JohdantotMyn1 Johdanto MPEG, Moving Picture Experts Group, työryhmä aloitti työskentelynsä vuonna Työryhmä on osana ISO/IEC organisaatiota. Ensimmäinen projekti, MPEG-1 julkaistiin 1993, ja se tunnetaan koodina ISO/IEC MPEG on asymmetrinen järjestelmä: on arvioitu, että enkoodaus vaatii satakertaisen prosessorivoiman verrattuna dekoodaukseen.

JohdantotMyn2 MPEG-1 koostuu useammasta osasta: systemISO/IEC videoISO/IEC audioISO/IEC low bit rate audioISO/IEC conformance testingISO/IEC simulation softwareISO/IEC

JohdantotMyn3 ”Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media” Video: optimoitu bittisiirtonopeus suunnilleen 1,5 Mbits/sek. Keskittyy tietokonetyyppiseen kehysten käsittelyyn (progressive, noninterlaced video), ei suoraan tue mitenkään lomitusta (interlaced video). Audio: resoluutio 16 bittiä, näytteenottotaajuudet 16 (vain MPEG 2), 22,05 (vain MPEG 2), 24 (vain MPEG 2), 32, 44,1 tai 48 kHz. Käytössä kolme tasoa audiolle: –Layer 1: kbits/sek –Layer 2:8-384 kbits/sek –Layer 3:8-320 kbits/sek

JohdantotMyn4 Kahta äänikanavaa tuetaan, ja toimintamuotoja on yhteensä 4: –normal stereo –joint (intensity and/or ms) stereo –dual channel mono –single channel mono Layer 1: optimoitu siirtonopeudelle 192 kbits/sek kanavaa kohti. Layer 2: toteutus on lähellä MUSICAM-määrittelyä, optimoitu siirtonopeudelle 128 kbits/sek kanavaa kohti.

JohdantotMyn5 Layer 3: Tunnetaan myös lyhenteenä ’mp3’. Optimoitu siirtonopeudelle 64 kbits/sek kanavaa kohden. Jotta enkooderit ja dekooderit toimisivat tyypillisesti yhteen, on olemassa CPB-taulukko, taulukko 1, jota useat MPEG-1 –järjestelmät noudattavat.

JohdantotMyn6 horizontal resolution vertical resolution picture area, number of macroblocks picture rate pel rate, number of macroblocks/s bit rate max 768 samples (pixels) max 1,856 Mbps max 576 scan lines max 396 macroblocks max 396*25 macroblocks per second max 30 frames per second Taulukko 1. Joitakin Constrained Parameters Bitstream –arvoja MPEG-1:lle

JohdantotMyn7 Kuten taulukosta 1 huomataan, rajoittaa CPB-arvot videon 396 makroblokkiin (396*16*16 = pikseliä). Tästä johtuen MPEG-1 video on tyypillisesti koodattu SIF-resoluutioilla 352*240 tai 352*288. SIF, Standard Input Format: 352 (horizontal)*240 (vertical)*29,97 (fps), NTSC 352 (horizontal)*288 (vertical)*25,00 (fps), PAL PAL (Phase Alteration by Line) Analog: 768 (pixels)*576 (horizontal lines)*25 (fps)

JohdantotMyn8 MPEG-1 video näytteistetään muodossa 4:2:0, kuva 1. Kuvasta 1 huomataan, että näytteistys 4:2:0 supistaa rajummin värierosignaalien näytteiden määrää kuin mitä tekee näytteistys 4:2:2. Näytteistyksessä 4:2:2 otetaan vaakasuunnassa jokaista kahta luminanssisignaalinäytettä kohden yksi kutakin värierosignaalinäytettä. Näytteistyksessä 4:2:0 samanlainen redusointi suoritetaan myös vertikaalisuunnassa.

JohdantotMyn9 Active line number = Y sample = Calculated Cb, Cr sample Kuva 1. Näytteistys 4:2:0 MPEG-1:lle

JohdantotMyn10 MPEG-2, ”Generic coding of moving pictures and associated audio information” on esim. DigiTV:n käyttämä pakkausmenetelmä broadcast-tyyppiseen lähetykseen. MPEG-2 on ISO/IEC –standardi, ja se koostuu useammasta osasta:

JohdantotMyn11 systemsISO/IEC video ISO/IEC audio ISO/IEC conformance testing ISO/IEC software simulation ISO/IEC DSM-CC extensions ISO/IEC (Digital Storage Media Command and Control) advanced audio coding ISO/IEC (Dolby Digital 5.1) RTI extension ISO/IEC (Real Time Interface) DSM-CC conformance ISO/IEC

JohdantotMyn12 MPEG-2 video näytteistetään muodossa 4:2:0, kuva 2a, tai sitten muodossa 4:2:2, kuva 2b (Huom! non-interlaced video!). Kuvista huomataan, että näytteistys 4:2:0 supistaa rajummin värierosignaalien näytteiden määrää kuin mitä tekee näytteistys 4:2:2. Näytteistyksessä 4:2:2 otetaan vaakasuunnassa jokaista kahta luminanssisignaalinäytettä kohden yksi kutakin värierosignaalinäytettä. Näytteistyksessä 4:2:0 samanlainen redusointi suoritetaan myös vertikaalisuunnassa.

JohdantotMyn13 Active line number = Y sample = Calculated Cb, Cr sample Kuva 2a. Näytteistys 4:2:0 non-interlaced video MPEG-2:lle

JohdantotMyn14 Active line number = Y sample = Calculated Cb, Cr sample Kuva 2b. Näytteistys 4:2:2 non-interlaced video MPEG-2:lle

JohdantotMyn15 DigiTV-ympäristössä yksittäinen kehys (frame) koostuu kahdesta kentästä (field). Silloin näytteistys voisi näyttää seuraavantyyppiseltä, kuva 3 (top_field_first = 1):

JohdantotMyn16 Active line number [2] [4] = Y sample = Calculated Cb, Cr sample Kuva 3. Näytteistys 4:2:0 interlaced video MPEG-2:lle [1] [3] [] = Field N+1 FIELD N FIELD N+1

JohdantotMyn17 MPEG-4 on joukko videon ja äänen pakkaamistapoja. MPEG-4 -standardi (ISO-14496) julkaistiin vuoden 1998 lokakuussa ja virallisesti siitä tuli kansainvälinen standardi vuoden 1999 alussa. MPEG-4 -standardi on yhä kehitteillä ja se on jaettu kehitysvaiheittain osiin, joista oleellisimpia ovat muiden muassa DivX:n ja Xvid:n käyttämä MPEG-4 SP/ASP ja muiden muassa Quicktime:n ja Blu-rayn käyttämä uudempi MPEG-4 AVC.

JohdantotMyn18 MPEG-4 poikkeaa suuresti aikaisemmista standardeista. MPEG-1 ja MPEG-2 standardien kehysajattelusta on siirrytty oliopohjaiseen kuvan ja äänen pakkaukseen. Kuvasta pyritään löytämään sen eri osat (objektit: pöytä, tuoli, ihminen, ääni) ja niitä käsitellään erikseen.

JohdantotMyn19 MPEG-4 -standardia voidaan käyttää digitaalisessa videossa, interaktiivisissa grafiikkasovelluksissa ja interaktiivisessa multimediassa. MPEG-4 on yleisin videoformaatti vertaisverkoissa. Sen variantteja ovat DivX ja XviD. Divx 3.11-koodekki oli alun perin Microsoftin koodekin hakkeroitu versio, eikä se ole täysin MPEG-standardin mukainen. Seuraavat versiot DivX 4 ja 5 ovatkin jo täysin uudelleen koodattuja — ne noudattavat standardia eikä niissä ole alkuperäisen version laillisuusongelmia.

JohdantotMyn20 Avoimen lähdekoodin yhteisö on tehnyt ilmaisen kloonin DivX-koodekista. Se kulkee nimellä XviD ja on täysin yhteensopiva DivXin kanssa. Se on saatavilla sekä Windowsille että Linuxille. MPEG-4 esiintyy eri kääreissä: mm. AVI, MP4, OGM ja QuickTime. Ääniformaattinaan se käyttää yleensä MP3:ta, AC- 3:ta tai Ogg Vorbista.