作者：佚名  

  
MPEG已經成為視頻技術最被人誤會的一面。如果我不得不用一句話來描述MPEG是做什麼的，我通常說，它是複合視頻的一個現代的替代品。

　　兩者都接受送往編碼器的份量輸入，編碼器必須產生一個標準化的信號，令兼容的解碼器能懂得它。兩者都是壓縮技術，跟輸入之和相比，需要較少的通道帶寬。兩者解碼的信號與原始信號相比，都有損，所以兩者都可能產生壓縮失真。兩者都有長的時間序列，這是在編輯和切換時需要注意的：在複合信號時是彩色成幀序列，對MPEG而言是一個圖像組(Group of Picture，GOP)。

　　大多數MPEG版本都令垂直和水平色度取樣率相同，因為這是最有效的方法。因而色度的取樣在豎直和水平方面都相當於亮度的兩倍。這把演播室製作的視頻信號（過度的）垂直帶寬減少了一半。對模擬來說有一個對應的，就是PAL和SECAM兩者都執行2:1的垂直濾波。在PAL的情況下，行平均擺脫了傳送的相位誤差，而在SECAM裡，它把彩色份量在交替的行裡獨立地傳送。

　　只要是用在信號傳送系統裡，在複合信號或者MPEG裡色度的降取樣在本質上是看不出來的。不過若是在一個製作系統裡多級串接，它就引起多代損失。

　　複合視頻的編碼器相對比較簡單，但精密的解碼過程很複雜。因而複合視頻是一個不對稱的過程，意味著在信道的每一端的複雜性是不相等的。圖2表明，MPEG也是有意地不對稱，編碼器複雜而且需要大量的算法（因此很貴），而解碼器已定型了，簡單地做比特流告訴它要做的事。對於點對多點的應用，例如廣播和DVD，這非常理想，這裡昂貴的編碼器數量小而關係不大，而從大量廉價的解碼器得到節約。這是MPEG得分高於複合視頻的地方，它的不對稱方式佔了優勢。

　　然而，在編碼器和解碼器都必需的錄像機裡，不對稱就沒有優點了。事實上，當和對稱系統相比較的時候，不對稱可能就成了一個弱點。圖2c表明，在一個對稱系統，同樣的線路可以重新配置使之成為一台編碼器或者一台解碼器。這對ENG非常有用。

　　留意一下音頻的情況，世界上銷量最好的錄音壓縮系統——Dolby降噪系統是對稱的，同樣的硬件能在編碼和解碼之間轉換。在EBU/SMPTE工作小組進行的測試裡，對稱的DVC和D-9編解碼器的性能優於所測試的不對稱MPEG編解碼器。

　　當要比較它在哪裡順利工作和在哪裡不順利的時候，MPEG和複合視頻之間極為相似。在將後期製作好的材料分配給觀眾（現在這被稱為發射）時，MPEG就開始嶄露頭角，因為它本來就是為此設計的。觀眾對編輯或者後期製作的步驟不感興趣，因此也不受色度降取樣或者從播出或DVD來的長GOP序列的影響。

　　在廣播環境下，誤碼校正部分消除了通訊信道的特徵，擺脫了噪聲和重影，以極小的壓縮失真代替噪聲和重影，總體有所改善。在DVD裡，編碼失真通常很低，以致於和VHS一比較，VHS效果顯得很差。

　　複合視頻只有一套標準參數，所以很容易判斷一個信號是否符合PAL標準，它們的性能都一樣。與此相反，MPEG更像是一個壓縮工具箱，在這裡用戶可以選擇使用哪件工具。可憐的解碼器必須能夠用任何工具處理信號。

　　為使解碼器可以在一定的複雜性範圍內起作用，這些工具被安排在逐步複雜的「級別」裡。一台給定級別的解碼器可能懂得自己級別及其下面所用的所有壓縮工具，但它將不懂得較高級別的工具。

　　因為有這種使用編碼工具的自由，所以很難說將會得到什麼性能。圖3a顯示一些矛盾的趨勢。一般來說，能使用的工具越多，編碼器對特殊類型輸入的適應就越好，但也更複雜並引起更大的延時（滯後）。

　　在MPEG裡有兩種基本的工具：空間編碼和時間編碼。空間編碼在一幅單個的畫面之內工作，而時間編碼在畫面之間工作。MPEG的時間編碼功能很強大，因為支持雙向編碼，即未來畫面的數據和過去畫面的數據都能用在解碼器裡，創造當前的畫面。不幸的是，如果將MPEG裡的時間工具的全部功能發揮出來就會給製作帶來嚴重問題，因為在比特流領域裡是不可能編輯的，而通過解碼/編碼進行編輯又會造成嚴重的多代損失。

　　如果不讓用時間編碼，只容許有空間編碼，結果就是只有I幀的編碼。對同樣的質量，比起雙向編碼，比特率的需求要高出兩倍半，這說明MPEG是一種傳輸技術。

　　當年，複合視頻受歡迎是因為它讓彩色圖像有黑白一樣的帶寬。它對於發射也是最佳的，只是當人們試圖用它去製作的時候才出現問題，即彩色成幀和多代損失的問題。製作界的回應是，對製作的目的，轉移到份量上工作：最初是模擬份量，然後是數字份量；留下複合視頻做它善於做的事。

　　現在製作業有了無損耗的數字份量系統，它提供完全的垂直和水平編輯自由度，為什麼世界上還有人需要回到複合視頻上去？那正好也是用MPEG來進行製作時發生的情況。

　　支持在整個製作過程都停留在MPEG領域裡聽來似乎有些道理，這也是為什麼它引起這麼多注意。不幸的是，當真正實踐時，它只是一個神話。

　　一台獲取MPEG信號的VTR向一個MPEG磁盤製作系統發送信號，而製作系統又向一個MPEG傳輸（DVB）系統傳送。這樣我們就停留在MPEG領域，一切都很好。

　　但是稍等一下。發射標準要求降取樣的色度和長GOP，以便用低比特率來廣播，而製作過程需要只有I幀編碼和完全的色度數據。獲取信號的VTR可能用短的GOP。因而，雖然這些格式全部都符合MPEG規格，但它們是互相不兼容的，需要轉碼。每次轉碼都必然造成多代損失。

　　認為「呆在MPEG領域裡」就沒問題，這就像以為因為「呆在複合視頻領域裡」就可以用NTSC獲取，用PAL製作，用SECAM播出一樣。

　　解碼再編碼造成多代損失，這正是有損壓縮的基本後果。可以認為這是把模擬的特性又運用到數字上。轉碼過程造成的損失更大，因為在輸出碼流裡的圖像和輸入可能是不同類型的。當在各代之間進行處理的時候，損失甚至更大。

　　在製作過程中不會發生為了再編碼而對一個壓縮比特流解碼的事，因此在這時多代損失並不成問題。真正要緊的是，當比特流解碼，進行製作處理，畫面被再編碼的時候會發生什麼。

　　在電視廣播的情況下，有時需要把本地（節目）插入到MPEG的比特流裡。這裡，需要對進入的MPEG解碼，好令本地素材淡入，然後再編碼。利用邊鏈數據，從輸入碼流對編碼器控制，可以大大減少多代損失。

　　在穿過期間，結果是幾乎透明的。但是在轉變期間，控制數據就不再有關了，也不能使用了，因此在轉變時期內將有多代損失。對本地的插入，這不是一個問題，但對於嚴格的製作系統，這種控制不切實際，因為任何畫面處理都會令控制數據無效。

　　在傳統上，製作已經用了4:2:2採樣，雖然這只是因為隔行掃瞄（另一個早期而且原始的壓縮系統）而必需。MPEG-2支持隔行掃瞄，但它不像逐行掃瞄工作得那麼好，對同樣的質量需要一個較高的比特率。所以對於製作來說，MPEG-2主檔次是不能用的，因為它用 4:2:0色度。其後，為製作而設計出一種新的級別——422P沒有列在MPEG的級別裡。對停留在MPEG領域裡的問題就到此為止吧！

　　422P的問題是，它需要一個較高的比特率，由於有兩倍那麼多的色度，它一開始就多33%的數據。在一個壓縮系統裡，一開始就使用更多數據會令事情變得更困難。這就是為什麼在EBU/SMPTE工作小組的測試中，SX的性能比不上DVCPRO的原因。

　　對於4:2:2取樣，在大約25Mbps時，實在是沒有足夠的數據的能力，因此造成比4:1:1更高的多代損失。所以，對於嚴格的後期製作，25Mbps是不夠的。在大約50Mbps的較高比特率，支持4:2:2是容易的，而且是值得的，雖然在同樣的比特率下逐行掃瞄4:2:0效果更好。然而50Mbps只有4:1的壓縮係數。

　　與此同時，存儲媒體的性能不斷改進。每比特的費用在降低而密度在上升，使得用同樣的錢在同樣的空間可以貯存進去更多的數據。其結果是，儲存技術上只要稍微改進就有可以使用2:1壓縮。這已是真正無損編碼器做得到的了。

　　在那之後不久，對於演播室裡的SDTV記錄，將完全不需要壓縮。隨著無線電的帶寬越來越貴，貯存器每比特的費用越來越便宜，MPEG的未來是在傳輸裡，而不是在記錄方面。

　　關於所有這些，我有一個稍微有點哲學性的問題。MPEG是一個節省比特率，因而節省費用的壓縮系統。然而它提高了複雜性。要令一個端到端的MPEG系統正常工作，我們需要預處理器、變碼器、邊鏈處理器、可控編碼器等等，還有一個危險，我們過去可能誇大了硬件費用的節省。假定我們以不同的方法再做一次所有複雜性的預算，我們有沒有可能得到一個更好的結果呢?

　　我的意見是，MPEG系統並不適合端對端的情況，那會令到處充滿了陷阱，需要昂貴的盒子去解決問題。對於製作，必須用只有I幀的編碼，對稱的編解碼器能夠把MPEG比下去。