MPEG-2

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Не следует путать MPEG-2 с MPEG-1 Audio Layer II (MP2)

MPEG-2 — название группы стандартов цифрового кодирования видео- и аудиосигналов, организации транспортных потоков видео- и аудиоинформации, передачи сопутствующей информации. Стандарты MPEG выпускаются экспертной группой по движущемуся изображению (MPEG), входящей в состав ИСО/МЭК.

Общие сведения

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 (см. сайт ISO).

Все американские патенты MPEG-2 истекли 13 февраля 2019 года[1].

Сжатие видео (упрощённо)

MPEG-2 используется для общего сжатия движущихся изображений и звука и определяет формат видеопотока, который может быть представлен как три типа кадра[2]:

  • независимо сжатые кадры (I-кадры),
  • кадры, сжатые с использованием предсказания на основе предыдущих кадров (P-кадры) и
  • кадры, сжатые с использованием предсказания на основе предыдущих и последующих (B-кадры).

Соответствующие группы кадров от одного I-кадра до другого образуют GOP (англ. Group Of Pictures) - группу кадров.

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

MPEG-2 поддерживает видео и в прогрессивной, и в чересстрочной развёртке.

Сжатие звука

MPEG-2 также определяет новые методы сжатия звука:

Профили и уровни стандарта

Профили MPEG-2
Аббр. Имя Кадры YCrCb Потоки Комментарий
SP Simple Profile P, I 4:2:0 1 без интерлейсинга
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 Отношение сигнал/шум
SP Spatial Profile P, I, B 4:2:0 1-3 низкое, нормальное и высокое качество декодирования
HP High Profile P, I, B 4:2:2 1-3
Уровни MPEG-2
Аббр. Имя Пикселей/строку Строк Кадров/c (Гц) Битрейт (Мбит/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
Профиль @ уровень Разрешение (px) Макс. кадровая
частота (Гц) 		Семплинг Битрейт
(Мбит/с) 		Применение
SP@LL 176 × 144 15 4:2:0 0.096 беспроводные устройства
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 Только Sony IMX с I-frame, Broadcast «contribution» video (I&P only)
720 × 576 25
422P@H-14 1440 × 1080 30 4:2:2 80 Будущие продукты Panasonic и Sony на основе MPEG-2 HD
1280 × 720 60
422P@HL 1920 × 1080 30 4:2:2 300 Будущие продукты Panasonic на основе MPEG-2 HD
1280 × 720 60

DVD

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
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 кадра/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-1 Audio 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 необязательна)
    • 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).
  • Структура 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, прогрессивная развертка (576p50)
  • 1280 x 720 x 25 или 50 кадров/c, прогрессивная развертка (720p25 или 720p50)
  • 1440 или 1920 x 1080 x 25 кадров/c, прогрессивная развертка (1080p25 — «кинорежим»)
  • 1440 или 1920 x 1080 x 25 кадров/c, чередование полей (1080i25)
  • 1920 x 1080 x 50 кадров/c, прогрессивная развертка (1080p50), последующая замена форматом H.264/AVC

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 кадр 1920 x 1088, но последние 8 строк выбрасываются перед выводом на дисплей.

Содержание стандарта

Стандарт MPEG-2, обозначающийся также по каталогу ISO как стандарт ISO/IEC 13818, включает в себя следующие части:

Part 1
Systems — описывает синхронизацию и мультиплексирование видео и аудио.
Part 2
Video — сжатие чересстрочного и прогрессивного видео.
Part 3
Audio — сжатие аудио сигнала (многоканальное расширение для MPEG-1 audio).
Part 4
Описывает процедуру тестирования совместимости.
Part 5
Описывает систему программной эмуляции.
Part 6
Описывает расширение для DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control.)
Part 7
Advanced Audio Coding (AAC) — стандарт сжатия аудио.
Part 8
Расширенное 10-битное представление цвета в видео. Изначально планировалось для профессиональных приложений, таких как студийная обработка видео. Разработка этой части стандарта была остановлена из-за отсутствия интереса в индустрии.
Part 9
Расширения для использования в реальном времени.
Part 10
Расширение для совместимости с DSM-CC.

Держатели патентов

Приблизительно 640 патентов получено в области MPEG-2. Всего ими владеют больше 20 корпораций; на разработку стандарта как такового было затрачено меньше времени, чем на достижение договорённостей по поводу патентов.

Список компаний:

См. также

Примечания

  1. ↑ Все американские патенты MPEG-2 истекли. Дата обращения: 16 февраля 2018. Архивировано 16 февраля 2018 года.
  2. ↑ Analysis of MPEG-2 Video Streams Архивная копия от 19 августа 2018 на Wayback Machine. 2 MPEG Video Streams Properties. Mardalen Real-time Research Center, Mardalen University, Sweden (2002).

Литература

  • Лапин Евгений Васильевич. Подготовка и запись DVD всех типов. Краткое руководство. — М.: «Вильямс», 2006. — С. 320. — ISBN 5-8459-1064-1.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=MPEG-2&oldid=8671183