MPEG-2定義
MPEG是Moving Pietures Experts Group（活動圖像專家組）的縮寫。MPEG是一個組織，但人們習慣於用MPEG來代表它制定的編碼標準。MPEG-2標準的正式名稱為“ISO/IEC13818信息技術——活動圖象和相關聲音信息的一般編碼方法”,是其中的一個編碼標準，主要是用於傳輸聲音、圖象數據壓縮標準，它是MPEG-1的進一步發展，碼流在1.5Mb/S到50Mb/s之間。MPEG-2標準是將視、音頻及其他數據基本流（ES）組合成一個或多個適宜於存儲或傳輸的數據流的規範。
MPEG-2碼流的系統層
圖1 MPEG-2的系統層MPEG-2分為壓縮層和系統層：壓縮層中，數字視音頻數據分別經過編碼器，生成連續不分段的基本碼流（ES），對於視音頻來說，ES就是由一系列編碼後的視音頻幀的存取單元（AU）組成；在系統層將視音頻ES分別通過各自的打包器，加上相應的包頭，打包分組為包長度可變的基本流（PES）。系統層主要用來描述視、音頻數據復用和同步方式，節目復用器和傳輸復用器分別將視音頻PES加入系統層信息組成相應的節目流（PS）和傳輸流（TS），多條TS流還可以再次復用成一條多節目TS（MPTS）。
MPEG-2標準
MPEG-2標準目前分為9個部分，統稱為ISO/IEC13818國際標準。各部分的內容描述如下：
一部分－ISO/IEC13818-1，System：系統，描述多個視頻，音頻和數據基本碼流合成傳輸碼流和節目碼流的方式。
二部分－ISO/IEC13818-2，Video：視頻，描述視頻編碼方法。
三部分－ISO/IEC13818-3，Audio：音頻，描述與MPEG-1音頻標準反向兼容的音頻編碼方法。
四部分－ISO/IEC13818-4，Compliance：符合測試，描述測試一個編碼碼流是否符合MPEG-2碼流的方法。
五部分－ISO/IEC13818-5，Software：軟體，描述了MPEG-2標準的第一、二、三部分的軟體實現方法。
六部分－ISO/IEC13818-6，DSM-CC：數字存儲媒體-命令與控制，描述互動式多媒體網路中伺服器與用戶間的會話信令集。
以上六個部分均已獲得通過，成為正式的國際標準，並在數位電視等領域中得到了廣泛的實際套用。此外，MPEG-2標準還有三個部分：第七部分規定不與MPEG-1音頻反向兼容的多通道音頻編碼；第八部分現已停止；第九部分規定了傳送碼流的實時接口。
1990年成立的ATM視頻編碼專家組與MPEG在ISO/IEC13818標準的第一和第二兩個部分進行了合作，因此上述兩個部分也成為ITU-T的標準，分別為：ITU-T H.222.0和ITU-TH.262視頻。
3．包的結構
傳輸碼流（TS）是一串固定長度的信息包，它來自不同的基本比特流（如視頻/音頻和輔助數據）。每個包只包含一種類型的數據：視頻、音頻或輔助數據。由於包類型的混合沒有固定的比例，所以傳輸層可以完全靈活地組合。
如圖2所示，每個包有4Byte的頭部和184Byte的載荷。載荷只能是一種業務（或者是視頻，或者是音頻，或者是數據檔案）。4個位元組的頭部讓接收機可以知道在載荷中是哪種類型的載荷，它可以說明的業務類型超過8000種。另外的信息幫助接收機識別那些在傳輸信道中被污染的包。
圖2 包的結構頭部包括包的同步欄位和載荷的業務類型的識別等。同步位元組總是包頭部的第一個位元組，是一個固定的、預先指定的值。一個13bit的欄位被稱之為包識別器，它足以使各種不同類型基本比特流復用在—起。
包的長度固定有助於誤碼的檢測和校正。有條件接入提供了付費電視的功能，它可以讓視頻、音頻和數據獨立地被擾亂。包頭部中信息各指明它的載荷是否被擾亂過。
有時需要額外的頭部信息用於音頻和視頻時間的周期同步。於是將一個可變長欄位，即適配頭放在傳輸包的載荷中。為了同步，傳輸碼流中的節目時鐘基準使得編碼器和解碼器之間保持一個共同的時間基準。音頻和唇形的同步藉助於基本碼流攜帶的PTS（顯示時間標誌），這個標誌告訴解碼器在主時鐘的什麼時候應該同時顯示解出的相對應的視頻和音頻信息。
圖3 節目復用要產生一個節目，傳輸系統須將控制數據流和打包的基本比特流（PES）復用在一起，共用同一個時間基準。這些節目再加上整個系統的控制數據還可以復用成一個多節目復用系統，如圖3所示。每個節目又由若干個不同的業務或PES組成。例如，一個視頻節目可伴有用於不同語言的多個音頻業務。組成某一個節目的若干業務的混合，可在一個基本比特流表（Elementary Stream Map）即稱為基本比特流映射表中查到。
4．同步和時間標誌
對於經壓縮編碼的圖像來說，同步是個比較複雜的問題，它和模擬電視有很大的不同。模擬電視每幀的掃描時間是一定的，而且是絕對按次序傳送的，所以只要在每一幀和每一行起始的時間同步就解決了同步問題。而且由於音頻和視頻是並行同時傳送的，不存在音頻和視頻的同步問題。但MPEG-1、MPEG-2和模擬電視有以下三點不同：
① I、B、P三種類型的幀壓縮後的位元組數各不相同，例如可能I幀是l9 000位元組，P是10 000位元組，B是2 800或2 900位元組。
② 解碼器輸入的圖像的次序可能是：
I1 4P 2B 3B 7P 5B 6B 10P 8B 9B 13I 11B 12B 16P14B 15B l 9P 17B 18B 22P 20B 21B 251
按次序4P比2B、3B先從解碼器輸出，但顯示必須在2B、3B之後。所以4P要經過一個重新排序緩衝器再顯示。
③ 音頻的基本碼流和視頻碼流是交錯串列傳送的。因此，經過壓縮的圖像同步問題要採用和傳統不同的方法，即在碼流中插入時間標誌（TS, Time-Stamp）。有了時間標誌就可以在顯示前重新排序，重建壓縮前的圖像序列的次序，並且使音頻和視頻同步顯示。
時間標誌不僅解決同步問題，而且對防止解碼器中的輸入緩衝器上溢或下溢的問題，即對緩衝器的管理有重要作用。
要加時間標誌，首先要有統一的時間基準。有了時間基準，在碼流中插入節目時鐘基準PCR，就像掛在牆上的壁鍾半小時就敲一下，當然PCR的間隔要短得多。PCR的插入和取出如圖4所示。
圖4 在碼流中插入節目時鐘基準PCR除了PCR，在編碼器的輸入端還要打上另兩個時間標誌，就是顯示時間標誌PTS（Presentation Time-Stamp）和解碼時間標誌DTS（Decoding Time-Stamp）。對於B幀，PTS與DTS是一樣的，所以不需要標出DTS。對於I幀和P幀，由於經過重新排序緩衝器，所以要分別標明DTS和PTS，如圖5所示。
圖5 DTS和PTS的插入和取出攝像機攝取的圖像經預處理（反混疊濾波），A/D變換以一定的圖像格式輸入到編碼器，編碼器的輸出是符合MPEG-2標準的編碼碼流。對於HDTV來說，輸出碼流的碼率為20Mbit/s，壓縮比達到50:1。解碼器的任務是將MPEG-2碼流解碼為原來格式的視頻圖像。
