MPEG 基础和协议分析指南(包括DVB 和ATSC)
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MPEG 基础和协议分析指南(包括DVB 和ATSC).
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MPEG 基础和协议分析指南
(包括DVB和ATSC)MPEG 基础和协议分析指南
初级读本
iv www.tektronix.com/video_audioMPEG 基础和协议分析指南
初级读本
第一章 MPEG概述
性工作站，这项应用对于模拟来说是不可能的。另一个
MPEG是目前最常用的一项音频/视频压缩技术，它实际
例子是将音频、视频、图形、文字和数据存储在同一介质
上并不是一个单一的标准，而是包括了适合于各种不同
的多媒体技术，这在模拟域中也是无法实现的。
应用的一系列标准，但这些标准是以一些共同理论为基
础的。MPEG是活动图象专家组的缩写词，该专家组是联
合技术委员会(Joint Technical Committee，JTC1)的一部分， 1.2 压缩的必要性
数字视频首先在后期制作应用中获得了成功。在后期制
JTC1是由ISO(国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)建
作中，虽然数字视频的代价高昂，但它可以复制无限次
立的。JTC1负责信息技术，在JTC1中，下设有负责“音
而无损伤。然而，后期制作中所使用的标准数字视频，其
频、图象编码以及多媒体和超媒体信息”的子组SG29。在
SG29子组中，又设有多个工作小组，其中就包括JPEG(联
数据率高达每秒200兆比特以上，这就需要大容量的存储
器和宽带传输。只有在存储器和带宽需求容易满足的情
合图片专家组)和负责活动图象压缩的工作组WG11。因
况下，数字视频才有可能获得广泛的应用。压缩的目的
此，可以认为MPEG是ISO/IEC JTC1/SG29/WG11。
正在于此。
既然把MPEG描述为多个词首字母的组合，那么，就其工
压缩就是使数字视音频具有较低数据率的一种方式。压
作过程而言，正如欧洲电信标准学会所说：“条件接收表
缩具有以下优点：
(CAT)引导综合接收机/解码器去寻找与所使用的条件接
收(CA)系统相关的授权管理信息(EMM)”。如果您能够理 对于给定的信源素材，它只需要较少的存储量。
解这句话，您就不需要这本书了！ 在实时工作时，压缩可降低所需带宽。此处，压缩可以使数
据在存储介质间的传输速度更快，例如，在磁带和硬盘之间
1.1 整合 可以实现数据的快速传输。
数字技术在音频和视频上已经取得了迅速的进展，这是 采用压缩记录格式可以减少记录密度，这样就可以降低记录
由多种因素决定的。其中一个重要因素就是数字信息的 设备对环境因素和设备维护的要求。
可靠性更高，可以通过编码以消除信息中的错误。这就
意味着数字技术能够消除在记录和传输过程中所产生的 1.3 压缩原理
损耗。激光唱盘 (CD) 就是采用数字技术的第一个消费类 在传递信息内容时，为了减少所需数据量，可以采用两
产品。 种不同的基本技术。在实用的压缩系统中，常常是这两
种技术的组合应用，采用了十分复杂的方式。
相对早期的聚乙烯唱盘，CD 的声音质量有了很大的改
善。仅仅比较质量是不够的，真正的意义在于：数字记 第一种压缩技术是提高编码效率。对于给定的信息，可
录和数字传输技术的应用使内容的处理达到了模拟技术 以采用许多编码方式。在最简单的视音频数据中，也包
所不可能达到的程度。一旦音频和视频信号被数字化后， 含有一定量的冗余度，这就是下面我们要讨论的“熵”的
其内容就是数据的形式。这种数据和其它任意类型的数 概念。
据一样，可以用同样的方式处理。这样，数字视频和数
许多编码技术可以减少或除去这种冗余度。例如游程编
字音频就作为数据而进入了计算机技术领域。
码和可变字长编码系统（如霍夫曼编码）。如果应用适当，
计算机和视音频的融合是数据处理和脉冲编码调制(PCM) 上述编码技术完全是可逆的，这就是说，解压缩后的数
应用的必然结果。数字媒介可以存储任何类型的信息，因 据与编码系统的输入数据是相同的。这种类型的压缩称
此，将计算机存储器件应用于数字视频是很容易的。计 为无损压缩。存档的计算机程序如PKZip就采用了这种无
算机技术和数字视音频相融合的第一个应用实例是非线 损压缩。
www.tektronix.com/video_audio 1MPEG 基础和协议分析指南
初级读本
很明显，无损压缩虽然十分理想，但它却不能提供视音 色信息的三倍－就需要三个单色通道传输彩色信息。
频应用所需要的数据压缩量。然而，正因为它是无损压
为了解决这一问题，第一步就是将GBR信号转换为一个
缩，所以它可用于系统的任意点，通常可用在有损压缩
亮度信号（通常以Y表示）和两个色差信号即U和V信号，
器的数据输出端。
或I和Q信号。抽取亮度信号是在解决与单色接收机的兼
如果除去信息中的冗余度并不能满足所需要的数据压缩 容性问题上前进了一大步，然而，信号带宽的减小主要
量，那就必须要丢弃某些（非冗余的）信息。有损压缩系 还是来自于色差信号的处理。
统就是通过去除不相关的信息或相关性较低的信息来实
现在来考察人的视觉系统。人眼对亮度敏感，可以“看
现所需要的压缩量。不存在对任意数据流均为适用的通
见”分辨率很高的图象。其它的彩色信息，人眼的分辨率
用的有损压缩技术；因为对相关性的评价只能就应用内
就要低得多。这样的综合效果就是，在受到某种限制的
容本身才能确定，在压缩时应当了解数据代表什么，它
情况下，如果将代表亮度场景的、清晰的单色图象与模
又是如何使用的。在电视情况下，图象和声音的再现是
糊的（低带宽）彩色信息相重叠，那么仍将出现清晰的彩
为人眼系统和听觉系统而提供的，因此，在设计一个有
色图象。这一优点在处理GBR信号时是不可能具备的，因
效的压缩系统时，就必须充分考虑人的主观感受因素。
为GBR中的每一种信号既包含亮度信息，又包含彩色信
在视频信号中，某些信息是不能被人的视觉系统所察觉 息。然而，在YUV域中，大多数亮度信息被Y信号所传送，
的，因此，这样的信息内容就是真正的无关信息。只丢 极少量的信息由色差信号传送。这样，就有可能滤除一
弃无关图象信息的压缩系统可称为视觉无损压缩系统。 部分彩色色差信号以大幅度地降低所需传送的信息。
以上是消除（大多数）无关信息的一个例子。在通常的观
1.4 压缩在电视中的应用
看条件下，人的视觉系统不能显著地感受到色差信号中
电视信号，无论是模拟还是数字，总包含有大量的信息。
的高频信息，因此，色差信号中的高频信息也可以被放
在电视发展的早期实际上已经在使用带宽压缩技术了。
弃。在NTSC电视传输中，每路色差信号中只传送大约
最早的例子或许是隔行扫描。对于给定的行数和给定的
500KHz以内的信号频率分量，但在许多应用中，图象仍
图象刷新速率，隔行扫描使信号的所需带宽压缩了一半。
然是相当清晰的。
隔行扫描是有损处理，在隔行扫描中，由于垂直信息和
在NTSC和PAL处理过程中，压缩带宽的最后一步是将色
瞬态信息之间的干扰而有所失真，从而降低了图象中的
差信号“隐藏”在单色信号频谱中的未用部分。尽管这种
垂直清晰度。不过，所丢弃的大多数信息主要是无关信
(包括DVB和ATSC)MPEG 基础和协议分析指南
初级读本
iv www.tektronix.com/video_audioMPEG 基础和协议分析指南
初级读本
第一章 MPEG概述
性工作站，这项应用对于模拟来说是不可能的。另一个
MPEG是目前最常用的一项音频/视频压缩技术，它实际
例子是将音频、视频、图形、文字和数据存储在同一介质
上并不是一个单一的标准，而是包括了适合于各种不同
的多媒体技术，这在模拟域中也是无法实现的。
应用的一系列标准，但这些标准是以一些共同理论为基
础的。MPEG是活动图象专家组的缩写词，该专家组是联
合技术委员会(Joint Technical Committee，JTC1)的一部分， 1.2 压缩的必要性
数字视频首先在后期制作应用中获得了成功。在后期制
JTC1是由ISO(国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)建
作中，虽然数字视频的代价高昂，但它可以复制无限次
立的。JTC1负责信息技术，在JTC1中，下设有负责“音
而无损伤。然而，后期制作中所使用的标准数字视频，其
频、图象编码以及多媒体和超媒体信息”的子组SG29。在
SG29子组中，又设有多个工作小组，其中就包括JPEG(联
数据率高达每秒200兆比特以上，这就需要大容量的存储
器和宽带传输。只有在存储器和带宽需求容易满足的情
合图片专家组)和负责活动图象压缩的工作组WG11。因
况下，数字视频才有可能获得广泛的应用。压缩的目的
此，可以认为MPEG是ISO/IEC JTC1/SG29/WG11。
正在于此。
既然把MPEG描述为多个词首字母的组合，那么，就其工
压缩就是使数字视音频具有较低数据率的一种方式。压
作过程而言，正如欧洲电信标准学会所说：“条件接收表
缩具有以下优点：
(CAT)引导综合接收机/解码器去寻找与所使用的条件接
收(CA)系统相关的授权管理信息(EMM)”。如果您能够理 对于给定的信源素材，它只需要较少的存储量。
解这句话，您就不需要这本书了！ 在实时工作时，压缩可降低所需带宽。此处，压缩可以使数
据在存储介质间的传输速度更快，例如，在磁带和硬盘之间
1.1 整合 可以实现数据的快速传输。
数字技术在音频和视频上已经取得了迅速的进展，这是 采用压缩记录格式可以减少记录密度，这样就可以降低记录
由多种因素决定的。其中一个重要因素就是数字信息的 设备对环境因素和设备维护的要求。
可靠性更高，可以通过编码以消除信息中的错误。这就
意味着数字技术能够消除在记录和传输过程中所产生的 1.3 压缩原理
损耗。激光唱盘 (CD) 就是采用数字技术的第一个消费类 在传递信息内容时，为了减少所需数据量，可以采用两
产品。 种不同的基本技术。在实用的压缩系统中，常常是这两
种技术的组合应用，采用了十分复杂的方式。
相对早期的聚乙烯唱盘，CD 的声音质量有了很大的改
善。仅仅比较质量是不够的，真正的意义在于：数字记 第一种压缩技术是提高编码效率。对于给定的信息，可
录和数字传输技术的应用使内容的处理达到了模拟技术 以采用许多编码方式。在最简单的视音频数据中，也包
所不可能达到的程度。一旦音频和视频信号被数字化后， 含有一定量的冗余度，这就是下面我们要讨论的“熵”的
其内容就是数据的形式。这种数据和其它任意类型的数 概念。
据一样，可以用同样的方式处理。这样，数字视频和数
许多编码技术可以减少或除去这种冗余度。例如游程编
字音频就作为数据而进入了计算机技术领域。
码和可变字长编码系统（如霍夫曼编码）。如果应用适当，
计算机和视音频的融合是数据处理和脉冲编码调制(PCM) 上述编码技术完全是可逆的，这就是说，解压缩后的数
应用的必然结果。数字媒介可以存储任何类型的信息，因 据与编码系统的输入数据是相同的。这种类型的压缩称
此，将计算机存储器件应用于数字视频是很容易的。计 为无损压缩。存档的计算机程序如PKZip就采用了这种无
算机技术和数字视音频相融合的第一个应用实例是非线 损压缩。
www.tektronix.com/video_audio 1MPEG 基础和协议分析指南
初级读本
很明显，无损压缩虽然十分理想，但它却不能提供视音 色信息的三倍－就需要三个单色通道传输彩色信息。
频应用所需要的数据压缩量。然而，正因为它是无损压
为了解决这一问题，第一步就是将GBR信号转换为一个
缩，所以它可用于系统的任意点，通常可用在有损压缩
亮度信号（通常以Y表示）和两个色差信号即U和V信号，
器的数据输出端。
或I和Q信号。抽取亮度信号是在解决与单色接收机的兼
如果除去信息中的冗余度并不能满足所需要的数据压缩 容性问题上前进了一大步，然而，信号带宽的减小主要
量，那就必须要丢弃某些（非冗余的）信息。有损压缩系 还是来自于色差信号的处理。
统就是通过去除不相关的信息或相关性较低的信息来实
现在来考察人的视觉系统。人眼对亮度敏感，可以“看
现所需要的压缩量。不存在对任意数据流均为适用的通
见”分辨率很高的图象。其它的彩色信息，人眼的分辨率
用的有损压缩技术；因为对相关性的评价只能就应用内
就要低得多。这样的综合效果就是，在受到某种限制的
容本身才能确定，在压缩时应当了解数据代表什么，它
情况下，如果将代表亮度场景的、清晰的单色图象与模
又是如何使用的。在电视情况下，图象和声音的再现是
糊的（低带宽）彩色信息相重叠，那么仍将出现清晰的彩
为人眼系统和听觉系统而提供的，因此，在设计一个有
色图象。这一优点在处理GBR信号时是不可能具备的，因
效的压缩系统时，就必须充分考虑人的主观感受因素。
为GBR中的每一种信号既包含亮度信息，又包含彩色信
在视频信号中，某些信息是不能被人的视觉系统所察觉 息。然而，在YUV域中，大多数亮度信息被Y信号所传送，
的，因此，这样的信息内容就是真正的无关信息。只丢 极少量的信息由色差信号传送。这样，就有可能滤除一
弃无关图象信息的压缩系统可称为视觉无损压缩系统。 部分彩色色差信号以大幅度地降低所需传送的信息。
以上是消除（大多数）无关信息的一个例子。在通常的观
1.4 压缩在电视中的应用
看条件下，人的视觉系统不能显著地感受到色差信号中
电视信号，无论是模拟还是数字，总包含有大量的信息。
的高频信息，因此，色差信号中的高频信息也可以被放
在电视发展的早期实际上已经在使用带宽压缩技术了。
弃。在NTSC电视传输中，每路色差信号中只传送大约
最早的例子或许是隔行扫描。对于给定的行数和给定的
500KHz以内的信号频率分量，但在许多应用中，图象仍
图象刷新速率，隔行扫描使信号的所需带宽压缩了一半。
然是相当清晰的。
隔行扫描是有损处理，在隔行扫描中，由于垂直信息和
在NTSC和PAL处理过程中，压缩带宽的最后一步是将色
瞬态信息之间的干扰而有所失真，从而降低了图象中的
差信号“隐藏”在单色信号频谱中的未用部分。尽管这种
垂直清晰度。不过，所丢弃的大多数信息主要是无关信
AIGC"这本指南深入解析了 Moving Picture Experts Group (MPEG) 的基础原理与相关协议，涵盖了数字视频广播（Digital Video Broadcasting, DVB）和美国先进电视系统委员会标准（Advanced Television Systems Committee, ATSC）。通过对MPEG编码技术的详细介绍，读者可以了解到高压缩率下高质量视频、音频信号的传输和处理方法，以及这两套国际主流的广播传输标准在内容编解码、信道使用、流媒体传输等方面的具体实施细节。无论是从事广播通信、视听设备研发、还是媒体内容制作的专业人士，都能从中获益匪浅，掌握现代多媒体通信领域的核心技术要领。"
