Форум проекта ProTV.UA

История развития
В 1988 г. Совместным Техническим Комитетом по Информационной Технологии (JTCI), объединяющим исследования Международной Организации Стандартизации (ISO) и Международной Электротехнической Комиссии (IEC), была организована специальная группа — Motion Pictures Expert Group (MPEG), задачей которой была разработка методов сжатия и восстановления цифрового видеосигнала в рамках стандарта, позволяющего объединить потоки видео-, аудио- и иной цифровой информации. Результатом многолетних исследований в области цифрового кодирования сигналов изображения и звукового сопровождения явилось создание международных стандартов для сжатия телевизионного сигнала: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4, которые в настоящее время наиболее перспективны и реализованы на практике. Все стандарты MPEG базируются на стандарте CCIR-601 (базовый стандарт цифрового видео).
Стандарты были разработаны для удовлетворения растущих потребностей в методах кодирования движущихся изображений и связанного с ними звука, а также других сопутствующих данных для различных приложений, таких как хранение цифровой информации, телевещание и связь. Использование этих стандартов для кодирования видеоинформации означает, что движущиеся изображения можно обрабатывать как компьютерные данные и хранить их в различных устройствах, передавать и получать по ныне существующим и будущим сетям и каналам вещания.
При создании стандартов были учтены требования различных типовых приложений, развиты и собраны в единый синтаксис необходимые алгоритмические элементы. Таким образом, эти стандарты призваны облегчить обмен битовыми потоками между различными приложениями. Они поддерживают постоянную и переменную скорости передачи, произвольный доступ, переключение каналов, масштабируемое декодирование, редактирование битового потока, а также такие специальные функции, как быстрое воспроизведение, быстрое обратное воспроизведение, обратное воспроизведение с нормальной скоростью, медленное движение, пауза и неподвижные изображения.
Стандарт MPEG-1 (1992 г.) предназначен для записи видеоданных на компакт-диски (CD-ROM) и передачи ТВ изображений по сравнительно низкоскоростным каналам связи (скорость цифрового потока до 1—3 Мбит/с). В нем используется стандарт развертки с четкостью, в 4 раза меньшей, чем в вещательном телевидении: 288 активных строк в ТВ кадре и 352 отсчета в активной части ТВ строки. Субъективная оценка качества ТВ изображения в зависимости от скорости передачи данных показывает, что стандарт MPEG-1 можно эффективно использовать при кодировании видеоданных до скорости 3,5 Мбит/с, так как в интервале скоростей от 1,5 до 3,5 Мбит/с увеличение скорости передачи видеоданных сопровождается адекватным улучшением качества ТВ изображения. Однако дальнейшее повышение скорости передачи уже не ведет к заметному улучшению качества, и при скорости передачи видеоданных выше 3,5 Мбит/с лучшее качество изображения получается при кодировании по стандарту MPEG-2.
Работы над стандартом MPEG-2 начались в 1990 г. Разработанный специально для кодирования ТВ сигналов вещательного телевидения, он позволяет получить высокую четкость ТВ изображения, соответствующую Рекомендации 601 МККР: 576 активных строк в кадре и 720 отсчетов в активной части строки. Стандарт предназначен для каналов связи, обеспечивающих скорость передачи данных 3—10 Мбит/с для обычного телевизионного стандарта и 15 — 30 Мбит/с для телевидения высокой четкости (ТВЧ). Проект стандарта MPEG-2 вышел в начале 1994 г., а в 1995 г. были выпущены последние документы. В стандарте обеспечивается совместимость «вперед», т. е. MPEG-2 декодер может декодировать поток данных формата MPEG-1.
Стандарт MPEG-3 начинали разрабатывать для кодирования сигналов ТВЧ. Однако после двухлетней работы над MPEG-2 было принято решение о расширении его возможностей: в него были включены алгоритмы для кодирования изображения ТВЧ, после чего MPEG-3 как самостоятельный стандарт перестал использоваться.
Следующий этап развития стандарта MPEG — MPEG-4, работа над которым началась в 1993 г. Стнадарт MPEG-4 предназначен для передачи видеоданных в низкоскоростных системах мультимедиа и видеоконференций по цифровым телефонным каналам. В этом случае используется стандарт развертки с четкостью, в 4 раза меньшей, чем в стандарте MPEG-1: 144 активных строки в кадре и 176 отсчетов в активной части строки, что позволяет снизить скорость цифрового потока до 64 Кбит/с. Стандарт MPEG-4 не предназначен для кодирования программ вещательного телевидения. Его принятие ожидается в 1998 г.
Общие положения
Стандарт MPEG-2 состоит из трех основных частей: системной, видео и звуковой.
Системная часть описывает форматы кодирования для мультиплексирования звуковой, видео- и другой информации, рассматривает вопросы комбинирования одного или более потоков данных в один или множество потоков, пригодных для хранения или передачи.
Системное кодирование в соответствии с синтаксическими и семантическими правилами, налагаемыми данным стандартом, обеспечивает необходимую и достаточную информацию, чтобы синхронизировать декодирование без переполнения или «недополнения» буферов декодера при различных условиях приема или восстановления потоков.

Таким образом, системный уровень выполняет пять основных функций:
Синхронизация нескольких сжатых потоков при воспроизведении
Объединение нескольких сжатых потоков в единый поток
Инициализация для начала воспроизведения
Обслуживание буфера
Определение временной шкалы
Видеочасть стандарта описывает кодированный битовый поток для высококачественного цифрового видео. MPEG-2 является совместимым расширением MPEG-1, он поддерживает чересстрочный видеоформат и содержит средства для поддержки ТВЧ.
Стандарт MPEG-2 определяется в терминах расширяемых профилей, каждый из которых, являясь частным случаем стандарта, имеет черты, необходимые всем классам приложений.
Иерархические масштабируемые профили могут поддерживать такие приложения, как совместимое наземное многопрограммное ТВ (ТВЧ), пакетные сетевые видеосистемы, обратную совместимость с другими стандартами (MPEG-1 и Н.261) и приложениями, использующими многоуровневое кодирование.
Такая система позволит потребителю использовать приемник для декодирования как стандартного телевизионного сигнала, так и сигнала ТВЧ из того же вещательного канала.
Звуковая часть стандарта MPEG-2 определяет кодирование многоканального звука. MPEG-2 поддерживает до пяти полных широкополосных каналов плюс дополнительный низкочастотный канал и (или) до семи многоязычных комментаторских каналов. Он также расширяет возможности кодирования моно-и стереозвуковых сигналов в MPEG-1 за счет использования половинных частот дискретизации (16; 22,05 и 24 кГц) для улучшения качества при скоростях передачи 64 Кбит/с и ниже.
Применение стандарта MPEG-2 в вещательном телевидении позволяет значительно снизить скорость передачи видео- и звуковых данных и за счет этого передавать несколько цифровых программ в стандартной полосе частот радиоканалов эфирного, кабельного и спутникового телевизионного вещания. Например, большие преимущества MPEG-2 дает в системах спутникового телевизионного вещания. Сжатие позволяет передать по одному стандартному каналу от одного до пяти цифровых каналов при профессиональном уровне качества видеосигнала. Важно и то, что цифровые каналы по сравнению с аналоговыми предоставляют более широкие возможности для передачи дополнительной информации.
Пропускная способность стандартного спутникового канала при полосе 32 МГц составляет 55 Мбит/с. Для вещания с профессиональным качеством необходима скорость цифрового потока 5 — 8 Мбит/с. Таким образом, один стандартный спутниковый канал позволяет транслировать 4 — 5 телевизионных программ. Возможно использование цифровых каналов с более высокими коэффициентами сжатия. При этом в одном стандартном канале передается до десяти видеопрограмм. Однако в этих случаях заметна потеря качества изображения. В общем случае переход к цифровому многопрограммному ТВ вещанию предполагает постепенный вывод из эксплуатации аналоговых систем вещания: SECAM, PAL, NTSC, освобождение за счет этого существующих радиоканалов и линий связи, а также их перепрофилирование для цифрового ТВ вещания. При этом система многопрограммного ТВ вещания должны быть встроена в существующий частотный план распределения ТВ каналов, который предусматривает полосу пропускания 8 МГц для эфирного и кабельного ТВ вещания, 27 МГц — для спутниковых систем непосредственного ТВ вещания и 30, 33, 36, 40, 46, 54, 72 МГц — для фиксированных служб спутниковой связи. Необходимо также учитывать сложившуюся взаимосвязь между спутниковыми и наземными системами телевещания, предполагающую использование ТВ каналов кабельных и эфирных сетей вещания также для доведения спутниковых программ до телезрителей.
При цифровом вещании взаимный обмен телепрограммами между наземными и спутниковыми вещательными службами существенно упрощается, если число цифровых ТВ программ в каждом стандартном по полосе пропускания спутниковом, кабельном и эфирном радиоканале будет одинаковым. Это требование было учтено при разработке международных стандартов на методы модуляции и канального кодирования в цифровых спутниковых и наземных каналах связи — DVB-S, DVB-C и DVB-T (Digital Video Broadcasting — Satellite, Cable, Terrestrial) — путем применения для более узкополосных радиоканалов более сложных и эффективных по плотности передачи информации методов модуляции.
При организации многопрограммного цифрового ТВ вещания весьма важно правильно выбрать скорость передачи, поскольку от этого непосредственно зависит качество изображения и звукового сопровождения.
Согласно экспертным оценкам, для получения изображения студийного качества, соответствующего Рекомендации 601 МККР, необходимо передавать видеоданные со скоростью около 9 Мбит/с. При этом декодированный видеосигнал будет пригоден для последующей цифровой обработки. Для получения изображения с качеством, соответствующим качеству изображения на экране бытового телевизора, будет достаточна скорость передачи около 6 Мбит/с. В этом случае декодированный видеосигнал будет малопригоден для последующей обработки и повторного кодирования с информационным сжатием.

Необходимо отметить, что качество ТВ изображения при одинаковой скорости передачи видеоданных в системах телевидения с частотой развертки полей 50 Гц будет выше, чем в системах телевидения с час-тотой развертки полей 60 Гц. Несколько слов о скорости передачи звуковых данных. В настоящее время общепринятым эталоном высшего качества звука является качество, получаемое при воспроизведении компакт-дисков. Поэтому в стандарте MPEG-2 предполагается, что в системах цифрового ТВ вещания качество звукового стереосопровождения субъективно не должно отличаться от звука с компакт-диска. Это условие выполняется для принятой в стандарте MPEG-2 системы информационного сжатия звуковых данных MUSICAM при скорости передачи по 128 Кбит/с на каждый моноканал звукового сопровождения. Таким образом, для самого низкого уровня — двухканального стереофонического звукового сопровождения — потребуется скорость передачи цифровых данных, равная 128 Кбит/с х 2 = 256 Кбит/с.
Цифровой поток для передачи дополнительной информации (ДИ) выбирается в зависимости от ее предполагаемого объема. Скорость передачи обычно выбирается кратной скорости цифрового потока телефонного канала — 64 Кбит/с. Для унификации каналов цифровой передачи данных звукового сопровождения и дополнительной информации обычно скорость передачи ДИ выбирается равной 128 Кбит/с.
В связи с большой сложностью построения стандарта MPEG-2 стоимость цифрового приемного оборудования выше аналогового. Именно по этой причине аналоговое вещание пока будет существовать наряду с цифровым.
Совместимость стандартов MPEG-1 и MPEG-2
MPEG-2 совместим с предыдущим стандартом MPEG-1 вперед и вверх по видеопотоку. Вообще говоря, при переходе к новому стандарту возможны следующие виды совместимости [6]:

Совместимость вперед (forward compatible) — декодер нового поколения должен уметь декодировать потоки кодера предыдущего поколения
Совместимость назад (backward compatible) — декодер предыдущего поколения должен уметь декодировать потоки или часть потока кодера нового поколения
Совместимость вверх (upward compatible) — декодер нового поколения с более высоким разрешением должен уметь декодировать потоки предыдущего поколения с низким разрешением
Совместимость вниз (downward compatible) — декодер предыдущего поколения с низким разрешением должен уметь декодировать потоки нового поколения с более высоким разрешением
Совместимость кодеров предыдущего (MPEG-1) и последующего (MPEG-2) поколений достигается за счет введения синтаксиса расширений заголовков. Декодер предыдущего поколения игнорирует дополнительную информацию, содержащуюся в расширениях заголовков, зарезервированных в предыдущем поколении стандарта, и способен восстанавливать данные, содержащиеся в битовом потоке. Таким образом можно обеспечить совместимость вперед и вверх. Совместимость назад и вниз может быть гарантирована лишь дополнительным аппаратным обеспечением декодера предыдущего поколения.

сперто тут - http://www.pskovsat.ru/standarts/mpeg1.html

а они сперли из книги Левченко <br> <BR> <br> <hr> <small> <small> <B>Spam Filter </b>: 0 </small> </small>