MPEG-2聽名稱，就比MPEG-1牛逼了很多。

MPEG-2是MPEG專家組，從1990年就開始研究，并于94年完成的第二個視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。相比于MPEG-1而言，它不僅繼承了MPEG-1，而且在它的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了許多MPEG-1沒有的功能，比如支持高分辨率的視像、大范圍的數(shù)據(jù)速率、多聲道的環(huán)繞聲、多種視像分辨率、位速率不變、隔行掃描。

可以看到，新增的這幾個功能，大致是在三個方面來提高：1、視音頻的質(zhì)量 2、視音頻的傳輸 3、數(shù)字電視的支持

而且MPEG-2在這幾個方面的提高，并非徒有虛名，就像MPEG-1在mp3以及VCD的應(yīng)用一樣，MPEG-2在DVD影視，和廣播級質(zhì)量的數(shù)字電視上，應(yīng)用廣泛，比如美國的ATSC DTV、歐洲的DVB和日本的ISDB。

不僅如此，為了達(dá)到廣播級質(zhì)量這一級別，也就是視像的實(shí)時傳輸，MPEG-2還制定了兩種數(shù)據(jù)流格式，如PS流和TS流，其中MPEG2-TS流也即至今仍很常見的TS格式傳輸流，所以MPEG-2也成為了在因特網(wǎng)上傳輸數(shù)字電視的一種標(biāo)準(zhǔn)。

下面我們就開始一一來看，為了更好的了解，我們還是先看一下MPEG-2內(nèi)容的組成部分，它總共由11各部分組成，不過對于我們來說，前三個部分就足夠了：

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的組成部分

表中前面的13818，是指ISO/IEC 13818，它是MPEG-2的標(biāo)準(zhǔn)編號。而在系統(tǒng)模型方面，與MPEG-1一樣，它也由編碼系統(tǒng)和解碼系統(tǒng)兩大部分組成。因?yàn)榫幋a和解碼只是相反的兩個步驟，所以我們來著重看一下編碼部分。

1、MPEG-2編碼系統(tǒng)

MPEG-2的編碼系統(tǒng)，由兩部分組成：

• （1）視像編碼和聲音編碼
• （2）數(shù)據(jù)打包和多路數(shù)據(jù)復(fù)合

第一部分肯定是必須的，而第二部分就是MPEG-2的特點(diǎn)。

MPEG-2編碼系統(tǒng)

通過上圖可以看到，圖中虛線左邊是視音頻編碼部分，而第二部分就是數(shù)據(jù)打包的部分。在數(shù)據(jù)打包的時候，MPEG-2將視像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)組合在一起，生成適合存儲或傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)流，而我們使用的存儲和傳輸兩個詞，也就是數(shù)據(jù)流的兩種類型：

• （1）PS流（Program Stream， 節(jié)目數(shù)據(jù)流），由一個或多個打包的基本數(shù)據(jù)流（PES）組合生成的數(shù)據(jù)流，用在如DVD存儲系統(tǒng)中。
• （2）TS流（Transport Stream，數(shù)據(jù)傳輸流），同樣也有一個或多個PES組合生成的數(shù)據(jù)流，用于數(shù)字電視廣播或因特網(wǎng)傳輸?shù)葌鬏斚到y(tǒng)。

看到這里我們可能就會產(chǎn)生疑問，PS流和TS流看著也沒什么區(qū)別呀，為啥應(yīng)用不同呢？實(shí)際上，雖然他們都是對PES流的重新封裝，但是它們的包結(jié)構(gòu)是不同的。

PS流的包結(jié)構(gòu)是可變長度的，而TS流的包結(jié)構(gòu)是固定長度的。這就造成了它們的抗干擾性能的不同，比如PS流如果在傳輸信道上丟失掉某一同步信息，那么接收端就會無法同步，造成嚴(yán)重的信息丟失，所以PS流沒有應(yīng)用在傳輸領(lǐng)域。

而與之相對的，TS是固定長度的包結(jié)構(gòu)，即使丟失某一個包，通過后面包的同步信息，也能恢復(fù)同步。這也就是MPEG2-TS流格式比較有名的，可以從視頻流的任一片段獨(dú)立解碼。所以它使用在傳輸系統(tǒng)上，無可厚非。

當(dāng)然了，這篇文章的主角是MPEG-2，并不是TS和PS，關(guān)于它們還有更多的內(nèi)容，后面再單獨(dú)開一篇介紹。

2、MPEG-2的視像編碼器

看完了編碼系統(tǒng)的視音頻編碼器和數(shù)據(jù)包裝，下面我們來看一下它的視像編碼器部分，也即視頻圖像的編碼。

在MPEG-1中，我們知道它是從空間冗余和時間冗余方面，來去除冗余數(shù)據(jù)。而在MPEG-2中，在去除時間冗余數(shù)據(jù)方面，又有了新的提高。因?yàn)槿コ龝r間冗余數(shù)據(jù)的主要目標(biāo)，為B幀和P幀，而編碼這兩種幀數(shù)據(jù)的主要工作，就是找到最佳匹配宏塊（上篇講過）。而跟找最佳匹配宏塊相關(guān)的，就是下面的兩個重要概念：

• （1）移動估算（ME）：這個其實(shí)就是計(jì)算移動矢量的過程，移動矢量的計(jì)算精度越高，參考圖像宏塊，與預(yù)測圖像宏塊之間的差值就越小。
• （2）運(yùn)動補(bǔ)償（MC，也為移動補(bǔ)償）：計(jì)算當(dāng)前編碼宏塊與參考圖像宏塊之間，像素值之差的過程。之所以叫補(bǔ)償這個詞，是因?yàn)樵诰幋a時使用的移動矢量和像素值差，在重構(gòu)當(dāng)前幀圖塊時，其實(shí)是相當(dāng)于補(bǔ)償量來處理的。

與MPEG-1不同的時，這次我們不再分別來看I、B、P幀的編碼原理，因?yàn)檫@在MPEG-1里已經(jīng)定義了。而在MPEG-2里，我們就來看看視像編碼器的結(jié)構(gòu)圖，這在原理上與MPEG-1的結(jié)構(gòu)基本一致：

MPEG-2視像編碼器

圖中：
Q為量化，IQ（Inverse quantization）為逆量化，DCT為離散余弦變換，IDCT為逆離散余弦變換，MCP（motion compensated predictor）為移動補(bǔ)償預(yù)測器，ME為移動估算器，VLE為可變長度編碼器，VLD（cariable length decoder）為可變長度解碼器，FS（frame memory）為幀存儲器

所以看了圖，別說哪個詞不認(rèn)識哈。其中DCT、量化、VLE是我們在上篇介紹過的，而這幅結(jié)構(gòu)圖，只是把I、B、P幀的編碼放到了一起。所以只要在圖中，分別找到I、B、P幀的編碼路線，即可看懂上圖。

比如最上面那條線，從視像輸入到DCT、Q、VLE不就是I幀的編碼嘛。

而I幀同時也可以作為B幀和P幀的參考圖像，所以在經(jīng)過DCT、Q量化后，在量化DCT系數(shù)那一步，進(jìn)入到內(nèi)置解碼器，如下圖：

內(nèi)置解碼器輸入輸出

可以看到這個解碼器，是用于產(chǎn)生預(yù)測圖像的，也即左上角輸出的那個箭頭。而箭頭向里的輸入箭頭有三個，分別為：最下方的移動適量，上面的量化DCT系數(shù)，右側(cè)的用于控制數(shù)據(jù)速率的量化參數(shù)控制信號。

我們都知道B幀和P幀都屬于預(yù)測圖像，這里先不管具體是B幀還是P幀，因?yàn)樗鼈儍蓚€的操作都差不多，所以我們先當(dāng)成輸出為預(yù)測圖像P來考慮。

通過下圖可以看到，預(yù)測圖像是由當(dāng)前圖像，與存儲在FS（幀存儲器）中的先前圖像，經(jīng)過ME（移動估算）得到移動矢量，然后再由移動矢量和先前圖像，經(jīng)過MCP（移動補(bǔ)償預(yù)測器）來生成。

生成預(yù)測圖像

而FS里的先前圖像，則是由量化DCT系數(shù)，經(jīng)過IQ逆量化和IDCT逆離散余弦變換后，與先前預(yù)測圖像生成的重構(gòu)圖像。

生成FS先前圖像

而這里的量化DCT系數(shù)，就不一定是I幀啦，因?yàn)镮幀無需與其他圖像比較，自己本身就可以直接存在FS里。所以這里的量化DCT系數(shù)，也會來源于編碼過程中產(chǎn)生的預(yù)測誤差。

也即左上角視像輸入和預(yù)測圖像，經(jīng)過加法器（+）產(chǎn)生預(yù)測誤差，然后經(jīng)過DCT、量化產(chǎn)生量化DCT系數(shù)，進(jìn)而經(jīng)過IQ、IDCT與預(yù)測圖像重構(gòu)，產(chǎn)生重構(gòu)圖像存儲在FS里。

另一方面，視像輸入和預(yù)測圖像產(chǎn)生的預(yù)測誤差，也會經(jīng)過編碼和復(fù)合后，作為數(shù)據(jù)輸出送到傳輸或存儲媒體。

輸出數(shù)據(jù)流

其中預(yù)測誤差在VLE（行程長度編碼）階段，與移動矢量一起復(fù)合和編碼后，輸出出去。

而圖中的量化參數(shù)控制，是用來改變視像質(zhì)量和數(shù)據(jù)速率的。這也是目前的各種碼率（單位時間內(nèi)傳輸?shù)奈粩?shù)，一般單位為kbps，即千位每秒，其實(shí)就是數(shù)據(jù)傳輸率）控制算法控制碼率的方法，它們主要是通過調(diào)整量化參數(shù)，來控制碼率的。關(guān)于這部分，內(nèi)容深入的都可以寫論文了，不過好在我們不需要這么深入，至少現(xiàn)在不是~