MPEG 系列标准与常见格式的关系

MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 及其主要子规范

Posted by Yvain Zhang on June 18, 2023 主题:技术

在数字音视频领域,MPEG(Moving Picture Experts Group,动态图像专家组) 制定了一系列流媒体与数字视听标准。

从 MPEG-1 Layer 3、MPEG-2 AAC、MPEG-4 Part 10 (AVC/H.264)、MPEG-4 Part 14 (MP4) 到 MPEG-H (HEVC/H.265),MPEG 包含多个代际与众多的 Part 子规范。

MPEG 由 ISO(国际标准化组织) 与 IEC(国际电工委员会) 联合组织。下面按标准系列列出常见编码、系统和容器规范,方便查清“某个格式属于哪一部分”。


1. MPEG 标准演进概览

MPEG-1 (1993, ISO/IEC 11172) ──> VCD / 1.5 Mbps / MP3 音频
   │
MPEG-2 (1995, ISO/IEC 13818) ──> DVD / 数字电视 DVB / TS/PS 流 / AAC 诞生
   │
MPEG-4 (1998, ISO/IEC 14496) ──> 现代网络媒体 (H.264/AVC + AAC + MP4/ISOBMFF)
   │
MPEG-7 / 21 ───────────────────> 多媒体内容元数据描述 (MPEG-7) 与数字版权框架 (MPEG-21)
   │
MPEG-H (2013, ISO/IEC 23008) ──> 4K/8K 时代 (H.265/HEVC + 3D 音频 + MMT 传输)

2. MPEG-1 (ISO/IEC 11172):光盘多媒体标准

为 CD-ROM / VCD 介质定制,优化 1.5 Mbps 码率下的音视频存储:

  • Part 1 (Systems):系统时钟同步与音视频复用流;
  • Part 2 (Video):基于 DCT(离散余弦变换)与运动补偿(I/P/B 帧)的视频压缩;
  • Part 3 (Audio):划分为三层,层数越高压缩率越高且向下兼容:
    • Layer I (MP1):约 4:1 压缩比;
    • Layer II (MP2):约 6:1~8:1 压缩比(VCD 音轨、DAB 广播);
    • Layer III (MP3):约 10:1~12:1 压缩比,引入心理声学模型与哈夫曼熵编码。

3. MPEG-2 (ISO/IEC 13818):数字广播与 DVD

针对广播级画质、多声道环绕声及不可靠传输信道设计:

  • Part 1 (Systems):
    • TS (Transport Stream, 188 字节固定包长):专为有线电视、卫星广播和网络流媒体(如 HLS)等易丢包环境设计,具备自同步与纠错能力;
    • PS (Program Stream):专为 DVD 等存储介质设计。
  • Part 2 (Video):支持隔行扫描(Interlaced),DVD 与 1080i 高清广播常用;
  • Part 7 (AAC):高级音频编码作为独立子标准制定。

4. MPEG-4 (ISO/IEC 14496):网络流媒体规范

MPEG-4 包含音视频编码、基础文件格式和具体封装等多项子规范:

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    MPEG4[MPEG-4 核心规范 ISO/IEC 14496] --> P3[Part 3: Audio AAC/HE-AAC/ALS]
    MPEG4 --> P10[Part 10: Video H.264 / AVC 联合制定]
    MPEG4 --> P12[Part 12: ISOBMFF 基础媒体文件格式]
    MPEG4 --> P14[Part 14: MP4 文件容器规范]
    MPEG4 --> P15[Part 15: NALU 单元封装与打包]

关键子规范 (Parts)

子规范编号 标准名称 实际应用
Part 2 Visual (ASP) 早期 DivX / Xvid 编码格式
Part 3 Audio 定义 AAC-LC, HE-AAC, CELP 语音, ALS 无损音频
Part 10 AVC (Advanced Video Coding) 即与 ITU-T 联合制定的 H.264
Part 12 ISO Base Media File Format (ISOBMFF) MP4, MOV, 3GP, HEIF, CMAF 的通用对象基类
Part 14 MP4 File Format 多媒体封装文件格式(.mp4, .m4a)

5. MPEG-7 与 MPEG-21:元数据与版权框架

  • MPEG-7 (ISO/IEC 15938):多媒体内容描述接口。通过 XML 对音频特征(音高、音色、静音段)和图像特征(颜色直方图、纹理、边缘形状)进行结构化标注,用于多媒体检索;
  • MPEG-21 (ISO/IEC 21000):多媒体框架,定义数字版权管理(DRM)、电子知识产权保护与跨平台分发协议。

6. 总结

时代/标准 代表视频标准 代表音频标准 代表容器/封装
MPEG-1 MPEG-1 Video MP3 (Layer III), MP2 System Stream (VCD)
MPEG-2 MPEG-2 Video MPEG-2 AAC, AC-3 MPEG-2 TS / PS (DVD)
MPEG-4 H.264 / AVC AAC (LC/HE), ALS MP4, ISOBMFF, M4A
MPEG-H H.265 / HEVC MPEG-H 3D Audio MMT, MP4, CMAF