MPEG-2

Не слід плутати MPEG-2 з MPEG-1 Audio Layer II (MP2)

MPEG-2 - назва групи стандартів цифрового кодування відео - та аудіосигналів, організації транспортних потоків відео та аудіо інформації, передачі супутньої інформації. Стандарти MPEG випускаються експертною групою по рухомому зображенню ( MPEG), що входить до складу ІСО / МЕК.


1. Загальні відомості

Стандарт MPEG-2 набув поширення в цифрових відеодисках DVD, системах компресії відеозображень, цифровому телебаченні DVB. У разі використання в цифровому телебаченні MPEG-2 активно застосовується як стандарт, що визначає структуру транспортних потоків і способи передачі даних.

Стандарт містить кілька підрозділів (parts). Наприклад, MPEG-2 part 1 визначає тип контейнера, наприклад, може використовуватись Transport Stream, який дозволяє коригувати помилки обладнання, приймає сигнал. Part 2 - структуру компрессированного зображення (елементарний потік MPEG-2). Стандарт MPEG-2 навмисно не визначає способи компресії зображення (звуку), він лише вказує, як повинно бути оформлено стислий зображення (звук). Стандарт не визначає, яким чином має бути реалізований кодер або декодер MPEG-2, він визначає тільки структуру даних. Це дає можливість учасникам ринку конкурувати один з одним за створення більш якісних пристроїв і алгоритмів.

Використання стандартів MPEG-2 вимагає сплати ліцензійних відрахувань власникам патентів через MPEG Licensing Association. Тексти стандартів MPEG-2 поширюються вільно, але не безкоштовно (див. сайт ISO).


2. Стиснення відео (спрощено)

MPEG-2 використовується для "загального стиснення рухомих зображень і звуку" і визначає формат відеопотоку, який може бути представлений як три типи кадру - незалежно стислі кадри (I-кадри), кадри, стиснуті з використанням прогнозу руху в одному напрямку (P-кадри) і кадри, стиснуті з використанням прогнозу руху в двох напрямках (B-кадри). Відповідні групи кадрів від одного I-кадра до іншого утворюють GOP - Group Of Pictures - групу кадрів.

Зазвичай використовуються потоки в 30 або 29,97 кадрів в секунду.

MPEG-2 підтримує відео і в прогресивної, і в чересстрочной розгортці.


3. Стиснення звуку

MPEG-2 також визначає нові методи стиснення звуку:

  • стиснення на низьких бітрейтах з половинним семплірованія (MPEG-1 Layer 1/2/3 LSF)
  • багатоканальне стиск до 6 каналів
  • новий стандарт MPEG-2 AAC

4. Профілі й рівні стандарту

Профілі MPEG-2
Аббре. Ім'я Кадри YCrCb Потоки Коментар
SP Simple Profile P, I 4:2:0 1 без інтерлейсінга
MP Main Profile P, I, B 4:2:0 1
422P 4:2:2 Profile P, I, B 4:2:2 1
SNR SNR Profile P, I, B 4:2:0 1-2 Відношення сигнал / шум
SP Spatial Profile P, I, B 4:2:0 1-3 низьке, нормальне і високу якість декодування
HP High Profile P, I, B 4:2:2 1-3
Рівні MPEG-2
Аббре. Ім'я Пікселів / рядок Рядків Кадрів / c (Гц) Бітрейт (Мбіт / с)
LL Low Level 352 288 30 4
ML Main Level 720 576 30 15
H-14 High 1440 1440 1152 30 60
HL High Level 1920 1152 30 80
Профіль @ рівень Дозвіл (px) Макс. кадрова
частота (Гц)
Семплінг Бітрейт
(Мбіт / с)
Застосування
SP @ LL 176 144 15 4:2:0 0.096 бездротові пристрої
SP @ ML 352 288 15 4:2:0 0.384 КПК
320 240 24
MP @ LL 352 288 30 4:2:0 4 Set-top boxes (STB)
MP @ ML 720 480 30 4:2:0 15 (DVD: 9.8) DVD, SD-DVB
720 576 25
MP @ H-14 1440 1080 30 4:2:0 60 (HDV: 25) HDV
1280 720 30
MP @ HL 1920 1080 30 4:2:0 80 ATSC 1080i, 720p60, HD-DVB (HDTV)
1280 720 60
422P @ LL 4:2:2
422P @ ML 720 480 30 4:2:2 50 Тільки Sony IMX з I-frame, Broadcast "contribution" video (I & P only)
720 576 25
422P @ H-14 1440 1080 30 4:2:2 80 Майбутні продукти Panasonic і Sony на основі MPEG-2 HD
1280 720 60
422P @ HL 1920 1080 30 4:2:2 300 Майбутні продукти Panasonic на основі MPEG-2 HD
1280 720 60

4.1. DVD

Стандарт DVD використовує MPEG-2 відео, але визначає деякі обмеження:

  • Допустимі дозволу
    • 720 480, 704 480, 352 480, 352 240 пікселів (NTSC)
    • 720 576, 704 576, 352 576, 352 288 пікселів (PAL)
  • Допустиме співвідношення ширини до висоти Aspect ratio (Display AR)
    • 4:3
    • 16:9
  • Допустима кількість кадрів в секунду
    • 29.97 к / с ( NTSC)
    • 25 к / с ( PAL)
Примітка: при виставленні прапорів REPEAT_FIRST_FIELD в заголовках кодованих зображень, ці зображення можуть повторюватися протягом двох або трьох полів. Таким чином, підібравши шаблон виставлення прапорів, можна домогтися практично будь частоти зміни кадрів (не менше 2/3 від номінальної). Найбільш часто це використовується для отримання частоти в 23.976 кадрів / сек (що приблизно дорівнює швидкості зміни кадрів кіноплівки) при виведенні сигналу в NTSC.
  • Швидкості аудіо-і відеопотоків:
    • Максимальна середня: 9.8 Mbit / s
    • Максимальна пікова: 15 Mbit / s
    • Мінімальна: 300 Kbit / s
  • YUV 4:2:0
  • Додаткові субтитри
  • Приховані субтитри
  • Аудіо:
    • Лінійна імпульсно-кодова модуляція (LPCM): 48 kHz або 96 kHz; 16 - або 24-bit; до шести каналів (через обмеження пропускної здатності доступні не всі комбінації)
    • MPEG Layer 2 (MP2): 48 kHz, до 5.1 каналів (тільки в PAL)
    • Dolby Digital (DD, також відомий як AC-3): 48 kHz, 32-448 kbit / s, до 6 (5 +1) каналів
    • Digital Theater Systems (DTS): 754 kbit / s або 1510 kbit / s (підтримка плеєрами DVD не обов'язкова)
    • DVD у форматі NTSC повинні містити хоча б одну звукову доріжку LPCM або Dolby Digital audio.
    • DVD у форматі PAL повинні містити хоча б одну звукову доріжку MPEG Layer 2, LPCM або Dolby Digital audio.
    • Для плеєрів не обов'язкова підтримка виведення шестиканального звуку, але обов'язкова можливість зведення його до двоканальному (стерео).
  • Стурктура GOP (груп кадрів):
    • На початку кожної GOP повинен йти заголовок групи
    • Максимальна кількість кадрів на групу: 18 (NTSC) / 15 (PAL), тобто 0,6 секунди.
    • Для DVD з декількома кутами огляду повинні використовуватися тільки закриті GOP.

4.2. DVB

Обмеження на MPEG-2 у стандарті DVB :

Допустимі дозволу для SDTV :

  • 720, 640, 544, 480 або 352 480 пікселів, 24/1.001, 24, 30/1.001 або 30 кадрів / с
  • 352 240 пікселів, 24/1.001, 24, 30/1.001 або 30 кадрів / с
  • 720, 704, 544, 480 або 352 576 пікселів, 25 кадрів / с
  • 352 288 пікселів, 25 кадрів / с

Для HDTV:

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

4.3. ATSC

Допустимі дозволу:

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

Примітка: 1080i кодується як 1920 x 1088 кадр, але останні 8 рядків викидаються перед показом на дисплей.

5. Зміст стандарту

Стандарт MPEG-2, позначається, також по каталогу ISO як стандарт ISO / IEC 13818, включає в себе наступні частини:

Part 1
Systems - описує синхронізацію і мультиплексування відео і аудіо.
Part 2
Video - стиск черезрядкового і прогресивного відео.
Part 3
Audio - стиснення аудіо сигналу (багатоканальне розширення для MPEG-1 audio).
Part 4
Описує процедуру тестування сумісності.
Part 5
Описує систему програмної емуляції.
Part 6
Описує розширення для DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control.)
Part 7
Advanced Audio Coding ( AAC) - стандарт стиснення аудіо.
Part 8
Розширене 10-бітове представлення кольору в відео. Спочатку планувалося для професійних додатків, таких як студійна обробка відео. Розробка цієї частини стандарту була зупинена через відсутність інтересу в індустрії.
Part 9
Розширення для використання в реальному часі.
Part 10
Розширення для сумісності з DSM-CC.

6. Тримачі патентів

Приблизно 640 патентів отримано в області MPEG-2. Всього ними володіють більше 20 корпорацій; на розробку стандарту як такого було витрачено менше часу, ніж на досягнення домовленостей з приводу патентів.

Список компаній: