MPEG-2

MPEG-2 se utiliza en Digital Video Broadcast y DVDs. El flujo de transporte MPEG, TS, y el flujo del programa MPEG, PS, son formatos de contenedores.

MPEG-2 (también conocido como H.222/H.262 según lo definido por la ITU) es un estándar para "la codificación genérica de imágenes en movimiento e información de audio asociada". Describe una combinación de compresión de video con pérdida y métodos de compresión de datos de audio con pérdida, que permiten el almacenamiento y la transmisión de películas utilizando los medios de almacenamiento y el ancho de banda de transmisión actualmente disponibles. Si bien MPEG-2 no es tan eficiente como los estándares más nuevos, como H.264/AVC y H.265/HEVC, la compatibilidad con versiones anteriores del hardware y software existentes significa que todavía se usa ampliamente, por ejemplo, en la transmisión de televisión digital por aire. y en el estándar DVD-Video.

Características principales

MPEG-2 se usa ampliamente como formato de señales de televisión digital que se transmiten por sistemas de televisión terrestre (por aire), por cable y de transmisión directa por satélite. También especifica el formato de películas y otros programas que se distribuyen en DVD y discos similares. Las estaciones de TV, los receptores de TV, los reproductores de DVD y otros equipos suelen estar diseñados según 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). Las partes 1 y 2 de MPEG-2 se desarrollaron en colaboración con el UIT-T y tienen un número de catálogo respectivo en la serie de recomendaciones del UIT-T.

Si bien MPEG-2 es el núcleo de la mayoría de los formatos de DVD y televisión digital, no los especifica por completo. Las instituciones regionales pueden adaptarlo a sus necesidades restringiendo y ampliando aspectos del estándar. Consulte Perfiles y niveles de vídeo.

Sistemas

MPEG-2 incluye una sección de Sistemas, parte 1, que 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 video y audio digital a través de medios de transmisión fijos o móviles, donde el comienzo y el final del flujo pueden no identificarse, como la radiofrecuencia, los medios de grabación por cable y lineales, entre los que se incluyen la transmisión ATSC/DVB/ISDB/SBTVD y la grabación HDV en cinta. El otro es el flujo de programa, una versión extendida del formato contenedor MPEG-1 con menos sobrecarga que el flujo de transporte. Program stream está diseñado para medios de almacenamiento de acceso aleatorio como unidades de disco duro, discos ópticos y memoria flash.

Transport stream incluyen M2TS, que se utiliza en discos Blu-ray, AVCHD en DVD regrabables y HDV en tarjetas Compact Flash. Los archivos Transmisión de programas incluyen VOB en DVD y VOB mejorado en HD DVD de corta duración. El flujo de transporte MPEG-2 estándar contiene paquetes de 188 bytes. M2TS antepone cada paquete con 4 bytes que contienen un indicador de permiso de copia de 2 bits y una marca de tiempo de 30 bits.

MPEG-2 Systems se conoce formalmente como ISO/IEC 13818-1 y como ITU-T Rec. H.222.0. 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 lo proporciona ISO/IEC 13818–1 para permitir a los usuarios del estándar transportar datos sin ambigüedades cuando su formato no es necesariamente un estándar internacional reconocido. Esta disposición permitirá que el estándar de transporte MPEG-2 transporte todo tipo de datos al tiempo que proporciona un método de identificación inequívoca de las características de los datos privados subyacentes.

Vídeo

La sección Video, parte 2 de MPEG-2, es similar al estándar MPEG-1 anterior, pero también brinda soporte para video entrelazado, el formato utilizado por los sistemas de transmisión de TV analógica. El video MPEG-2 no está optimizado para velocidades de bits bajas, especialmente menos de 1 Mbit/s en resoluciones de definición estándar. Todos los decodificadores de video MPEG-2 que cumplen con los estándares son totalmente capaces de reproducir flujos de video MPEG-1 conforme a la sintaxis de flujo de bits de parámetros restringidos. MPEG-2/Video se conoce formalmente como ISO/IEC 13818-2 y como ITU-T Rec. H.262.

Con algunas mejoras, los sistemas y videos MPEG-2 también se utilizan en algunos sistemas de transmisión HDTV y es el formato estándar para la televisión digital ATSC por aire.

Sonido

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

MPEG-2 Parte 3

La sección de audio MPEG-2, definida en la Parte 3 (ISO/IEC 13818-3) del estándar, mejora el audio MPEG-1 al permitir la codificación de programas de audio con más de dos canales, hasta 5.1 multicanal. Este método es compatible con versiones anteriores (también conocido como MPEG-2 BC), lo que permite que los decodificadores de audio MPEG-1 decodifiquen los dos componentes estéreo principales de la presentación. MPEG-2 parte 3 también definió velocidades de bits y frecuencias de muestreo adicionales para MPEG-1 Audio Layer I, II y III.

MPEG-2 BC (compatible con versiones anteriores de formatos de audio MPEG-1)

• baja codificación de bitrate con velocidad de muestreo a la mitad (MPEG-1 Layer 1/2/3 LSF - a.k.a. MPEG-2 LSF - "Low Sampling Frequencies")
• codificación multicanal con hasta 5.1 canales, a.k.a. multicanal MPEG

MPEG-2 Parte 7

La parte 7 (ISO/IEC 13818-7) del estándar MPEG-2 especifica un formato de audio bastante diferente y no compatible con versiones anteriores (también conocido como MPEG-2 NBC). La Parte 7 se conoce como MPEG-2 AAC. AAC es más eficiente que los estándares de audio MPEG anteriores y, en cierto modo, es menos complicado que su predecesor, MPEG-1 Audio, Capa 3, ya que no tiene el banco de filtros híbrido. Admite de 1 a 48 canales a frecuencias de muestreo de 8 a 96 kHz, con capacidades multicanal, multilingüe y multiprograma. El audio avanzado también se define en la Parte 3 del estándar MPEG-4.

MPEG-2 NBC (no compatible con versiones anteriores)

• MPEG-2 AAC
• codificación multicanal con hasta 48 canales

ISO/CEI 13818

Los estándares MPEG-2 se publican como partes de ISO/IEC 13818. Cada parte cubre un aspecto determinado de la especificación completa.

Parte 1

Sistemas – describe sincronización y multiplexación de vídeo y audio. (También se conoce como ITU-T Rec. H.222.0.) Ver flujo de transporte MPEG y flujo del programa MPEG.

Segunda parte

Video – formato de codificación de vídeo para señales de vídeo interrelacionadas y no interrelacionadas (también conocido como ITU-T Rec. H.262).

Parte 3

Audio – formato de codificación de audio para codificación perceptual de señales de audio. Ampliación y extensión multicanal de tasas de bits y tasas de muestra para MPEG-1 Audio Layer I, II y III.

Parte 4

Describe procedimientos para el cumplimiento de las pruebas.

Parte 5

Describe sistemas para simulación de software.

Parte 6

Describe extensiones para DSM-CC (Comando y Control de Medios de Almacenamiento Digital).

Parte 7

Codificación de audio avanzada (AAC).

Parte 8

Extensión de vídeo de 10 bits. La aplicación primaria fue video estudio, permitiendo el procesamiento sin artefactos sin renunciar a la compresión. La parte 8 ha sido retirada debido a la falta de interés de la industria.

Parte 9

Ampliación para interfaces en tiempo real.

Parte 10

Extensiones de conformidad para DSM-CC.

Parte 11

Gestión de la propiedad intelectual (IPMP)

Historia

MPEG-2 evolucionó a partir de las deficiencias de MPEG-1.

Debilidades conocidas de MPEG-1:

• Un sistema de compresión de audio limitado a dos canales (stereo).
• No hay soporte estandarizado para video interrelacionado con mala compresión cuando se utiliza para video interlazado
• Sólo un "profile" estandarizado (Parameters Constrained Bitstream), que no fue adecuado para video de resolución superior. MPEG-1 podría soportar vídeo 4k pero no había una manera fácil de codificar vídeo para resoluciones superiores, e identificar hardware capaz de soportarlo, ya que las limitaciones de dicho hardware no estaban definidas.
• Soporte para un solo subcampeonato de croma, 4:2:0.

Sakae Okubo de NTT fue el coordinador de ITU-T para desarrollar el estándar de codificación de video H.262/MPEG-2 Parte 2 y el presidente de requisitos en MPEG para el conjunto de estándares MPEG-2. La mayoría de las patentes que subyacen a la tecnología MPEG-2 pertenecen a tres empresas: Sony (311 patentes), Thomson (198 patentes) y Mitsubishi Electric (119 patentes). Hyundai Electronics (ahora SK Hynix) desarrolló el primer decodificador MPEG-2 SAVI (Sistema/Audio/Video) en 1995.

Extensiones de nombre de archivo

.mpg,.mpeg,.m2v,.mp2,.mp3 son algunas de las extensiones de nombre de archivo que se utilizan para los formatos de archivo de audio y video MPEG-1 o MPEG-2.

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 en gran parte por la Sociedad Fraunhofer en Alemania, con el apoyo de otros científicos digitales en los Estados Unidos y en otros lugares.

Aplicaciones

DVD de vídeo

El estándar DVD-Video usa video MPEG-2, pero impone algunas restricciones:

• Dimensiones permitidas
  • 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 píxeles (NTSC)
  • 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 pixel (PAL)
• Valores permitidos (Display AR)
  • 4:3 (para marcos de pantalla ancha con buzones y no en pantalla)
  • 16:9 (para pantalla anafórfica)

• Tasas de marco permitidas
  • 29.97 marcos/s (NTSC)
  • 23.978 marcos/s progresivos (para la retirada de NTSC 2:3 a 29.97)
  • 25 marcos/s interrelacionados (PAL)

• Audio + bitrate de vídeo
  • pico de vídeo 9.8 Mbit/s
  • Total pico 10.08 Mbit/s
  • Mínimo 300 kbit/s
• YUV 4:2:0
• Subtítulos adicionales posibles
• Captación cerrada (sólo NNA)
• Audio
  • Modulación del Código de Pulso Lineal (LPCM): 48 kHz o 96 kHz; 16- o 24-bit; hasta seis canales (no todas las combinaciones posibles debido a limitaciones de bitrate)
  • MPEG Layer 2 (MP2): 48 kHz, hasta 5.1 canales (requieridos sólo en jugadores de PAL)
  • Dolby Digital (DD, también conocido como AC-3): 48 kHz, 32-448 kbit/s, hasta 5.1 canales
  • Digital Theater Systems (DTS): 754 kbit/s o 1510 kbit/s (no es necesario para el cumplimiento del reproductor de DVD)
  • Los DVDs NTSC deben contener al menos una pista de audio LPCM o Dolby Digital.
  • Los DVD de PAL deben contener al menos una pista de audio MPEG Layer 2, LPCM o Dolby Digital.
  • Los jugadores no son necesarios para reproducir audio con más de dos canales, pero deben ser capaces de reducir el audio multicanal a dos canales.
• Estructura GOP (Grupo de imágenes)
  • Cabecera de secuencia debe estar presente al comienzo de cada GOP
  • Marcos máximos por GOP: 18 (NTSC) / 15 (PAL), es decir, 0,6 segundos ambos
  • GOP cerrado requerido para DVDs multi-ángulo

VHD

HDV es un formato para grabar y reproducir video 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 basadas en archivos digitales de consumo.

XDCAM

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

TDT

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

Resoluciones permitidas para SDTV:

• 720, 640, 544, 528, 480 o 352 × 480 pixel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 frame/s
• 352 × 240 pixel, 24/1.001, 24, 30/1.001 o 30 frame/s
• 720, 704, 544, 528, 480 o 352 × 576 pixel, 25 frame/s
• 352 × 288 pixel, 25 frame/s

Para HDTV:

• 720 x 576 x 50 frame/s progressive (576p50)
• 1280 x 720 x 25 o 50 marco/s progresivo (720p50)
• 1440 o 1920 x 1080 x 25 frame/s progresivo (1080p25 = modo de película)
• 1440 o 1920 x 1080 x 25 frame/s interlace (1080i50)

ATSC

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

ATSC permite las siguientes resoluciones de video, relaciones de aspecto y velocidades de cuadro/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 cuadrado), 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 tasas de aspecto adicionales para la señal de 50 Hz (PAL).

La especificación ATSC y MPEG-2 permiten el uso de cuadros progresivos, incluso dentro de una secuencia de video entrelazada. Por ejemplo, una estación que transmite una secuencia de video 1080i60 puede usar un método de codificación en el que esos 60 campos se codifican con 24 cuadros progresivos y los metadatos le indican al decodificador que los entrelace y realice un pulldown 3:2 antes de mostrarlos. Esto permite a las emisoras cambiar entre contenido entrelazado de 60 Hz (noticias, telenovelas) y contenido progresivo de 24 Hz (horario de máxima audiencia) sin finalizar la secuencia MPEG-2 e introducir varios segundos de retraso a medida que el televisor cambia de formato. Esta es la razón por la cual las secuencias 1080p30 y 1080p24 permitidas por la especificación ATSC no se utilizan en la práctica.

Los formatos de 1080 líneas están codificados con matrices de luminancia de 1920 × 1088 píxeles y matrices de croma de 960 × 540, pero las últimas 8 líneas son descartadas por 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 video H.264/AVC y la señal 1080p60.

El audio MPEG-2 compitió por el estándar ATSC durante la "Grand Alliance" de DTV; tiroteo, pero perdió ante 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 video y AAC-LC para audio, conocido principalmente como 1seg.

Blu-ray

MPEG-2 es uno de los tres formatos de codificación de video compatibles con Blu-ray Disc. Los primeros lanzamientos de Blu-ray generalmente usaban video MPEG-2, pero los lanzamientos recientes casi siempre están en H.264 u ocasionalmente en VC-1. Solo se admite video MPEG-2 (MPEG-2 parte 2), Blu-ray no admite audio MPEG-2 (partes 3 y 7). Además, el formato de contenedor que se usa en los discos Blu-ray es un flujo de transporte MPEG-2, independientemente de los códecs de audio y video que se usen.

Conjunto de patentes

El 14 de febrero de 2020, las patentes de MPEG-2 vencieron en todo el mundo, con la excepción de Malasia. La última patente estadounidense expiró el 23 de febrero de 2018.

MPEG LA, una organización privada de licencias de patentes, había adquirido los derechos de más de 20 corporaciones y una universidad para licenciar un conjunto de patentes de aproximadamente 640 patentes en todo el mundo, que afirmaba que eran "esenciales" al uso de la tecnología MPEG-2. Los titulares de patentes incluyen 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. Cuando se mantiene la patentabilidad del software y las patentes no han expirado (solo en Malasia), el uso de MPEG-2 requiere el pago de derechos de licencia a los titulares de las patentes. Audio MPEG, Inc. obtuvo la licencia de otras patentes. El desarrollo del estándar en sí llevó menos tiempo que las negociaciones de la patente. La agrupación de patentes entre titulares de patentes esenciales y periféricos en el grupo MPEG-2 fue objeto de un estudio de la Universidad de Wisconsin.

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

Titular de patentes

Las siguientes organizaciones tienen patentes para MPEG-2, como se indica en MPEG LA. Consulte también la Lista de patentes MPEG-2 de Estados Unidos.