MPEG2是當今最為流行的AV壓縮標準，可用於視頻、音頻和數位資訊儲存。完整的MPEG2標準可滿足STB等廣播應用和DVD或D-VHS、VCD等多媒體應用。MPEG2並非對MPEG2編碼器進行標準化，而是為經過MPEG2編碼的位元流提供了一種標準化格式，亦即它只規範編碼後的標準格式，不規範MPEG2編碼器內部的規格。另一方面，它也為MPEG2解碼器提供了一個標準模式，規範MPEG2解碼器的規格。

MPEG2標準的音頻部份大致基於MPEG1標準，因此二者相容性很強。這一點使得現有的MPEG1設備可對MPEG2信號中，相容於MPEG1的部份信號進行解碼；而MPEG2設備也可將MPEG1信號解碼，從而實現前向相容（forward compatible）。

壓縮分層

MPEG2和MPEG1音頻壓縮可分為三層；層數越高，壓縮的程度、所需CPU處理能力以及聲音品質也相對增加，而傳輸所需的頻寬則相應減少，如(表一)。因此，第一層的壓縮率最低、所需CPU處理能力最低、延遲也最少。由於壓縮率最低同時聲音品質最差，因此它所需的傳輸頻寬最大。而第三層的聲音品質最佳，壓縮率可達1:10，處理時間也幾乎是第一層的三倍。(表一)可清楚說明。

之所以將壓縮分為三個層，一部份是基於需要，一部份則是歷史原因。

首先，它取決於所壓縮的信號將用於哪種應用中。例如，當我們主要希望能再現高品質的聲音，其次才關注處理能力／成本，那麼應選擇第三層。而如果主要考慮的是處理能力和成本，則可選擇第一層或第二層。不過，如果選用的不是第三層，則聲音在重現時會有所欠缺，因此，用戶必須權衡考慮，選擇適合於其特殊應用的那一層。

其次，壓縮層的概念是逐漸發展而來的。第三層規範比第一、二層定得晚。當第三層規範開始流行時，採用第一、二層規範的設備已十分普及，消費者也非常熟悉了。因此，必須讓消費者能自由地選擇適合自己應用的那一層規範。這與黑白電視和彩色電視的情況有些類似。彩色電視便可對黑白電視的信號進行解碼。

《圖一　Photobank Jukebox應用示意圖》

MPEG2音頻壓縮及編碼

三層規範的音頻壓縮及編碼過程簡述如後：首先，輸入的音頻信號到達濾波器組，它採用快速傅利葉變換（FFT），將時域採樣轉換成同樣數目的頻域採樣。輸出是一系列頻寬相等的子帶。心理聲學模式過程計算每一子帶的信號掩蔽比（SMR），以便決定每一子帶可用於編碼的信號位元數。在信號位元或噪音分配過程中，通過濾波器組的輸出及SMR資訊來決定每個子帶可承受的量化噪音。量化噪音越高，這一子帶所分配的信號位元數就越低。在位元流格式化模組中，子帶頻率採樣與分配給該層的信號位元及一些其它資訊相結合，形成一個音頻訊框，這個訊框包括一個信號頭和其它資訊段。

MPEG2音頻增強功能

與MPEG1相比，MPEG2在以下方面有所改善：

1.半採樣率

在MPEG2中，僅需使用MPEG1中一半的採樣率便可保持極佳的聲音品質。這一點對評論頻道、多語頻道及多媒體等應用尤其有益，這些頻道的頻率範圍為20Hz到20kHz，但極少使用。

2.多頻道擴展

MPEG2支援5個音頻信道，共同實現一種“環繞”立體聲效果，以便獲得更為逼真的立體聲。這5個信道分別是左信道（L）、右信道（R）、中央信道（C）、左後環繞信道（Ls）和右後環繞信道（Rs）。這種情況下，在前面佈置3個高音音箱，在後面佈置2個，因此也可稱為3/2立體聲。

MPEG2音頻編解碼晶片

MPEG2音頻編碼可以單獨或與MPEG2視頻編碼一起在硬體上實現。在後一種情況下需要增加多路再使用器或多路輸出選擇器，以進行相應的編碼或解碼；也可以採用一個編解碼器來完成兩個功能。通常MPEG2音頻編碼是通過DSP來實現的，這種方案成本更低而且更為靈活。MPEG2音頻編解碼器晶片電路方塊圖如(圖一)所示。

《圖二　MPEG2音頻編解碼晶片之應用》

許多電子設備廠商生產的MP3播放器中都有這一系統，並帶有MPEG2音頻第三層解碼器。一些MP3播放器可儲存約1～2小時的音樂，這種情況下通常儲存在記憶棒或快閃記憶體中。帶有硬碟的播放器則可儲存更多資訊。

如果要同時實現MPEG2音頻和視頻編碼，則兩種數據流的多路再使用是一個關鍵問題。可以在同一塊晶片上進行音頻和視頻信號編碼，也可以採用另一塊晶片。這一過程是由ITU 13818-3標準控制，可選擇使用程式流（program stream）或傳輸流（transport stream）。在多路再使用的情況下，MPEG2音頻和視頻信號共用頻寬。除了音頻和視頻信號外，數據流中還攜帶了有關兩種信號的合成資訊。這種情況下，總位元率（也稱為系統位元率）是音頻和視頻信號位元率以及數據頭和位元組填充的總和。

顯然，視頻部份佔用了大部份頻寬，當系統位元率高時，音頻信號的位元率比視頻信號或多路再使用數據流的位元率低。這種情況下，由於頻寬十分豐富，因此用戶可對音頻流的各種參數進行設置以獲得最佳的聲音品質。但是，如果位元率較低，情況就不一樣了。如果音頻部份稍稍浪費一些頻寬，視頻部份的頻寬便會不夠用。最後解析出來的視頻品質便會嚴重受損。在這種情況下應小心設置MPEG2音頻參數。如將“音頻PES調節”關閉，音頻位元率也應該降低到192kbps或甚至128kbps。這些設置對改善MPEG2資訊流解析品質十分有效。

結語

由於多媒體應用方興未艾，整合音頻和視頻的MPEG2技術雖然有一段歷史，但是它仍然是各種多媒體應用系統的主角，短期內，無任何新技術可取代它。國內有許多業者（大多集中在中和市遠雄工業區和新竹市科學園區）長期耕耘影音應用領域，但是，能真正掌握MEPG2技術者寥寥無幾，主要是因為MEPG2晶片技術長期被國外大廠把持，要突破的門檻很高之故。

最近有一種號稱「五合一」能同時儲存數位相機、MP3、手機、PDA、攝錄影機的音頻、視頻資訊之新產品，稱作Photobank Jukebox，如(圖二)，它的儲存量是20GB。此產品的市場需求量非常大，雖然有一定的技術門檻，但是值得國內業者努力開發。