剖析 MPEG-2 视频编码器

。一般使用11比特来代表DCT系数，对于其他系数则采用较小的比特数目。每一个或每组宏块都有不同的量化刻度，对每个宏块采用不同的量化因数，使只含帧内压缩的MPEG能提供比同样图像质量的M-JPEG多出10%--20%的压缩效果。而相对于原来的DCT系数的数据，量化表及被量化的系数数据量要小得多。
在量化过程后，无损数据压缩是通过可变长度编码VLC和游程长度编码RLC实现的。VLC是在数据内寻找共同的图案或字符，采用较小数量的比特为经常出现的数值进行编码，而用较多数量的比特为较少出现的数值进行编码。RLC是用一个字符代表一串一定数目的零。总的目的只有一个，减少数据量。

 

量化表控制是一个决定如何量化DCT系数的过程；输出缓存可维持数据流，并提供量化器的控制，从而限制或维持数据流在一个一定的水平。在实

    实际应用中，当压缩数据被录像机记录时，需要提供一个持续不变的比特率，以使机械部分以稳定的速率旋转扫描机构。而对于硬盘记录来说，又需要一个可变速的比特率。通常，一个可变速比特率是提供一个持续不变质量水平的较好选择。
帧间压缩一般是在未压缩的图像上进行，是一个无损过程。在图4中，在参考帧帧存中有一副完全解析度，完整数据的前一副图像。在预测帧帧存中拥有一个根据前一帧和运动矢量所建立的预测的当前帧。输出是预测的当前帧与实际当前帧相减后的差值。若没有运动或其他变化，当前帧便可得到完美的预测，差分帧输出为 0（极易压缩）。当前一帧和后一帧有点不同时，差分帧仍有少量数据需要压缩。
采用帧内压缩编码形成的图像称为I帧，形成过程见图3；采用帧内及帧间压缩编码形成的图像称为B帧和P帧。P 帧为前向预测帧，是以前一个I 帧为预测帧进行编码的。在I 帧和P 帧中间可以插入若干个B 帧，B 帧是从相邻的最近的I 帧或P 帧作双向预测进行编码的。形成P帧时参考帧帧存只要求存储一帧图象，而形成B帧时，参考帧帧存则需存储前后两帧图象。
由三种相互间有预测与生成关系的不同的帧数据，I 帧 P帧 B帧数据按照不同的组合组成图像组（GOP） ，再加上序列起始码和序列头等数据组成图像序列或ES，ES再打包成PES；PES再按188byte的固定长度加上各种参数组成传送码流TS。

4. 从MPEG-2 MP@ML到MPEG-2 P@ML
目前业界流行的数字录像机，采用的均是Digital-S. DVCPRO. DVCCAM 与Betacam-SX四种格式。这四种格式中,前3种采用的均是M-JPEG标准的帧内压缩场编码的方式, 只有SONY公司推出的Batecam-SX格式采用了MPEG-2标准，但它采用的是MPEG-2 4:2:2 P@ML 而不是MPEG-2 4:2:0 MP@ML 。原因在于：
<1> MP@ML较长的GOP结构(12帧), 决定了它的编辑精度只有12帧，远远不能满足节目制作的逐帧编辑要求，也令演播室的信号切换变得困难。当采用较小GOP的结构时，15Mbps的最大码速率又决定了不能产生所需的图像质量。
<2> 4：2：0的色度亚取样，决定了它在垂直方向上的色度精度只有水平方向的一半，虽然作为直接传输显示可以，但作为演播室节目制作,当有较多色度处理时就显得不足,有违原数字演播室4：2：2的初衷。同时也不能产生演播室对多代复制所要求的图像质量，多版复制只可到2代。
为了适应演播室节目制作的要求, 在Tektronix 和SONY 等众多公司的共同努力下,形成了MPEG-2 4:2:2 P@ML。 
MPEG-2 4:2:2 P@ML与MPEG-2 MP@ML相比的主要不同点是:
. 色度4:2:2 或 4:2:0的亚取样。
. 最大比特率 扩展到50Mbps。
. 编辑精度达到1帧（允许只有1帧的图像组GOP）。
. 帧内方式DCT系数精度： 8 . 9 . 10或11 比特
. 可传送所有有效图像和场效应信号。
. 最大像素数: 720样值/行
512行/帧 对于30帧/秒
608行/帧 对于25帧/秒
. 最高亮度样值率: 11059200像素/秒
. 可向下兼容MPEG-2 MP@ML 
. 亮度和色度量化表: 分开
. 大于512行图像的场重复增加两个限制:
B帧不重复第一场. 帧率应为25Hz.
. 对编码器的要求较其他更高的类及级低，因而降低了生产成本。
所有上述不同点都是为了适应较高码率和较高图像质量演播室节目制作的需求。 
Batecam-SX的一个GOP是由一个I帧与一个前后I帧预测数据差值的B帧构成, 压缩比为10:1. 视频数据率为1

《剖析 MPEG-2 视频编码器(第3页)》