MPEG-2基本问题(I)

面向广播行业和后期制作工程师MPEG-2基本问题
------视频和网络部分白皮书
介绍

本文将探讨MPEG-2标准规定的数字化视频表达方式，并将研究关于新近采纳的主级中4：2：2 类的一些关键性问题。特别的，我们将研究这一新类的基本原理，以及它为广播行业和后期 制作部门带来的益处。

本文的目的是要明确不同的MPEG类和级的适当应用场合，展示新的4：2：2类的必要性。我 们也将谈及标准所要求的编／解码器兼容性问题，对于4：2：2视频表现能力日益增强的需求， 以及主级中4：2：2类是如何使MPEG-2高效率地发挥其优势的。 主级中新的4：2：2类最近己成为MPEG标推的一个正式组成部分。广播和后期制作行业的人士无法接受以前的MPEG-2主级中各类所提供的低色度带宽选择，而主级中的4：2：2类，对于 提供高质量的MPEG压缩视频，将被证明是个等待己久的解决方案。 Tektronic的观点是50年仪器，广播和视额设备设计历史的结晶，也是我们在成功帮助MPEG-2 标准朝着提供新的，高效率的广播质量视频节目发展的过程中的产物。在接下来的文章中， 我们将分享这些观点和经验：在这一过程中，我们希望对于各位成功的将这一令人激动的新 科技用于未来的采集，存储，传输及后期制作系统能够有所帮助。

视频压缩基本概念

背景知识

在过去的几年里，关于视颇压缩的争论己成为—个极其热门的话题，但有趣的是，视频信号 的压缩并不是一个新问题。许多人并没有意识到，伴随着1950年代彩色电视的引入，视频 压缩第一次商品化了。三幅分别显示红，蓝，绿的最高分辨串的图象，共占用15MHZ的总带 宽；但被压缩成一路仅占5MHZ的复合信号——3：1的带宽压缩率被引入了。这种方式虽然 简单，但毕竞是压缩了。 当然，这种早期的压缩方式是通过模拟技术实现的。今天，更稳定连续的图象质量，更高的 压缩串可以通过把模拟信号转换为数字信号，利用一些高度复杂的技术来完成的。这些技术 最终带来了更高的压缩效串和更精细的压缩图象处理方法。这些数字技术需要极为强大的计 算能力，直到最近在经济上仍然是不可行的。然而，今天，情况有了变化。

压缩基本上是这样一个过程：通过梢除存在于视频信号里的冗余成分，来减少图象或图 象组的内容信息。

一般地讲，数字视频压缩是从分量视频表达开始的，此时信号是以一个亮度分量，两个色度 分量来表达的。最广为接受的数字分量视频格式就是Rccommendation601，该建议使用了“共 结点”模型的4：2：2采样结构。所谓“共结点”，是指每个彩色象素点由3个采样来 描述：一个亮度采样，两个色差形成的色度采样。因为这三个采样在时间上是重合的，所以 称作“共结点”。在525行的系统中，每帧有483个有效行，每行有720个象素点；在625 行的系统中，每帧有576个有效行。

通过色度--亮度采样的结合，在不损害图象质量的同时，减少所需带宽得以实现。4：2：2中 的“4”是指4倍于分量数字系统中采用的副载波采样频率。有趣的是，亮度采样频率实际 上是13.5MHZ：数字“4”的使用只是在考虑14.3MHZ NTSC采样频率是遗留下来的历史问题。13．5MH2的采样频率是——个折衷的选择，只是因为它相对525和625线的系统都有整数关系。 采样方式中的“2”是指色差信号Cb，Cr其采样频率刚好是亮度采样频率的一半(6．75mhz)。 人限亮度分辨能力的特点使得这种对分采样频率的方法能够使用：大范围的心理视觉测试己 证实，对于诸如色键等要求苛刻的后期制作类应用环境，6.75MHz的采样频率所能达到的色 度已经足够了。

压缩基本上是这样一个过程：通过消除存在于视频信号里的冗余成分，来减少图象或图象组 的内容信息。这可以通过分析视频信号的统计预知性来实现。信号的主要部分是有一定的可 预知性的。一个极端的例子是正弦波信号，它有高度的可预知性，因为每个周期都是相同的， 且只有一个颠率，这样就不需占用带宽。另一个极端的例子是，噪声信号完全不可预测。当 然，实际上所有的信号都界于这两者之间。压缩技术总的来说就是要识别并去除这些冗余， 从而减少存储量和所需带宽。