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)兩個子集中加入分級編碼。所謂分級編碼,，是將整個視頻數(shù)據(jù)流分為可逐級嵌入的若干層,，不同復雜度的解碼器可根據(jù)自身能力,，從同一數(shù)據(jù)流中抽出不同層進行解碼，得到不同質(zhì)量,、不同時間分辨率,、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,，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,。其過程是：為了實現(xiàn)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(shù)據(jù)流,，再通過在空間上或時間上提升取樣率的升級法,，把降低了碼率的基本層數(shù)據(jù)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個增強層數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流和增強層數(shù)據(jù)流一起解碼就可實現(xiàn),；若接收機無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(shù)據(jù)流解碼,。為了滿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(shù)據(jù)庫及經(jīng)不同網(wǎng)絡視頻傳輸?shù)葮I(yè)務的需要,，對每1層均應分配1個合適碼率的視頻,，并對其進行分級編碼。

    分級編碼的目的有二：其一,，是在不同的業(yè)務之間提供互操作性（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。對那些無能力或無要求再現(xiàn)視頻全部清晰度的接收機,，可只對分層數(shù)據(jù)流的子集進行解碼,，顯示1個較低的空間或時間清晰度的低質(zhì)量視頻圖像。這是通過在信噪比型（SNR Profile）子集中采用分級編碼實現(xiàn)的,，即隨著接收條件變差,，使圖像質(zhì)量適度降級，以防出現(xiàn)數(shù)字廣播固有的“峭壁效應”,。其二,，是對HDTV信源進行分級編碼，使其能靈活地支持多種清晰度,，實現(xiàn)HDTV與SDTV產(chǎn)品的兼容,，避免很耗費地將兩個單獨的數(shù)據(jù)流專門、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視頻節(jié)目以不同的空間分辨率、幀速率,、碼率等參數(shù)編碼,，傳送給相應用戶，帶來的不必要的經(jīng)濟負擔,。這是通過在空間型(Spatial Profile) 子集中采用分級編碼實現(xiàn)的。另外,，分級編碼在媒體資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)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)點也有缺點,。優(yōu)點有二：使同1個數(shù)據(jù)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(tǒng)向更高時間分辨率、空間分辨率過渡,，提供了技術(shù)保證,。

    其缺點也有二：該技術(shù)使編碼器、解碼器復雜化，成本增加,；由于數(shù)據(jù)流中有多層編碼,，使編碼效率下降。

    盡管分級編碼優(yōu),、缺點參半,，在MPEG-2的標準化進程中，人們還是想開發(fā)1個通用的分級編碼方案,，以滿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，要從特殊問題的實際出發(fā),，進行分級編碼方案的制定,，以滿足各種特殊應用的需要。結(jié)果,，分級編碼為MPEG-2提供了空間分級（Spatial Scalability）,、時間分級（Temporal Scalability）、信噪比分級性(SNR Scalability)和數(shù)據(jù)劃分(Data Partitioning)4種工具,，MPEG-2已對前3種進行了標準化：

1）空間分級

    空間分級的出發(fā)點是使不同大小圖像之間的服務具有兼容性,，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(shù)據(jù),，低層數(shù)據(jù)流經(jīng)過解碼,、重取樣的圖像數(shù)據(jù)作為空間補償?shù)幕鶞蕡D像，將高層解碼的差值數(shù)據(jù)加在低層相應的圖像數(shù)據(jù)塊上,，就得到了高層圖像數(shù)據(jù),。

    這種編碼數(shù)據(jù)流可提供至少兩種空間分辨率的視頻信號，1個是標準分辨率的視頻信SDTV,另1個是高分辨率的視頻信HDTV,。分層數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)頭定義了兩個變量：

    Layer-id和Scalable-mode,。用以指明該層的層號及使用的分級方法?，F(xiàn)在采用的是空間分級法，利用基本層來提供SDTV,，利用增強層來提供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進行獨立編碼,，得到基本層數(shù)據(jù)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)過時間,、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(nèi)插后形成的預測圖像，或為全分辨率圖像的預測圖像加權(quán)平均值）,，將預測誤差編碼形成全分辨率增強層數(shù)據(jù)流,，增強層實現(xiàn)高分辨率信號HDTV。

2）時間分級

    時間分級的出發(fā)點是實現(xiàn)不同幀速率視頻圖像服務之間的兼容性,。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。實現(xiàn)時間分級分兩步進行：

    第1步是以一定規(guī)律跳過原視頻中的某些幀場,，將剩余的幀場組成基本層圖像序列,，按MPEG-2編碼，形成基本層數(shù)據(jù)流,，由于基本層時間清晰度不太高,，要在性能好的通道上傳送。

    第2步是將跳過的幀場,，借助已編碼基本層圖像,，采用運動補償加DCT的方法進行編碼，形成全幀速率的增強層數(shù)據(jù)流,，借助時間分級,，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,?；緦訄D像中的B幀也可作為參考幀。表7是時間分級應用情況,。

3）SNR分級性

    信噪比分級性的出發(fā)點是實現(xiàn)不同質(zhì)量視頻圖像服務之間的兼容性,。該分級方式是，由1個圖像信號源產(chǎn)生出具有相同空間分辨率的兩個不同編碼質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)流,。實現(xiàn)SNR分級分兩步進行：

    第1步是對DCT系數(shù)進行粗(grob)量化,，稱為第1次量化，形成基本層數(shù)據(jù)流,。

    第2步是將粗量化之前的原DCT系數(shù)與第1次量化結(jié)果相減,，對其差值進行第2次量化，即精細（feiner）量化,，形成增強層數(shù)據(jù)流,。

    由上述可知，增強層進行的是誤差DCT精細量化,，其與基本層所進行的DCT系數(shù)粗量化密切相關(guān),，所以在解碼時增強層與基本層要同時進行。表8是SNR分級應用情況,。

4）數(shù)據(jù)劃分

    數(shù)據(jù)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，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(shù)據(jù)劃分技術(shù),，將對解碼具有重要作用的信息,，如包頭、運動矢量,、DCT系數(shù)（尤其是視頻的低頻DCT系數(shù)）,，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(shù)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可用來傳輸,、存儲視頻信號的通道時，才能實行,。事實上,，利用優(yōu)先級的概念,，也可以進行數(shù)據(jù)劃分。將編碼數(shù)據(jù)流分成兩個優(yōu)先級不同的部分,，如將編碼數(shù)據(jù)流中的頭信息,、運動矢量、量化參數(shù),、低頻DCT系數(shù)劃分為高優(yōu)先級（High Priority Partition）部分,將編碼數(shù)據(jù)流中的高頻DCT系數(shù),、音頻DCT系數(shù)劃分為低優(yōu)先級（Low Priority Partition）部分。這種用優(yōu)先級進行數(shù)據(jù)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,，為了解決通用性和特殊性之間的矛盾,，MPEG-2采取了兩個措施：1個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(shù)集,；另1個是采用具有可伸縮性的時間、空間,、信噪比及數(shù)據(jù)劃分4種視頻編碼工具,，通過對數(shù)據(jù)流的1部分編碼和對數(shù)據(jù)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(nèi)對不同分辨率和不同輸出碼率的圖像信號進行有效的壓縮編碼，已經(jīng)成為真正的國際通用標準,。在廣播電視領域必將獲得廣泛應用,。

    表9是各種應用的數(shù)字視頻帶寬，表10是部分數(shù)字系統(tǒng)及參數(shù),，供應用時參考,。（全文完）