MPEG-2 - MPEG-2

Ikke forveksles med MPEG-1 Audio Layer II (MP2).
MPEG-2 bruges i Digital Video Broadcast og DVD'er. Den MPEG transport stream , TS, og MPEG-program stream , PS, er container formater .

MPEG-2 (aka H.222 / H.262 som defineret af ITU ) er en standard til "generisk kodning af levende billeder og tilhørende lydinformation". Den beskriver en kombination af lossy video kompression og lossy lyddatakomprimering metoder, der tillader lagring og transmission af film ved hjælp af for tiden tilgængelige lagermedier og transmission båndbredde. Selvom MPEG-2 ikke er så effektiv som nyere standarder som H.264 / AVC og H.265 / HEVC , betyder bagudkompatibilitet med eksisterende hardware og software, at den stadig bruges i vid udstrækning, for eksempel i digital digital tv- udsendelse og i DVD-Video- standarden.

Hovedtræk

MPEG-2 er meget anvendt som formatet af digitale tv- signaler, der udsendes af jordbaserede (over-the-air), kabel , og direkte udsendelse via satellit -tv- systemer. Det specificerer også formatet på film og andre programmer, der distribueres på DVD og lignende diske. Tv-stationer , tv-modtagere , dvd-afspillere og andet udstyr er ofte designet til denne standard. MPEG-2 var den anden af ​​flere standarder udviklet af Moving Pictures Expert Group ( MPEG ) og er en international standard ( ISO / IEC 13818). Del 1 og 2 af MPEG-2 blev udviklet i samarbejde med ITU-T , og de har et respektive katalognummer i ITU-T-anbefalingsserien.

MPEG-2 er kernen i de fleste digitale tv- og dvd-formater, men det specificerer dem ikke fuldstændigt. Regionale institutioner kan tilpasse det til deres behov ved at begrænse og udvide aspekter af standarden. Se videoprofiler og niveauer .

Systemer

Se også: MPEG-programstrøm og MPEG-transportstrøm

MPEG-2 inkluderer et systemafsnit, del 1, der definerer to forskellige, men relaterede containerformater . Den ene er transportstrømmen , et datapakkeformat designet til at transmittere en datapakke i fire ATM -datapakker til streaming af digital video og lyd over faste eller mobile transmissionsmedier, hvor begyndelsen og slutningen af ​​strømmen muligvis ikke identificeres, såsom radiofrekvens , kabel og lineære optagemedier, eksempler herpå inkluderer ATSC / DVB / ISDB / SBTVD- udsendelse og HDV- optagelse på bånd. Den anden er programstrømmen , en udvidet version af MPEG-1- containerformatet med mindre omkostninger end transportstrømmen . Programstrømmen er designet til lagringsmedier til tilfældig adgang såsom harddiske , optiske diske og flashhukommelse .

Transportstrømfilformater inkluderer M2TS , som bruges på Blu-ray- diske, AVCHD på omskrivbare DVD'er og HDV på kompakte flash- kort. Programstream- filer inkluderer VOB på DVD'er og Enhanced VOB på den kortvarige HD DVD . Standard MPEG-2- transportstrømmen indeholder pakker på 188 byte. M2TS forbereder hver pakke med 4 byte indeholdende en 2-bit kopieringsindikator og 30-bit tidsstempel.

MPEG-2-systemer er formelt kendt som ISO / IEC 13818-1 og som ITU-T Rec. H.222.0. ISO godkendte " SMPTE Registration Authority, LLC" som registreringsmyndighed for MPEG-2-formatidentifikatorer. Registreringsbeskrivelsen for MPEG-2-transport leveres af ISO / IEC 13818-1 for at gøre det muligt for brugere af standarden entydigt at overføre data, når dets format ikke nødvendigvis er en anerkendt international standard. Denne bestemmelse gør det muligt for MPEG-2-transportstandarden at bære alle typer data, samtidig med at der tilvejebringes en metode til utvetydig identifikation af karakteristika for de underliggende private data.

Video

Hovedartikel: H.262 / MPEG-2 del 2

Video-sektionen, del 2 af MPEG-2, svarer til den tidligere MPEG-1- standard, men yder også understøttelse af interlaced video , det format, der bruges af analoge tv-tv-systemer. MPEG-2-video er ikke optimeret til lave bithastigheder , især mindre end 1 Mbit / s ved standardopløsninger . Alle standardkompatible MPEG-2-videodekodere er fuldt ud i stand til at afspille MPEG-1-videostreams, der overholder de begrænsede parametre Bitstream-syntaks. MPEG-2 / Video er formelt kendt som ISO / IEC 13818-2 og som ITU-T Rec. H.262 .

Med nogle forbedringer anvendes MPEG-2 video og systemer også i nogle HDTV- transmissionssystemer og er standardformatet til ATSC digitalt fjernsyn.

Lyd

MPEG-2 introducerer nye lydkodningsmetoder sammenlignet med MPEG-1:

MPEG-2 del 3

Hovedartikel: MPEG-2 del 3

MPEG-2 lydafsnittet, defineret i del 3 (ISO / IEC 13818-3) i standarden, forbedrer MPEG-1 's lyd ved at tillade kodning af lydprogrammer med mere end to kanaler , op til 5,1 flerkanals. Denne metode er bagudkompatibel (også kendt som MPEG-2 BC), så MPEG-1-lyddekodere kan afkode de to hovedstereokomponenter i præsentationen. MPEG-2 del 3 definerede også yderligere bithastigheder og samplingshastigheder for MPEG-1 Audio Layer I , II og III .

MPEG-2 BC (bagudkompatibel med MPEG-1 lydformater)

  • lav bitrate kodning med halveret samplingfrekvens (MPEG-1 Layer 1 / 2 / 3 LSF - alias MPEG-2 LSF - "Low samplingfrekvenser")
  • flerkanalskodning med op til 5,1 kanaler, aka MPEG multikanal

MPEG-2 del 7

Hovedartikel: Avanceret lydkodning

Del 7 (ISO / IEC 13818-7) i MPEG-2-standarden specificerer et ret andet, ikke-bagudkompatibelt lydformat (også kendt som MPEG-2 NBC). Del 7 omtales som MPEG-2 AAC . AAC er mere effektiv end de tidligere MPEG-lydstandarder og er på nogle måder mindre kompliceret end sin forgænger, MPEG-1 Audio, Layer 3, idet den ikke har hybridfilterbanken. Det understøtter fra 1 til 48 kanaler ved samplingshastigheder på 8 til 96 kHz med multikanal-, flersprog- og multiprogramfunktioner. Avanceret lyd er også defineret i del 3 af MPEG-4- standarden.

MPEG-2 NBC (ikke-bagudkompatibel)

  • MPEG-2 AAC
  • flerkanalskodning med op til 48 kanaler

ISO / IEC 13818

MPEG-2-standarder offentliggøres som dele af ISO / IEC 13818. Hver del dækker et bestemt aspekt af hele specifikationen.

Del 1
Systemer - beskriver synkronisering og multiplexing af video og lyd. (Det er også kendt som ITU-T Rec. H.222.0.) Se MPEG-transportstrøm og MPEG-programstrøm .
Del 2
Video - videokodningsformat til interlaced og ikke-interlaced videosignaler (Også kendt som ITU-T Rec. H.262 ).
Del 3
Audio - lydkodningsformat til perceptuel kodning af lydsignaler. En multikanal-aktiveret udvidelse og udvidelse af bithastigheder og samplingshastigheder til MPEG-1 Audio Layer I, II og III.
Del 4
Beskriver procedurer til test af overholdelse.
Del 5
Beskriver systemer til simulering af software.
Del 6
Beskriver udvidelser til DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control).
Del 7
Avanceret lydkodning (AAC).
Del 8
10-bit videoudvidelse. Primær applikation var studievideo, der muliggjorde artefaktfri behandling uden at opgive komprimering. Del 8 er trukket tilbage på grund af manglende interesse fra industrien.
Del 9
Udvidelse til realtidsgrænseflader.
Del 10
Overensstemmelsesudvidelser til DSM-CC.
Del 11
Forvaltning af intellektuel ejendomsret (IPMP)
MPEG-2 dele
En del Nummer Første offentliggørelsesdato (første udgave) Seneste offentlige udgivelsesdato (udgave) Seneste ændring Identisk ITU-T Rec. Titel Beskrivelse
Del 1 ISO / IEC 13818-1 1996 2015 2016 H.222.0 Systemer
Del 2 ISO / IEC 13818-2 1996 2013 H.262 Video
Del 3 ISO / IEC 13818-3 1995 1998 Lyd MPEG-2 BC - bagudkompatibel med MPEG-1 Audio
Del 4 ISO / IEC 13818-4 1998 2004 2009 Overensstemmelsestest
Del 5 ISO / IEC TR 13818-5 1997 2005 Software simulering
Del 6 ISO / IEC 13818-6 1998 1998 2001 Udvidelser til DSM-CC udvidelser til Digital Storage Media Command and Control
Del 7 ISO / IEC 13818-7 1997 2006 2007 Avanceret lydkodning (AAC) MPEG-2 NBC Audio - Ikke-bagudkompatibel med MPEG-1 Audio
Del 8 faldt 10-bit video Arbejdet begyndte i 1995, men blev afsluttet i 2007 på grund af lav industriinteresse.
Del 9 ISO / IEC 13818-9 1996 1996 Udvidelse til interface i realtid til systemdekodere
Del 10 ISO / IEC 13818-10 1999 1999 Overensstemmelsesudvidelser til Digital Storage Media Command and Control (DSM-CC)
Del 11 ISO / IEC 13818-11 2004 2004 IPMP på MPEG-2-systemer Intellektuel ejendomsadministration og beskyttelse på MPEG-2-systemet (XML IPMP-meddelelser er også defineret i ISO / IEC 23001-3)

Historie

MPEG-2 udviklede sig ud af manglerne ved MPEG-1.

MPEG-1's kendte svagheder:

  • Et lydkomprimeringssystem begrænset til to kanaler (stereo).
  • Ingen standardiseret understøttelse af interlaced video med dårlig komprimering, når den bruges til interlaced video
  • Kun en standardiseret "profil" (begrænsede parametre bitstream), som ikke var velegnet til video med højere opløsning. MPEG-1 kunne understøtte 4k-video, men der var ingen nem måde at kode video til højere opløsninger og identificere hardware, der kunne understøtte den, da begrænsningerne for sådan hardware ikke var defineret.
  • Understøttelse af kun en chroma-undersampling , 4: 2: 0.

Sakae Okubo fra NTT var ITU-T- koordinator for udvikling af H.262 / MPEG-2 del 2 videokodningsstandard og kravene formand i MPEG til MPEG-2 sæt af standarder. Størstedelen af ​​patenter, der ligger til grund for MPEG-2-teknologien, ejes af tre virksomheder: Sony (311 patenter), Thomson (198 patenter) og Mitsubishi Electric (119 patenter). Hyundai Electronics (nu SK Hynix ) udviklede den første MPEG-2 SAVI-dekoder (System / Audio / Video) i 1995.

Filnavneudvidelser

.mpg, .mpeg, .m2v, .mp2, .mp3 er nogle af et antal filnavneudvidelser, der bruges til lyd- og videofilformater MPEG-1 eller MPEG-2.

Ansøgninger

DVD-video

Hovedartikel: DVD-Video

Den DVD-Video standarden anvender MPEG-2 video, men pålægger visse begrænsninger:

  • Tilladte dimensioner
    • 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 pixel (NTSC)
    • 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 pixel (PAL)
  • Tilladt Formatforhold (Display AR)
  1. ^ 1.85: 1 og 2.35: 1 er blandt andet ofte anført som gyldige DVD-formatforhold, men er bredere filmaspekter med polstring i postkassestil for at skabe et 16: 9-billede
  • Tilladte billedhastigheder
    • 29.97 interlaced frame / s (NTSC)
    • 23.978 progressiv ramme (r) (til NTSC 2: 3 pull-down til 29.97)
    • 25 sammenflettede rammer (PAL)
  1. ^ Ved at bruge et mønster med REPEAT_FIRST_FIELD-flag på overskrifterne på kodede billeder kan billeder vises i enten to eller tre felter, og næsten enhver billedvisningshastighed (minimum ⅔ af billedhastigheden) kan opnås. Dette bruges oftest til at vise 23.976 (ca. filmhastighed) video på NTSC. Se telecine for at få flere oplysninger om, hvordan dette fungerer.
  • Audio + video bithastighed
    • Videotop 9,8 Mbit / s
    • Samlet peak 10,08 Mbit / s
    • Minimum 300 kbit / s
  • YUV 4: 2: 0
  • Yderligere undertekster er mulige
  • Undertekster (kun NTSC)
  • Lyd
    • Lineær pulskodemodulation (LPCM): 48 kHz eller 96 kHz; 16- eller 24-bit; op til seks kanaler (ikke alle kombinationer mulige på grund af bithastighedsbegrænsninger)
    • MPEG Layer 2 (MP2): 48 kHz, op til 5,1 kanaler (kun påkrævet i PAL-afspillere)
    • Dolby Digital (DD, også kendt som AC-3): 48 kHz, 32-448 kbit / s, op til 5,1 kanaler
    • Digitale teatersystemer (DTS): 754 kbit / s eller 1510 kbit / s (kræves ikke for overholdelse af DVD-afspiller)
    • NTSC DVD'er skal indeholde mindst et LPCM- eller Dolby Digital-lydspor.
    • PAL-DVD'er skal indeholde mindst et MPEG Layer 2-, LPCM- eller Dolby Digital-lydspor.
    • Spillere er ikke forpligtet til at afspille lyd med mere end to kanaler, men skal være i stand til at downmixe multikanallyd til to kanaler.
  • GOP-struktur (gruppe af billeder)
    • Sekvensoverskrift skal være til stede i begyndelsen af ​​hver GOP
    • Maks. Billeder pr. GOP: 18 (NTSC) / 15 (PAL), dvs. 0,6 sekunder begge
    • Lukket GOP krævet til DVD'er med flere vinkler

HDV

Hovedartikel: HDV

HDV er et format til optagelse og afspilning af HD-MPEG-2-video på et DV-kassettebånd.

MOD og TOD

Hovedartikel: MOD og TOD (videoformat)

MOD og TOD er ​​optageformater til brug i digitale filbaserede videokameraer til forbrugere.

XDCAM

Hovedartikel: XDCAM

XDCAM er et professionelt filbaseret videooptagelsesformat.

DVB

Applikationsspecifikke begrænsninger på MPEG-2-video i DVB- standarden:

Tilladte opløsninger til SDTV :

  • 720, 640, 544, 528, 480 eller 352 × 480 pixel, 24 / 1.001, 24, 30 / 1.001 eller 30 rammer / s
  • 352 × 240 pixel, 24 / 1.001, 24, 30 / 1.001 eller 30 frame / s
  • 720, 704, 544, 528, 480 eller 352 × 576 pixel, 25 billeder / s
  • 352 × 288 pixel, 25 billeder / s

Til HDTV:

  • 720 x 576 x 50 frame / s progressive (576p50)
  • 1280 x 720 x 25 eller 50 rammer / s progressiv (720p50)
  • 1440 eller 1920 x 1080 x 25 frame / s progressive (1080p25 = filmtilstand)
  • 1440 eller 1920 x 1080 x 25 frame / s interlace (1080i50)

ATSC

Hovedartikel: ATSC-standarder

ATSC A / 53-standarden, der anvendes i USA, bruger MPEG-2-video på hovedprofilen @ højt niveau (MP @ HL) med yderligere begrænsninger, såsom den maksimale bithastighed på 19,39 Mbit / s til udsendt tv og 38,8 Mbit / s til kabel-tv, 4: 2: 0- format for chromaundersampling og obligatorisk information om kolorimetri.

ATSC tillader følgende videoopløsninger, billedformater og billed- / felthastigheder:

  • 1920 × 1080 pixel (16: 9, firkantede pixels) ved 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i, 59,94i.
  • 1280 × 720 pixel (16: 9, firkantede pixels) ved 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p eller 23,976p
  • 704 × 480 pixel (4: 3 eller 16: 9, ikke-firkantede pixels) ved 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i eller 59,94i
  • 640 × 480 pixel (4: 3, firkantede pixels) ved 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i eller 59,94i

ATSC standard A / 63 definerer yderligere opløsninger og billedformat for 50 Hz (PAL) signal.

ATSC-specifikationen og MPEG-2 tillader brug af progressive rammer, selv inden for en sammenflettet videosekvens. For eksempel kan en station, der transmitterer 1080i60-videosekvensen, bruge en kodningsmetode, hvor de 60 felter er kodet med 24 progressive rammer, og metadata instruerer dekoderen om at interlace dem og udføre 3: 2-nedrulning før visning. Dette giver tv-stationer mulighed for at skifte mellem 60 Hz interlaced (nyheder, sæbeoperaer) og 24 Hz progressivt (prime-time) indhold uden at afslutte MPEG-2-sekvensen og indføre flere sekunders forsinkelse, når tv'et skifter formater. Dette er grunden til, at 1080p30 og 1080p24-sekvenser, der er tilladt i henhold til ATSC-specifikationen, ikke bruges i praksis.

Formaterne med 1080 linier er kodet med 1920 × 1088 pixel luma-matricer og 960 × 540 chromamatricer, men de sidste 8 linjer kasseres ved MPEG-2-dekodning og visningsproces.

ATSC A / 72 er den nyeste revision af ATSC-standarder for digitalt tv, som tillader brug af H.264 / AVC videokodningsformat og 1080p60-signal.

MPEG-2 lyd var en udfordrer til ATSC-standarden under DTV " Grand Alliance " -konkurrencen, men tabte til Dolby AC-3 .

ISDB-T

Tekniske egenskaber ved MPEG-2 i ATSC er også gyldige til ISDB-T , bortset fra at TS i det væsentlige har samlet et andet program til mobile enheder komprimeret i MPEG-4 H.264 AVC til video og AAC -LC til lyd, hovedsagelig kendt som 1seg .

Blu Ray

Hovedartikel: Blu-ray

MPEG-2 er et af de tre understøttede videokodningsformater, der understøttes af Blu-ray Disc. Tidlige Blu-ray-udgivelser brugte typisk MPEG-2-video, men nylige udgivelser findes næsten altid i H.264 eller lejlighedsvis VC-1 . Kun MPEG-2-video (MPEG-2 del 2) understøttes, Blu-ray understøtter ikke MPEG-2-lyd (del 3 og 7). Derudover er containerformatet, der anvendes på Blu-ray-diske, en MPEG-2-transportstrøm, uanset hvilken lyd- og videokodec der bruges.

Patent pool

Som af 14. februar 2020 MPEG-2 Patenter har udløb på verdensplan, med undtagelse af Malaysia. Det sidste amerikanske patent udløb 23. februar 2018.

MPEG LA , en privat patentlicensieringsorganisation, havde erhvervet rettigheder fra over 20 virksomheder og et universitet til at licensere en patentpulje på ca. 640 verdensomspændende patenter, som de hævdede var "væsentlige" til brug af MPEG-2-teknologi. Patentindehaverne omfattede Sony , Mitsubishi Electric , Fujitsu , Panasonic , Scientific Atlanta , Columbia University , Philips , General Instrument , Canon , Hitachi , JVC Kenwood , LG Electronics , NTT , Samsung , Sanyo , Sharp og Toshiba . Hvor softwarepatenterbarhed opretholdes, og patenter ikke er udløbet (kun Malaysia), kræver brugen af ​​MPEG-2 betaling af licensgebyrer til patentindehaverne. Andre patenter blev licenseret af Audio MPEG, Inc. Udviklingen af ​​selve standarden tog kortere tid end patentforhandlingerne. Patentpooling mellem vigtige og perifere patenthavere i MPEG-2-puljen var genstand for en undersøgelse foretaget af University of Wisconsin.

I henhold til MPEG-2-licensaftalen er enhver anvendelse af MPEG-2-teknologi i lande med aktive patenter (Malaysia) underlagt royalties . MPEG-2-kodere og dekodere er underlagt $ 0,35 pr. Enhed. Også ethvert pakket medium (DVD'er / datastrømme) er underlagt licensgebyrer i henhold til længden på optagelsen / udsendelsen. Royalties var tidligere prissat højere, men blev sænket flere steder, senest den 1. januar 2018. En tidligere kritik af MPEG-2 patentpuljen var, at selvom antallet af patenter var faldet fra 1.048 til 416 i juni 2013 licensafgiften ikke var faldet med udløbshastigheden for MPEG-2 patenter.

Patentindehavere

Følgende organisationer har haft patenter for MPEG-2, som angivet på MPEG LA . Se også Liste over amerikanske MPEG-2 patenter .

Organisation Patenter
Sony Corporation 311
Thomson Licensering 198
Mitsubishi Electric 119
Philips 99
GE Technology Development, Inc. 75
Panasonic Corporation 55
CIF Licensing, LLC 44
JVC Kenwood 39
Samsung Electronics 38
Alcatel Lucent (inklusive Multimedia Patent Trust) 33
Cisco Technology, Inc. 13
Toshiba Corporation 9
Columbia University 9
LG Electronics 8
Hitachi 7
Orange SA 7
Fujitsu 6
Robert Bosch GmbH 5
Generelt instrument 4
Britisk telekommunikation 3
Canon Inc. 2
KDDI Corporation 2
Nippon Telegraph and Telephone (NTT) 2
ARRIS Technology, Inc. 2
Sanyo Electric 1
Sharp Corporation 1
Hewlett Packard Enterprise Company 1

Se også

Referencer

eksterne links