2024年4月6日发(作者：)

维普资讯

１８６　福　建　电脑　２００６年第ｌＯ期　

ＭＰＥＧ一２在数字电视中的应用　

詹肖牮．谢子常　

（五邑大学信息学院ＡＰ０２０５５　广东江门　５２９０２０）　

【摘　要】：介绍ＭＰＥＧ一２反其系统的结构原理，及数字电视视频压缩的核心部分一一循环预测，继而简单介绍其在数字　

电视中的实际应用。　

【关键词】：ＭＰＥＧ～２　ＩＳＯ循环预测编码嚣解码器　

１．概述　

近年来，电视领域里发生了巨大的变化，ＶＣＤ、数字电视、　

会议电视、数字电视以及高清晰度电￣（ＨＤＴＶ）等新技术和新系　

统正迅速进入我们的生活．．这些新系统的突出特点是采用了全　

数字的图像，声音处理技术　随着这些技术的不断发展．一系列　

的数字视频音频编码标准也迅速开发出来并不断得到完善．其　

中包括：应用于会议电视及可视电话的Ｈ．２６１．用于静止图像压　

缩的ＪＰＥＧ．用于ＶＣＤ的ＭＰＥＧ—ｌ和用于广播电视、ＤＶＤ以及　

ＨＤＴｖ的ＭＰＥＧ－２　其中ＭＰＥＣ－２被广泛应用在数字有线电视　

网络中，它具有以下几个突出特点：所支持的罔像分辨率最高．　

包括符合Ｉ　兀Ｊ—ＲＲｅｃ．６０１ｆＣＣＩＲ６０１）格式的标准分辨率的数字电　

视和更高分辨率的ＨＤＴＶ　支持包括高速体育运动在内的活动　

图像。所支持的应用最为广泛．既包括存储媒体中的ＤＶＤ．数字　

广播电视和ＨＤＴＶ，还可应用于交互式的点播视频（ｖＯＤ１和准点　

播视频（ＮＶＯＤ），此外，还能够适配于ＡＴＭ这种新兴的宽带通信　

网。　

２．ＭＰＥＧ简介　

ＭＰＥＧ是活动图像专家组（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｅｘｐｏｒｔｓ　ＧⅢＩｐ）的　

缩写，于１９８８年成立。目前ＭＰＥＧ已颁布了两个活动图像及声　

音编码的正式国际标准．分别称为ＭＰＥＧ一１和ＭＰＥＧ－２　

ＭＰＥＧ－２标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种　

应用下的压缩方案和系统层的详细规定．编码码率从每秒３兆　

比特一１００兆比特．标准的正式规范在ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８中　、ＭＰＥＧ一　

２不是ＭＰＥＧ一１的简单升级．ＭＰＥＧ一２在系统和传送方面作了　

更加详细的规定和进一步的完善。ＭＰＥＧ－２特别适用于广播级　

的数字电视的编码和传送．被认定为ＳＤＴＶ和ＨＤＴＶ的编码标　

准。ＭＰＥＧ一２还专门规定了多路节目的复分接方式　此外．　

ＭＰＥ　２还兼顾了与ＡＴＭ信元的适配问题　

２．１　ＭＰＥＧ－２标准的组成　

ＭＰＥＧ一２标准目前分为９个部分．统称为ＩＳＯ／ＩＥＣＩ　３８１８国　

际标准。各部分的内容概括如下：　

第一部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８—１，Ｓｙｓｔｅｍ：系统，描述多个视频，　

音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式：　

第二部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８—２，Ｖｉｄｅｏ：视频．描述视频编码方　

法：　

第三部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８—３，Ａｕｄｉｏ：音频．描述与ＭＰＥＧ一１　

音频标准反向兼容的音频编码方法：　

第四部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８－４。Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ：符合测试，描述测　

试一个编码码流是否符合ＭＰＥＧ－２码流的方法：　

第五部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８—５，Ｓｏｆｔｗａｒｅ：软件．描述了ＭＰＥＧ－２　

标准的第一、二、三部分的软件实现方法：　

第六部分一ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８—６，ＤＳＭ～ＣＣ：数字存储媒体一命令　

与控制，描述交互式多媒体网络中服务器与用户问的会话信令　

集：　

以上六个部分均已获得通过。成为正式的国际标准．并已经　

广泛的应用在了数字电视等领域中。此外，ＭＰＥＧ一２标准还有三　

个部分：第七部分规定不与ＭＰＥＧ一１音频反向兼容的多通道音　

频编码；第八部分现已停止；第九部分规定了传送码流的实时接　

口。　

２．２　ＭＰＥＧ一２是一个系列的标准。它包含５个档次和４种等级。　

对应于不同编码复杂程度．档次可分为５种：简单档次、主档次、　

ＳＮＲ町分级档次、空间域可分级档次和高档次；对廊于不同的图　

像格式．等级可分为４种：低等级、主等级、高１４４０等级和高等　

级。如下图１所示　

ｒ　

图１”档次”和”等级”示意图　

其中”主档次．主等级”（ｍａｉｎ　ｐｒｏｆｉｌｅ，ｍａｉｎ　ｌｅｖｅ１）简写成　

ＭＰ＠ＭＬ是一种常被采用的压缩算￣：（Ｃｏｉｎｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）。这　

种算法能有效地把数字化电视信号限制在１５Ｍｂｐｓ（￣￣比特每秒１　

以内　

３．ＭＰＥＧ一２系统的作用　

ＭＰＥ（　２系统的结构原理框罔如图２所示：　

图２　ＭＰＥＧ一２系统框图　

其作　ｆｊ如下：　

（１）对音频、视频、数据、控制等基本比特流起系统复耳ｊ的　

作用　

（２）提供用于恢复时间基准的时间标志，缓冲器初始化和　

管理．音频和视频的解码时间、显示时问　

（３）给解码器提供一种信息（ＰｓＩ），使之更容易和更迅速地　

找到所需节目　

（４）给误差恢复、有条件接人、随机接入以及数字存储控制　

提供支持。　

视频或音频编码器的输出被打成ＰＥＳ　ｆＰａｃｋｅｔｉｓｅｄ　ＥｌｅＩｎｅｌ１．　

ｔａｒｙ　Ｓｔｒｅａｎｉｓ），然后在Ｐｓ复用器中被组合成（Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｓｔｒｅａｍ）或　

在Ｔｓ复．｝｝ｊ器中被组成ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｓｔｒｅａｍ）．前者用于相对无误　

差的环境．后者用于有噪声媒质。　

４．ＭＰＥｒｒ２的循环预测编解码器　

循环预测是数字电视（Ｄ１１、，）视频压缩系统的核心。循环预　

测包含一个周期性的功能，该功能估计下一个图像的值。下一个　

图像是在构成电视节目的连续图像序列中被编码的　预测是基　

于在循环中可利用的前向信息．前向信息来源于前向的图像。预　

测的压缩信息的循环送能较好的运作．因为用来做预测的同样　

的信息在接收端解码器中可得到。　

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婴编码的新图像的预测值的减少ｔｑ使预测的新值具有较好的效　

刚络没备提供业务支持。该解决方案是一个模块化概念．它　

果，并使得嫌少的影响在循环预测开始时为岑或大部分时问接　

结合丁电视的易操作性，井通过宽带网络提供增值应用．将终端　

近于零。预测的差值在进一步处理前分别对两度和二维色崖进　

用户家中的电视打造为真正的家庭通信和娱乐中心　

行计算。当不备使用时，信息将是一　个帧的部分或全部信息数　

据。ＭＰＥＧ一２循环预测编码器方框图如图３所示：　

能　

业务：视频电话、视频点播、数字电视及音乐、昨天的电视／　

个人视频录像机、电子邮件、　机游戏、家长＿榨制和账户ｌ杏询功　

＿［：尊一Ｌ

Ａ：像素问预测凝差：　

Ｂ：预测误差的变换块　

＿＋［　星　——Ｊ　

　

图３　ＭＰＥＧ一２循环预测编码器方框罔　

在编码器方梅图中，Ａ～Ｈ符号代表的含义如下：　

支持编码标准：ＭＰＥＧ一２／４、ＩＩ．２６４　

５－２上海贝尔阿尔卡特树”三乖播放”新规则．该方案涵盖　

了从内容网络、汇聚网络、接入网络和家庭网络的所有设备．实　

现了从内容提供、业务逻辑拄制、到终端用户业务体验的整体解　

决方案，是一个真』　意义上提供端到端服务质量保证的完整解　

决方案。　

业务：广播电视、视频点播、电视冲浪、电视邮件等　

支持编码标准：ＭＰＥＧ２￣和Ｈ．２６４　

６．结束语　

Ｃ：量化形式下预测误差的ＤＣＴ系数：　

Ｄ：标准形式下量化预测误差的ＤＣＴ系数：　

Ｅ：量化的降质．像索问的　差ＤＣＴ：　

Ｆ：量化的降质，重构的像素值：　

Ｇ：运动补偿预测像索值：　

Ｈ：动态矢量　

ＭＰＥＧ一２作为一个标准的视频数据压缩格式．在数字视频　

和数字影象方面已被广泛应用。我国的ＨＤＴＶ和ＳＤＴＶ电视播　

出也已进入了试播阶段．从采用ＭＰＥＧ－２节日制作编辑系统到　

Ｄ＿ｒＶ播出。将是一条最直接的数字化链路　在ＤＶＢ数字卫星视　

频广播方面．ＭＰＥＧ一２为我们直接沟通了ＤＶＢ—Ｓ数字视频卫星　

广播、ＤＶＢ—Ｃ数字电缆电视和ＤＶＢ一．ｒ数字地面广播　在宽带光　

ＭＰＥＧ一２的编解码器压缩编码方式采用用运动检测补偿、　

纤网和有线电视网的综合数字视频应川方面．均会采川ＭＰＥＧ一　

ＤＣＴ、量化、霍夫曼编码、游程编码和ＶＬＣ等　ＭＰＥＧ　２编码器巾　

２视频数据格式．在会｝义电视、ｉｎｔｅｎ　上电视、电视监控及数　

有场／帧决策的功能，它既可以处理逐行扫揣也可以处理隔行扫　

字微波传输等，也足ＭＰＥＧ－２的天下　ＭＰＥＧ一２正在将电视、网　

描。　

络、通信连成一个大家庭　

解码器使用反变换来近似雨构被编码器所传送的数组．这是作　

为接收压缩数据的解码过程的一部分　当需要陂传送的数据量　

参考文献：　

减少，为使不正确稀疏影响视觉效果达到最小化．在编码期问．　

１．余兆明，李小飞，陈春来．ＭＰＥＧ标准及其应用北京：北京邮电大学出　

提前对重构时的近似程度进行榨制　

版社２００２．１１　

５．ＭＰＥＧ一２的应用实例　

２．鲁业频．数字电视基础．北京：电子　１Ｌ业出版社２（）（）２．８　

版社２００１．２　

５．１两门子ＳＵＲＰＡＳＳ　ＨＥ解决方案通过在用户家中部署运　

３．张春芳等数字广播与电视技术及传输系统北京：中国广播电视出　

营商控制的机顶盒（家庭网关），接人到ＩＰ接人阀（如ＡＤＳ１０中，而　

４．刘洪飞＋赵岩等．有线广播数字电视挂挂．北京：人民邮电出版杜　

在运营商侧部署得种后台　

２ｆ）ｆｌ３１０　

・

＋　—卜　—　－＋“＋－＋－＋一＋－＋－＋－＋”＋ｎ＋　＋　—＋　十－＋－＋一＋一十一＋一＋一＋－一＋一＋”－Ｉ－　＋　＋　

（上接第１７９页）　

ａ）若从Ｐ．输人字符为ｔ．时，则Ｐｉ中的托肯数先减１，然后　标识数为无　多个．＿ｆＩ『以把Ｗ　

ｐ１ｐ２中的托肯数各白增加１；所以若输人一个ｔ．那么该Ｐｅｔｒｉ网　看成是”无限大”．而它代表的意　

的标识变为（１．１．０，０），若输人ｎ个所缁标识为（１，ｎ，０，０）；　思是标记数为任意大的　对任　

规定　ｗ　ａ：ｗ；Ｗ　－ａ：Ｗ；　

ｂ）若从Ｐ．输人字符ｔ　时，Ｐ．中的托肯数减１，Ｐ　中的托肯　

意常数ａ，

数加１，其余不变：　

ａ＜ｗ；ｗ≤ｗ；这些运算只Ｘ，Ｊ符号（１

。　

（　，０　啦　

ｔ　

。

２　

（【　，Ｊ，ｏ）　

＼　

∞　’‘’∞　

０）　

ｃ）如果输人ｋ个字符ｔ３，则ｐ２中的托肯数减少ｋ个；侧时　

Ｗ有定义，这对于构造呵达性树　

ｐ３中的托肯数保持不变（　为ｐ３中的托肯数先减去ｋ个，然后　

是必要的　

在增加ｋ个）；ｐ４中的托肯数增』Ｊｕ　ｋ个；　

ｊ　ｔ３　

【０．ｗ１　、ｗ）　

由于引人了”无限量”符号　

：　

｛　

ｄ）如果先输人字符ｔ　因为它消耗了Ｐ，中的托肯，所以不能　ｗ，必然导致有无限多个标识眺　同３

２

‘南方法　

再输人ｔ＿ｈ只可能输人字符Ｌ　；　

射到一个村Ｉ㈦的节点标识上　得刮的图ｌ的ＩＩＩ这性树　

ｅ）如果输人ｍ个ｔｌ，则ｎ　以　输入Ｉ１个ｔ，和Ｐ个ｔ　其中　

区ｌ此叫以得出该Ｄｅｔｒｉ网的ｎＪ达树ｆ』【Ｉ囤３所示：　

ｍ≥１，ｎ＝ｌ，ｐ≤ｍ；　为不管输人多少个ｔｉ，ｐ　中的托肯数最终为１，　

４．结束语　

但只要输入了ｔ，（并且只能输人一次），ｔ１将变成死的变迁。而只　

Ｐｅｔｒｉ网的町达性树是分析网系统的一种雨要的工具．它反　

要输入一次ｔ　它将消耗Ｐ２中的托肯，因此它的输入次数受到ｐ２　

映丁ｐｅｔｒｉ网的许多重要的性质。然而这…工具也存在不足：　

中的托肯数的限制．最多为ｍ个　

１）由于符号Ｗ的引入，丢失了很多信息。例如．在分析ｐｅｔｒｉ　

由以上说明可以得出与该有限自动机所识剐的语言相对应　

网的活性翱呵达性性质时，一般情况下不能提供有效的信息　

的各个标识如下：已知初始标识ＭＯ＝（１．０，０，０），　

１）Ｍｋ（１，１。０，０），当　为零时；Ｍ２＝（１，ｎ，０，０）当｝为ｎ时　

２）Ｍ３＝（Ｏ，１．１．０），当　为零时；Ｍ４＝（０，１３．，１，０）当￥为１３．时　

３）Ｍ５＝（１，ｍ，０，０）Ｍ６＝（Ｏ．．１，Ｏ）Ｍ７＝（Ｏ，ｉｎ—ｋ，１，ｋ）　

由于ｉｎ，ｎ．ｋ的存在。使得出的可达性树是无限的，凶为可　

２）肼个不同ｐｅｔｒｉ网可能产生相同的可达树。　

由于这两方面的不足，使得基于可达性树来分析ｐｅｔｒｉ网的　

活性、可达性变得比较困难。　

参考文献：　

达集中的每一个标识都会出现侄可达性树上　因此．对于任何具　

１．ＪＡＭＥＳＬ．ＰＥＴＥＩＬＳＯＮ著昊哲群译ｐｅｔｒｉ网理论与系统模拟【Ｍ］中国　

１２　

有无限可达集的Ｐｅｔｒｉ网，它的可达性树也是无限的　如果想要　

矿业大学出版社１９８９．

ｒｉ网原理与应用ｌＭ】电子．Ｔ－业出版社２００５，３　

可达性树的分析方法可用．我们就必须找出一个方法．把树限制　

２．袁崇义著ｐｅｔ

３．唐培和Ｐｅｔｒｉ网可达树的构造与实现广西工学院学报２００３．３　

在有限的规模　用一个专门的记号Ｗ表示这种重复中所得到的