MPEG-2 - MPEG-2
MPEG-2 (также известный как H.222 / H.262, как было определено ITU ) является стандартом для «общего кодирования движущихся изображений и связанной с ними звуковой информации». В нем описывается комбинация методов сжатия видео с потерями и сжатия аудиоданных с потерями , которые позволяют хранить и передавать фильмы с использованием доступных в настоящее время носителей информации и полосы пропускания передачи. Хотя MPEG-2 не так эффективен, как новые стандарты, такие как H.264 / AVC и H.265 / HEVC , обратная совместимость с существующим аппаратным и программным обеспечением означает, что он все еще широко используется, например, в эфирном цифровом телевизионном вещании. и в стандарте DVD-Video .
Основные показатели
MPEG-2 широко используется в качестве формата цифровых телевизионных сигналов, которые передаются с помощью наземного (более-воздух), кабель и непосредственного спутникового вещания телевизионных систем. Он также определяет формат фильмов и других программ, которые распространяются на DVD и подобных дисках. Телевизионные станции , ТВ-ресиверы , DVD-плееры и другое оборудование часто проектируются в соответствии с этим стандартом. MPEG-2 был вторым из нескольких стандартов, разработанных Экспертной группой по движущимся изображениям ( MPEG ), и является международным стандартом ( ISO / IEC 13818). Части 1 и 2 MPEG-2 были разработаны в сотрудничестве с ITU-T , и им присвоен соответствующий каталожный номер в Серии рекомендаций ITU-T.
Хотя MPEG-2 является ядром большинства форматов цифрового телевидения и DVD, он не определяет их полностью. Региональные учреждения могут адаптировать его к своим потребностям, ограничивая и расширяя аспекты стандарта. См. Видео профили и уровни .
Системы
MPEG-2 включает раздел «Системы», часть 1, в котором определены два различных, но связанных, контейнерных формата . Одним из них является транспортный поток , формат пакета данных, предназначенный для передачи одного пакета данных в четырех пакетах данных ATM для потоковой передачи цифрового видео и звука через фиксированные или мобильные среды передачи, где начало и конец потока могут быть не идентифицированы, например радиочастотные , кабельные и линейные носители записи, примеры которых включают радиовещание ATSC / DVB / ISDB / SBTVD и запись HDV на ленту. Другой - программный поток , расширенная версия формата контейнера MPEG-1 с меньшими накладными расходами, чем транспортный поток . Программный поток предназначен для носителей с произвольным доступом, таких как жесткие диски , оптические диски и флэш-память .
Форматы файлов транспортного потока включают M2TS , который используется на дисках Blu-ray , AVCHD на перезаписываемых DVD и HDV на компактных флэш- картах. Файлы программного потока включают VOB на DVD и Enhanced VOB на недолговечном HD DVD . Стандартный транспортный поток MPEG-2 содержит пакеты по 188 байт. M2TS добавляет к каждому пакету 4 байта, содержащих 2-битный индикатор разрешения на копирование и 30-битную метку времени.
Системы MPEG-2 официально известны как ISO / IEC 13818-1 и как ITU-T Rec. H.222.0. ISO уполномочил " SMPTE Registration Authority, LLC" в качестве регистрационного органа для идентификаторов формата MPEG-2. Дескриптор регистрации транспорта MPEG-2 предоставляется ISO / IEC 13818-1, чтобы пользователи стандарта могли однозначно переносить данные, когда его формат не обязательно является признанным международным стандартом. Это положение позволит транспортному стандарту MPEG-2 передавать все типы данных, обеспечивая при этом метод однозначной идентификации характеристик лежащих в основе частных данных.
видео
Раздел видео, часть 2 MPEG-2, аналогичен предыдущему стандарту MPEG-1 , но также обеспечивает поддержку чересстрочного видео , формата, используемого системами аналогового телевещания. Видео MPEG-2 не оптимизировано для низких скоростей передачи данных , особенно менее 1 Мбит / с при стандартном разрешении. Все совместимые со стандартами видеодекодеры MPEG-2 полностью способны воспроизводить видеопотоки MPEG-1, соответствующие синтаксису битового потока с ограниченными параметрами. MPEG-2 / Video официально известен как ISO / IEC 13818-2 и как ITU-T Rec. H.262 .
С некоторыми улучшениями, MPEG-2 Video and Systems также используется в некоторых системах передачи HDTV и является стандартным форматом для эфирного цифрового телевидения ATSC .
Аудио
MPEG-2 представляет новые методы кодирования звука по сравнению с MPEG-1:
MPEG-2, часть 3
Раздел MPEG-2 Audio, определенный в Части 3 (ISO / IEC 13818-3) стандарта, улучшает звук MPEG-1 , позволяя кодировать аудиопрограммы с более чем двумя каналами , вплоть до многоканальности 5.1. Этот метод обратно совместим (также известен как MPEG-2 BC), что позволяет аудиодекодерам MPEG-1 декодировать два основных стереокомпонента презентации. MPEG-2 часть 3 также определяет дополнительные битрейты и частоты дискретизации для MPEG-1 Audio Layer I , II и III .
MPEG-2 BC (обратная совместимость с аудиоформатами MPEG-1)
- Кодирование с низким битрейтом с Половинки частотой дискретизации (MPEG-1 Layer 1 / 2 / 3 LSF - он же MPEG-2 LSF - "низкий частоты дискретизации")
- многоканальное кодирование с количеством каналов до 5.1, также известное как MPEG Multichannel
MPEG-2, часть 7
Часть 7 (ISO / IEC 13818-7) стандарта MPEG-2 определяет довольно другой, несовместимый с предыдущими версиями аудиоформат (также известный как MPEG-2 NBC). Часть 7 называется MPEG-2 AAC . AAC более эффективен, чем предыдущие аудиостандарты MPEG, и в некоторых отношениях менее сложен, чем его предшественник, MPEG-1 Audio, Layer 3, поскольку в нем нет гибридного банка фильтров. Он поддерживает от 1 до 48 каналов с частотой дискретизации от 8 до 96 кГц, с многоканальными, многоязычными и многопрограммными возможностями. Расширенный звук также определен в Части 3 стандарта MPEG-4 .
MPEG-2 NBC (без обратной совместимости)
- MPEG-2 AAC
- многоканальное кодирование до 48 каналов
ИСО / МЭК 13818
Стандарты MPEG-2 публикуются как части ISO / IEC 13818. Каждая часть охватывает определенный аспект всей спецификации.
- Часть 1
- Системы - описывает синхронизацию и мультиплексирование видео и аудио. (Он также известен как ITU-T Rec. H.222.0.) См транспортного потока MPEG и программы в формате MPEG поток .
- Часть 2
- Видео - формат кодирования видео для чересстрочных и не чересстрочных видеосигналов (также известный как Рекомендация МСЭ-Т H.262 ).
- Часть 3
- Аудио - формат аудиокодирования для перцептивного кодирования аудиосигналов. Многоканальное расширение и расширение битрейта и частоты дискретизации для MPEG-1 Audio Layer I, II и III.
- Часть 4
- Описывает процедуры проверки соответствия.
- Часть 5.
- Описывает системы для моделирования программного обеспечения.
- Часть 6
- Описывает расширения для DSM-CC (управление и контроль цифровых носителей).
- Часть 7
- Расширенное кодирование звука (AAC).
- Часть 8
- 10-битное расширение видео. Основным применением было студийное видео, позволяющее обрабатывать без артефактов без отказа от сжатия. Часть 8 была снята из-за отсутствия интереса со стороны отрасли.
- Часть 9
- Расширение для интерфейсов реального времени.
- Часть 10.
- Расширения соответствия для DSM-CC.
- Часть 11
- Управление интеллектуальной собственностью (IPMP)
Часть | Число | Дата первого публичного выпуска (Первое издание) | Дата последнего публичного выпуска (издание) | Последняя поправка | Идентичная Рек. | Заголовок | Описание |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Часть 1 | ИСО / МЭК 13818-1 | 1996 г. | 2015 г. | 2016 г. | H.222.0 | Системы | |
Часть 2 | ИСО / МЭК 13818-2 | 1996 г. | 2013 | H.262 | видео | ||
Часть 3 | ИСО / МЭК 13818-3 | 1995 г. | 1998 г. | Аудио | MPEG-2 BC - обратно совместим с MPEG-1 Audio | ||
Часть 4 | ИСО / МЭК 13818-4 | 1998 г. | 2004 г. | 2009 г. | Тестирование на соответствие | ||
Часть 5. | ISO / IEC TR 13818-5 | 1997 г. | 2005 г. | Программное моделирование | |||
Часть 6 | ИСО / МЭК 13818-6 | 1998 г. | 1998 г. | 2001 г. | Расширения для DSM-CC | расширения для управления и контроля цифровых носителей | |
Часть 7 | ИСО / МЭК 13818-7 | 1997 г. | 2006 г. | 2007 г. | Расширенное кодирование звука (AAC) | MPEG-2 NBC Audio - без обратной совместимости с MPEG-1 Audio | |
Часть 8 | упавший | 10-битное видео | Работа началась в 1995 году, но была прекращена в 2007 году из-за низкого интереса со стороны отрасли. | ||||
Часть 9 | ИСО / МЭК 13818-9 | 1996 г. | 1996 г. | Расширение интерфейса реального времени для системных декодеров | |||
Часть 10. | ИСО / МЭК 13818-10 | 1999 г. | 1999 г. | Расширения соответствия для управления и контроля цифровых носителей (DSM-CC) | |||
Часть 11 | ИСО / МЭК 13818-11 | 2004 г. | 2004 г. | IPMP в системах MPEG-2 | Управление и защита интеллектуальной собственности в системе MPEG-2 (сообщения XML IPMP также определены в ISO / IEC 23001-3) |
История
MPEG-2 развился из недостатков MPEG-1.
Известные недостатки MPEG-1:
- Система сжатия звука, ограниченная двумя каналами (стерео).
- Отсутствует стандартизированная поддержка чересстрочного видео с плохим сжатием при использовании чересстрочного видео.
- Только один стандартизированный «профиль» (поток с ограниченными параметрами), который не подходил для видео с более высоким разрешением. MPEG-1 мог поддерживать видео 4k, но не было простого способа кодировать видео для более высоких разрешений и определить оборудование, способное его поддерживать, поскольку ограничения такого оборудования не были определены.
- Поддержка только одной субдискретизации цветности 4: 2: 0.
Сакаэ Окубо из NTT был координатором ITU-T по разработке стандарта кодирования видео H.262 / MPEG-2 Part 2 и руководителем требований в MPEG для набора стандартов MPEG-2. Большинство патентов, лежащих в основе технологии MPEG-2, принадлежат трем компаниям: Sony (311 патентов), Thomson (198 патентов) и Mitsubishi Electric (119 патентов). Hyundai Electronics (ныне SK Hynix ) разработала первый декодер MPEG-2 SAVI (система / аудио / видео) в 1995 году.
Расширения имени файла
.mpg, .mpeg, .m2v, .mp2, .mp3 - это некоторые из ряда расширений файлов, используемых для форматов аудио- и видеофайлов MPEG-1 или MPEG-2.
Приложения
DVD-видео
Стандарт DVD-Video использует видео MPEG-2, но накладывает некоторые ограничения:
- Допустимые размеры
- 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 пикселей (NTSC)
- 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 пикселей (PAL)
- Допустимые соотношения сторон (Display AR)
- 4: 3 (для широкоформатных и неширокоэкранных рамок с почтовым ящиком )
- 16: 9 (для анаморфотного широкоформатного экрана )
- ^ 1.85: 1 и 2.35: 1, среди прочего, часто указываются как допустимые соотношения сторон DVD, но это более широкие аспекты фильма с заполнением в стиле почтового ящика для создания изображения 16: 9.
- Допустимая частота кадров
- 29,97 чересстрочных кадров / с (NTSC)
- 23,978 прогрессивных кадров / с (для NTSC 2: 3 с понижением до 29,97)
- 25 чересстрочных кадров / с (PAL)
- ^ Используя образец флагов REPEAT_FIRST_FIELD в заголовках закодированных изображений, изображения могут отображаться для двух или трех полей, и может быть достигнута почти любая скорость отображения изображения (минимум частоты кадров). Чаще всего используется для отображения видео 23,976 (приблизительная скорость фильма) на NTSC. См. Telecine для получения дополнительной информации о том, как это работает.
- Аудио + видео битрейт
- Пиковое значение видео 9,8 Мбит / с
- Общий пик 10,08 Мбит / с
- Минимум 300 кбит / с
- ЮВ 4: 2: 0
- Возможны дополнительные субтитры
- Скрытые субтитры (только NTSC)
- Аудио
- Линейная импульсно-кодовая модуляция (LPCM): 48 кГц или 96 кГц; 16- или 24-битный; до шести каналов (возможны не все комбинации из-за ограничений битрейта)
- MPEG Layer 2 (MP2): 48 кГц, до 5,1 каналов (требуется только для проигрывателей PAL)
- Dolby Digital (DD, также известный как AC-3): 48 кГц, 32–448 кбит / с, до 5,1 каналов
- Системы цифрового кинотеатра (DTS): 754 кбит / с или 1510 кбит / с (не требуется для совместимости с DVD-плеером)
- DVD-диски NTSC должны содержать по крайней мере одну звуковую дорожку LPCM или Dolby Digital.
- DVD-диски PAL должны содержать по крайней мере одну звуковую дорожку MPEG Layer 2, LPCM или Dolby Digital.
- Игроки не обязаны воспроизводить звук с более чем двумя каналами, но должны иметь возможность понижающего микширования многоканального звука на два канала.
- Структура GOP (группа изображений)
- Заголовок последовательности должен присутствовать в начале каждой GOP.
- Максимальное количество кадров на GOP: 18 (NTSC) / 15 (PAL), т. Е. По 0,6 секунды на оба
- Закрытая GOP требуется для многоугольных DVD
HDV
HDV - это формат для записи и воспроизведения видео высокой четкости MPEG-2 на кассете DV.
MOD и TOD
MOD и TOD - это форматы записи для использования в бытовых цифровых видеокамерах на основе файлов.
XDCAM
XDCAM - это профессиональный файловый формат видеозаписи.
DVB
Ограничения для конкретных приложений на видео MPEG-2 в стандарте DVB :
Допустимые разрешения для SDTV :
- 720, 640, 544, 528, 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, 528, 480 или 352 × 576 пикселей, 25 кадров / с
- 352 × 288 пикселей, 25 кадров / с
Для HDTV:
- 720 x 576 x 50 кадров / с, прогрессивная (576p50)
- 1280 x 720 x 25 или 50 кадров / с прогрессивная (720p50)
- 1440 или 1920 x 1080 x 25 кадров / с с прогрессивной разверткой (1080p25 = режим пленки)
- 1440 или 1920 x 1080 x 25 кадров / с чересстрочной разверткой (1080i50)
ATSC
Стандарт ATSC A / 53, используемый в США, использует видео MPEG-2 на основном профиле @ High Level (MP @ HL) с дополнительными ограничениями, такими как максимальный битрейт 19,39 Мбит / с для широковещательного телевидения и 38,8 Мбит / с. s для кабельного телевидения, формат субдискретизации цветности 4: 2: 0 и обязательная колориметрическая информация.
ATSC поддерживает следующие разрешения видео, соотношения сторон и частоту кадров / полей:
- 1920 × 1080 пикселей (16: 9, квадратные пиксели), 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i, 59,94i.
- 1280 × 720 пикселей (16: 9, квадратные пиксели), при 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p или 23,976p
- 704 × 480 пикселей (4: 3 или 16: 9, неквадратные пиксели), 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i или 59,94i
- 640 × 480 пикселей (4: 3, квадратные пиксели), 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i или 59,94i
Стандарт ATSC A / 63 определяет дополнительные разрешения и формат изображения для сигнала 50 Гц (PAL).
Спецификация ATSC и MPEG-2 позволяют использовать прогрессивные кадры даже в чересстрочной видеопоследовательности. Например, станция, которая передает видеопоследовательность 1080i60, может использовать метод кодирования, при котором эти 60 полей кодируются 24 прогрессивными кадрами, а метаданные инструктируют декодер чередовать их и выполнять преобразование 3: 2 перед отображением. Это позволяет вещательным компаниям переключаться между чересстрочным контентом 60 Гц (новости, телесериалы) и прогрессивным 24 Гц (прайм-тайм) контентом, не заканчивая последовательность MPEG-2 и не вводя несколько секунд задержки при переключении форматов телевизора. По этой причине последовательности 1080p30 и 1080p24, разрешенные спецификацией ATSC, на практике не используются.
Форматы 1080 строк кодируются с помощью матриц яркости 1920 × 1088 пикселей и матриц цветности 960 × 540, но последние 8 строк отбрасываются процессом декодирования и отображения MPEG-2.
ATSC A / 72 - это новейшая версия стандартов ATSC для цифрового телевидения, которая позволяет использовать формат кодирования видео H.264 / AVC и сигнал 1080p60.
Звук MPEG-2 был претендентом на стандарт ATSC во время перестрелки DTV " Grand Alliance ", но проиграл Dolby AC-3 .
ISDB-T
Технические характеристики MPEG-2 в ATSC также действительны для ISDB-T , за исключением того, что в основном TS объединила вторую программу для мобильных устройств, сжатую в MPEG-4 H.264 AVC для видео и AAC -LC для аудио, в основном известных как 1seg .
Блю рей
MPEG-2 - один из трех поддерживаемых форматов кодирования видео, поддерживаемых Blu-ray Disc. В ранних выпусках Blu-ray обычно использовалось видео MPEG-2, но в последних выпусках почти всегда используется H.264 или иногда VC-1 . Поддерживается только видео MPEG-2 (MPEG-2 часть 2), Blu-ray не поддерживает аудио MPEG-2 (части 3 и 7). Кроме того, формат контейнера, используемый на дисках Blu-ray, представляет собой транспортный поток MPEG-2, независимо от того, какие аудио- и видеокодеки используются.
Патентный пул
По состоянию на 14 февраля 2020, MPEG-2 патентов уже истек во всем мире, за исключением только Малайзии. Срок действия последнего патента в США истек 23 февраля 2018 года.
MPEG LA , частная организация по лицензированию патентов, приобрела права у более чем 20 корпораций и одного университета на лицензирование патентного пула из приблизительно 640 мировых патентов, которые, по ее утверждению, были «необходимыми» для использования технологии MPEG-2. В число владельцев патентов входили Sony , Mitsubishi Electric , Fujitsu , Panasonic , Scientific Atlanta , Колумбийский университет , Philips , General Instrument , Canon , Hitachi , JVC Kenwood , LG Electronics , NTT , Samsung , Sanyo , Sharp и Toshiba . Если патентоспособность программного обеспечения подтверждена и срок действия патентов не истек (только в Малайзии), использование MPEG-2 требует уплаты лицензионных сборов держателям патентов. Другие патенты были лицензированы Audio MPEG, Inc. Сама разработка стандарта заняла меньше времени, чем переговоры о патенте. Объединение патентов между основными и периферийными держателями патентов в пуле MPEG-2 было предметом исследования Университета Висконсина.
Согласно лицензионному соглашению MPEG-2, любое использование технологии MPEG-2 в странах с действующими патентами (Малайзия) требует лицензионных отчислений . Плата за кодеры и декодеры MPEG-2 составляет 0,35 доллара США за единицу. Кроме того, за любой упакованный носитель (DVD / потоки данных) взимается лицензионная плата в зависимости от продолжительности записи / трансляции. Раньше цены на роялти были выше, но были снижены на несколько пунктов, последний раз - 1 января 2018 года. Ранее критика патентного пула MPEG-2 заключалась в том, что, несмотря на то, что количество патентов сократилось с 1048 до 416 к июню 2013 года, лицензионный сбор не уменьшилась с истечением срока действия патентов на MPEG-2.
Патентообладатели
Следующие организации имеют патенты на MPEG-2, перечисленные в MPEG LA . См. Также Список патентов США на MPEG-2 .
Организация | Патенты |
---|---|
Sony Corporation | 311 |
Лицензирование Thomson | 198 |
Mitsubishi Electric | 119 |
Philips | 99 |
GE Technology Development, Inc. | 75 |
Panasonic Corporation | 55 |
CIF Licensing, LLC | 44 год |
JVC Kenwood | 39 |
Samsung Electronics | 38 |
Alcatel Lucent (включая Multimedia Patent Trust) | 33 |
Cisco Technology, Inc. | 13 |
Корпорация Toshiba | 9 |
Колумбийский университет | 9 |
LG Electronics | 8 |
Hitachi | 7 |
Orange SA | 7 |
Fujitsu | 6 |
Роберт Бош ГмбХ | 5 |
Общий инструмент | 4 |
Британские телекоммуникации | 3 |
Canon Inc. | 2 |
KDDI Corporation | 2 |
Nippon Telegraph and Telephone (NTT) | 2 |
ARRIS Technology, Inc. | 2 |
Sanyo Electric | 1 |
Sharp Corporation | 1 |
Компания Hewlett Packard Enterprise | 1 |
Смотрите также
- Кодирование MPEG
- MPEG-1 Audio Layer II (MP2)
- MPEG-1 Audio Layer III (MP3)
- DVD
- DVB-S2
- ISO / IEC JTC 1 / SC 29
Рекомендации
Внешние ссылки
- Руководство для начинающих по стандарту MPEG-2
- Обзор MPEG-2 (цифры утеряны)
- Сжатие видео MPEG-2
- MIT 6.344 - Слайды из лекций по сжатию видео в MIT.
- Учебник по дискретному косинусному преобразованию
- IPTV MPEG и тестирование качества опыта
- OpenIPMP: проект DRM с открытым исходным кодом для MPEG-2
- ISO / IEC 13818 - MPEG-2 в магазине ISO.
- Книги по MPEG - список справочников по MPEG.
- [1] - Рекомендуемая практика: Руководство по использованию стандарта цифрового телевидения ATSC, включая исправление № 1