剖析 MPEG2 视频编码器

1、剖析 MPEG-2 视频编码器剖析PEG-2视频编码器99中南地区省级电视台技术协会技术论文二等奖?西部播送电视?1999年第6期发表1.PEG-2标准简介现有PEG-2视频标准的技术标准集包括6类prfile4级level组成，并采用分级编码。所谓级是指PEG-2的输入格式，标识从有限明晰度的VHS质量图象到HDTV图象，每一种输入格式编码后都有一个相应的范围。.低级LLLLevel：图象输入格式的象素是ITU-RRe.BT601格式的1/4，即352*240*30或352*288*25，相应编码的最大输出码率为4bps。.主级LainLevel:图象输入格式符合ITU-RRe.BT601格

2、式，即720*480*30或720*576*25。相应编码的最大输出码率为15bps。高级类20bps。.1440高级H14LHigh1440Level:是1440*1152*25的高明晰度格式。相应编码的最大输出码率为60bps。高级类80bps。.高级HLHighLevel:图象输入格式为1920*1152*25的高清度格式。相应编码的最大输出码率80bps。高级类为100bps。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Tektrnix和SNY等众多公司的共同努力下,形成了PEG-24:2:2PL。PEG-24:2:2PL与P

3、EG-2PL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50bps。.编辑精度到达1帧允许只有1帧的图像组GP。.帧内方式DT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PEG-2PL.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，因此降低了消费本钱。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。B

4、atea-SX的一个GP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18bps.这也正是Batea-SX有别于另外三种数字录像机格式(50bps)及PEG-2PL(15bps)的特色之处。因为GP的构造与大小与所选最终输出码率有很大关系.在50bps左右，较长的GP对进步图像质量并没有太大效果,因此采用只有I帧(帧内压缩)的构造比拟有利。而在15bps以下,只有较大的GP才能保证图像质量,如PEG-2PL,GP为12帧.而在15bps-30bps,较短的GP构造有较好的效果.。如在20bps码率左右,IBGP构造有很好的效果.但是有得必有失,IBGP的采用,

5、使得编辑精度为2帧.为了实现零帧编辑,SNY公司Batea-SX采用的方法是提早重放的DT头(提早量等于重放电路与记录电路延时量之和)将编辑点前的原录素材重放出来,经解压缩恢复成无压缩数字信号,然后在编辑点处与新素材的无压缩数字信号相接,再压缩记录.5.PEG-2视频编码器上文我们已从理论上对PEG-2标准进展了系统的概述,下面就以一个实例剖析一下PEG-2视频编码器的物理实现.该编码器可完成PEG-2PL的压缩,对IR601PAL制(720*576像素/帧,25帧/s)图像进展实时恒定比特率传输形式(BR)处理.整个编码系统如图6所示。压缩便可以到达此目的。帧内部压缩使用有损和无损的信号处理

6、方法来减少图象中的数据，它不使用任何来自之前或之后的图象信息。另外，在视频信号中还有一种冗余便是时间冗余，对一个给定的图像顺序，帧与帧之间的图像内容通常只有微小的变化，这种帧间的相对图像内容位置的变化是帧间压缩的一个重要组成局部。帧间压缩一般是在未压缩的图象上进展的，是一个无损过程。在图四中稳定帧存储器有一幅完全解析度、完好数据的前一幅图象，在运动补偿区，最能预测当前帧的矢量被计算出来，已预测的帧存储器拥有一个根据前一帧和运动矢量所建立的预测的当前帧，输出的是预测当前帧跟实际的当前帧相减以后的差。假如没有运动或其它变化，当前帧便可得到完美的预测，差分帧的输出为0极易压缩；当前一帧跟后一帧有点不

7、同时，差分帧仍有少量数据需要压缩。预测帧是从一个被DT量化、解码后的图象开展而来的。在PEG-2系统中包含有三种帧构造，即：I帧：只包含有帧内编码。P帧：是从对I帧或其它P帧进展向前预测而得到的。B帧：是从对I帧或其它P帧进展双向预测而得到的。2解码经过解压缩等的处理后，Betaa-SX信号被转换为基带信号，即将盒子翻开，圆形可以显示出来。3编辑与外部的信号进展编辑制作零帧精度，好比用一个三角形来交换一个圆形。4记录将完成的节目进展压缩，然后记录在磁带上，好比最后再用盒子将一个三角形和一个圆形包装起来放回去。由此可见，Betaa-SX完全可以实现零帧精度的编辑，但是在此还存在一个问题就是会影响

8、编辑图象的质量，主要指以下两点：为实现零帧编辑，编辑过程的数据必须是解压缩的，不能直接使用压缩信号编辑。屡次解压缩与压缩过程会影响图象质量；放机输出的解压缩信号在录机再次压缩时，假如出现I帧与B帧的交换几率为50%会产生图象质量下降。但一般情况下的编辑图象质量仍可以承受，至于屡次编辑图像质量到底会有多大损失，是否仍在允许范围之内还有待于理论来证明。另外，值得说明一点，为了实现零帧编辑Betaa-SX加装了超前重放磁头，从而形成了Betaa-SX的双磁头构造。当其中任何一个磁头发生故障时，录象时机产生报警信号，不能再实现零帧编辑，但在重放过程中仍可以应用另一个磁头正常运行。可见这种双磁头构造在录

9、象机的重放过程里无形中又进步了它运行的可靠性。五与现有设备的兼容性方面最后，我们还有一个要着重考虑的方面，即为了节省资金利用原有设备要到达现有设备与新设备的兼容性。假如原有设备主要为Betaa-SP录象机，由于Betaa-SX录象机是由Betaa-SP开展而来的，该机向下兼容，使用磁带也完全一样，这样就充分保持了设备开展的连接性。在使用过程中，可以完全忽略摄象机是数字还是模拟，回到台里要用哪一套设备编辑等一系列问题，这样就更充分发挥了原有的Betaa-SP设备的使用才能，防止了选用新型设备而产生老型设备的问题。同时该格式的录象机的机械局部与Betaa-SP机型完全一致，保持了Betaa-SP的高稳定性，维护、保养的方法也根本一样，这样在后期效劳上省去了大笔人员培训费和零配件费用。假如原有设备是其它的机型，那么需要考虑与其它数字录象机的兼容性，在此不再加以分别说明。详述了Betaa-SX的一些特点之后，再简单介绍一下Betaa-SX的主要记录参数。Betaa-SX使用的磁带是宽度为12.65的金属涂布带，磁迹的组织与其它录象机不同，不是按照帧来组织，而是按G