MPEG-2 Video

MPEG-2 Video, označované také jako H.262 nebo MPEG-2 část 2, je ztrátový formát komprese videa, který slouží ke snížení datového toku, a tím i velikosti výsledného souboru u digitálně zpracovávaných videozáznamů při co nejmenším viditelném zhoršení kvality po dekomprimaci. Je součástí sady standardů MPEG-2. Jeho předchůdcem je formát MPEG-1 Video a dokonalejšími technologickými nástupci formáty ze sad MPEG-4 a MPEG-H.

MPEG-2 Video je standardním formátem užívaným pro ukládání a přenos videa na DVD nebo při distribuci digitálního televizního signálu DVB-T. U aplikací, které vyžadují MPEG-2 komprimaci či dekomprimaci videa v reálném čase, jsou kladeny výrazně vyšší nároky na výpočetní kapacitu procesoru než u formátu MPEG-1. ^[1]

Funkce a výhody

Pro pochopení funkce komprimace je potřeba vědět, že každý videozáznam je sekvencí jednotlivých samostatných snímků. Základním principem MPEG (Motion Picture Experts Group) komprimace videa je pak individuální přístup k jednotlivým snímkům, konkrétně určení tzv. klíčových snímků (I – Intra Frame), které se ukládají resp. přenášejí celé – jsou to v podstatě jpegy – zásadně kódovány vnitrosnímkově, a dále snímků pomocných (P – Predicted), které se ukládají zkomprimované (mezisnímková komprese) – jsou to jednosměrné předpovědi vzhledem k předcházejícímu I nebo P obrázku, přenášejí se pouze rozdíly oproti již přenesenému (referenčnímu) makrobloku, přičemž polohu referenčního makrobloku udává pohybový vektor. Tyto dva typy snímků jsou pak proloženy ještě třetím typem snímků (B – Bidirectional Predicted), který se přenáší buď silně zkomprimován (také mezisnímkovou kompresí), nebo se nepřenáší vůbec – jsou to obousměrné předpovědi vzhledem k předcházejícímu I nebo P obrázku, přenášejí se pouze rozdíly oproti již přenesenému (referenčnímu) makrobloku. Tyto „chybějící“ snímky jsou pak při dekomprimaci (třeba i v reálném čase) dopočítávány z informací klíčových snímků. Typické pořadí snímků je např.: IBBPBBPBBPBBPBBPBB (tato sekvence mezi dvěma „I“ se nazývá GOP – Group of Pictures).

Při dopočítávání se využívá i skutečnosti, že lze některé drobné části obrazu a jejich vzájemné rozdíly na po sobě jdoucích snímcích popsat matematicky (např. statická jednobarevná plocha). Práce s takto definovanými plochami se označuje jako kvantizace (quantized). Proto se v některých případech (typicky při televizním DVB-T přenosu), kdy je potřeba docílit při kódování co nejmenšího datového toku (3 Mb/s), ještě obraz před samotným kódováním upravuje tak, aby obsahoval co nejméně ploch s detaily a naopak co nejvíce „jednobarevných“ ploch – typicky u fotbalových přenosů dochází ke „slití“ trávy na hřišti do univerzální plochy téměř bez vzorku.

MPEG-2 se liší od formátu MPEG-1 tím, že dokáže pracovat s tzv. proměnlivým datovým tokem (VBR – variable bit rate). To v praxi znamená, že komprimační software rozpozná scénu, která obsahuje řadu za sebou jdoucích velmi podobných (statických) snímků, mezi kterými jsou jen velmi malé rozdíly – např. moderátor, který (z pohledu videostopy) „pouze“ otevírá ústa. V takovém případě sekvence obsahuje velmi málo klíčových snímků a relativně málo doplňkových informací k dopočtu výsledného obrazu. Opakem je např. záznam hokejového zápasu. Ve výsledku je pak průměrný datový tok (výsledný soubor) menší než při použití konstantního datového toku (CBR – constant bit rate) a současně kvalitnější, neboť u náročných scén se dočasně datový tok zvýší.

MPEG-2 na rozdíl od MPEG-1 umí pracovat s prokládanými snímky, tzv. půlsnímky.

MPEG-2 byl vyvinut pro rozlišení 720 × 576 obrazových bodů. V praxi je možné ale kódovat jakýkoliv vstupní rozměr a poměr stran a zvolit CBR nebo VBR s konkrétním datovým tokem. Obdobně lze v praxi nastavit i kvalitu komprimovaného zvuku.

Žádný ztrátově komprimovaný formát videa není sám o sobě vhodný ke střihu (v nejhorším případě se stříhá se skupinou GOP=1, tj.: samé snímky I). Před jakoukoliv editací je potřeba jej převést do nativního formátu.

Využití

DVD

Filmy na DVD byly v Česku první možností, kdy se uživatel mohl setkat s MPEG-2 videem oficiálně. Při pořizování, či nastavování DVD/přehrávače můžeme narazit na různá nastavení. Podrobněji níže.

Rozlišení:

• NTSC – 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 pixelů
• PAL – 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 pixelů

Poměr:

• 4 : 3 – klasický
• 16 : 9 – širokoúhlý (wide)

Frekvence:

• NTSC – 29.97 snímků/sek.
• PAL – 25 snímků/sek.

AV datový tok:

• Video stropově 9.8 Mbit/s
• Celkově stropově 10.08 Mbit/s
• Minimálně 300 kbit/s

YUV 4:2:0

Zvuk

• Lineárně pulsní kódová modulace -LPCM: 48 kHz nebo 96 kHz; 16bit nebo 24bit; možnost až šesti kanálů (v rámci možností využívaného datového toku)
• MPEG Layer 2 (MP2): 48 kHz, až 5.1 kanálů (pouze u PAL přehrávačů)
• Dolby Digital (DD, neboli AC-3): 48 kHz, 32–448kbit/s, až 5.1 kanálů
• Digital Theater Systems (DTS): 754kbit/s nebo 1510kbit/s
• DVD v normě NTSC musí obsahovat minimálně jednu LPCM nebo Dolby Digital zvukovou stopu.
• V PAL normě musí obsahovat minimálně jednu MPEG Layer 2, LPCM, nebo Dolby Digital zvukovou stopu.
• Stolní přehrávače nutně nemusí přehrávat zvuk ve více než dvou kanálech, ale musí být schopny vícekanálový zvuk usměrnit do dvou kanálů

Blu-ray

MPEG-2 je jedním ze tří video formátů používaných na discích Blu-ray. Společně se zvukem je uložen v multimediálním kontejneru ve formátu BDAV MPEG-2 Transport Stream.

DVB – digitální televize

Podporované rozlišení pro SDTV:

• 720, 640, 544, 480 nebo 352 × 480 px., 24/1.001, 24, 30/1.001 nebo 30 snímků/s
• 352 × 240 px, 24/1.001, 24, 30/1.001 nebo 30 snímků/s
• 720, 704, 544, 480 nebo 352 × 576 pixelů, 25 snímků/s
• 352 × 288 px, 25 snímků/s

Podporované rozlišení pro HDTV:

• 720 × 576, 50 snímků/s progresivně (576p50)
• 1280 × 720, 25 nebo 50 snímků/s progresivně (720p50)
• 1440 nebo 1920 × 1080, 25 snímků/s progresivně (1080p25 – film mode)
• 1440 nebo 1920 × 1080, 25 snímků/s prokládaně (1080i25)
• 1920 × 1080, 50 snímků/s progresivně (1080p50) do budoucna možný H.264/AVC formát

ATSC

Podporované rozlišení:

• 1920 × 1080 pixel, 30 snímků/s (1080i)
• 1280 × 720 pixel, 60 snímků/s (720p)
• 720 × 576 pixel, 25 snímků/s (576i, 576p)
• 720 nebo 640 × 480 px, 30 snímků/s (480i, 480p)

Pozn.: 1080i je kódován v rozlišení 1920 × 1088, ale posledních 8 vrstev je vyřazeno prioritně pro display. Zvuk v MPEG-2 se uchází o ATSC standard skrze DTV a „Grand Alliance“, ale ztrácí na H.262.

Profily a úrovně

Tabulky níže sumarizují limitace jednotlivých profilů a úrovní.

Odkazy

Reference

Související články

• MPEG-4 AVC
• MPEG-H HEVC