辑结构，本身不能参与交换和互操作。由系统的定义，可知MPEG-2系统的任务。2.系统的任务MPEG-2的标准由表2所示的8个文件组成，MPEG-2系统是其关键部分。MPEG以开放系统互联(OSI-OpenSy

5、stemInterconnection)为目标，争取全球标准化。在详细规定视音频编码算法的基础上，为传输和交换编码数据流（比特流，码流，流）创造统一条件。以利于接收端重建为指导，按照既定的参数给数据流以一定程度的“包装”。因此，MPEG-2系统应完成的任务有：●规定以包方式传输数据的协议；●为收发两端数据流同步创造条件；●确定将多个数据流合并和分离（即复用和解复用）的原则；●提供一种进行加密数据传输的可能性。由系统的任务，可知完成任务，系统应具备的基础。3.系统的要点根据数字通信信息量可以逐段传输的机理，将已编码数据流在时间上以一定重复

6、周期结构分割成不能再细分的最小信息单元，这个最小信息单元就定义为数据包，几个小数据包（DataPacket）又可以打包成大数据包（DataPack）。用数据包传输的优点是：网络中信息可占用不同的连接线路和简单暂存；通过数据包交织将多个数据流组合（复用）成一个新的数据流；便于解码器按照相应顺序对数据包进行灵活地整理。从而，数据包为数据流同步和复用奠定了基础。因此，MPEG-2系统规范不仅采用了PS、TS和PES三种数据包，而且也涉及PS和TS两种可以互相转换的数据流。显然，以数据包形式存储和传送数据流是MPEG-2系统的要点。为此，MPE

7、G-2系统规范定义了三种数据包及两种数据流：1)打包基本流（PES）将MPEG-2压缩编码的视频基本流（ES-ElementaryStream）数据分组为包长度可变的数据包，称为打包基本流（PES-PacketizedElementaryStream）。广而言之，PES为打包了的专用视频、音频、数据、同步、识别信息数据通道。所谓ES，是指只包含1个信源编码器的数据流。即ES是编码的视频数据流，或编码的音频数据流，或其它编码数据流的统称。每个ES都由若干个存取单元(AU-AccessUnit)组成,每个视频AU或音频AU都是由头部和编码数

8、据两部分组成的。将帧顺序为I1P4B2B3P7B5B6的编码ES，通过打包，就将ES变成仅含有1种性质ES的PES包，如仅含视频ES的PES包，仅含音频ES的PES包，仅含其它ES的PES包。PES包的组成