由于MPEG-2采用分級編碼（Scalable Coding）已超出主型（Main Profile）編碼算法所支持的范圍，所以在信噪比型(SNR Profile)和空間型(Spatial Profile)兩個(gè)子集中加入分級編碼。所謂分級編碼，是將整個(gè)視頻數據流分為可逐級嵌入的若干層，不同復雜度的解碼器可根據自身能力，從同一數據流中抽出不同層進(jìn)行解碼，得到不同質(zhì)量、不同時(shí)間分辨率、不同空間分辨率的視頻信號。圖34是視頻分級編碼示意框圖。由圖可見(jiàn)，視頻分級編碼采用了多級編碼方案。圖中提供了基本和增強兩層，每層支持的視頻級別不同。其過(guò)程是：為了實(shí)現多清晰度的顯示，首先將輸入視頻信號降級為1種較低清晰度視頻，降級的方法是在空間上或時(shí)間上降低取樣率。然后，將降級視頻編碼成降低了碼率的基本層數據流，再通過(guò)在空間上或時(shí)間上提升取樣率的升級法，把降低了碼率的基本層數據流升級，用于對原始輸入視頻信號的預測，將預測誤差編碼成1個(gè)增強層數據流。若接收機需要顯示視頻信號的全部質(zhì)量，則將基本層數據流和增強層數據流一起解碼就可實(shí)現；若接收機無(wú)能力或不需要顯示視頻信號的全部質(zhì)量，則只對基本層數據流解碼。為了滿(mǎn)足傳輸頻道和存儲媒體對帶寬的特殊要求，為了瀏覽視頻數據庫及經(jīng)不同網(wǎng)絡(luò )視頻傳輸等業(yè)務(wù)的需要，對每1層均應分配1個(gè)合適碼率的視頻，并對其進(jìn)行分級編碼。
分級編碼的目的有二：其一，是在不同的業(yè)務(wù)之間提供互操作性（Interoperability），以靈活的方式支持具有不同顯示功能的各種電視接收機。對那些無(wú)能力或無(wú)要求再現視頻全部清晰度的接收機，可只對分層數據流的子集進(jìn)行解碼，顯示1個(gè)較低的空間或時(shí)間清晰度的低質(zhì)量視頻圖像。這是通過(guò)在信噪比型（SNR Profile）子集中采用分級編碼實(shí)現的，即隨著(zhù)接收條件變差，使圖像質(zhì)量適度降級，以防出現數字廣播固有的“峭壁效應”。其二，是對HDTV信源進(jìn)行分級編碼，使其能靈活地支持多種清晰度，實(shí)現HDTV與SDTV產(chǎn)品的兼容，避免很耗費地將兩個(gè)單獨的數據流專(zhuān)門(mén)、分別地傳輸給HDTV和SDTV接收機。即要避免采用同播（Simucast）方式，因為該方式是將每個(gè)視頻節目以不同的空間分辨率、幀速率、碼率等參數編碼，傳送給相應用戶(hù)，帶來(lái)的不必要的經(jīng)濟負擔。這是通過(guò)在空間型(Spatial Profile) 子集中采用分級編碼實(shí)現的。另外，分級編碼在媒體資產(chǎn)管理數據庫瀏覽、多媒體環(huán)境下視頻多清晰度重放等方面也得到應用。
分級編碼有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)有二：使同1個(gè)數據流能適應不同特性的解碼器，提高了靈活性、有效性；為視頻廣播、通信系統向更高時(shí)間分辨率、空間分辨率過(guò)渡，提供了技術(shù)保證。
其缺點(diǎn)也有二：該技術(shù)使編碼器、解碼器復雜化，成本增加；由于數據流中有多層編碼，使編碼效率下降。
盡管分級編碼優(yōu)、缺點(diǎn)參半，在MPEG-2的標準化進(jìn)程中，人們還是想開(kāi)發(fā)1個(gè)通用的分級編碼方案，以滿(mǎn)足所想象到的各種可能的應用。有些應用要求最低的裝置復雜性，另一些則要求盡可能高的編碼效率。通用性與特殊性的沖突，使通用的分級編碼方案化為泡影。但是，就是這種泡影，提醒人們，要從特殊問(wèn)題的實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行分級編碼方案的制定，以滿(mǎn)足各種特殊應用的需要。結果，分級編碼為MPEG-2提供了空間分級（Spatial Scalability）、時(shí)間分級（Temporal Scalability）、信噪比分級性(SNR Scalability)和數據劃分(Data Partitioning)4種工具，MPEG-2已對前3種進(jìn)行了標準化：
1）空間分級
空間分級的出發(fā)點(diǎn)是使不同大小圖像之間的服務(wù)具有兼容性，其采用的主要方法是空間補償。
所謂空間補償，是指將圖像分為高、低兩層處理，高層只傳送高層圖像與低層圖像兩者之差的數據，低層數據流經(jīng)過(guò)解碼、重取樣的圖像數據作為空間補償的基準圖像，將高層解碼的差值數據加在低層相應的圖像數據塊上，就得到了高層圖像數據。
這種編碼數據流可提供至少兩種空間分辨率的視頻信號，1個(gè)是標準分辨率的視頻信SDTV,另1個(gè)是高分辨率的視頻信HDTV。分層數據流嵌套的第1層為基本層（Base Layer），符合MPEG標準，其它為增強層（Enhancement Layer）。MPEG-2在序列層的數據頭定義了兩個(gè)變量：
Layer-id和Scalable-mode。用以指明該層的層號及使用的分級方法?，F在采用的是空間分級法，利用基本層來(lái)提供SDTV，利用增強層來(lái)提供HDTV。表6表明了空間分級應用情況。要獲得SDTV，需將原視頻序列每1幀圖像經(jīng)過(guò)低通濾波、亞取樣，形成低分辨率的基本層圖像序列，用MPEG-2進(jìn)行獨立編碼，得到基本層數據流，由基本層提供標準分辨率SDTV。要獲得HDTV，需將原視頻序列圖像，經(jīng)過(guò)時(shí)間、空間預測（參考幀可為已編碼全分辨率圖像，或基本層圖像經(jīng)內插后形成的預測圖像，或為全分辨率圖像的預測圖像加權平均值），將預測誤差編碼形成全分辨率增強層數據流，增強層實(shí)現高分辨率信號HDTV。
2）時(shí)間分級
時(shí)間分級的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現不同幀速率視頻圖像服務(wù)之間的兼容性。該分級方式可提供幀速率不同、空間分辨率相同的視頻信號。實(shí)現時(shí)間分級分兩步進(jìn)行：
第1步是以一定規律跳過(guò)原視頻中的某些幀場(chǎng)，將剩余的幀場(chǎng)組成基本層圖像序列，按MPEG-2編碼，形成基本層數據流，由于基本層時(shí)間清晰度不太高，要在性能好的通道上傳送。
第2步是將跳過(guò)的幀場(chǎng)，借助已編碼基本層圖像，采用運動(dòng)補償加DCT的方法進(jìn)行編碼，形成全幀速率的增強層數據流，借助時(shí)間分級，在基本層提供隔行掃描HDTV，在增強層提供逐行掃描HDTV。由于增強層時(shí)間清晰度更高些，可在性能差一些的通道上傳送。這里，基本層圖像可直接作為增強層圖像的部分幀，增強層可以沒(méi)有I幀，其可由最近解出的增強層圖像或基本層圖像預測出來(lái)?；緦訄D像中的B幀也可作為參考幀。表7是時(shí)間分級應用情況。
3）SNR分級性
信噪比分級性的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現不同質(zhì)量視頻圖像服務(wù)之間的兼容性。該分級方式是，由1個(gè)圖像信號源產(chǎn)生出具有相同空間分辨率的兩個(gè)不同編碼質(zhì)量的視頻數據流。實(shí)現SNR分級分兩步進(jìn)行：
第1步是對DCT系數進(jìn)行粗(grob)量化，稱(chēng)為第1次量化，形成基本層數據流。
第2步是將粗量化之前的原DCT系數與第1次量化結果相減，對其差值進(jìn)行第2次量化，即精細（feiner）量化，形成增強層數據流。
由上述可知，增強層進(jìn)行的是誤差DCT精細量化，其與基本層所進(jìn)行的DCT系數粗量化密切相關(guān)，所以在解碼時(shí)增強層與基本層要同時(shí)進(jìn)行。表8是SNR分級應用情況。
4）數據劃分
數據劃分的目的，是希望在信號傳輸通道條件及發(fā)射功率受限時(shí)，也能收到質(zhì)量略差些的圖像，而不至于什么圖像也接收不到。為此，MPEG-2采用了數據劃分技術(shù)，將對解碼具有重要作用的信息，如包頭、運動(dòng)矢量、DCT系數（尤其是視頻的低頻DCT系數），放在誤碼性能好的通道中傳送。對解碼不太重要的部分，如音頻的DCT系數等，放在誤碼性能較差的通道中傳送。當然，這種方案是在存在兩個(gè)可用來(lái)傳輸、存儲視頻信號的通道時(shí)，才能實(shí)行。事實(shí)上，利用優(yōu)先級的概念，也可以進(jìn)行數據劃分。將編碼數據流分成兩個(gè)優(yōu)先級不同的部分，如將編碼數據流中的頭信息、運動(dòng)矢量、量化參數、低頻DCT系數劃分為高優(yōu)先級（High Priority Partition）部分,將編碼數據流中的高頻DCT系數、音頻DCT系數劃分為低優(yōu)先級（Low Priority Partition）部分。這種用優(yōu)先級進(jìn)行數據劃分的方法，可以將信道噪聲及信元丟失造成的圖像損傷，降至最低限度。
由上可見(jiàn)，為了解決通用性和特殊性之間的矛盾，MPEG-2采取了兩個(gè)措施：1個(gè)是采用具有可分級性的型、級概念，用于描述不同的編碼參數集；另1個(gè)是采用具有可伸縮性的時(shí)間、空間、信噪比及數據劃分4種視頻編碼工具，通過(guò)對數據流的1部分編碼和對數據流的全部解碼獲得較低圖像分辨率。從而使MPEG-2成為真正的“通用標準”。
總之，MPEG-2可以在很大范圍內對不同分辨率和不同輸出碼率的圖像信號進(jìn)行有效的壓縮編碼，已經(jīng)成為真正的國際通用標準。在廣播電視領(lǐng)域必將獲得廣泛應用。
表9是各種應用的數字視頻帶寬，表10是部分數字系統及參數，供應用時(shí)參考。（全文完）
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