MPEG鋪二

MPEG 鋪二是「運動圖像佮相關音訊資訊的通用編碼」的標準。伊用有損視訊壓縮和有損音訊資料壓縮方法的組合，允准使用進前會當用的儲存媒體佮傳輸頻寬儲存佮傳輸電影。雖然 MPEG 鋪二的效率不如 H . 兩百六十四 / AVC 和 H . 兩百六十五 / HEVC 等新標準，猶毋過佮這馬硬體佮軟體的向下跤相容性意味猶原在廣泛使用，譬如講佇咧無線數位電視廣播和 DVD-Video 中。

第一部份的 MPEG-二解決互相結合的一个矣或者是幾个基本碼流的視訊佮音訊，猶閣有其他數據為一个抑是多位元流，其他數據適合儲存抑是傳輸。具體來講有兩種形式：程式流佮傳輸流。

程式流是類似 MPEG-一系統的偌重。伊的結果對一个抑是幾个 Packetised Elementary Streams（PES）的結合，其中有一个共同的時間基準。咧工程式是專門咧使用的佇相對無錯誤的環境佮適當的應用，這有可能干涉著軟體的處理。程式流封包可能會變做是易變而且相對長的長度。

傳輸流結合一个抑是幾个仔 PES，家私有一个濟濟的獨立時基 ( time bases ) 的 PES 成做一个流。佇一个程式中基本流 ( Elementary streams ) 共享一个共同的時基。傳輸流是專為使用佇有可能發生錯誤的環境，如儲存抑是傳輸損了或噪人耳的媒體。傳輸流的封包有一百八十八位元組。

第二个部份的 MPEG-二建立佇強大的壓縮視訊功能的 MPEG-一水準，提供範圍廣泛的編碼工具。這提供無仝款的功能。佇一九九四年十一月的時，MPEG-二視訊最終認可時。使用現有的編碼工具的 MPEG-二視訊，具色閣有處理的圖片有色水的解析度四 : 二 : 二和較懸的位元率 ( bitrate ) 的能力。. 佇咧經過一組咧進行矣對照試驗證實矣 MPEG-二比 MPEG 視訊閣較好，而且佇足濟情形下的時陣，佇位元率抑是演播室應用的標準抑是規格有閣較好的發展。四 : 二 : 二模式已經佇一九九六年一月落尾批准，這馬是 MPEG-二視訊一个袂使無的部份。而且 Multiview Profile 是一个使用現有的 MPEG-二視訊編碼工具，伊會當進行編碼視訊序列佇兩个鏡頭翕的仝一場景抑若𪜶小角度之間，佇咧一九九六年七月終批准。

MPEG 鋪二技術嘛應用佇咧矣 HDTV 傳輸系統佮藍光碟內底。

MPEG 鋪二的第三部份定義矣音訊壓縮標準。用指定的編碼表示，會當用來壓縮音訊序列-包括單聲道佮立體聲。該部份改進矣 MPEG 抹一个音訊壓縮，支援兩通道以上的音訊。MPEG 學二音訊壓縮部份嘛保持矣向下相容的特點。

MPEG 的第四佮第五部份-對應第四部份佮第五部份的 MPEG-一。 第四部份指定欲按怎測試驗證碼流和解碼器是毋是符合要求所指明的第一，第二佮第三的 MPEG-一標準。遮的測試會當驗證廠家的編碼器佮𪜶的客戶，敢有效的位元流產生。 第五部份佇技術上無一个標準，有一个技術報告，提出一个完整的軟體實施前三部份的 MPEG-一標準。

MPEG 吐字的第七部份定義袂使向下相容的音訊壓縮。這个部份提供閣較強的音訊功能。通常咱咧講的 MPEG 鋪二 AAC 是講按呢就是這部份。

MPEG 鋪二的第八部份，原計劃進行編碼的視訊的時，輸入樣本為十位。佇咧進行這部份工課了後，因為一寡因素停止開發。

MPEG 知影二的第十部份是一致性測試的一部份。

標準技術細節

一个 MPEG 鋪二系統流一般包括兩个基本的元素：

• 視訊資料 + 時間抽
• 音訊資料 + 時間內底黜叫是 MPEG 鋪排內底用著的重要壓縮技巧 :

一 . 空間上的工課去除視訊資料的一个特性是空間傷的工作。一般來講，仝一張畫面上必一寡共通特性，凡勢是色彩的，凡勢是幾何上的，抑是其他特徵值得著的。所謂的空間傷工作去除，就是欲看出畫面中重要的元素，並且移除重複閣較無影響的元素的動作。MPEG 知影二用著色彩共取樣，離散餘弦變換等趁錢入去除手法。

二 . 時間上的趁錢去除視訊資料的另外一个特性是時間上的趁錢。一般咧播放的視訊，其實只是相連紲的圖像序列，毋過因為人類視覺的視覺暫留現象，所以會有連貫影像的錯覺。啊若彼種視訊就因為畫面間時間隔啥細，所以相臨的畫面幾無差，大多數只是圖像內容的位置變化。因為按呢現象產生，所以咱會當利用除去佇時間內底這个畫面佮畫面的仝款來造成的趁錢來進行壓縮。MPEG 被二用的動態補償就算是這款的手法，咧做動態補償進前，首先將畫面分做十六 x 十六的大區域（Macro-block，MB）， 然後走揣其咧參考畫面（Reference Picture）中近來若親像大區域的所在，並且會由目標大區域來參考大區域位置的坐標差記錄做動態向量（Motion Vector）。 參考彼畫面佇該畫面進前，講做向前預測（Forward Prediction）； 參考彼畫面佇該畫面了後，講號做向後預測（Backward Prediction）； 咧參考畫面佇咧畫面頭尾攏有，講雙向預測（Bi-directionally Prediction）。 啊若規个走揣動態向量的過程講動態估計（Motion Estimation）， 捷看的有區塊匹配法（Block Match Method）佮遞迴法（Recursive Method）。

視訊編碼概述

MPEG 抹二圖像壓縮的原理是利用圖像著的兩種特性：空間相關性佮時間相關性。這兩款相關予圖像中存在大量的趁錢的資訊。若是咱會當共遮的傷的資訊去除了，只保留少量非相關的資訊進行傳輸，就會當大大節省傳輸頻帶。來接收機利用遮的非相關的資訊，按照一定的解碼演算法，會當保證一定的圖像品質的前提下恢復原始圖像。

MPEG 被二視訊通常有包含多个 GOP（Group Of Pictures）， 彼每一个 GOP 包含多个影格（frame）。 影格的影格類（frame type）通常包括 I-影格（I-frame）、 P-影格（P-frame）和 B-影格（B-frame）。 其中 I-影格是採用影格內底編碼，P-影格用進前向估計，B-影格是採用雙向估計。

I 影格圖像用影格內底編碼的方式，干焦使用本身的畫面資料進行空間的趁錢去除，並無參考其他畫面的資料，阮這號做 Intra 模式大區域（Intra Mode Macro-block）。 佇咧 I 影格圖像中，所有的大區域攏為 Intra 模式大區域。I 影格圖像會當做視訊資料流中的索引點，嘛是提供隨機存取能力的主要來源。I 畫面通常佇咧視訊序列抑是畫面群組的第一張，解碼的時陣 I 畫面會當獨立解碼，並做為 P 佮 B 畫面的參考影像的來源。因為毋通參考其他的畫面，所以無法度得著消除時間上趁錢的好處，因為按呢壓縮率較䆀。

P 影格佮 B 影格圖像用影格間編碼方式，同時利用空間和時間上的相關性。P 影格圖像會使用參考畫面（Reference Picture）， 遮的參考畫面會當替該影格頭前最近的 I 影格抑是 P 影格。編碼的時，佇咧 P 影格內底的大區，若會當參考畫面揣著相對應的大區塊，是用動態補償方式做預測編碼（Predictive Coding）； 若揣無，著以 Intra 模式做編碼。因為加入消除時間上趁的技術，所以講其編碼效率較懸。

B 影格圖像用雙向時間來預測，會使用去頭前佮後壁兩个方向參考畫面的資料。如同 P 影格仝款，會用大大提高壓縮倍數。值得注意的是，因為 B 影格圖像採用未來影格作為參考，所以 MPEG 鉸二編碼碼流中圖像影格的傳輸順序佮顯示順序是無仝的。 B 影格有上懸的編碼效率，畫質上䆀的，故本身無閣做其他的預測編碼用。

MPEG 學二的編碼碼流分做六層次。為閣較好咧表示編碼的資料，MPEG 抹二用句法規定了一个層次性結構。伊分做六層，從上到下依照顧：視訊序列層（Sequence）， 圖像組層（GOP : Group of Picture）， 圖像層（Picture）， 像條層（Slice）， 大區塊層（Macro Block）佮親像塊層（Block）。 會當看著，除大區塊層佮親像塊層外，頂懸四層中攏有相應的起先碼（Start Code，SC）， 可以因為誤碼抑是其他的原因收發兩爿失步的時陣，解碼器重新掠予仝步。因為按呢一擺失步欲上無遺失一个像條的資料。

一般來講輸入視訊格式是二十五（CCIR 標準）抑是二十九九九七（FCC）影格／秒。

MPEG 鋪二支援隔行掃描佮逐行掃描。佇咧逐行掃描模式下，編碼的基本單元是影格。佇隔行掃描模式下，基本編碼會當是影格，嘛會當是場（field）。

原始輸入圖像頭先予人轉換著 YCbCr 色彩的空間。其中 Y 是光度，Cb 和 Cr 兩个色度通道。對每一通道，首先採用塊分割，然後形成「大區域」（macroblocks）， 大區塊構成做編碼的基本單元。每一个大區域閣分割做八 x 八的細塊。色度通道分割做細塊數目取決佇初初參數設定。比如講，咧用的四 : 二 : 零格式下，每一个色度大區域干焦挽出一个細塊，所以三个通道大區域會當分割成的細塊數目是四 + 一 + 一=六个。

對於 I-影格，規幅圖像直接入去編碼過程。對於 P-影格佮 B-影格，頭先做運動補償。通常來講，因為相鄰影格中間的相關性足強的，大區塊會當佇前影格佮後影格內底對應相倚的位置揣著相𫝛的區域匹配的較好，這个偏移量做運動向量予人記錄落來，運動估計重構的區域的精差被送到編碼器內底編碼。

對每一个八 × 八小塊，離散餘弦變換共圖像對空間域轉換到頻域。得著的變換係數被量化並重新組織排列順序，毋過增加長零的可能。了後做遊程編碼（run-length code）。 最後做哈夫曼編碼（Huffman Encoding）。

I 影格編碼是為著減少空身域趁食，P 影格佮 B 影格是為著減少時間域趁的。

GOP 是由固定模式的一系列 I 影格、P 影格、B 影格組成。定用的結構由十五个影格組成，有以下的形式 IBBPBBPBBPBBPBB。GOP 中各個影格的比例的選取佮頻闊、圖像的品質要求有一定關係。比如講因為 B 影格的壓縮時間可能是 I 影格的三倍，所以對計算能力無強的某一寡即時系統，可能需要減少 B 影格的比例。

MPEG 抹著二輸出的位元流會當是齊勻或者是變速的。上大位元速率，譬如講佇 DVD 應用的，會當達到十瀨四 Mbit / s。若欲使用固定位元速率，量化尺度就需要不斷的調節以產生勻仔速的位元流。猶毋過，提懸量化尺度可能帶來可視的失真效果。比如講馬賽克的現象。

訊編碼

MPEG 鋪二的音訊編碼包括：

• 使用一半的取樣速率處理低位元速率的音訊。
• 多通道編碼達到五允一个通道
• 提供 MPEG 鋪二 AAC，而且袂當向下跤相容。

MPEG 鋪二佇 DVD 最的應用

DVD 著採用矣 MPEG 鋪二標準並引入如下技術參數限制：

• 解析度
• 七仔二 × 四仔八 , 七百空四 × 四仔八 , 三仔五 × 四仔八 , 三仔五 × 兩百四十像素（NTSC 格式）
• 七仔二 × 五百七十六 , 七百空四 × 五百七十六 , 三仔五 × 五百七十六 , 三仔五 × 兩百八十八像素（PAL 格式）
• 縱橫比
• 四 : 三
• 十六 : 九
• 影格率（影格放送速度）
• 五十九孵九四場／秒，二十三分九七六影格／秒，二十九石九七影格／秒（NTSC）
• 五十場喔／秒，二十五影格／秒（PAL）
• 視訊 + 音訊位元速率
• 平均上大緩衝區九嬸八 Mbit / s
• 峰值十五 Mbit / s
• 上細漢值三百 Kbit / s
• YUV 四 : 二 : 零
• 字幕支援
• 內嵌字幕支援（NTSC only）
• 音訊
• LPCM 編碼：四十八 kHz 抑九十六 kHz；十六抑二十四-bit；上濟會當有六聲道
• MPEG Layer 二（MP 二）： 四十八 kHz，會當達到五允一聲道
• 杜比數位-Dolby Digital（DD，嘛叫做 AC ma三）： 四十八 kHz，三十二孵四百四十八 kbit / s，會當達到五允一聲道
• 數位家庭影院系統-Digital Theater Systems（DTS）： 七仔五十四 kbit / s 抑是千五百十一 kbit / s
• NTSC 格式 DVD 著愛包含至少一道 LPCM 抑是 Dolby Digital
• PAL 格式 DVD 著愛包含至少一道 MPEG Layer 二、LPCM 抑是講 Dolby Digital
• GOP 結構
• 著愛為 GOP 提供序列的頭資訊
• GOP 上大會當含影格數目：十八（NTSC）/ 十五（PAL）

MPEG 鋪二佇 DVB 之下應用

DVB-MPEG 相關技術參數：

• 標準畫質電視（SDTV）著愛符合以下一種解析度：
• 七仔二 × 四仔八十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 六百四十 × 四仔八十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 五百四十四 × 四仔八十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 四仔八 × 四仔八十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 三仔五 × 四仔八十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 三仔五 × 兩百四十像素，一分之二十四 . 一，二十四，一分之三十 . 一个三十影格／秒
• 七仔二 × 五百七十六像素，二十五影格／秒
• 五百四十四 × 五百七十六像素，二十五影格／秒
• 四仔八 × 五百七十六像素，二十五影格／秒
• 三仔五 × 五百七十六像素，二十五影格／秒
• 三仔五 × 兩百八十八像素，二十五影格／秒
• 高畫質電視（HDTV）著愛符合以下一種解析度：
• 七仔二 × 五百七十六 × 五十影格／秒逐行掃描描（五百七十六 p 五十）
• 千二百八十 × 七仔二 × 二十五抑是五十影格／秒逐行掃描描（七仔二 p 五十）
• 一千四百四十抑是九百二十 × 一千空八十 × 二十五影格／秒逐行掃描描（一千空八十 p 二十五=電影的模式）
• 一千四百四十抑是九百二十 × 一千空八十 × 二十五影格／秒隔行掃描（一千空八十 i 五十）

MPEG 鋪二和 ATSC

• 著愛符合以下一種解析度：
• 一千九百二十 × 一千空八十像素，上濟六十影格／秒（一千空八十 i）
• 千二百八十 × 七百二十像素，上濟六十影格／秒（七仔二 p）
• 七仔二 × 五百七十六像素，上濟五十个影格／秒，二十五影格／秒（五百七十六 i，五百七十六 p）
• 七仔二 × 四仔八十像素，上濟六十影格／秒，三十影格／秒（四仔八 i，四仔八 p）
• 六百四十 × 四仔八十像素，上濟六十影格／秒註：一千空八十 i 如一千九百二十 × 一千空八十像素編碼，但是最後八行佇咧顯示的時陣放捒。

MPEG 被二標準文件號碼

• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵一：系統-描述視訊佮音訊的同步佮多路技術
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵二：視訊-視訊壓縮
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵三：音訊-音訊壓縮，包括偌通道的 MP 三擴充。
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵四：測試規範
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵五：仿真軟體
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵六：DSM-CC（Digital Storage Media Command and Control）擴充
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵七：Advanced Audio Coding（AAC）
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵九：即時介面擴充
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵十：DSM-CC 規範
• ISO / IEC 一爿三千八百一十八孵十一 : IPMP on MPEG 鋪二 systems

專利持有的人

• MPEG 抹二核心技術大約牽連六百四十个專利
• 遮的專利主要集中佇二十間公司佮一間大學
• Alcatel
• 佳能
• 哥倫比亞大學
• 法國電信（CNET）
• 富士通
• General Electric Capital Corporation
• General Instrument Corp .
• GE Technology Development , Inc .
• 日立
• KDDI
• 朗訊科技
• 樂喜金星集團（LG）
• 松下電器
• 三菱
• 日本電信電話（NTT）
• Philips
• Robert Bosch GmbH
• 三星
• 三洋電器
• Scientific Atlanta
• 夏普
• 索尼
• Thomson Licensing S . A .
• 東芝
• JVC

參見

• MPEG 鋪二授權
• MPEG 影一
• MPEG 扳四
• H . 兩百六十一
• H . 兩百六十三
• ISDB

參考資料

• 《分析 MPEG 系列標準的演變過程》李光白文利（有線電視技術二空空四年十三期第三十二孵三十五頁）
• ( 介紹 MPEG 系列 )