MPEG-2

MPEG-2 - название группы стандартов цифрового кодирования видео- и аудиосигналов, организации транспортных потоков видео и аудио информации, передачи сопутствующей информации. Стандарты MPEG выпускаются экспертной группой по движущемуся изображению (MPEG), входящей в состав ИСО/МЭК Стандарт MPEG-2 получил распространение в цифровых видеодисках DVD, системах компрессии видеоизображений, цифровом телевидении DVB. В случае использования в цифровом телевидении MPEG-2 активно применяется как стандарт, определяющий структуру транспортных потоков и способы передачи данных.

Стандарт содержит несколько подразделов (parts). Например, MPEG-2 part 1 определяет тип контейнера, например, может использоваться Transport Stream, который позволяет корректировать ошибки оборудования, принимающего сигнал. Part 2- структуру компрессированного изображения (элементарный поток MPEG-2). Стандарт MPEG-2 намеренно не определяет способы компрессии изображения (звука), он лишь указывает, как должно быть оформлено сжатое изображение (звук). Стандарт не определяет, каким образом должен быть реализован кодер или декодер MPEG-2, он определяет только структуру данных. Это даёт возможность участникам рынка конкурировать друг с другом за создание более качественных устройств и алгоритмов. Использование стандартов MPEG-2 требует уплаты лицензионных отчислений держателям патентов через MPEG Licensing Association. Тексты стандартов MPEG-2 распространяются свободно, но не бесплатно

MPEG-2 используется для «общего сжатия движущихся изображений и звука» и определяет формат видеопотока, который может быть представлен как три типа кадра — независимо сжатые кадры (I-кадры), кадры, сжатые с использованием предсказания движения в одном направлении (P-кадры) и кадры, сжатые с использованием предсказания движения в двух направлениях (B-кадры). Соответствующие группы кадров от одного I-кадра до другого образуют GOP — Group Of Pictures — группу кадров.

Обычно используются потоки в 30 или 29,97 кадров в секунду.

• MPEG-2 поддерживает видео и в прогрессивной, и в чересстрочной развёртке
• MPEG-2 также определяет новые методы сжатия звука:
  • сжатие на низких битрейтах с половинным семплированием (MPEG-1 Layer 1/2/3 LSF)
  • многоканальное сжатие до 6 каналов
  • новый стандарт MPEG-2 AAC

Стандарт DVD использует MPEG-2 видео, но определяет некоторые ограничения:

Допустимые разрешения

• 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 пикселей (NTSC)
• 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 пикселей (PAL)
• Допустимые соотношения ширины к высоте Aspect ratio (Display AR)
  • 4:3
  • 16:9

• Допустимое число кадров в секунду
  • 29.97 к/с (NTSC)
  • 25 к/с (PAL)

Примечание: при выставлении флагов REPEAT_FIRST_FIELD в заголовках кодированных изображений, эти изображения могут повторяться на протяжении двух или трёх полей. Таким образом, подобрав шаблон выставления флагов, можно добиться практически любой частоты смены кадров (не менее 2/3 от номинальной). Наиболее часто это используется для получения частоты в 23.976 кадров/сек (что приблизительно равно скорости смены кадров киноплёнки) при выводе сигнала в NTSC.

• Скорости аудио- и видеопотоков:
  • Максимальная средняя: 9.8 Mbit/s
  • Максимальная пиковая: 15 Mbit/s
  • Минимальная: 300 Kbit/s
• YUV 4:2:0
• Дополнительные субтитры
• Скрытые субтитры
• Аудио:
  • Линейная импульсно-кодовая модуляция (LPCM): 48 kHz или 96 kHz; 16- или 24-bit; до шести каналов (из-за ограничений пропускной способности доступны не все комбинации)
  • MPEG Layer 2 (MP2): 48 kHz, до 5.1 каналов (только в PAL)
  • Dolby Digital (DD, также известен как AC-3): 48 kHz, 32—448 kbit/s, до 6 (5+1) каналов
  • Digital Theater Systems (DTS): 754 kbit/s или 1510 kbit/s (поддержка плеерами DVD не обязательна)
  • DVD в формате NTSC должны содержать хотя бы одну звуковую дорожку LPCM или Dolby Digital audio.
  • DVD в формате PAL должны содержать хотя бы одну звуковую дорожку MPEG Layer 2, LPCM или Dolby Digital audio.
  • Для плееров не обязательна поддержка вывода шестиканального звука, но обязательна возможность сведения его к двухканальному (стерео).
• Стурктура GOP (групп кадров):
  • В начале каждой GOP должен идти заголовок группы
  • Максимальное количество кадров на группу: 18 (NTSC) / 15 (PAL), то есть 0,6 секунды.
  • Для DVD с несколькими углами обзора или при задействовании плейлистов глав должны использоваться только закрытые GOP.

DVB Ограничения на MPEG-2 в стандарте DVB:

Допустимые разрешения для SDTV:

• 720, 640, 544, 480 или 352 × 480 пикселей, 24/1.001, 24, 30/1.001 или 30 кадров/с
• 352 × 240 пикселей, 24/1.001, 24, 30/1.001 или 30 кадров/с
• 720, 704, 544, 480 или 352 × 576 пикселей, 25 кадров/с
• 352 × 288 пикселей, 25 кадров/с

Для HDTV:

• 720 x 576 x 50 кадров/c progressive (576p50)
• 1280 x 720 x 25 or 50 кадров/c progressive (720p50)
• 1440 or 1920 x 1080 x 25 кадров/c progressive (1080p25 — film mode)
• 1440 or 1920 x 1080 x 25 кадров/c interlace (1080i25)
• 1920 x 1080 x 50 кадров/c progressive (1080p50) possible future H.264/AVC format

ATSC  Допустимые разрешения:

• 1920 x 1080 пикселей, 30 кадров/c (1080i)
• 1280 x 720 пикселей, 60 кадров/c (720p)
• 720 x 576 пикселей, 25 кадров/c (576i, 576p)
• 720 or 640 x 480 пикселей, 30 кадров/c (480i, 480p)

Примечание: 1080i кодируется как 1920 x 1088 кадр, но последние 8 строк выбрасываются перед показом на дисплей.

 Спецификация MPEG-2 подразумевает использование высоких разрешений для достижения максимального качества изображения, поэтому этот формат применяется в первую очередь профессионалами

• Кабельное телевидение (CATV: Cable Television)  Идея перевести кабельное телевидение на цифровое вещание напрашивается сама собой. Имеющиеся магистрали для передачи видеосигнала вполне могут выдержать интенсивность и объем данных, необходимые для вещания MPEG-видео высокого разрешения (MPEG-2) . Уже в ближайшее время должны появиться первые подобные системы, и тогда пользователь реально сможет принимать телепередачи в высоком разрешении со стереозвуком и даже Dolby Surround
• Направленное спутниковое вещание (DBS: Direct Broadcast Satellite).  Консорциум Hughes/USSB собирается использовать MPEG-2 для направленного вещания. Компания Thomson уже производит специальные декодеры, установив которые вы сможете принимать до 150 каналов. Правда, такие системы работают пока только в Северной Америке
• ТВЧ – телевидение высокой четкости (HDTV: High-Definition Television) В США создан консорциум компаний (U.S. Grand Alliance), который разрабатывает новый стандарт HDVN для телевидения высокого разрешения. В нем будет использоваться MPEG-2 с поддержкой с поддержкой следующих режимов: 1440х960 при 30 гц и 1280х720 при 60 гц. Легко себе представить, сколь высокое качество изображения и звука в подобных телепередачах

В итоге можно сказать, что MPEG является доминирующим стандартом для полнометражного видео, за исключением нелинейного цифрового монтажа, где в данный момент более распространен Motion-JPEG .Однако по мере того как все большее количество кодирующих MPEG-систем будет появляться на рынке,MPEG-2 внедриться и в эту нишу. Надо полагать, что найдется много новых областей применения для технологии MPEG,начиная от высококачественных цифровых DVD-видеодисков и новейших игровых систем и заканчивая совершенными вещательными и монтажными комплексами