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.
| Способ кодирования | Скорость передачи kbps (килобит в сек.) | Коэффициент сжатия |
| Layer I | 192 | 1:4 |
| Layer II | 128..96 | 1:6..8 |
| Layer III | 64..56 | 1:10..12 |
Параметры Видео: в принципе с помощью MPEG-1 можно передавать разрешение вплоть до 4095x4095x60 fps (в этих границах кадр может быть произвольного размера), но так как существует Constrained Parameters Bitstream (CPB, неизменяемые параметры потока данных; другие стандарты для MPEG-1 поддерживаются далеко не всеми декодерами) которые ограничивают общее число макроблоков в картинке (396 для скорости <= 25 fps и 330 для скорости <= 30 fps) то MPEG-1 кодируется стандартом SIF /352*240*30 - (получено урезанием стандарта CCIR-601) или 352*288*25 - (урезанный PAL, SECAM) формат 4:2:0, 1.15 MBPS (мегабит в сек.), 8 bpp (бит на точку) - в каждой плоскости/.
Существует более высокое разрешение для MPEG-1 - так называемый MPEG-1 Plus, разрешение как у MPEG-2 ML@MP (Main Level, Main Profile) - этот стандарт часто используется в Set-Top-Box для улучшения качества.
MPEG2 - upgrade для MPEG1
Компрессия по стандарту MPEG-2 кардинально меняет положение вещей. Более 97% цифровых данных, представляющих видео сигнал дублируются, т.е. являются избыточными и могут быть сжаты без ущерба качеству изображения. Алгоритм MPEG-2 анализирует видеоизображение в поисках повторений, называемых избыточностью. В результате процесса удаления избыточности, обеспечивается превосходное видеоизображение в формате MPEG-2 при более низкой скорости передачи данных. По этой причине, современные средства поставки видеопрограмм, такие как цифровые спутниковые системы и DVD, используют именно стандарт MPEG-2.
Изменения в Audio:
· Появились новые виды частот 16, 22.05, 24 КГц.
· Поддержка многоканальности - возможность иметь 5 полноценных каналов (left, center, right, left surround, right surround) + 1 низкочастотный (subwoofer).
· Появился AAC (Advanced Audio Coding - прогрессивное кодирование звука) стандарт - обеспечивает очень высокое качество звука со скоростью 64 kbps per channel (килобит в сек. на канал), возможно использовать 48 основных каналов, 16 низкочастотных каналов для звуковых эффектов, 16 многоязыковых каналов и 16 каналов данных. До 16 программ может быть описано используя любое количество элементов звуковых и других данных. Для AAC существуют три вида профиля - Main (используется когда нет лишней памяти), Low Complexity (LC), Scalable Sampling Rate (SSR, требуется декодер с изменяемой скоростью приема данных).
Декодеры должны быть:
1. "forwards compatible" (вперед совместимыми) - MPEG-2 Audio Decoder понимает любые MPEG-1 аудио каналы.
2. "backward compatible" (обратно совместимыми) - MPEG-1 Audio Decoder должен понимать ядро MPEG-2 Audio (L-канал, R-канал)
3. "matrixing" (матрицируемыми) - MPEG1 Audio Decoder должен понимать 5-ти канальный MPEG-2 (L = left signal + a * center signal + b * left surround signal, R = right signal + a * center signal + b * right surround signal)
4. MPEG-1 Звуковой декодер не обязан понимать MPEG-2 AAC.
В следствии зтого совершенно спокойно можно использовать MPEG-1 Vidio + MPEG-2 Audio или наоборот MPEG-2 Audio + MPEG-1 Video.
Изменения в Видео:
· Требуется чтобы разрешение по вертикали и горизонтали было кратно 16 в кодировщике кадров (frame-encoder) стандартах (покадровое кодирование), и 32 по вертикали в кодировщике полей (field-encoder, каждое поле состоит из двух кадров) стандартах (interlaced video).
· Возможность форматов 4:4:4, 4:2:2 (Next profile).
· Введены понятия Profile (форма, профиль) и Levels (уровни).
· Размер frame до 16383*16383.
· Возможность кодировать interlaced video.
· Наличие режимов масштабирования (Scalable Modes)
· Pan&Scanning вектор (вектор панорамировани и масштабирования), который говорит декодеру как преобразовывать, например 16:9 в 4:3.
Изменения связаные с алгоритмами кодирования:
· Точность частотных коэффициентов выбирается пользователем (8, 9, 10, 11 бит на одно значение -- в MPEG-1 только 8 бит).
· Нелинейный quantization процесс (разбиение непрерыных данных в дискретные).
· Возможность загрузить quantization matrix (матрица преобразований непрерыных данных в дискретные) перед каждым кадром.
· Новые режимы предсказания движения (16x8 MC, field MC, Dual Prime)
Scalable Modes (доступно только в Next и Main+ Profile) делят MPEG-2 на три слоя (base, middle, high) для того чтобы организовать уровни приоритета в видеоданных (на пример более приоритетный канал кодируется с большим количеством информации по коррекции ошибок чем менее):
1. Spatial scalability (пространственное масштабирование) - основной слой кодируется с меньшим разрешением и затем он используется как предсказание для более приоритетных.
2. Data Partitioning (дробление данных) - разбивает блок из 64 quantization коэффициентов в два потока из которых более приоритетный переносит низкочастотные (наиболее критичные к качеству), а менее приоритетный (высокочастотные).
3. SNR (Signal to Noise Ratio) Scalability (масштабировние соотношения сигна/шум) - каналы кодируются с одинаковой скоростью, но с разным качеством (менее приоритетный слой содержит плохую картинку - более дискретные шаги, а высокоприоритетный слой содержит довесок позволяющий построить качественную картинку)
4. Temporal Scalability (временное масштабирование) - менее приоритетный слой содержит канал с низкой скоростью передачи кадров, а высокоприоритетный содержит информацию позволяющую восстановить промежуточные кадры используя для предсказания менее приоритетные.
Уровни
| Уровень | Максимальное разрешение | Максимальная скорость | Примечание |
| Low | 352*240*30 | 4 Mbps | CIF, кассеты |
| Main | 720*480*30 | 15 Mbps | CCIR 601, студийное TV |
| High 1440 | 1440*1152*30 | 60 Mbps | 4x601, бытовое HDTV |
| High | 1920*1080*30 | 80 Mbps | Продукция SMPTE 240M std |
Профили
| Профиль | Комментарии |
| Simple | Такой же как и Main только без B - картинок. Используется в программах и CATV (кабельное ТВ) |
| Main | Стандартный MPEG-1, 95% пользователей, CATV, спутники |
| Main+ | Main со Spatial и SNR Scalability |
| Next | Main+ c форматом 4:2:2 |
Допустимые комбинации Профилей и Уровней
| Simple | Main | Main+ | Next |
| High | No | No | 4:2:2 |
| High 1440 | No | Main c Spatial Scalability | 4:2:2 |
| Main | 90% от всех | Main c SNR Scalability | 4:2:2 |
| Low | No | Main c SNR Scalability | No |
Наиболее популярные стандарты.
| Разрешение | Комментарии |
| 352*480*24 (progressive) | VHS, хорош для фильмов |
| 544*480*30 (interlaced) | Laserdisc (LD), D-2, Качество как у PAL |
| 704*480*30 (interlaced) | Качество CCIR 601.Studio D-1 |
Системный уровень MPEG-2, обеспечивает два уровня объединения данных:
1. Packetized Elementary Stream (PES) - разбивает звук и видео на пакеты.
2. Второй уровень делится на:
· MPEG-2 Program Stream (совместим с MPEG-1 System) - для локальная передача в среде с маленьким уровнем ошибок
· MPEG-2 Transport Stream (Рис. 6) - внешнее вещание в среде с высоким уровнем ошибок - передает транспортные пакеты (длиной 188 либо 188+16 бит) двух типов (сжатые данные -- PES -- и сигнальную таблицу Program Specific Information -- PSI).
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 планировалось закончить в 1999 году.
Краткое описание:
· Разделяет картинку на различные элементы, называемые media objects (медиа объекты).
· Описывает структуру этих объектов и их взаимосвязи чтобы затем собрать их в видеозвуковую сцену.
· Позволяет изменять сцену, что обеспечивает высокий уровень интерактивности для конечного пользователя.
Видеозвуковая сцена состоит из медиа объектов, которые объеденены в иархическую структуру:
· Неподвижные картинки (например фон)
· Видио объекты (говорящий человек).
· Аудио объекты (голос связанный с этим человеком).
· Текст связанный с данной сценой.
· Синтетические объекты - объекты которых не было изначально в записываемой сцене, но которые туда добавляются при демонстрации конечному пользователю (например синтезируется говорящая голова).
· Текст связанный с головой из которого в конце синтезируется голос.
Такой способ представления данных позволяет:
· Перемещать и помещать медиа объекты в любое место сцены.
· Трансформировать объекты, изменять геометрические размеры.
· Собирать из отдельных объектов составной объект и проводить над ним какие-нибудь операции.
· Изменять текстуру объекта (например цвет), манипулировать объектом (заставить ящик передвигаться по сцене)
· Изменять точку наблюдения за сценой.
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 и быстрый ее поиск. MPEG-7 официально называют - "Multimedia Content Description Interface" (Интерфейс описания мультимедиа данных). MPEG-7 определяет стандартный набор дискриптеров для различных типов мультимедиа информации, так же он стандартизует способ определения своих дискриптеров и их взаимосвязи (description schemes). Для этой цели MPEG-7 вводит DDL (Description Definition Language - язык описания определений). Основная цель применения MPEG-7 это поиск мультимедиа информации (так же как сейчас мы можем найти текст по какому-нибудь предложению), например: