MPEG-2

MPEG-2 je označení pro skupinu kódování a standardy komprimace pro Audio a video (AV), shodl se na MPEG (experti filmů se seskupí), a publikoval jako ISO/IEC 13818 mezinárodní úrovně. MPEG-2 je typicky použitý zakódovat zvuk a video pro vysílací signály, včetně přímého vysílacího satelitu a tv Cablea. MPEG-2, s některými modifikacemi, je také kódovací formát používaný standardními komerčními DVD filmy. Používat MPEG2 vyžaduje zaplacení licenčních poplatků k patentholders přes MPEG licencování asociace.

MPEG-2 obsahuje Systems část (část 1) to vymezí dva zřetelný (ale příbuzný) formáty nádoby. Jeden je potok dopravy, který je navrhnut nést digitální video a zvuk přes poněkud-nespolehlivá média. MPEG-2 potok dopravy je běžně používaný v aplikacích vysílání, takový jako ATSC a DVB. MPEG-2 systémy také definuje Program potok, formát nádoby, který je určen pro rozumně spolehlivá média takový jako disky. MPEG-2 potok programu je používán v DVD a SVCD standardech.

Část videa (část 2) MPEG-2 je podobný MPEG-1, ale také poskytuje podporu pro prokládané video (formát používaný analogovými vysílacími tv systémy). MPEG-2 video není optimalizované pro nízký kousek-míry (méně než 1   Mbit/s), ale překoná MPEG-1 u 3   Mbit/s a nahoře. Všechny standardy-přizpůsobovat se MPEG-2 dekodéry videa jsou úplně schopné hraní couvat s MPEG-1 video proudy.

S některými povzneseními, MPEG-2 video a systémy jsou také použiti ve většině HDTV přenosových soustavách.

MPEG-2 část zvuku (definovaný z části 3 standardu), zlepší MPEG-1 je zvuk tím, že dovolí kódování programů zvuku s víc než dva kanály. Část 3 standardu dovolí toto být oddělán zpět slučitelná cesta, dovolovat MPEG-1 dekodéry zvuku dekódovat dvě hlavní stereofonní součásti prezentace.

Část 7 MPEG-2 standard udá spíše jiný, non-zpět-slučitelný zvukový formát. Část 7 je odkazoval se na jako MPEG-2 AAC. Zatímco AAC je účinnější než předchozí MPEG zvukové standardy, to je hodně komplexnější splnit, a poněkud více silný hardware je potřebován pro kódování a dekódování.

Kódování videa (zjednodušený)

MPEG-2 je pro druhové kódování filmů a sdružený zvuk a specifikuje video proud formát, který může být postaven ze tří druhů dat rámce (intra rámce, přední předpovídané rámy a bidirectionally předpovídané rámce) to může být uspořádáno v upřesněném nařízení volal GOP strukturu (GOP = skupina obrazů - vidět dolů). (Vlastně, standard sám nedefinuje nebo nepoužívá termín GOP, kromě ve jménu syntaxe struktura volala GOP záhlaví — nicméně, uživatelé MPEG-2 shledali, že GOP pojetí pomůže zprostředkovat základní chápání standardu.)

Typicky vznikající materiál je sekvence videa u přednastaveného obrazového bodu rozhodnutí u 25 (CCIR) nebo (přibližně) 29.97 (FCC) rámce/sekunda se zvukem.

MPEG-2 podporuje oba prokládaný a progresivní prohlížet video proudy. V progresivistovi prohlédnutí dělí, základní jednotka kódování je rám, chvíle v prokládaných potokách, základní jednotka může být jeden pole nebo rám. V diskuzi dole, generické termíny “obraz” a “obraz” odkazují se na jeden hrací plochy nebo rámce, se spoléhat na druh potoku.

MPEG-2 bitstream videa je tvořen série datových rámců kódovat obrazy. Tři způsoby, jak zakódovat obraz jsou: intra-kódování (I obrazy), předat předpověď (P obrazy), a oboustranná předpověď (B obrazy).

Obraz videa je oddělen do jednoho luminance (Y) a dva chrominance kanály (také volal rozdíl barvy naznačí Cb a Cr). Bloky luminance a chrominance sady jsou organizováni do “macroblocks”, který být základní jednotka kódování uvnitř obrazu. Každý macroblock je rozdělen do čtyři 8 × 8 bloků luminance. Číslo 8 × 8 chrominance bloků na macroblock závisí na chrominance formátu obrazu zdroje. Například, v obyčejný 4: 2: 0 formátu, tam je jeden blok chrominance na macroblock pro každého dvou chrominance kanálů, dělat úhrn ze šesti bloků na macroblock.

V případě I obrazy, aktuální obrazová data jsou pak prošel kódováním proces popsal dole. P a B obrazy jsou nejprve vystaveny k procesu “názoru pohybu”, ve kterém kodér hledá podoby s předchozí (a v případě B obrazy, také příští) obraz v časovém pořádku. Pro každý macroblock, kodér hledá dobrý “srovnávací vzorek” — stejný-klížil oblast v předchozím nebo příštím obraze, který je nejvíce podobný tomu. A vektor pohybu je zakódován popisovat vztah mezi aktuálním macroblock a srovnávací vzorek to je předpovídáno od. Obvykle, dokonce po pohybu náhrada je vykonávána, tam je ještě rozdíl mezi macroblock a jeho srovnávacím vzorkem. Tento rozdíl (nebo “zbytkový”) smět být popisován kódováním proces popsal dole. Si všimnout toho jestliže zbytkový je velmi malý - zvláště, jestliže to je pravděpodobně příliš nepatrný rozdílu vidět, kodér může rozhodnout se nezakódovat některého zbytkový vůbec aby zůstal bitrate nízký. V tomto případě, celý macroblock je vzhled je popisován jen dvě čísla: dvě součásti jeho vektoru pohybu.

Každý blok je léčen 8x8 jednotlivé cosine převádějí. Výsledné DCT koeficienty jsou pak quantized, re-objednal maximalizovat pravděpodobnost dlouhých dob nul a nízké amplitudy následujících hodnot, a pak běžet-délka kódovaný. Konečně fixovaný-huffman stolu schéma kódování je aplikováno.

I obrazy dosáhnou jejich efektivity tím, že využívá prostorovou nadbytečnost v obrazech; P a B obrazy dosáhnou efektivity využitím výhody světské nadbytečnosti. Protože přilehlé rámce ve video proudu jsou často velmi podobné každému jiný, P obrazy mohou být 10 % velikosti I obrazy, a B obrazy 2 % jejich velikosti.

Sled různých rámcových typů, začínat I obraz a končit právě dříve subsequent I obraz, je nazýván Group si představí (GOP). Aplikace může si vybrat délku a typy rámce přítomné v GOP, ale obyčejně, GOP je 15 rámců dlouho, a má pořadí já _ BB _ P _ BB _ P _ BB _ P _ BB _ P _ BB _. Podobný 12-sled rámu je také obyčejný. Pro ideální kódovací efektivitu, umístění I, P a B obrazy v GOP struktuře mohou být určeny povahou video proudu a omezení šířky pásma na výstupu dělí. Například, minimum-scéna pohybu je více efektivně kódoval s více B obrazy. Jeho GOP struktura by mohla vypadat jako: IBBBPBBBPBBP. Vyšší pohybová scéna může být více efektivně kódoval s méně B obrazy. Jeho GOP struktura by mohla vypadat jako: IPPBPBPPPPPP. Čas kódování může také být omezení. Toto je zvláště pravdivé v přímém přenosu a v reálném čase aplikace s omezenými počítačovými prostředky jak potokem obsahovat mnoho B obrazy mohou dávat si na tři časy déle kódovat než I- obraz-jediný potok.

Kousek výstupu-rychlost MPEG-2 kodér může být konstanta nebo proměnná, s maximem přenosová rychlost stanovila na přehrávací žádost — například, standard DVD dovolí maximální bitrate 10.4   Mbit/s. Dosáhnout konstantního kousku-míra, míra quantization je adaptively se změnily se setkat s výstupním kouskem-ohodnotit požadavek. Rostoucí quantization zhoršuje artefakty obrazu, když potok je dekódován, obecně ve formě “mosaicing”, kde nesouvislosti u okrajů macroblocks stanou se více viditelné, zatímco přenosová rychlost je redukována.

MPEG video komprimace také vymezí DC obrazy (D-obrazy), který být podobný k já-obrazy ale obsahovat jediný DC hodnota každého bloku. Systém může používat potok jediný D-obrazy k podpoře rychlé hledání přes další potok.

Kódování zvuku

MPEG-2 také představí nový zvuk kódovat metody. Tito jsou

• minimum bitrate kódování s půlenou vzorkovací frekvencí (MPEG-1 vrstva 1/2/3 LSF)
• kódování multichannel s nahoru k 5.1 kanály
• MPEG-2 AAC

Profily a úrovně

DVD

Standard DVD používá MPEG-2 video, ale uloží některá omezení:

• Povolená rozhodnutí
  • 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 obrazového bodu (NTSC)
  • 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 obrazového bodu (kamarád)
• Povolený poměr stran (obraz) (zobrazovat AR)
  • 4: 3
  • 16: 9 (2.21: 1 také specifikovaný ale malý jestliže vždy použitý)
• Povolené Frame míry
  • 29.97   rám/s (NTSC)
  • 25   rám/s (kamarád)

• Zvuk + bitrate videa
  • Vyrovnávací průměrné maximum 9.8   Mbit/s
  • Peak 15   Mbit/s
  • Minimální 300   Kbit/s
• YUV 4: 2: 0
• Další titulky možný
• Uzavřený popsat (NTSC jediný)
• Zvuk
  • Lineární pulsová kódová modulace (LPCM): 48   kHz nebo 96   kHz; 16 - nebo 24-kousek; až šest kanálů (ne všechny kombinace možný kvůli omezením bitrate)
  • MPEG vrstva 2 (MP2): 48   kHz, nahoru k 5.1 kanály (požadovaný v hráčích Pala jediný)
  • Dolby digitální (DD, také známý jako střídavý proud-3): 48   kHz, 32 – 448   kbit/s, nahoru k 5.1 kanály
  • Digitální divadelní systémy (DTS): 754 kbit/s nebo 1510 kbit/s (ne požadovaný pro shodu DVD přehrávače)
  • NTSC DVD musí obsahovat přinejmenším jeden LPCM nebo Dolby digitální zvukový záznam.
  • DVD kamaráda musí obsahovat přinejmenším jedna MPEG vrstva 2, LPCM, nebo Dolby digitální zvukový záznam.
  • Hráči nejsou požadovaní k přehrávacímu zvuku s víc než dva kanály, ale muset být schopný downmix multichannel zvuk ke dvěma kanálům.
• GOP struktura
  • Sekvenční záhlaví musí být přítomné na začátku každého GOP
  • Maximální rámy na GOP: 18 (NTSC) / 15 (kamarád), tj. 0.6 podpoří oba
  • Zavřel GOP požadovaný pro násobek-DVD úhlu

Digitální televizní vysílání

Aplikace-specifická omezení MPEG-2 video v DVB standardu:

Vyhradil rozhodnutí na SDTV:

• 720, 640, 544, 480 nebo 352 × 480 obrazového bodu, 24/1. 001, 24, 30/1. 001 nebo 30 rámce/s
• 352 × 240 obrazového bodu, 24/1. 001, 24, 30/1. 001 nebo 30 rámce/s
• 720, 704, 544, 480 nebo 352 × 576 obrazového bodu, 25 rámce/s
• 352 × 288 obrazového bodu, 25 rámce/s

Pro HDTV:

• 720 x 576 x 50 rámců/s progresivista (576p50)
• 1280 x 720 x 25 nebo 50 rámců/s progresivista (720p50)
• 1440 nebo 1920 x 1080 x 25 rámců/s progresivista (1080p25 - filmovat režim)
• 1440 nebo 1920 x 1080 x 25 rámců/s protkat (1080i25)
• 1920 x 1080 x 50 rámců/s progresivista (1080p50) možná budoucnost H.264/AVC formát

ATSC

Dovolil rozhodnutí:

• 1920 × 1080 obrazového bodu, 30 rámce/s (1080i)
• 1280 × 720 obrazového bodu, 60 rámce/s (720p)
• 720 × 576 obrazového bodu, 25 rámce/s (576i, 576p)
• 720 nebo 640 × 480 obrazového bodu, 30 rámce/s (480i, 480p)

Poznámka: 1080i je zakódován s 1920 × 1088 obrazový bod formuje, ale posledních 8 linek je vyřazeno předchozí k displeji.

ISO/IEC 13818

Část 1

Systémy - popisuje synchronizaci a multiplexing videa a zvuk.

Část 2

Video - kodek komprimace pro propletené a neprokládané video signalizuje.

Část 3

Zvuk - kodek komprimace pro vnímavostní kódování zvuku signalizuje. Multichannel-umožnil rozšíření MPEG-1 zvuk.

Část 4

Popisuje procedury pro shodu testování.

Část 5

Popisuje systémy pro Software simulaci.

Část 6

Popisuje rozšíření pro DSM-CC (digitální záznamová média poroučejí a řídí.)

Část 7

Pokročilé zvukové kódování (AAC)

Část 9

Rozšíření pro správný čas koordinuje.

Část 10

Conformance rozšíření pro DSM-CC.

(Část 8: 10-kousl rozšíření videa. Primární aplikace byla video studia. Část 8 byl stáhnut kvůli nedostatku zájmu průmyslem).

Držitelé patentu

Přibližně 640 světa patentů široký tvořit “základní” intelektuální vlastnictví obklopovat MPEG-2. Tito jsou drženi přes 20 korporací a jedna univerzita:

• Alcatel
• Canon
• Columbia univerzita
• Francie Télécom (CNET)
• Fujitsu
• Obecná elektrická kapitálová korporace
• Obecný nástroj Corp. (nyní širokopásmové rozdělení Motorola)
• GE technologický vývoj, Inc.
• Hitachi, Ltd.
• KDDI korporace (KDDI)
• Jasné technologie
• LG elektronika Inc.
• Matsushita
• Mitsubishi
• Nippon telegrafuje a telefonuje korporaci (NTT)
• Philips
• Robert Bosch GmbH
• Samsung
• Sanyo elektrický Co., Ltd.
• Vědecký Atlanta
• Sharp
• Sony
• Thomson licencování S.A.
• Toshiba
• Victor společnost Japonska, limitoval (JVC).