MPEG-2
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Moving Pictures Experts Group Layer 2. Uno de los formatos de compresión más sofisticados en el que todo se guarda a manera de imágenes en binarios. Un ejemplo de la capacidad de compresión de este formato es el DVD que lo utiliza de una forma codificada.
MPEG-2 (1994) es la designación para un grupo de estándares de codificación de audio y video acordado por MPEG (grupo de expertos en imágenes en movimiento ), y publicados como estándar ISO 13818. MPEG-2 es por lo general usado para codificar audio y video para señales de transmisión, que incluyen Satélite Digital y Cable TV. MPEG-2, con algunas modificaciones, es también el formato de codificación usado por los discos SVCD´s y DVD`s comerciales de películas.
MPEG-2 es similar a MPEG-1, pero también proporciona soporte para video entrelazado (el formato utilizado por las televisiones.) MPEG-2 video no está optimizado para bajas tasas de bits (menores que 1 Mbit/s), pero supera en desempeño a MPEG-1 a 3 Mbit/s y superiores.
MPEG-2 introduce y define Flujos de Transporte, los cuales son diseñados para transportar video y audio digital a través de medios impredecibles e inestables, y son utilizados en transmisiones televisivas. Con algunas mejoras, MPEG-2 es también el estándar actual de las transmisiones en HDTV. Un descodificador que cumple con el estándar MPEG-2 deberá ser capaz de reproducir MPEG-1.
MPEG-2 audio, definido en la Parte 3 del estándar, mejora a MPEG-1 audio al alojar la codificación de programas de audio con más de dos canales. La parte 3 del estándar admite que sea hecho retro-compatible, permitiendo que descodificadores MPEG-1 audio puedan descodificar la componente estéreo de los dos canales maestros, o en una manera no retro-compatible, la cual permite a los codificadores hacer un mejor uso del ancho de banda disponible. MPEG-2 soporta varios formatos de audio, incluyendo MPEG-2 AAC.
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[editar] El Estándar MPEG-2
Información general acerca de MPEG-2 Video y MPEG-2 Audio excluyendo las modificaciones cuando es usado en DVD / DVB.
Un Flujo de Sistema MPEG-2 típico consta de dos elementos:
video data + time stamps audio data + time stamps
[editar] Codificación de vídeo MPEG-2 (simplificado)
MPEG-2 es para la codificación genérica de imágenes en movimiento y el audio asociado que crea un flujo de video mediante tres tipos de datos de marco (cuadros intra, cuadros posteriores predecibles y cuadros predecibles bi-direccionales) arreglados en un orden específico llamado “La estructura GOP”(GOP = Group Of Pictures o grupo de imágenes).
Generalmente el material originado es una secuencia de video a una resolución de píxeles pre-fijada a 25 o 29,97 cuadros por segundo con sonido.
MPEG-2 admite flujos de video escaneado de manera tanto progresiva como entrelazada. En flujos de escaneo progresivo, la unidad básica de codificación es un campo. En la discusión de abajo, los términos genéricos “cuadro” e “imagen” se refieren tanto a los campos o cuadros, dependiendo del tipo de flujo.
El flujo MPEG-2 esta hecho de una serie de cuadros de imágenes codificadas. Las tres maneras de codificar una imagen son: intra-codificado (I cuadro), predecible posterior (P cuadro) y predecible bi-direccional (B cuadro).
La imagen del video es separada en dos partes: luminancia (Y) y croma (también llamada señales de diferencia de color U y V) a su vez, son divididos en “Macro-bloques” los cuales son la unidad básica dentro de una imagen. Cada macro-bloque es dividido en cuatro 8X8 bloques de luminancia. el número de bloques de croma 8X8´s depende del formato de color de la fuente. Por ejemplo en el formato común 4:2:0 hay un bloque de croma por macro-bloque por cada canal haciendo un total de seis bloques por macro-bloque.
En el caso de los cuadros I, la verdadera información de imagen pasada a través del proceso codificador descrito abajo, los cuadros P y B primero son sujetos a un proceso de “compensación de movimiento”, en el cual son co-relacionados con la imagen previa (y en el caso del cuadro B, la siguiente). Cada macro-bloque en la imagen P o B es entonces asociada con un área en la imagen previa o siguiente que este bien correlacionada con alguna de éstas. El "vector de movimiento" que mapea el macro-bloque con su área correlacionada es codificado, y entonces la diferencia ente las dos áreas es pasada a través del proceso de codificación descrito abajo. Cada bloque es procesado con una transformada coseno discreta (DCT) 8X8 . El coeficiente DCT resultante es entonces cuantificado de acuerdo a un esquema predefinido, reordenado a una máxima probabilidad de una larga hilera de ceros, y codificado. Finalmente, se aplica un algoritmo de codificación Huffman de tabla fija.
Los cuadros I codifican redundancia espacial, mientras que los cuadros B y P codifican redundancia temporal. Debido a que los marcos adyacentes son a menudo bien co-relacionados, los cuadros P pueden ser del 10% del tamaño de un cuadro I, y el cuadro B al 2% de su tamaño.
La secuencia de diferentes tipos de marcos es llamada“la estructura de grupos de imágenes”(GOP). Hay muchas estructuras posibles pero una común es la de 15 marcos de largo, y tiene la secuencia I_BB_P_BB_P_BB_P_BB_P_BB_. Una secuencia similar de 12 marcos es también común. La relación de cuadros I, P y B en “la estructura GOP es determinado por la naturaleza del flujo de video y el ancho de banda que constriñe el flujo, además el tiempo de codificación puede ser un asunto importante. Esto es particularmente cierto en las transmisiones en vivo y en ambientes de tiempo real con Fuentes de cómputo limitados, un flujo que contenga varios cuadros B puede tomar tres veces más tiempo para codificar que un archivo que sólo contenga cuadros I.
La tasa de bit de salida de un codificador MPEG-2 puede ser constante (CBR) o variable (VBR), con un máximo determinado por el reproductor – por ejemplo el máximo posible en un DVD de película es de 10.4 Mbit/s. Para lograr una tasa de bits constante el grado de cuantificación es alterado para lograr la tasa de bits requerida. Incrementar la cuantificación hace visible un defecto cuando el video es descodificado, Generalmente en la forma de “amosaicamiento”, donde las discontinuidades en los filos de los macro-bloques se hace más visible como reducción de la tasa de bits.
[editar] Codificación de audio MPEG-2.
MPEG-2 además introduce nuevos métodos de codificación de audio. Éstos son:
Baja tasa de bits de codificación con tasas de muestreo divididas (MPEG-1 capa 1/2/3 LSF) Codificación multi-canal hasta 6 canales (5.1)
[editar] MPEG-2 En SVCD
Restricciones adicionales y modificaciones de MPEG-2 en SVCD:
Resolución 380 x 480 píxeles NTSC (USA, Japón) 480 x 576 píxeles PAL (Europa) Relación de aspecto 4:3 Tasa de cuadros 59.94 campos/s, 29.97 cuadros/s (NTSC) 50 campos/s, 25 cuadros/s (PAL) ) Tasa de bits de Audio + video Pico 2.52 Mbit/s Mínimo 300 Kbit/s YUV 4:2:0 Audio MPEG-1 capa 2 (MP2): 44.1KHz, 224 Kbit/s, Estéreo Estructura GOP Debe salir secuencia de Encabezado para cada GOP No hay lite máximo de GOP´shj
[editar] MPEG-2 En DVD
Restricciones adicionales y modificaciones de MPEG-2 en DVD:
Resolución de Video:
- NTSC (USA, Japón) Pixels
- 720 x 480
- 704 x 480
- 352 x 480
- 352 x 240
- PAL (Europa) Pixels
- 720 x 576
- 704 x 576
- 352 x 576
- 352 x 288
- Relación de aspecto
- 4:3
- 16:9
- Tasa de cuadros
- 59.94 campos/s
- 50 campos/s
- 23.976 cuadros/s (con banderas de 3:2)
- 29.97 cuadros/s (NTSC)
- 25 cuadros/s (PAL)
- Audio:
- Linear Pulse Code Modulation(Código de Pulsos Modulado Lineal = LPCM): 48KHz o 96KHz, 16 bit, 2 canales(Estéreo)
- MPEG-1 Capa 2 (MP2): 48KHz, hasta 7.1 canales (requerido en reproductores PAL)
- Dolby Digital (DD): 48KHz, 448 kbit/s, hasta 5.1 canales
- Digital Theater Systems (Sistema de Teatro Digital = DTS): 754 kbit/s o 1510 kbit/s (no requerido para cumplir con el reproductor)
- Debe haber al menos una pista de audio que no sea DTS (ni MP2 para NTSC)
- Tasa de bits de Audio + video:
- Buffer máximo promedio de 9.8 Mbit/s
- Pico 15 Mbit/s
- Mínimo 300 Kbit/s
- YUV 4:2:0
- Posibilidad de subtítulos opcionales
- Closed captioning (solo en NTSC)
- Estructura GOP
- Debe salir secuencia de Encabezado para cada GOP
- 18 marcos máximos por GOP
- Closed GOP requerido para DVDs multi ángulo
[editar] MPEG-2 en DVB
Restricciones y modificaciones adicionales para DVB-MPEG.
Restringido a una de las siguientes resoluciones:
- 720 × 480 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 640 × 480 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 544 × 480 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 480 × 480 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 352 × 480 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 352 × 240 píxel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 marco/s
- 720 × 576 píxel, 25 marco/s
- 544 × 576 píxel, 25 marco/s
- 480 × 576 píxel, 25 marco/s
- 352 × 576 píxel, 25 marco/s
- 352 × 288 píxel, 25 marco/s
[editar] MPEG-2 en ATSC
Restringido a una de las siguientes resoluciones
- 1920 × 1080 píxeles, hasta 60 campos/s (1080i)
- 1280 × 720 píxeles, hasta 60 cuadros/s (720p)
- 720 × 576 píxeles, hasta 50 campos/s, 25 cuadros/s (576i, 576p)
- 720 × 480 píxeles, hasta 60 campos/s, 30 cuadros/s (480i, 480p)
- 640 × 480 píxeles, hasta 60 cuadros/s
Nota: 1080i está codificado con cuadros de 1920×1088 píxeles, sin embargo las últimas 8 líneas se descartan antes de ser mostradas.
[editar] Standards MPEG-2
- ISO/IEC 13818-1 Sistema - describe sincronización y multiplexado de video y audio.
- ISO/IEC 13818-2 Video - Códec(codificador/decodificador) compresor para señales de video entrelazado y no entrelazado.
- ISO/IEC 13818-3 Audio - Códec(codificador/decodificador) compresor de señales de audio. Una extension habilitada multicanal de MPEG-1 audio (MP3).
- ISO/IEC 13818-4 Describe maniobras de prueba de cumplimiento(del estandar).
- ISO/IEC 13818-5 Describe sistemas para simulación por Software.
- ISO/IEC 13818-6 Describe extensiones para DSM-CC (Comando Digital de herramientas de almacenamiento y control)
- ISO/IEC 13818-7 codificación avanzada de audio. (AAC)
- ISO/IEC 13818-9 Extension para interfaces en tiempo real.
- ISO/IEC 13818-10 confomidad con extensiones para DSM-CC.
[editar] Retenedores de patente
Aproximadamente 640 patentes mundiales conforman la propiedad intelectual completa que rodea a MPEG-2, éstas están retenidas por alrededor de 20 corporaciones y una universidad:
Alcatel
Canon, Inc.
Columbia University
France Télécom (CNET)
Fujitsu
General Electric Capital Corporation
General Instrument Corp.
GE Technology Development, Inc.
Hitachi, Ltd.
KDDI Corporation (KDDI)
Lucent Technologies
LG Electronics Inc.
Matsushita
Mitsubishi
Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT)
Philips
Robert Bosch GmbH
Samsung
Sanyo Electric Co. Ltd.
Scientific Atlanta
Sharp
Sony
Thomson Licensing S.A.
Toshiba
Victor Company of Japan, Limited (JVC)
