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 Portada - Enciclopedia - MPEG-2

MPEG-2

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Ultima modificación de "MPEG-2": 26/12/07

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MPEG-2 - Sucesor del MPEG-1, MPEG-1, es un grupo de estándares de codificación y compresión en audio y vídeo nacido en 1994, pensado especialmente para la radiodifusión dado que soporta imágenes entrelazadas y mayores resoluciones para la HDTV. Está poco optimizado para tasas menores a 1 Mb/s pero tiene un gran rendimiento en 3 Mb/s y superiores.

El MPEG-2 define dos tipos de flujos de datos:

  • Flujo de programa. Es similar a MPEG-1, emplea palabras de longitud fija, y se emplea en discos SVCD y, más importante, en los DVD comerciales.
  • Fluo de transporte. Diseñados para transportar audio y vídeo digital a través de medios inestables e impredecibles, concretamente en radiodifusión digital o DVB.

Como mejora al audio del MPEG-1, es capaz de codificar más de dos canales de audio, hasta 6, en una configuración 5.1.

El estándar MPEG-2 engloba todo lo que concierne a MPEG-1, por lo que un reproductor de MPEG-2 es capaz de descodificar señales MPEG-1

 

Niveles y perfiles en MPEG-2


Se introduce el concepto de niveles y perfiles para definir el tipo de codificación de vídeo a distintas resoluciones.

Los niveles tienen que ver con la resolución del vídeo fuente que van desde:

  • LL o nivel low o bajo: Propio de la resolución SIF (ya usada en MPEG-1). 352x2800 pixeles @30 fp y 4 Mb/ps
  • ML o nivel main o principal: 4:2:0 con 720x576 a 30fps y 14 MBps
  • H-14 o high-1440, con 1440x1152 @ 30 fps y 60 Mbps
  • HL o high, 1920x1152 @ 30 fps y 80 Mbps.

Los perfiles se corresponden con requisitos complejos del descodificador, según estos criterios:

  • SP o Simple. Sólo cuadros de tipo I y P. YUV 4:2:0. No soporta entrelazado.
  • MP o Principal (Main). Es el más usado con la funcionalidad completa vista en MPEG-1 más modos especiales para trabajar con señal de vídeo entrelazada. De aquí en adelante todos soportan cuadros P, I y B. YUV 4:2:0.
  • 422P o Perfil 4:2:2. Similar al anterior pero soporta YUV 4:2:2.
  • SND: Escalable en SNR donde se transmiten imágenes de cada vez mayor calidad. Entre 1 y 2 flujos de datos.
  • SP o Espacial.  Se transmite inicialmente una versión del vídeo de baja resolución que posteriormente se refina. De 1 a 3 flujos de datos.
  • HP o Alto (High).  Pensado para la televisión de alta definición (YUV 4:2:2. De 1 a 3 flujos de datos.

El perfil y nivel más usado en DVB es el denominado MP@ML (Main Profile at main level) que a una resolución de 720x480 a 30 fps o 720x576 a 25 fps dan en función de la calidad exigida y de la propia naturaleza del vídeo unas tasas binarias que van de 8 a 9 Mbps.

 

Tipos de imágenes en MPEG


En el MPEG hay presentes distintos tipos de imágenes:

  • I (Intra) pictures. Codificadas sin referenciar a otras imágenes obtienen una tasa de compresión pequeña similar a la de JPEG. Necesarios como punto de entrada del vídeo, se requiere uno por cada 10 o 12 cuadros como máximo.
  • P (predicted) pictures. Codificadas a partir de cuadros I o P anteriores obtienen una mayor tasa de compresión.
  • B (bidirectional) pictures. Codificadas usando interpolación bidireccional entre los cuadros I o P anteriores / posteriores, obtienen la máxima tasa de compresión.

Como organizar estos cuadros en los denominados GOP (Group Of Pictures), depende de las posibilidades del codificador, tal y como se muestra en la figura adjunta para parámetros M y N.

  • M es la distancia entre dos cuadros P. Su valor habitual es 3.
  • N es la distancia entre dos cuadros I siendo 12 su valor habitual.

 

Jerarquía de capas en MPEG


MPEG define una jerarquía de capas para una secuencia de vídeo con funciones específicas en el proceso MPEG que de la capa más alta a la más baja son:

Secuencia. Define los parámetros básicos para todo el vídeo.

  • GOP (Group Of Pictures). Visto anteriormente
  • Imagen / Picture. Puede ser de tipo I, P o B.
  • Slice. Permite la resincronización tras error en los cuadros I y consiste en una serie de macrobloques contiguos que suele ser del tamaño de una fila completa.
  • Macrobloque. Formado por bloques de 16x16 píxeles (4 bloques para la luminancia, 1 de crominancia Cb y otro de crominancia Cr) que por tanto ocupan el mismo área de la imagen y que es la unidad usada para realizar la estimación y compensación de movimiento.
  • Bloque. Formado por 8x8 píxeles a los que se aplica la DCT.

 

Modos entrelazados del MPEG-2


Incluye:

Codificación intra-frame

  • Estructura Progresiva. Apropiada para movimientos lentos entre campos. Los bloques y macrobloques sobre los que se aplica la DCT se forman tomando píxeles de campos separados.
  • Estructura Entrelazada. Se aplica cuando el movimiento es más rápido. Para evitar componentes de frecuencias altas, en este caso se forman los bloques partiendo de un único campo. De este modo, el campo toma el papel de la imagen completa.

Codificación inter-frame. Se dispone de distintos modos de estimación de movimiento.

  • Modo frame. Búsquedas de un campo par a otro campo par y análogamente para el impar.
  • Modo campo. Búsquedas de vectores de movimiento entre un campo y el siguiente menos separados que en el caso anterior.
  • Modo mixto. Se usan predicciones tanto sobre el siguiente campo como sobre el siguiente cuadro.

 

Resoluciones MPEG-2 en SVCD


  • Resolución de vídeo:
    • 380 x 480 píxeles NTSC (USA, Japón)
    • 480 x 576 píxeles PAL (Europa)
  • 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:
    • Máximo 2.52 Mb/s
    • Mínimo 300 kB/s
    • YUV 4:2:0
  • Audio: MPEG-1 capa 2 (MP2), 44.1kHz, 224 Kbit/s

 

Resoluciones MPEG-2 en DVD


Resolución de Video:

  • 720 x 576, 704 x 576, 352 x 576 y 352 x 288 píxeles en PAL (Europa)
  • 720 x 480, 704 x 480, 352 x 480 y 352 x 240 píxeles en NTSC (USA, Japón)

Relación de aspecto:

  • 4:3
  • 16:9

Tasa de cuadros:

  • 59.94 campos/s, 29.97 cuadros/s (NTSC)
  • 50 campos/s, 25 cuadros/s (PAL)

Audio:

  • LPCM (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 (DTS): 754 kbit/s o 1510 kbit/s.
  • 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

 

Resoluciones MPEG-2 en DVB


Para SDTV:

  • Entre 720x480 y 352x480, a 24/30 fps
  • Entre 720x576 y 352x2800, a 25 fps.

Para HDTV:

  • 720 x 576 x 50 fps progresivo (576p50)
  • 1280 x 720 x 25 o 50 fps progresivo (720p50)
  • 1440 o 1920 x 1080 x 25 fps progresivo (1080p25)
  • 1440 o 1920 x 1080 x 25 fps entrelazado (1080i25)
  • 1920 x 1080 x 50 fps progresivo (1080p50) (posible para el formato H.264/AVC)
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