MPEG-2

1. MPEG-2 Enrique Pozo Márquez Miguel Ángel Oliva Delgado MPEG-2

2. Índice • Introducción • Objetivos • Consideraciones sobre los objetivos • Descripción de algunos estándares de video • H.261 • H.263 • H.263+ • MJPEG • Motion Wavelets MPEG-2

3. Índice • MPEG-2 • Tipos de trama • Funcionamiento • Perfiles • Niveles • Conclusiones • Bibliografía MPEG-2

4. Introducción • MPEG (Moving Picture Expert Group) grupo de trabajo dentro de ISO/IEC creado en 1988 para desarrollar estándares internacionales para compresión, descompresión y representación de imágenes en movimiento y audio, originalmente para aplicaciones con un bit-rate menos a 1.5 Mbps. MPEG-2

5. Introducción • Estándar internacional MPEG-1(1992). Incluye 3 partes: video, audio y sistema. Esta divido en capas y se basa en DCT. • Estándar internacional MPEG-2(1994). Desarollado sobre MPEG-1 con el objetivo de servir a aplicaciones con un bit-rate mucho mayor. MPEG-2

6. Introducción • MPEG-3 fue proyectado para televisión digital de alta definición pero acabó fundiéndose con MPEG2. • Estándar internacional MPEG-4 (1999). Creado para permitir al usuario interactuar con los objetos en la escena. PARA MÁS INFORMACIÓN... Trabajo dirigido MPEG4 José Baena Roca MPEG-2

7. Introducción • Estándar internacional MEPG-7 (2001). Cuyo objetivo es especificar una serie de descriptores que permitan describir varias formas de multimedia y realizar así búsquedas rápidas y eficientes en la red. MPEG-2

8. Objetivos • El objetivo fundamental es mostrar de forma intuitiva el funcionamiento del algoritmo de compresión de video MPEG • Desarrollar un pequeño sistema de decodificación que permita visualizar un video en formato MPEG MPEG-2

9. Consideraciones Sobre Los Objetivos • El programa desarrollado para la decodificación y presentación en pantalla del mpeg solo decodifica video, no mostrando el audio. • Así mismo el programa depende de la velocidad de la maquina sobre la que se ejecuta con lo que la velocidad de reproducción no es apropiada. MPEG-2

10. Descripción De Algunos Estándares De Vídeo • H.261: Fue diseñado para la transmisión de vídeo a velocidades múltiples de 64 Kbps. Se ha aplicado en el videoteléfono y en la videoconferencia. Es similar a la compresión de imágenes estáticas JPEG. Posee una estructura de 4 capas, que son multiplexadas para su transmisión en serie. MPEG-2

11. Descripción De Algunos Estándares De Vídeo • H.263: Se diseñó para aplicaciones con velocidades de codificación de muy baja velocidad. Posee una eficiencia más alta que el H.261, aunque está basado en él. La compresión se lleva a cabo por partición de cada imagen en macrobloques, cada uno de los cuales se compone de un bloque de luminancia de 16x16 y de dos bloques de crominancia de 8x8. MPEG-2

12. Descripción De Algunos Estándares De Vídeo • H.263+: Es una extensión del H.263 con varias características adicionales. Incorpora escalabilidad SNR y escalabilidad espacial y temporal. • Mjpeg: Estandar internacional creado para la compresión de frames de forma estática sin usar técnicas de predicción. Cada frame es enviado individualmente uno detrás de otro. Se basa en la DCT. MPEG-2

13. Descripción De Algunos Estándares De Vídeo • Motion Wavelets: Este tipo de compresión esta basado en aplicar el algoritmo de la DCT a toda la imagen a la vez y no en bloques 8x8. MPEG-2

14. MPEG-2 • Consta de 3 partes: sistema, audio y video, aprobadas como estandar en 1994. • Codificación de video de alta calidad con posible video entrelazado de NTSC, PAL, o televisión de alta definición (HDTV). • Su objetivo era funcionar en un rango de 2 a 15 Mbit/s. Sin embargo puede funcionar a mas de 100 Mbit/s. MPEG-2

15. MPEG-2 • Es un esquema híbrido de compresión para imágenes en pleno movimiento que usa codificacion intratrama e intertrama. • Combina la codificación predictiva con la codificación de la transformada discreta del coseno (DCT) en bloques 8x8. • MPEG-2 posee una serie de niveles que limitan los parametros y de perfiles que limitan la sintaxis. MPEG-2

16. MPEG-2 Tipos de trama • Trama I:codificada sin referencia para otras imágenes o tramas contenidas en la secuencia del vídeo. Trabaja como un punto de referencia para funcionalidad y accesos FF/FR. Baja compresión. • Tramas P: codificadas con la referencia de las tramas previamente codificadas, tanto I y P. Ellas incorporan compensación de movimiento, la compresión es más alta que las tramas I. MPEG-2

17. MPEG-2 Tipos de trama • Tramas B: requieren como referencia tanto las tramas futuras como pasadas, las tramas B usan compensación e interpolación de movimientos y logran alta compresión. • Tramas D (imágenes DC) son imágenes que contienen solamente la DC (bloques de 8x8) para cada bloque. El soporte de éste tipo de trama es opcional, y las secuencias pueden no contener tramas D mezcladas con los otros tipos de tramas. MPEG-2

18. MPEG-2 Funcionamiento • Las tramas B dependen de tramas anteriores y de tramas futuras, así pues, para visualizarlas deberíamos esperar a recibir las tramas futuras de las que depende. • Para evitarlo el orden de codificacion es distinto al de visualización. • El decoder deberá reordenar la tramas. MPEG-2

19. MPEG-2 Funcionamiento MPEG-2

20. MPEG-2 Funcionamiento MPEG-2

21. MPEG-2 Funcionamiento • MPEG-2 se basa en la predicción para conseguir mayor compresión. Si en una trama I aparece un rectángulo y en la siguiente trama P aparece el mismo rectángulo en otra posición podemos representarlo mediante un vector de movimiento. • MPEG-2, para cubrir las rotaciones, incorpora un sistema de compensación de errores en su predicción. Esta compensación ocupa menos bytes que una trama y también a ella se le realiza la DCT. MPEG-2

22. trama I + + Predicción hacia delante vector de movimiento resultado compensación del error de la predicción MPEG-2 Funcionamiento MPEG-2

23. MPEG-2 Funcionamiento • En el caso de que unas partes se muevan a un lado y otras a otra, no podríamos aplicar le vector de movimiento a toda la trama, así que se divide la trama en macro bloques de 16x16 píxeles, cada uno con su propio vector. • Si aun así no se puede evitar movimientos contradictorios, conllevando un gran error de predicción, el codificador puede tomar la decisión de intracodificar un macro bloque. MPEG-2

24. DCT • Cada trama es codificada por macro bloques siguiendo la fórmula de la DCT. MPEG-2

25. DCT MPEG-2

26. DCT Aplicándole DCT tenemos: MPEG-2

27. DCT • La matriz es transferida al receptor recorriendola en zigzag: Esto resulta en: 700 90 90 -89 0 100 0 0 0 .... 0 MPEG-2

28. DCT • El decodificador puede reconstruir los valores originales a paritr de la transformada inversa La DCT produce valores de hasta 2047 por lo que para reducirlos bajo la longitud del byte, cuantiza esos valores dividiendolos por un valor mayor o igual que 8. Esta cuantizacion, que luego deshace el decodificador, produce perdidas en la compresion, pero son imperceptibles al ojo humano. MPEG-2

29. MPEG-2 Perfiles Subconjuntos con características de sintaxis (por ejemplo: algoritmos), usados para converger la información. • Cada uno es progresivamente mas sofisticado, • agregando herramientas adicionales y • siendo compatible con el anterior. MPEG-2

30. MPEG-2 Perfiles • Perfil simple: ofrece pocas herramientas. • Perfil principal: proporciona herramientas extendias o mejoradas del perfil simple y predicción bidireccional. Mejor calidad para la misma velocidad binaria que el simple. MPEG-2

31. MPEG-2 Perfiles • Perfil escalable SNR y perfil escalable espacial: permiten codificar datos de video que sean particionados dentro de una capa base y una o mas señales “Top-up”. Esta señar puede tratar tanto la proporcion S/N como la resolución. • Perfil alto: incluye todas las herramientas de las anteriores, mejoradas. Permite codificar diferencias de color entre lineas simultaneamente MPEG-2

32. MPEG-2 Niveles Proveen un rango de cualdiades potenciales: • Definen maximos y minimos para la resolucion de la imagen • Muestras Y por segundo (luminancia). • Número de capas de audio y video soportados por los perfiles escalados. • La máxima velocidad binaria por perfil. MPEG-2

33. MPEG-2 Niveles • Nivel Bajo: tiene un formato de entrada el cual es un cuarto de la imagen definida en el registro ITU-R 601. • Nivel Principal: tiene una trama de entrada completa definida en el registro ITU-R 601. • Nivel Alto 1440: tiene un formato de alta definición con 1440 muestras por línea. • Nivel Alto: tiene un formato de alta definición con 1920 muestras por línea (para aplicaciones sin cualquier limitación en velocidades de datos). MPEG-2

34. Conclusiones • El MPEG 2 es un estándar de compresión para imágenes con movimiento a velocidades de píxel entre 5 y 10 Mbit/s. • El estándar de vídeo consiste de cinco perfiles, referido a la complejidad del algoritmo de compresión y cuatro niveles, los cuales se refieren a la resolución del vídeo original. • El nivel principal y el perfil principal es la combinación más usada por las opciones MPEG-2. MPEG-2

35. Conclusiones • MPEG 2 es un estándar emergente para reproducir vídeo en pantalla completa y audio con calidad de transmisión. • Está mas orientado hacia TV que MPEG 1, por ejemplo, MPEG 2 sabe cómo se entrelazan los cuadros en TV, además de que la calidad de la imagen es superior. • Por otra parte, como no puede dependerse de la llegada del paquete anterior antes de descomprimir el paquete actual, MPEG 2 no es ideal para transmisión vía Internet. MPEG-2

36. Bibliografía • Video Compression: MEPG-4 and Beyond. Ali Saman Tosun • Trabajo Dirigido MPEG4 José Baena Roca • MPEG video compression technique http://rnvs.informtaik.tu-chemnitz.de/~jan/MEPG/HTML/mpeg_tech.html MPEG-2

37. Bibliografia • MPEG-2: Descripción del estándar. http://videomaster.dragonport.net/documentos/mpg2.htm • Decodificador de audio y video. http://www.tid.es/presencia/publicaciones/comsid/esp/articulos/vol61/decod/decod.html MPEG-2