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MPEG-2

MPEG-2 se utiliza en la transmisión de vídeo digital y en los DVD. El flujo de transporte MPEG , TS, y el flujo de programa MPEG , PS, son formatos contenedores . MPEG-2 (tambié...

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MPEG-2 se utiliza en la transmisión de vídeo digital y en los DVD. El flujo de transporte MPEG , TS, y el flujo de programa MPEG , PS, son formatos contenedores .

MPEG-2 (también conocido como H.222/H.262, según la definición de la UIT ) es un estándar para la codificación genérica de imágenes en movimiento e información de audio asociada. [ 1 ] Describe una combinación de métodos de compresión de vídeo y audio con pérdida , que permiten el almacenamiento y la transmisión de películas utilizando los medios de almacenamiento y el ancho de banda de transmisión disponibles actualmente. Si bien MPEG-2 no es tan eficiente como los estándares más recientes, como H.264/AVC y H.265/HEVC , su compatibilidad con versiones anteriores de hardware y software hace que siga siendo ampliamente utilizado, por ejemplo, en la transmisión de televisión digital terrestre y en el estándar DVD-Video .

Características principales

MPEG-2 se utiliza ampliamente como formato de señales de televisión digital transmitidas por sistemas terrestres (por aire), por cable y por satélite . También especifica el formato de películas y otros programas distribuidos en DVD y discos similares. Las estaciones de televisión , los receptores de televisión , los reproductores de DVD y otros equipos suelen diseñarse conforme a este estándar. MPEG-2 fue el segundo de varios estándares desarrollados por el Grupo de Expertos en Imágenes en Movimiento ( MPEG ) y es un estándar internacional ( ISO / IEC 13818 , titulado «Tecnología de la información: codificación genérica de imágenes en movimiento e información de audio asociada »). Las partes 1 y 2 de MPEG-2 se desarrollaron en colaboración con la UIT-T y tienen un número de catálogo correspondiente en la Serie de Recomendaciones de la UIT-T.

Aunque MPEG-2 es la base de la mayoría de los formatos de televisión digital y DVD, no los define por completo. Las instituciones regionales pueden adaptarlo a sus necesidades restringiendo o ampliando ciertos aspectos del estándar. Véase Perfiles y niveles de vídeo .

Sistemas

MPEG-2 Parte 1 (ISO/IEC 13818-1 y ITU-T Rec. H.222.0 [ 2 ] [ 3 ] ), titulado Sistemas , define dos formatos de contenedor distintos, pero relacionados . Uno es el flujo de transporte , un formato de paquete de datos diseñado para transmitir un paquete de datos en cuatro paquetes de datos ATM para la transmisión de vídeo y audio digital a través de medios de transmisión fijos o móviles, donde el principio y el final del flujo pueden no estar identificados, como medios de grabación de radiofrecuencia , cable y lineal, ejemplos de los cuales incluyen la radiodifusión ATSC / DVB / ISDB / SBTVD y la grabación HDV en cinta. El otro es el flujo de programa , una versión extendida del formato de contenedor MPEG-1 con menos sobrecarga que el flujo de transporte . El flujo de programa está diseñado para medios de almacenamiento de acceso aleatorio como discos duros , discos ópticos y memoria flash .

Los formatos de archivo de flujo de transporte incluyen M2TS , que se usa en discos Blu-ray , AVCHD en DVD regrabables y HDV en tarjetas Compact Flash . Los archivos de flujo de programa incluyen VOB en DVD y Enhanced VOB en el efímero formato HD DVD . El flujo de transporte estándar MPEG-2 contiene paquetes de 188 bytes. M2TS antepone a cada paquete 4 bytes que contienen un indicador de permiso de copia de 2 bits y una marca de tiempo de 30 bits.

La ISO autorizó a la " SMPTE Registration Authority, LLC" como autoridad de registro para los identificadores de formato MPEG-2. El descriptor de registro del transporte MPEG-2 se proporciona en la norma ISO/IEC 13818-1 para permitir a los usuarios del estándar transportar datos de forma inequívoca, incluso cuando su formato no sea necesariamente un estándar internacional reconocido. Esta disposición permitirá que el estándar de transporte MPEG-2 transporte todo tipo de datos, a la vez que proporciona un método de identificación inequívoca de las características de los datos privados subyacentes. [ 4 ]

Video

MPEG-2 Parte 2 (ISO/IEC 13818-2 y ITU-T Rec. H.262), titulado Video , es similar al estándar anterior MPEG-1 Parte 2 , pero añade compatibilidad con vídeo entrelazado , el formato utilizado por los sistemas de televisión analógica. El vídeo MPEG-2 no está optimizado para bajas tasas de bits , especialmente inferiores a 1  Mbit/s en resoluciones de definición estándar . Todos los decodificadores de vídeo MPEG-2 que cumplen con los estándares son totalmente capaces de reproducir flujos de vídeo MPEG-1 que se ajusten a los límites del flujo de bits de parámetros restringidos (CPB).

Con algunas mejoras, el formato de vídeo y sistemas MPEG-2 también se utiliza en algunos sistemas de transmisión de HDTV y es el formato estándar para la televisión digital ATSC por aire . [ 5 ]

Audio

MPEG-2 introduce nuevos métodos de codificación de audio en comparación con MPEG-1: [ 6 ]

MPEG-2 Parte 3

MPEG-2 Parte 3 (ISO/IEC 13818-3), titulado Audio , mejora el audio de MPEG-1 al permitir la codificación de programas de audio con más de dos canales , hasta 5.1 multicanal. Este método es retrocompatible con MPEG-1, lo que permite a los decodificadores de audio MPEG-1 decodificar los dos componentes estéreo principales de la presentación. [ 7 ] Esta extensión se denomina MPEG Multicanal o MPEG-2 BC (retrocompatible). [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

MPEG-2 Parte 3 también define tasas de bits y frecuencias de muestreo adicionales para las capas de audio I, II y III de MPEG-1. [ 12 ] Esta extensión se conoce como MPEG-2 LSF (frecuencias de muestreo bajas), ya que las nuevas frecuencias de muestreo son múltiplos de la mitad (16, 22,05 y 24  kHz) de las frecuencias de muestreo definidas en MPEG-1 (32, 44,1 y 48  kHz).

MPEG-2 Parte 7

MPEG-2 Parte 7 (ISO/IEC 13818-7), titulado Codificación de audio avanzada (AAC), especifica un formato de audio bastante diferente y no compatible con versiones anteriores. [ 10 ] Este formato se conoce comúnmente como Codificación de audio avanzada (AAC), pero originalmente se llamaba MPEG-2 NBC (no compatible con versiones anteriores). [ 8 ] [ 9 ] [ 13 ]

AAC es más eficiente que los estándares de audio MPEG anteriores y, en cierto modo, es menos complejo que su predecesor, MPEG-1 Parte 3 Audio Layer 3 , ya que no cuenta con el banco de filtros híbrido. Admite de 1 a 48 canales con frecuencias de muestreo de 8 a 96  kHz, y ofrece capacidades multicanal, multilingües y multiprograma. [ 6 ]

AAC también se define en MPEG-4 Parte 3 .

Partes MPEG-2

Los estándares MPEG-2 se publican en forma de "Partes". Cada parte abarca un aspecto determinado de la especificación completa.

Historia

MPEG-2 surgió para subsanar las deficiencias de MPEG-1.

Debilidades conocidas de MPEG-1:

  • Un sistema de compresión de audio limitado a dos canales (estéreo).
  • No existe soporte estandarizado para vídeo entrelazado con compresión deficiente cuando se utiliza para vídeo entrelazado.
  • Solo existía un perfil estandarizado, el flujo de bits de parámetros restringidos (CBP), que no era adecuado para vídeo de alta resolución. MPEG-1 podía admitir vídeo 4K, pero no había una forma sencilla de codificar vídeo para resoluciones superiores ni de identificar el hardware capaz de soportarlo, ya que las limitaciones de dicho hardware no estaban definidas.
  • Soporte para un único submuestreo de croma , 4:2:0

Sakae Okubo de NTT fue el coordinador de la UIT-T para el desarrollo del estándar de codificación de vídeo H.262/MPEG-2 Parte 2 y el presidente de requisitos en MPEG para el conjunto de estándares MPEG-2. [ 26 ] La mayoría de las patentes subyacentes a la tecnología MPEG-2 son propiedad de tres empresas: Sony (311 patentes), Thomson (198 patentes) y Mitsubishi Electric (119 patentes). [ 27 ] Hyundai Electronics (ahora SK Hynix ) desarrolló el primer decodificador MPEG-2 SAVI (Sistema/Audio/Vídeo) en 1995. [ 28 ]

extensiones de nombre de archivo

.mpg, .mpeg, y .m2vson algunas de las extensiones de nombre de archivo utilizadas para los formatos de archivo de audio y video MPEG-2. .mpgy en particular .mpegtambién se utilizan para los formatos MPEG-1.

La extensión de archivo MP3 (formalmente MPEG-1 Audio Layer III o MPEG-2 Audio Layer III ) es un formato de codificación para audio digital desarrollado principalmente por la Sociedad Fraunhofer en Alemania, con el apoyo de otros científicos digitales en los Estados Unidos y otros lugares.

Aplicaciones

DVD-Vídeo

El estándar DVD-Video utiliza vídeo MPEG-2, pero impone algunas restricciones:

  1. ↑ 1.85:1 y 2.35:1, entre otros, suelen figurar como relaciones de aspecto válidas para DVD, pero son relaciones de aspecto de película más anchas con relleno estilo letterbox para crear una imagen de 16:9.
  • Velocidades de fotogramas permitidas
    • 29,97 fotogramas entrelazados (NTSC)
    • 23,976 fotogramas progresivos/s (para NTSC 2:3 pulldown a 29,97 [ dvdrates 1 ] )
    • 25  fotogramas entrelazados (PAL)
  1. ↑ Al usar un patrón de indicadores REPEAT_FIRST_FIELD en los encabezados de las imágenes codificadas, se pueden mostrar imágenes para dos o tres campos y se puede lograr casi cualquier velocidad de visualización de imágenes (mínimo 2/3 de la velocidad de fotogramas). Esto se usa con mayor frecuencia para mostrar video de 23.976 (aproximadamente la velocidad de película) en NTSC. Consulte la sección de telecine para obtener más información sobre cómo funciona.
  • tasa de bits de audio + vídeo
    • Velocidad máxima de vídeo: 9,8  Mbit/s
    • Pico total 10,08  Mbit/s
    • Mínimo 300  kbit/s
  • YUV 4:2:0
  • Subtítulos adicionales disponibles
  • Subtítulos (solo NTSC)
  • Audio
    • Modulación por impulsos codificados lineal (LPCM): 48  kHz o 96  kHz; 16 o 24 bits; hasta seis canales (no todas las combinaciones son posibles debido a las limitaciones de la tasa de bits).
    • MPEG Layer 2 (MP2): 48  kHz, hasta 5.1 canales (solo necesario en reproductores PAL)
    • Dolby Digital (DD, también conocido como AC-3): 48  kHz, 32 – 448  kbit/s, hasta 5.1 canales
    • Sistemas de cine digital (DTS): 754  kbit/s o 1510  kbit/s (no es necesario para la compatibilidad con reproductores de DVD).
    • Los DVD NTSC deben contener al menos una pista de audio LPCM o Dolby Digital.
    • Los DVD PAL deben contener al menos una pista de audio MPEG Layer 2, LPCM o Dolby Digital.
    • Los reproductores no están obligados a reproducir audio con más de dos canales, pero deben ser capaces de convertir audio multicanal a dos canales.
  • Estructura del Partido Republicano (Grupo de imágenes)
    • El encabezado de secuencia debe estar presente al principio de cada GOP.
    • Máximo de fotogramas por GOP: 18 (NTSC) / 15 (PAL), es decir, 0,6 segundos cada uno.
    • Se requiere GOP cerrado para DVD multiángulo

HDV

HDV es un formato para la grabación y reproducción de vídeo MPEG-2 de alta definición en una cinta de casete DV.

MOD y TOD

MOD y TOD son formatos de grabación para su uso en videocámaras digitales de consumo basadas en archivos.

XDCAM

XDCAM es un formato de grabación de vídeo profesional basado en archivos.

DVB

Restricciones específicas de la aplicación para el vídeo MPEG-2 en el estándar DVB :

Resoluciones permitidas para SDTV :

  • 720, 704, 544, 528, 480 o 352 × 480 píxeles, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 fotogramas/s
  • 352 × 240 píxeles, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 fotogramas/s
  • 720, 702, 544, 528, 480 o 352 × 576 píxeles, 25 fotogramas/s
  • 352 × 288 píxeles, 25 fotogramas/s

Para HDTV:

  • 720 x 576 x 50 fotogramas/s progresivo (576p50)
  • 1280 x 720 x 25 o 50 fotogramas/s progresivos (720p50/720p50)
  • 1440 o 1920 x 1080 x 25 fotogramas/s progresivo (1080p25 = modo película)
  • 1440 o 1920 x 1080 x 25 fotogramas entrelazados (1080i50)

ATSC

El estándar ATSC A/53 utilizado en Estados Unidos emplea vídeo MPEG-2 en el perfil principal de alto nivel (MP@HL), con restricciones adicionales como una tasa de bits máxima de 19,39  Mbit/s para la televisión abierta y de 38,8 Mbit/s para la televisión por cable, un formato de submuestreo de croma  4:2:0 e información colorimétrica obligatoria.

ATSC permite las siguientes resoluciones de vídeo, relaciones de aspecto y velocidades de fotogramas/campo:

  • 1920 × 1080 píxeles (16:9, píxeles cuadrados), a 30p, 29,97p, 24p, 23,976p, 60i, 59,94i.
  • 1280 × 720 píxeles (16:9, píxeles cuadrados), a 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p o 23,976p.
  • 704 × 480 píxeles (4:3 o 16:9, píxeles no cuadrados), a 60p, 59.94p, 30p, 29.97p, 24p, 23.976p, 60i o 59.94i
  • 640 × 480 píxeles (4:3, píxeles cuadrados), a 60p, 59.94p, 30p, 29.97p, 24p, 23.976p, 60i o 59.94i.

El estándar ATSC A/63 define resoluciones y relaciones de aspecto adicionales para  la señal de 50 Hz (PAL).

La especificación ATSC y MPEG-2 permiten el uso de fotogramas progresivos, incluso dentro de una secuencia de vídeo entrelazada. Por ejemplo, una emisora ​​que transmite una secuencia de vídeo 1080i60 puede utilizar un método de codificación en el que esos 60 campos se codifican con 24 fotogramas progresivos y los metadatos indican al decodificador que los entrelace y realice una conversión 3:2 antes de la visualización. Esto permite a las emisoras alternar entre contenido  entrelazado de 60 Hz (noticias, telenovelas) y  progresivo de 24 Hz (horario estelar) sin interrumpir la secuencia MPEG-2 e introducir varios segundos de retardo mientras el televisor cambia de formato. Esta es la razón por la que las secuencias 1080p30 y 1080p24 permitidas por la especificación ATSC no se utilizan en la práctica.

Los formatos de 1080 líneas se codifican con matrices de luminancia de 1920 × 1088 píxeles y matrices de croma de 960 × 540, pero las últimas 8 líneas se descartan durante el proceso de decodificación y visualización de MPEG-2.

ATSC A/72 es la revisión más reciente de los estándares ATSC para televisión digital, que permite el uso del formato de codificación de vídeo H.264/AVC y la señal 1080p60.

El audio MPEG-2 fue uno de los candidatos para convertirse en el estándar ATSC durante la competición " Grand Alliance " de la televisión digital , pero perdió frente a Dolby AC-3 .

ISDB-T

Las características técnicas de MPEG-2 en ATSC también son válidas para ISDB-T , excepto que en el TS principal se ha agregado un segundo programa para dispositivos móviles comprimido en MPEG-4 H.264 AVC para vídeo y AAC -LC para audio, conocido principalmente como 1seg .

Blu-ray

MPEG-2 es uno de los tres formatos de codificación de vídeo compatibles con Blu-ray Disc. Los primeros lanzamientos de Blu-ray solían usar vídeo MPEG-2, pero los lanzamientos recientes casi siempre utilizan H.264 o, en ocasiones, VC-1 . Solo se admite vídeo MPEG-2 (MPEG-2 parte 2); Blu-ray no admite audio MPEG-2 (partes 3 y 7). Además, el formato contenedor utilizado en los discos Blu-ray es un flujo de transporte MPEG-2, independientemente de los códecs de audio y vídeo que se utilicen.

consorcio de patentes

Al 3 de enero de 2024, las patentes de MPEG-2 habían expirado en todo el mundo, con la excepción de Malasia, donde se espera que la última patente expire en 2035. [ 29 ] La última patente de EE. UU. expiró el 23 de febrero de 2018. [ 30 ] [ 31 ]

MPEG LA , una organización privada de licencias de patentes, había adquirido derechos de más de 20 corporaciones y una universidad para licenciar un conjunto de patentes de aproximadamente 640 patentes mundiales, que afirmaba que eran "esenciales" para el uso de la tecnología MPEG-2. Los titulares de patentes incluían a Sony , Mitsubishi Electric , Fujitsu , Panasonic , Scientific Atlanta , Columbia University , Philips , General Instrument , Canon , Hitachi , JVC Kenwood , LG Electronics , NTT , Samsung , Sanyo , Sharp y Toshiba . [ 32 ] [ 33 ] Donde se mantiene la patentabilidad del software y las patentes no han expirado (solo Malasia), el uso de MPEG-2 requiere el pago de tarifas de licencia a los titulares de patentes. Otras patentes fueron licenciadas por Audio MPEG, Inc. [ 34 ] El desarrollo del estándar en sí tomó menos tiempo que las negociaciones de patentes. [ 35 ] El conjunto de patentes entre titulares de patentes esenciales y periféricos en el conjunto MPEG-2 fue objeto de un estudio de la Universidad de Wisconsin. [ 36 ]

Según el acuerdo de licencia MPEG-2, cualquier uso de la tecnología MPEG-2 en países con patentes activas (Malasia) está sujeto a regalías . [ 37 ] Los codificadores y decodificadores MPEG-2 están sujetos a $0.35 por unidad. [ 37 ] Además, cualquier medio empaquetado (DVD/flujos de datos) está sujeto a tarifas de licencia según la duración de la grabación/transmisión. Las regalías tenían un precio más alto anteriormente, pero se redujeron en varias ocasiones, la más reciente el 1 de enero de 2018. [ 37 ] Una crítica anterior al conjunto de patentes MPEG-2 fue que, aunque el número de patentes había disminuido de 1048 a 416 en junio de 2013, la tarifa de licencia no había disminuido con la tasa de vencimiento de las patentes MPEG-2. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

titulares de patentes

Las siguientes organizaciones poseen patentes para MPEG-2, según se indica en MPEG LA . Véase también la Lista de patentes de MPEG-2 de Estados Unidos .

Véase también

Referencias

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  2. ↑ UIT-T. "H.222.0 : Tecnología de la información - Codificación genérica de imágenes en movimiento e información de audio asociada: Sistemas" . Archivado del original el 3 de septiembre de 2012. Consultado el 3 de junio de 2010 . 
  3. ↑ UIT-T (mayo de 2006). "Resumen H.222.0" . Archivado del original el 19 de mayo de 2011. Consultado el 3 de junio de 2010 .
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  • Pruebas de IPTV MPEG y calidad de experiencia
  • OpenIPMP: Proyecto DRM de código abierto para MPEG-2
  • ISO/IEC 13818 - MPEG-2 en la tienda ISO
  • MPEG - Lista de libros de referencia sobre MPEG
  • Práctica recomendada: Guía para el uso del estándar de televisión digital ATSC, incluyendo la corrección n.° 1.