Разница между MPEG2 и MPEG4

Форматы медиафайлов MPEG2 и MPEG4 — в числе самых часто используемых на современных компьютерах. Что они представляют собой?

Факты о MPEG2

MPEG2 — это фактически не один цифровой формат, а группа стандартов, применяемых для кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Чаще всего используется для обработки видео, предназначенного для записи на DVD, а также при организации трансляции мультимедийного потока по каналам цифрового телевидения. Видео, закодированное с помощью MPEG2, обычно воспроизводится со скоростью около 30 кадров в секунду. Сжатие звука, сопровождающего кадры, может осуществляться в нескольких каналах.

Если говорить о технических нюансах, MPEG2 позволяют кодировать видео при обеспечении точности вектора движения кадра, составляющей порядка 0,5 пикселей. Тип преобразования при данном формате — дискретный конусный с 8 функциями. Стандарты в рамках MPEG2 не предполагают использования de-blocking фильтра, который позволяет улучшить качество воспроизводимого видеопотока. Коэффициент квантования в MPEG2 — фиксированный. Для кодирования видео применяются алгоритмы VLC, Huffman.

Факты о MPEG4

MPEG4 — это также группа стандартов кодирования и сжатия цифровых данных. Фактически является результатом дальнейшего развития технологий, используемых в MPEG2. Основное его преимущество перед предшествующим стандартом — возможность включать в структуру обрабатываемого медиафайла картинки, текст, трехмерные изображения. Кроме того, технологии MPEG4 в значительной степени ориентированы на применение не только профессиональными студиями звукозаписи и видеомонтажа, но и рядовыми пользователями.

Данные, которые допустимо кодировать с помощью стандартов MPEG4, могут быть не только записаны с естественных источников (например, посредством видеосъемки или звукозаписи на микрофон), но также и сгенерированы с помощью компьютерных программ.

Касательно технологических нюансов MPEG4 следует отметить, что этот стандарт обеспечивает точность вектора движения кадра в 0,25 пикселя, задействует не дискретное конусное преобразование, а целостное с 4 функциями, предполагает использование de-blocking фильтра. Основные алгоритмы кодирования, применяемые в MPEG4, — VLC, а также CABAC.

Как считают многие современные специалисты, MPEG4 примерно на 50 % более эффективен в части кодирования видео в сравнении со стандартами MPEG2. То есть соответствующие ему технологии могут быть задействованы при более низкой пропускной способности доступных каналов, меньшем объеме дискового пространства на серверах, а также меньшей величине памяти в ТВ-приставках — если речь идет об абонентской трансляции видеопотоков.

Сравнение

Главное отличие MPEG2 от MPEG4 — в уровне технологичности обработки аудио- и видеопотоков. Кроме того, второй стандарт можно считать менее ресурсоемким — с точки зрения нагрузки каналов и ресурсов памяти на различных устройствах, используемых при передаче данных. MPEG4 поддерживает более новые алгоритмы кодирования, большее количество типов источников данных.

Определив то, в чем разница между MPEG2 и MPEG4, зафиксируем ее критерии в небольшой таблице.

Источник

Описание форматов сжатия MPEG-2 и MPEG-4

Отличительной особенностью видеоданных является их чрезвычайно большой объем. Специалисты в области сжатия данных, уже на протяжение многих лет работают над улучшением эффективности алгоритмов компрессии видеоизображений. На рубеже 21 века, с появлением HDTV, назрела острая необходимость передавать большие объемы видеоинформации по спутниковым и кабельным сетям, и встала задача оптимизации способов кодирования видеоданных.

Технические аспекты стандарта MPEG-2

Задача сводится к определению на экране неподвижного фона и движущихся объектов, на основании этого можно выделить и передать информацию о базовом кадре, а потом уже передавать кадры с информацией о движущихся объектах. В процессе передачи данных происходит отбрасывание малозначимой информации, аналогичной принципам, которые используются в графическом формате JPEG. Реализуется процесс путем разбивки потока видеоинформации на группы видеоизображений, каждая группа состоит из 3-х типов видеокадров. Обычно используются потоки из 30 кадров в секунду.

Благодаря постоянному совершенствованию видео кодеков формата MPEG-2 операторы спутникового и кабельного вещания получили возможность передавать в 2 раза больший объем информации при той же пропускной способности канала, чем когда то, на заре эволюции цифрового вещания. Стало появляться все большее количество разных видео кодеков, но они уже не соответствовали существующему формату MPEG-2. Назрела необходимость дальнейшей унификации стандарта.

MPEG-4 и HDTV

Цифровое спутниковое телевидение использует формат MPEG-2, где при разрешении кадра в 720×576 пикселей, скорость информационного потока при 30 кадрах/сек. составляет около 12 Мбит/сек, практически же используется скорость потока около 3 Мбит/сек. При стандартной ширине полосы в 54МГц на одном транспондере спутника обычно умещается 18 каналов. При вещании в HDTV разрешение изображения составляет 1920×1080 пикселей, что в 5 раз больше по сравнению с обычным SD телевидением, и для вещания одного HDTV канала в стандарте MPEG-2 оператору потребовалось бы арендовать чуть ли не треть транспондера.

Очередным витком в развитии алгоритмов видеокомпрессии стал стандарт MPEG-4. Изначально он предназначался для передачи потокового видео по низкоскоростным каналам, но так же нашел применение и в цифровом телевидении.

Идея стандарта MPEG-4 заключается в объединении 22 подстандартов, из которых поставщики могут выбрать тот, который более точно отвечает их задачам.

Выделим из них наиболее важные подстандарты:

При переходе операторов спутникового телевидения на стандарт DVB-S2 и сжатие данных в MPEG-4 кодеком H.264 позволило в стволе одного транспондера разместить 8-10 HDTV каналов.

Источник

MPEG2 VS. MPEG4: все, что вы хотите знать, здесь

MPEG-это группа экспертов по движущимся изображениям, рабочая группа властей, созданная ISO и IEC для установления стандартов сжатия и передачи аудио и видео.Он был основан в 1988 году по инициативе Хироши Ясуда(Nippon Telegraph and Telephone)и Леонардо Кьяриглионе, председателя группы с момента ее основания.Первое собрание MPEG состоялось в мае 1988 года в Оттаве, Канада.По состоянию на конец 2005 года MPEG вырос и включает около 350 участников на каждое собрание из различных отраслей, университетов и исследовательских институтов.

Формат MPEG используется на нескольких носителях.На этом рисунке некоторые из наиболее известных носителей связаны с версией формата MPEG и используемым форматом контейнера(TS и PS).

Стандарты MPEG состоят из разных частей: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21.Каждая часть охватывает определенный аспект всей спецификации.Среди них две самые популярные технологии сжатия и распаковки называются MPEG2 и MPEG4.

Что такое MPEG2?

MPEG2 был выпущен в 1995 году, стандарт для «общего кодирования движущихся изображений и связанной с ними звуковой информации».Транспортные, видео и аудио стандарты для телевидения вещательного качества.Стандарт MPEG2 был значительно шире по объему и привлекательности-поддерживал чересстрочную развертку и высокое разрешение.MPEG-2 считается важным, потому что он был выбран в качестве схемы сжатия для эфирного цифрового телевидения ATSC, DVB и ISDB, услуг цифрового спутникового телевидения, таких как Dish Network, сигналов цифрового кабельного телевидения, SVCD и DVD-видео.Он также используется на дисках Blu-ray, но они обычно используют MPEG-4 Part 10 или SMPTE VC-1 для контента высокой четкости.

Что такое MPEG4?

MPEG4 был выпущен в 1999 году и представляет собой метод определения сжатия аудио-и визуальных(AV)цифровых данных.MPEG4 использует дополнительные инструменты кодирования с дополнительной сложностью для достижения более высоких коэффициентов сжатия, чем MPEG2.Помимо более эффективного кодирования видео, MPEG4 приближается к приложениям компьютерной графики.В более сложных профилях декодер MPEG4 фактически становится процессором рендеринга, а сжатый поток битов описывает трехмерные формы и текстуру поверхности.MPEG4 поддерживает управление и защиту интеллектуальной собственности(IPMP), что дает возможность использовать проприетарные технологии для управления и защиты контента, такие как управление цифровыми правами.

Различия между MPEG2 и MPEG4

Теперь мы объясним, как кодировщики MPEG2 и MPEG4 обрабатывают сжатие, размер файла, качество, скорость передачи, пропускную способность, расширения имени файла и приложение.

MPEG2 против MPEG4-сжатие

И MPEG2, и MPEG4 могут поддерживать одинаковое качество звука или видео при кодировании.MPEG2 использует кодировку H.262, а MPEG4 использует H.264.Хотя сжатие MPEG2 намного проще, чем MPEG4, сжатие MPEG4 является улучшением по сравнению с форматом MPEG2.Это связано с тем, что используемый алгоритм MPEG4 гарантирует высокое качество видеоэффекта при относительно меньшем размере файла, в то же время сохраняя поток видео с низким битом.По сравнению с MPEG2, MPEG4 является гораздо более универсальным форматом кодирования.

# MPEG2 против MPEG4-размер файла

Видеофайлы, закодированные в MPEG2, намного больше, чем MPEG4.Потому что алгоритм сжатия MPEG4 предназначен для создания файлов, которые можно использовать при передаче мультимедиа онлайн/по сети.Файлы MPEG2 всегда хранятся на DVD, что увеличивает емкость.

# MPEG2 против MPEG4-качество

MPEG2 обеспечивает безупречное качество, которое превосходит MPEG-4.MPEG2 является отраслевым стандартом и может обрабатывать видеопотоки из локальных источников, таких как DVD-диски и приложения для вещания.Однако, к сожалению, из-за большего размера файла он не подходит для Интернета или сетевых приложений.С другой стороны, MPEG4 использует высокую степень сжатия и меньшие размеры файлов для обеспечения высококачественного видео и звука в приложениях потоковой передачи мультимедиа в Интернете.

# MPEG2 против MPEG4-скорость передачи данных и пропускная способность + Файлы, закодированные в формате MPEG2

, имеют битрейт от 5 до 80 Мбит/сек, тогда как файлы MPEG4 существенно меньше, чем MPEG-2(несколько килобайт в секунду).Поэтому формат MPEG4 разработан для сетевых приложений.

Если вы сравните пропускную способность MPEG2 и MPEG4, вы обнаружите огромную разницу, поскольку они предназначены для разных платформ.MPEG2 требует гораздо большей полосы пропускания для потоковой передачи по сравнению с MPEG4.MPEG2 имеет пропускную способность до 40 МБ в секунду, но MPEG4 имеет пропускную способность около 64 кбит/с.

# MPEG2 против MPEG4-расширения имен файлов

# MPEG2 vs MPEG4-Application

Оба формата сегодня используются для различных приложений.MPEG-2 по-прежнему используется для DVD и телевизионного вещания, в то время как MPEG4 является предпочтительным методом кодирования для портативных устройств и потоковой передачи в Интернете.

Одно можно сказать наверняка, по сравнению с MPEG2, MPEG4 является более эффективным и универсальным видеоформатом для своей технологии кодирования видео с символами высокой степени сжатия, небольшого размера, низких требований к полосе пропускания и обширных приложений.Поскольку MPEG2 является методом кодирования DVD-дисков, как это сделать, если у вас есть DVD-диски и вы хотите воспроизвести их на портативных устройствах или в Интернете? Копирование DVD в MPEG4 было бы хорошим выбором.В любом случае, и MPEG2, и MPEG4-популярные форматы, применимые к разным областям.Разница заключается в ваших конкретных требованиях.

Источник

MPEG: Общая информация

Стандарт сжатия MPEG разработан Экспертной группой кинематографии (Moving Picture Experts Group — MPEG). MPEG это стандарт на сжатие звуковых и видео файлов в более удобный для загрузки или пересылки, например через интернет, формат.

Существуют разные стандарты MPEG (как их еще иногда называют фазы — phase): MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7.

MPEG состоит из трех частей: Audio, Video, System (объединение и синхронизация двух других).

MPEG-1

MPEG-1 был разработан и оптимизирован для работы с разрешением 352 ppl (point per line — точек на линии) * 240 (line per frame — линий в кадре) * 30 fps (frame per second — кадров в секунду), что соответствует скорости передачи CD звука высокого качества. Используется цветовая схема — YCbCr (где Y — яркостная плоскость, Cb и Cr — цветовые плоскости).

Как MPEG работает:

Последовательность кадров может быть например такая: IBBPBBPBBPBBIBBPBBPB …

Последовательность декодирования: 0312645…

Нужно заметить, что прежде чем декодировать B кадр требуется декодировать два I или P кадра. Существуют разные стандарты на частоту, с которой должны следовать I кадры, приблизительно 1-2 в секунду, соответствуюшие стандарты есть и для P кадров (каждый 3 кадр должен быть P кадром). Существуют разные относительные разрешения Y, Cb, Cr плоскостей (Таблица 1), обычно Cb и Cr кодируются с меньшим разрешением чем Y.

Таблица 1

Для применения алгоритмов кодировки происходит разбивка кадров на макроблоки каждый из которых состоит из определенного количества блоков (размер блока — 8*8 пикселей). Количество блоков в макроблоке в разных плоскостях разное и зависит от используемого формата (Рис. 2):

Техника кодирования:

Так как не любой блок можно предсказать на основании информации о предыдущих, то в P и B кадрах могут находиться I блоки (блоки без предсказания движения).

Таблица 2

DCT использует тот факт, что пиксели в блоке и сами блоки связаны между собой (т.е. коррелированны), поэтому происходит разбивка на частотные фурье компоненты (в итоге получается quantization matrix — матрица преобразований данных из непрерывной в дискретную форму, числа в которой являются величиной амплитуды соответствующей частоты), затем алгоритм Quantization разбивает частотные коэффициенты на определенное количество значений. Encoder (кодировщик) выбирает quantization matrix которая определяет то, как каждый частотный коэффициент в блоке будет разбит (человек более чувствителен к дискретности разбивки для малых частот чем для больших). Так как в процессе quantization многие коэффициенты получаются нулевыми то применяется алгоритм зигзага для получения длинных последовательностей нулей (Рис.3)

Звук в MPEG:

Форматы кодирования звука деляться на три части: Layer I, Layer II, Layer III (прообразом для Layer I и Layer II стал стандарт MUSICAM, этим именем сейчас иногда называют Layer II). Layer III достигает самого большого сжатия, но, соответственно, требует больше ресурсов на кодирование.

Принципы кодирования основаны на том факте, что человеческое ухо не совершенно и на самом деле в несжатом звуке (CD-audio) передается много избыточной информации. Принцип сжатия работает на эффектах маскировки некоторых звуков для человека (например, если идет сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет слышен человеку, также будет ослаблена чувствительность человеческого уха на период в 100 мс после и 5 мс до возникновения сильного звука). Psycoacustic (психоакустическая) модель используемая в MPEG разбивает весь частотный спектр на части, в которых уровень звука считается одинаковым, а затем удаляет звуки не воспринимаемые человеком, благодаря описанным выше эффектам.

В Layer III части разбитого спектра самые маленькие, что обеспечивает самое хорошее сжатие. MPEG Audio поддерживает совместимость Layer’ов снизу вверх, т.е. decoder (декодировщик) для Layer II будет также распознавать Layer I.

Видео поток (Рис. 5) содержит заголовок, затем несколько групп картинок (заголовок и несколько картинок необходимы для того, что бы обеспечить произвольный доступ к картинкам в группе в независимости от их порядка).

Звуковой поток состоит из пакетов каждый из которых состоит из заголовка и нескольких звуковых кадров (audio-frame).

Для синхронизации аудио и видео потоков в системный поток встраивается таймер, работающий с частотой 90 КГц (System Clock Reference — SCR, метка по которой происходит увеличения временного счетчика в декодере) и Presentation Data Stamp (PDS, метка насала воспроизведения, вставляются в картинку или в звуковой кадр, чтобы объяснить декодеру, когда их воспроизводить. Размер PDS сотавляет 33 бита, что обеспечивает возможность представления любого временного цикла длинной до 24 часов).

Параметры MPEG-1 (Утверждены в 1992)

Параметры Аудио: 48, 44.1, 32 КГц, mono, dual (два моно канала), стерео, интенсивное стерео (объединяются сигналы с частотой выше 2000 Гц.), m/s stereo (один канал переносит сумму — другой разницу). Сжатие и скорость передачи звука для одного канала, для частоты 32 КГц представлены в Таблице 3.

Таблица 3

В следствии зтого совершенно спокойно можно использовать MPEG-1 Vidio + MPEG-2 Audio или наоборот MPEG-2 Audio + MPEG-1 Video.

Таблица 4, Уровни

Таблица 5, Профили

Таблица 6, Допустимые комбинации Профилей и Уровней

Таблица 7, Наиболее популярные стандарты.

MPEG-3 — ненужный формат

Был разработан для HDTV приложений с параметрами — максимальное разрешение (1920*1080*30), скорость 20 — 40 Mbps. Так как он не давал принципиальных улучшений по сравнению с MPEG-2 (да и к тому же MPEG-2 стал широко использоваться в разных вариантах, в том числе и для HDTV), то он благополучно вымер.

MPEG-4 — очень мощный формат

MPEG-4 — стандарт для низкоскоростной передачи (64 kbps), находящийся еще в стадии разработки. Первую версию планируется закончить в 1999 году.

MPEG-J

MPEG-J — стандартное расширение MPEG-4 в котором используются Java — элементы.

MPEG-7

MPEG-7 — не является продолжение MPEG как такового — стал разрабатываться сравнительно недавно, планируется его закончить к 2001 г. MPEG — 7 будет обеспечивать стандарт для описания различных типов мультимедийной информации (а не для ее кодирования), чтобы обсепечивать эффективный

MHEG — (Multimedia & Hypermedia Expert Group — экспертная группа по мультимедиа и гипермедиа) — определяет стандарт для обмена мультимедийными объектами (видео, звук, текст и другие произвольные данные) между приложениями и передачи их разными способами (локальная сеть, сети телекоммуникаций и вещания) с использованием MHEG object classes. Он позволяет программным объектам включать в себя любую систему кодирования (например MPEG), которая определена в базовом приложении. MHEG был принят DAVIC (Digital Audio-Visual Council — совет по цифровому видео и звуку). MHEG объекты делаются мультимедиа приложениями используя multimedia scripting languages.

Утверждается, что MHEG — будущий международный стандарт для интерактивного TV, так как он работает на любых платформах и его документация свободно распространяема.

Источник

Вступление

С появлением первых DVD-проигрывателей, обладающих колоссальной емкостью и относительно доступной ценой, MPEG-2, что вполне естественно был выбран в качестве основного формата компрессии видеоданных за его высокое качество и высокую степень сжатия. Именно фильмы, использующие MPEG-2, до сих пор являются главнейшим аргументом в пользу DVD.

Закончим с ретроспективным обзором MPEG-2 и попытаемся покопаться в его внутренностях. Как уже говорилось, MPEG-2 формат эволюционный, именно поэтому уместно его рассматривать, сравнивая с его именитым прародителем MPEG-1, с указанием, что же нового было внесено в исходный формат.

MPEG-2. Что нового?

Как стало известно из исследований комитета MPEG, свыше 95% видеоданных, так или иначе, повторяются в разных кадрах, причем неоднократно. Эти данные являются балластными или, если использовать термин, предложенный комитетом MPEG, избыточными. Избыточные данные удаляются практически без ущерба для изображения, на место повторяющиеся участков при воспроизведении подставляется один единственный оригинальный фрагмент. К уже известным алгоритмам сжатия и удаления избыточной информации, которые встречались нам в формате MPEG-1, добавился еще один, по-видимому, наиболее эффективный. После разбивки видеопотока на фреймы, данный алгоритм анализирует содержимое очередного фрейма на предмет повторяющихся, избыточных данных. Составляется список оригинальных участков и таблица участков повторяющихся. Оригиналы сохраняются, копии удаляются, а таблица повторяющихся участков используется при декодировании сжатого видеопотока. Результатом работы алгоритма удаления избыточной информации является превосходное высокочеткое изображение при низком битрейте. Подобное соотношение размер/качество до появления MPEG-2 считалось недостижимым.

Итак, мы рассмотрели один из подходов, который обеспечил существенное уменьшение размера кодируемого файла, но если бы этот трюк был один, то разработчики никогда не добились бы столь впечатляющих результатов, которые мы увидели в MPEG-2. Разумеется, им пришлось хорошенько попотеть над уже существующими алгоритмами, буквально вылизав их и выжав все до последнего байта. Очень существенной модернизации подверглись алгоритмы сжатия видео.

Изменения в алгоритмах сжатия видеоданных по сравнению с MPEG-1.

У всех этих алгоритмов много общего: все они работаю со слоями потока видеоданных, использование этих алгоритмов позволяет достичь высокого сжатия при практически незаметном ухудшении картинки. Но есть еще одно свойство этих алгоритмов, возможно, что и не такое приятное. Использование любого из них, делает видеоролик абсолютно несовместимым с форматом MPEG-1. Поэтому эти алгоритмы были далеко не в каждом кодеке MPEG-2.
В результате появилось множество форматов, разного разрешения, качества, с разной степенью сжатия и с разным соотношением размер/качество. С целью наведения порядка и окончательной стандартизации MPEG-2 комитетом MPEG были введены понятия уровней и профилей. Именно уровни и профили, а так же их комбинации позволяют однозначно описать практически любой формат из семейства MPEG-2.

Уровни

Допустимые комбинации Профилей и Уровней

Наиболее популярные стандарты.

Изменения в алгоритмах сжатии аудиоданных формата MPEG-2.

Единственно, что хотелось бы добавить, для MPEG-2 AAC, так же как и для видео, существуют профили: базовый профиль Main, Low Complexity (LC) и Scalable Sampling Rate (SSR, требуется декодер поддерживающий VBR).

Объединение звука и видео в формате MPEG-2.

Послесловие

Источник