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.
).
Все американские патенты MPEG-2 истекли 13 февраля 2019 года
.
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
:
-
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:
-
сжатие на низких
битрейтах
с половинным
семплированием
(MPEG-1 Layer 1/2/3 LSF)
-
многоканальное сжатие до 6 каналов
-
новый стандарт MPEG-2
AAC
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)
-
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
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
,
)
-
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
-
(неопр.)
. Дата обращения: 16 февраля 2018.
16 февраля 2018 года.
-
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.
:
, 2006. — С. 320. —
ISBN 5-8459-1064-1
.
Ссылки
|
|
Разделы MPEG-1
|
|
Разделы MPEG-2
|
|
Разделы MPEG-4
|
|
Разделы MPEG-7
|
|
Разделы MPEG-21
|
|
Разделы MPEG-D
|
|