MPEG-2 - MPEG-2

MPEG-2 используется в цифровом видеовещании и DVD. Транспортный поток в формате MPEG , TS, и программный поток MPEG , PS, являются форматы контейнеров .

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)
Части MPEG-2
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:

  1. ^ 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)
  1. ^ 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

Рекомендации

Внешние ссылки