Спецификация MPEG-1

Стандарт MPEG-1 предназначен для записи видеоданных на компакт-диски (CD-ROM, VideoCD) 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, т.к. 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.

Метод сжатия MPEG-1 основан на том, что полностью записывается лишь один кадр из группы примерно в 10 кадров. Это опорный, или I-кадр. Он сворачивается методами внутрикадрового сжатия. Следующие кадры сравниваются при кодировании, и вычисляются векторы движения. Для этого кадр подразделяется на макроблоки размером 16x16 пикселов, и измеряется движение фрагмента при переходе к следующему кадру. Для некоторого предсказанного кадра (P-кадра) производится сравнение с реальным, и определяется ошибка предсказания. При помощи векторов движения и разностных данных кодируются и остальные кадры. Их называют двунаправленными (B-кадрами), поскольку для их декодирования необходим I- или P-кадр до и после данного B-кадра. Последовательности I-, P-, B-кадров объединяются в фиксированные по длине и структуре группы, называемые GOP(Group of Pictures). Каждая такая группа обязательно начинается с I-кадра и с определенной периодичностью содержит P-кадры. Ее структуру описывают как M/N, где M – общее число кадров в группе, а N – интервал между P-кадрами. Для кадров разных типов применяется различный уровень комерессии. Наименее сильно сжимаются I-кадры. P-кадр составляет по размеру примерно третью часть от I, а B – восьмую. Поэтому суммарный поток данных в значительной степени зависит от состава GOP. В зависимости от назначения и требуемого качества записи – видеофильм, мультимедиа-продукция, фильм для демонстрации в Internet и т.д.– используется различный состав GOP. Так, типичная для VideoCD IPB группа 15/3 имеет следующий вид: IBBPBBPBBPBBPBB. Программы для записи MPEG обычно позволяют пользователю регулировать состав группы.

Теоретически, MPEG позволяет описывать кадры большого размера, но в связи с ограничением числа макроблоков на картинку, реальный размер кадра составляет 352x240, 30 кадров/с или 352x288, 25 кадров/c, формат 4:2:0, 8 бит на точку.

MPEG позволяет значительно уменьшить суммарный поток данных. Естественно, потери качества при очень высоком уровне сжатия будут происходить вне зависимости от алгоритма обработки. Обычно программы сжатия позволяют заранее выбрать требуемое качество и показывают поток данных, которые Вы получите в этом случае.
Поскольку B-кадр нельзя декодировать, не приняв последующего P-кадра – кадры декодируются не в линейной последовательности.

 

I

B

B

P

B

B

P

B

B

I

Исходно

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

При декодировании

0

3

1

2

6

4

5

9

7

8

Стандарт MPEG-1 имел врожденные недостатки. Например, однотонная стена всегда оказывалась нарисованной из рассыпающихся квадратиков, вылезали квадраты и на сценах, в которых много действий. Известны факты, что при издании VideoCD версий фильмов приходилось урезать в несколько раз многие сцены с большим количеством движений, взрывов и т.п. Таким образом, не получилось никакого преимущества по сравнению с VHS и сейчас MPEG-1 потихоньку загнивает, а для телевещания – распространения вообще не получил. Однако, есть и некоторые плюсы стандарта VideoCD: чистота цвета всегда лучше чем на VHS, даже лицензионных и записанных на хорошей ленте; кроме того, не портится носитель (при аккуратном обращении), нет эффекта "запиливания" ленты и нет проблем с помятой или порвавшейся пленкой; качество звука (Dolby Stereo) вообще не идет в сравнение с качеством записи на ленте, особенно по уровню шума; опять же, меньшие габариты и более эстетичный вид... К недостаткам следует отнести некоторое неудобство, связанное со сменой диска на середине фильма (если у Вас не многозарядный дископриемник на проигрывателе).

Способов проигрывания и просмотра VideoCD достаточно много. Компьютерный вариант, проигрыватели для Karaoke, VideoCD проигрыватели (не говоря уже про DVD-проигрыватели), игровые приставки Sony Play Station с дополнительным адаптером, портативные CD/VideoCD плейеры и т.д. Для программного просмотра VideoCD на компьютере можно использовать Windows Media Player.

Существуют программные средства, позволяющие самостоятельно осуществлять процесс кодирования видео сигнала непосредственно в цифровой поток стандарта MPEG-1. Наибольший интерес, на мой взгляд, представляет возможность конвертирования фильмов, записанных на дисках DVD в цифровой поток MPEG-1.

Автор: 
© В-и-д-е-о+
Термины: