MPEG-2.

След появата на MPEG-1 няколко телевизии са обединени от идеята да излъчват HDTV и поставят пред групата MPEG задача да се разработи стандарт който да отговаря на изискванията им.Групата се заема  с яко подобрение на съществуващия вече MPEG-1.Резултата е налице през 95-та , когато е осъществено първото излъчване от спътника “Pan Am Sat"  (брех, тия панамци! :-) ).

Горе-долу по него време се появяват и първите DVD-та.

Освен че са подобрени алгоритмите за компресиране на видеото и аудиото в сравнение с MPEG-1  е намерен още един начин за намаляване на размера на файловете , който по-рано не се е използвал.Групата MPEG е установила че повече от 95% от видео данните се повтарят в различните кадри , при това неведнъж.Тези данни са наречени от MPEG излишъци .Излишъците се махат практически бе да това да се отрази на качеството като на мястото на повторенията при възпроизвеждане на картината се изобразява един единствен оригинален фрагмент.Към вече познатите от MPEG-1 алгоритми за компресия и изрязване на излишна информация е добавен още един – след разделянето на видео потока този алгоритъм анализира съдържанието на поредния фрейм за повторения(излишъци) и съставя списък с оригиналните участъци и таблица на повтарящите се  участъци.Оригиналите се запазват , копията се изрязват а таблицата с повторенията се използва при възпроизвеждане на видеопотока .Резултата е висококачествен образ при малък битрейт- нещо което се е считало невъзможно преди появата на MPEG-2.

И този алгоритъм си има ограничения .Например повтарящите се фрагменти трябва да са достатъчно големи , иначе ще се наложи да се водят записи в таблицата за повторения едва ли не за всеки пиксел и таблицата ще добие размери , по-големи от фрейма и на практика ще обезсмисли цялата процедура.Още едно нещо намалява ефективността на този алгоритъм – много по ефективно щеше да е ако таблицата обхващаше целия филм наведнъж а не фрейм по фрейм.Вероятността в целия филм да има повтарящи се фрагменти е много по-голяма отколкото в един фрейм , а и сумарния размер на всички таблици е много по-голям отколкото ще бъде една обща за целия филм , но все пак MPEG-2 е потоков формат , който е замислен за предаване по спътникови канали и кабелни мрежи и затова наличието на фреймове е задължително условие.

Измененията на алгоритмите за компресия са претърпели значителни промени в сравнение с MPEG1.Основно е засегнат алгоритъма за квантоване ,т.е. за превръщане на потока постоянни данни в дискретни , като в MPEG-2 вече се ползва нелинеен процес на дискретно-косинусоидално ( няма да се учудя ако сте чували за синус и косинус в училище J ) преобразуване , който е доста по-ефективен от предишния.Вече е възможно задаване на точните честотни коефициенти на квантоващата матрица което оказва директно влияние за подобряване на качеството и размера .С MPEG-2 могат са задават стойности 8,9,10,11 бита.За сравнение - в MPEG-1 тази стойност е фиксирана на 8 бита.Освен това вече е е възможно да се ползва  отделна матрица за квантоване (quantization matrix)  непосредствено пред всеки кадър , което позволява постигане на висококачествено изображение .Как с помощта на тази матрица се достига подобрение на качеството ?Не е тайна че бързодвижещете се участъци са ахилесовата пета на семейството MPEG , докато бавно движещите се или статични сцени се кодират много добре.Следва извода че не бива  статичните и бързодвижещите се участъци да се кодират еднакво и като се сменя матрицата на квантоване в различните части на филма може да се постигне по-добро изображение.Повечето кодеци правят това автоматично но има някои , на които може да им се укаже ръчно , например AVI2MPG2 , който можете да си намерите в Интернет.

Алгоритъма за предсказване на движение също е променен , по-точно обогатен със следните режими : 16x8 MC, field MC и Dual Prime.Освен че с тях  се повишава качеството е постигнат и още един ефект – намаляване на ключовите кадри , което позволява увеличаване на промеждутъчните кадри , които пък се компресират ( за разлика от ключовите ) и в крайна сметка се намаля размера на файла.Основния размер на блока може да бъде не само като при MPEG1 8х8 точки но и 16х16 и 16х8 ( което обаче се използва само в режим 16х8 МС)

Заради някои особености на алгоритмите обаче се стига до ограничения в размера на картинката – резолюцията по вертикалата и хоризонталата трябва да е кратна на 16 в режим на кадрово компресиране и кратно на 32 по вертикалата в режим на кодиране на полетата (field-encoder), където всяко поле се състои от два кадъра .Размера на фрейма се е увеличил до 16383*16383.Въведени са и две нови съотношения на цветовите плоскости плоскостите на осветление-4:4:4 и 4:2:2

Освен всичко това в MPEG са въведени  и  следните алгоритми: Scalable Modes, Spatial scalability, Data Partitioning, Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability и Temporal Scalability.

Scalable Modes – комплект алгоритми , който позволява да се определи нивото на приоритет на различните слоеве на видеопотока , който е разделен на три слоя - base, middle и high. Най-приоритения слой за даден момент се кодира с най-голям битрейт.

Spatial scalability (пространствено мащабиране) – базовия слой се кодира по малка резолюция , а по-нататък получената от кодирането информация се използва в алгоритъма за предсказване на движението на по-приоритетните слоеве.

Data Partitioning (разделяне на данните ) – този  алгоритъм разделя чрез квантоващата матрица  блоковете с размер 64 елемента на два потока  като приоритетния е от нискочестотните компоненти понеже те са по взискателни към качеството , другия съответно е от високочестотни.По-нататък тези потоци се обработват отделно по различен начин .Затова има такава разлика между “бързите сцени”  в MPEG1 и MPEG-2 в полза на втория формат.

Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability (определяне на  съотношението  сигнал/шум) - при действието на този  алгоритъм различните по приоритет слоеве се  кодират с различно качество. Низкоприоритетните слоеве са по “дискретизирани”, по-груби , съдържат по-малко данни а високоприоритетните съдържат допълнителна информация , която при декомпресиране позволява да се възстанови висококачествения образ  

Temporal Scalability (временно мащабираване) – благодарение на този алгоритъм се намаля броя на ключовите кадри в нископриоритетния поток , а за сметка на това  високоприоритения слой съдържа допълнителна информация  , която позволява възстановяването на промеждутъчните кадри като се използва информацията за предсказване от нископриоритеtния слой. (сложна работа,а?)

Всички тези алгоритми работят с видеопотока , използването им позволява постигане на високо качество .Използването на който и да е от тях обаче прави видеопотока несъвместим с MPEG-1.Tова е причината тези алгоритми да не присъстват във всеки MPEG-2 кодеци  и в резултат се появяват множество формати с различни резолюции , различни степени на компресия и различни съотношения размер/качество.С цел да създаде ред MPEG въвежда ред и окончателна стандартизация с понятията ниво и профил. Тези параметри позволяват да се опишат всички формати от вида MPEG-2

Нива

                                                                               Профили

                                                    Допустими комбинации на Профили  и Нива

                                                                Най-популярните стандарти.

Промяна на аудиокомпресията при MPEG-2

Появява се нова група формати MPEG-2 AAC (Advanced Audio Coding)

И тука има профили - Main, Low Complexity (LC) и Scalable Sampling Rate (SSR, изисква се декодер, поддържащ  VBR).

Съединяването на звука и видеото в MPEG става посредством  Packetized Elementary Stream (PES) – разбиване на потоците на пакети а втория етап може да протече по два начина :

MPEG-2 Transport Stream – за предаване на транспортни пакети през спътникови канали или на лоши участъци от мрежи , където е възможно да има големи загуби