MPEG-2
Această intrare sau secțiune privind telecomunicațiile nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
În domeniul telecomunicațiilor MPEG-2 este un standard introdus în 1994 de MPEG ( Moving Pictures Experts Group ). MPEG-2 este un sistem de codare digitală care definește codarea sursă sau compresia audio , video și formatul de multiplexare și transport pentru servicii multimedia difuzate la calitate de televiziune sau mai mare. MPEG-2 este unul dintre cele mai populare formate pentru video, deoarece este cel utilizat în DVD video.
Descriere
MPEG-2 a fost destinat difuzării de televiziune de la introducerea sa în 1994 . Codificarea eficientă a videoclipurilor întrețesute și scalabilitatea au fost caracteristicile care au permis digitalizarea eficientă a semnalelor TV . Datorită MPEG-2, se obțin imagini de televiziune de bună calitate cu rate de biți între 4 și 9 Mbit / s
MPEG-2 este format din „profile” și „straturi”. Profilurile definesc modul de compresie utilizat și stabilesc de fapt compromisul între rata de compresie și costul decodificatorului. Nivelurile definesc rezoluția imaginii și rata de biți maximă care trebuie asociată fiecărui profil. Există un total de 4 niveluri și 5 profiluri ale căror caracteristici sunt descrise mai jos. Combinația utilizată în prezent de transmisiile digitale pentru recepția directă folosește așa-numitul „profil principal @ nivel principal” MP @ ML.
Standard video MPEG-2
Standardul MPEG-2 utilizează tehnici de compresie bazate pe reducerea redundanței spațiale și temporale a secvenței video. Redundanța spațială este redusă prin tehnici precum transformarea discretă a cosinusului ( Transformarea discretă a cosinusului, DCT), timpul fiind redus prin motocompensare : această metodă ia numele de tehnică hibridă transformată.
Standardul definește trei tipuri de cadre:
- imagini codificate fără referire la alte imagini (cadre intra): sunt puncte de acces la secvența codificată, de la care poate începe decodarea; se caracterizează printr-un raport de compresie modest.
- imagini codificate prin compensarea mișcării din imaginile anterioare (cadre P): utilizate ca referință la alte predicții.
- imagini codificate prin compensarea motorului bidirecțional (cadre B): oferă cel mai înalt nivel de compresie, nu sunt utilizate ca referință pentru alte predicții.
Codificarea funcționează prin împărțirea imaginii în blocuri de 16x16, numite macroblocuri . Toate macroblocurile unui cadru I sunt codificate fără predicție. Fiecare macrobloc al unui cadru P poate fi prezis pornind de la un cadru anterior I sau P (macrobloc P) sau poate fi codificat fără predicție (macrobloc tip I). Fiecare macrobloc al unui cadru B poate fi prezis bidirecțional în raport cu cadrul anterior I sau P și următorul cadru I sau P (macroblocul B) sau previzibil în raport cu cadrul anterior I sau P (macroblocul P) sau codificat fără predicție (macrobloc I).
Pentru macroblocurile I, macroblocul este codat prin aplicarea DCT și cuantificarea blocurilor componente 8x8. Pentru macroblocurile P, se efectuează compensarea motorului pentru macroblocul 16x16; diferența dintre predicție și blocul curent, numit reziduu de compensare a motorului, este codificată de DCT și cuantificată pe blocuri de 8x8 pixeli. Pentru macroblocurile B, compensarea motorului pentru macroblocul 16x16 se efectuează în raport cu cadrul de referință anterior și cu următorul cadru de referință; predicția se face prin media celor două blocuri de 16x16 astfel obținute; diferența dintre macroblocul curent și predicție, respectivul reziduu de compensare a motorului este codificat de DCT și cuantificat pe blocuri de 8x8 pixeli.
Modul de codare al fiecărui macrobloc al cadrelor P sau B este ales astfel încât să minimizeze numărul de biți necesari pentru a-l descrie. Deoarece vectorii de mișcare ai macroblocurilor adiacente sunt corelați, aceștia sunt codificați diferențial în raport cu vectorul de mișcare al macroblocului adiacent anterior. Cuantificarea implică o pierdere ireversibilă de informații și este adaptată la caracteristicile aparatului vizual uman, prin alegerea matricilor de cuantificare adecvate. Matricile de cuantizare pot varia de la o imagine la alta și sunt transmise la începutul fiecărei imagini; în plus, matricea de cuantificare poate fi scalată de la macrobloc la macrobloc prin intermediul unui factor de scară ( quantizer_scale ), pentru a adapta precizia codificării imaginii la conținutul său. Scala cuantificator poate fi mai mare decât, mai mică sau egală cu 1 și codificată cu o valoare de 5 biți, cu scalare liniară sau neliniară.
Cadrele secvenței sunt grupate într-un „grup de imagini” sau Grup de imagini (GOP), al cărui prim cadru este de tip I. Această organizare a datelor codificate permite sincronizarea decodorului cu o întârziere cel mult egală până la durata GOP.
Controlul debitului în codificare MPEG-2
Eficiența compresiei variază în funcție de caracteristicile locale ale semnalului video, prin urmare fluxul de biți la ieșirea codificatorului video este la o rată de biți variabilă. În schimb, canalul are de obicei o capacitate constantă, deci un buffer este utilizat între canal și codificator. Starea de umplere a tamponului este utilizată pentru a controla procesul de codificare (cuantificare, inserarea cadrelor menționate mai sus), pentru a evita fenomenele de depășire a tamponului sau fenomenele de subdepărtare a tamponului.
Într-un sistem MPEG-2, codificatorul și decodificatorul au un tampon de comportament simetric. Bufferul codificatorului este umplut în rafală atunci când imaginile sunt codificate și golite la o rată constantă în timpul transmisiei. Tamponul decodificatorului este umplut la o rată constantă atunci când datele sunt recepționate și rafalate în timpul redării. Standardul MPEG-2 definește un model de decodor ideal ( Video Buffering Verifier , VBV), care să fie utilizat pentru a limita rata de biți instantanee a codificatorului, astfel încât rata de biți medie să fie de așa natură încât să evite depășirea sau subfluirea bufferului decodorului. VBV este identificat prin parametrii ratei de biți (măsurată în unități de 400 biți / s), rata de imagine, vbv_buffer_size (măsurată în unități de 2048 octeți), vbv_delay (care definește timpul dintre recepția primului bit de date de prima imagine din buffer și decodarea datelor în sine, măsurată în raport cu un ceas la 90 kHz).
Nivele și profiluri MPEG-2
Descriem pe scurt caracteristicile nivelurilor și profilelor MPEG-2 care reprezintă puterea sistemului în ceea ce privește flexibilitatea și adaptabilitatea la diferite aplicații. Este uimitor cum MPEG-2 reușește să varieze de la cea mai mică rezoluție a imaginii SIF la HDTV de înaltă definiție pur și simplu prin variația asocierilor dintre niveluri și profiluri. Nivelurile preconizate sunt:
- low (low), corespunde celei mai mici rezoluții, cum ar fi SIF-ul utilizat în MPEG-1;
- principal (principal), corespunde structurii 4: 2: 0 până la o rezoluție de 720 x 576 pixeli;
- high-1440 (high-1440), dedicat HDTV de înaltă definiție;
- înalt, optimizat pentru formatul de ecran de înaltă definiție 16/9.
Descrierea profilurilor este în schimb puțin mai puțin simplă decât cea a nivelurilor, deoarece implică cunoașterea metodologiilor de bază cu care funcționează sistemul MPEG; acesta este un rezumat al efectelor aplicării diferitelor profiluri.
- Profilul „simplu” permite simplificarea considerabilă atât a codificatorului de stație, cât și a decodificatorului utilizatorului, deoarece nu utilizează predicții de tip B.
- Profilul „principal” este cel care oferă cel mai bun compromis între calitate și rata de compresie, folosește imagini legate de predicțiile I, P, B în dezavantajul dispozitivelor de codificare și decodare care sunt mai complexe.
- Profilul "scalabil" este destinat unor aplicații particulare în care este necesar, de exemplu, să se mențină compatibilitatea între definiția înaltă și definiția standard sau să se poată obține o calitate acceptabilă în condiții de recepție dificile, cum ar fi, de exemplu, în format digital televiziune terestră.
- Profilul „înalt” superior este destinat definiției înalte cu structuri 4: 2: 0 și 4: 2: 2.
Profilele păstrează o anumită compatibilitate ascendentă în sensul că, în faza de recepție, profilele superioare pot decoda profilele inferioare.
