数字电视标准

1.MPEG-1数字电视标准

MPEG-1处理的是标准图像交换格式（Standard Interchange Format，缩写为SIF）或者称为源输入格式（Source Input Format，缩写为SIF）的电视，即NTSC制为352像素×240行/帧×30帧/秒，PAL制为352像素×288行/帧×25帧/s，压缩的输出速率定义在1.5Mbit/s以下。这个标准主要是针对当时具有这种数据传输率的 CD-ROM 和网络而开发的，用于在CD-ROM上存储数字影视和在网络上传输数字影视。

MPEG-1数字电视标准由5部分组成：

（1）MPEG-1系统，写成MPEG-1 Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC 11172-1。

（2）MPEG-1电视图像，写成MPEG-1 Video，规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 11172-2。

（3）MPEG-1声音，写成MPEG-1 Audio，规定声音数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 11172-3。

（4）MPEG-1一致性测试，写成MPEG-1 Conformance testing，标准名是ISO/IEC 11172-4。

（5）MPEG-1软件模拟，写成MPEG-1 Software simulation，标准名是ISO/IEC TR 11172-5。

2.MPEG-2数字电视标准

MPEG-2标准从1990年开始研究，1994发布DIS。它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充，因为它们的基本编码算法都相同。但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能，例如增加了隔行扫描电视的编码，提供了位速率的可变性能（scalability）功能。MPEG-2要达到的最基本目标是：位速率为4～9Mbit/s，最高达15Mbit/s。

MPEG-2的标准号为ISO/IEC 13818，标准名称为“信息技术——电视图像和伴音信息的通用编码（Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information ）”。MPEG-2包含9个部分：

（1）MPEG-2系统，写成MPEG-2 Systems，规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步，标准名是ISO/IEC 13818-1。

MPEG-2的系统模型如图6.45所示。

图6.45 MPEG-2的系统模型

这个标准主要是用来定义电视图像数据、声音数据和其他数据的组合，把这些数据组合成一个或者多个适合于存储或者传输的基本数据流。数据流有两种形式，一种称为程序数据流（Program Stream，缩写为PS），另一种称为传输数据流（Transport Stream，缩写为TS）。程序数据流是组合一个或者多个规格化的即包化基本数据流（Packetised Elementary Streams，缩写为PES）而生成的一种数据流，用在出现错误相对比较少的环境下，适合使用软件处理的应用；传输数据流也是组合一个或者多个PES而生成的一种数据流，它用在出现错误相对比较多的环境下，例如在有损失或者有噪声的传输系统中。

（2）MPEG-2电视图像，写成MPEG-2 Video，规定电视数据的编码和解码，标准名是ISO/IEC 13818-2。图6.46显示了MPEG-2电视图像配置。

图6.46 MPEG-2电视图像配置

有人认为使用4:2:0 子采样格式的图像质量还不够好，因此在1996年的标准中增加了4:2:2子采样格式的图像。多视角配置（Multiview Profile，缩写为MVP）是附加的配置。

（3）MPEG-2声音，写成MPEG-2 Audio，规定声音数据的编码和解码，是MPEG-1 Audio的扩充，支持多个声道，标准名是ISO/IEC 13818-3。

（4）MPEG-2一致性测试，写成MPEG-2 Conformance testing，标准名是ISO/IEC DIS 13818-4。

（5）MPEG-2软件模拟，写成MPEG-2 Software simulation，标准名是ISO/IEC TR 13818-5。

（6）MPEG-2数字存储媒体命令和控制扩展协议，写成MPEG-2 Extensions for DSM-CC，标准名是ISO/IEC DIS 13818-6。

这是一个数字存储媒体命令和控制（Digital Storage Media Command and Control，缩写为DSM-CC）扩展协议，用于管理MPEG-1和MPEG-2的数据流，使数据流既可在单机上运行，又可在异构网络（即用类似设备构造但运行不同协议的网络）环境下运行。

（7）MPEG-2先进声音编码，写成MPEG-2 AAC，是多声道声音编码算法标准。这个标准除后向兼容 MPEG-1 Audio 标准之外，还有非后向兼容的声音标准。标准名是ISO/IEC 13818-7。

（8）MPEG-2系统解码器实时接口扩展标准，标准名是ISO/IEC 13818-9。

（9）MPEG-2 DSM-CC一致性扩展测试，标准名是ISO/IEC DIS 13818-10。

3.MPEG-4多媒体应用标准

MPEG-4从1994年开始工作，它是为视听（audio-visual）数据的编码和交互播放开发算法和工具，是一个数据速率很低的多媒体通信标准。MPEG-4的目标是要在异构网络环境下能够高度可靠地工作，并且具有很强的交互功能。

MPEG-4的标准名是Very-low bitrate audio-visual coding （甚低速率视听编码）。作为国际标准草案（Draft International Standard，缩写为DIS）的MPEG-4文件有6个部分，它们是：

（1）MPEG-4系统标准，标准名是ISO/IEC DIS 14496-1 Very low bitrate audio-visual coding — Part 1：Systems。

（2）MPEG-4电视图像标准，标准名是ISO/IEC DIS 14496-2 Very low bitrate audio-visual coding — Part 2：Video。

（3）MPEG-4声音标准，标准名是ISO/IEC DIS 14496-3 Very low bitrate audio-visual coding — Part 3: Audio。

（4）MPEG-4一致性测试标准，标准名是ISO/IEC DIS 14496-4 Very low bitrate audio-visual coding — Part 4：Conformance Testing。

（5）MPEG-4参考软件，标准名是ISO/IEC DIS 14496-5 Very low bitrate audio-visual coding — Part 5: Reference software

（6）MPEG-4 传输多媒体集成框架，标准名是 ISO/IEC DIS 14496-6 Very low bitrate audio-visual coding — Part 6：Delivery Multimedia Integration Framework。

4.MPEG-7多媒体内容描述接口

MPEG-7 的工作于 1996 年启动，名称叫做多媒体内容描述接口（Multimedia Content Description Interface），目的是制定一套描述符标准，用来描述各种类型的多媒体信息及它们之间的关系，以便更快更有效地检索信息。

与其他的MPEG标准一样，MPEG-7是为满足特定需求而制定的视听信息标准。MPEG-7标准也是建立在其他的标准之上的，例如，PCM、MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等。在MPEG-7中，例如MPEG-4中使用的形状描述符、MPEG-1和MPEG-2中使用的移动矢量（motion vector）等都可能在MPEG-7中用到。

图 6.47 表示了 MPEG-7 的处理链（processing chain），这是高度抽象的方框图。在这个处理链中包含有3个方框：特征抽取（feature extraction）、标准描述（standard description）和检索工具（search engine）。特征的自动分析和抽取对MPEG-7至关重要，抽象程度越高，自动抽取也越困难，而且不是都能够自动抽取的，因此开发自动的和交互式半自动抽取的算法和工具都是很有用的。尽管如此，特征抽取和检索工具都不包含在MPEG-7标准中，而是留给大家去竞争，以便得到最好的算法和工具。

图6.47 MPEG-7的处理链

MPEG-7的应用领域包括：数字图书馆（Digital library），例如图像目录、音乐词典等；多媒体目录服务（multimedia directory services），例如黄页（yellow pages）；广播媒体的选择，例如无线电频道、TV频道等；多媒体编辑，例如个人电子新闻服务、多媒体创作等。潜在的应用领域包括：教育、娱乐、新闻、旅游、医疗、购物等。