Normes MPEG. Donnée de référence

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La compression des signaux vidéo numériques (ils disent aussi - images) est utilisée depuis assez longtemps et largement. Par exemple, pour la transmission de programmes de télévision de haute qualité sur des canaux satellites de télévision numérique, le codage est utilisé principalement selon la norme MPEG-2. D'autres normes de traitement (compression) de signaux vidéo et audio et où elles sont mises en œuvre sont décrites dans le matériel publié.

La bande passante relativement faible des chaînes de télévision terrestres et la quantité de mémoire relativement faible des porteuses de signaux numériques imposent des restrictions importantes à la diffusion d'informations vidéo de haute qualité. Pour résoudre ce problème, la "compression" des signaux vidéo est utilisée - un codage spécial qui réduit la quantité d'informations numériques sans détérioration notable de la qualité des images reproduites. Les normes d'encodage de nom générique MPEG sont actuellement les plus utilisées.

Le procédé appliqué de codage efficace des signaux vidéo numériques consiste à supprimer la redondance spatiale et temporelle inhérente aux images vidéo, et ainsi à réduire le volume occupé par les signaux vidéo. Derrière une définition un peu scientifique du concept de "compression" des signaux vidéo (images) se cache une opération relativement simple, à première vue : identifier les fragments répétitifs et les informations redondantes dans un signal vidéo et les traiter en conséquence.

L'exemple le plus simple. Si le signal vidéo ne change pas pendant un certain temps, il suffit de le transmettre ou de l'enregistrer une seule fois, c'est-à-dire de prendre une photo en la complétant d'une petite explication: "Mémoriser l'image et répéter le nombre de fois spécifié ." L'économie de volume d'informations numériques enregistrées ou transmises est évidente.

L'étape suivante consiste à traiter les images changeantes. Ici, la tâche est plus difficile, mais aussi résoluble. Deux images adjacentes (dans le temps) (trames de signaux vidéo) peuvent être comparées et au lieu de la seconde, la trame entière ne peut pas être transmise, mais seulement ce qui a changé en elle par rapport à la première. Il est évident que les informations sur les modifications de l'image (signal vidéo) occupent un volume moindre que les informations sur une image complète. Pour les images qui ne changent pas très rapidement, l'effet est assez perceptible. Et de telles intrigues prévalent dans la plupart des films vidéo : des changements radicaux dans les images voisines ne se produisent que lorsque l'intrigue change. A cela on peut ajouter la possibilité de synthétiser des trames avec des états intermédiaires de l'intrigue (qui est du domaine de l'infographie), et cela élargit encore les possibilités de compression du signal vidéo.

La simplicité ici, bien sûr, est apparente. La mise en œuvre pratique de la compression du signal vidéo passe par les mathématiques les plus complexes, les circuits intégrés ultra-larges spécialisés, etc. Mais cela ne concerne pas les utilisateurs - ils ne récoltent que les fruits de nombreuses années de travail acharné de spécialistes de nombreux pays du monde.

Le nom MPEG vient du Moving Pictures Experts Group, un groupe de travail créé par l'Organisation internationale de normalisation en collaboration avec la Commission électrotechnique internationale pour développer des normes de compression vidéo.

Avant l'avènement de la première norme développée par ce groupe - MPEG-1 - dans la pratique internationale, les normes H.261 et JPEG étaient utilisées pour compresser les signaux vidéo. Le premier a été développé pour les systèmes de télécommunications et est principalement utilisé pour les visiophones, les téléconférences, etc. La norme JPEG a été nommée par un autre groupe de travail - le Joint Photographic Experts Group ("Joint Photographic Experts Group"). Bien que cette norme concerne le codage d'images fixes, les solutions utilisées ont été très importantes pour le développement de la norme MPEG-1, car elles ont montré des moyens de supprimer les informations spatiales redondantes d'un signal vidéo sans perte notable de qualité. La norme JPEG est largement utilisée dans les ordinateurs, les appareils photo numériques, les télécopieurs couleur et est également utilisée sur Internet.

La norme MPEG-1 a été créée pour enregistrer 74 minutes de vidéo (avec audio d'accompagnement) sur CD à des débits allant jusqu'à 1,5 Mbps. Dans cette norme, dix trames adjacentes sont traitées simultanément pour supprimer la redondance. La norme MPEG-1 permet d'obtenir une compression des informations vidéo numériques de 100 à 150 fois.

Le prochain produit du groupe MPEG était la norme MPEG-2, qui avait déjà été créée pour une utilisation universelle - pour les télécommunications, la diffusion et le stockage d'informations sur divers supports. Il prend en charge des taux de transfert jusqu'à 4 Mbps. La qualité de l'image reproduite fournie par cette norme lui permet d'être utilisée même en télévision haute définition. La norme MPEG-2 a déjà été adoptée pour la télédiffusion numérique (DVB - Digital Video Broadcasting) et les disques vidéo universels (DVD - Digital Versatile Disc).

L'une des caractéristiques de cette norme est un changement dynamique de la vitesse de transfert des informations. Cela permet une haute qualité d'image constante à un débit de données moyen relativement faible. A débit constant, il faut soit l'augmenter excessivement et, par conséquent, réduire l'efficacité de la compression, soit choisir peu élevé et s'accommoder d'une perte de qualité lorsque le tracé change rapidement.

Aujourd'hui, le groupe MPEG est en train de développer la norme MP EG-4, définie comme "compression intelligente de l'information" et destinée à être utilisée dans les systèmes de télécommunications (principalement mobiles et portables). Il prendra en charge des taux de transfert de données jusqu'à 64 kb/s.

Bien que les tâches principales de MPEG se situent dans le domaine de la compression vidéo, les développeurs accordent également une grande attention à la compression audio. Et c'est naturel, puisque dans la plupart des cas l'image et le son sont indissociables. Par exemple, les normes MPEG-1 Audio et MPEG-2 Audio sont acceptées pour l'enregistrement de films vidéo sur des disques DVD, qui remplacent les CD.

La norme audio MPEG-1 a été créée presque simultanément avec MPEG-2 et vous permet de « joindre » des bits d'informations audio stéréo aux données vidéo. Dans le même temps, leur vitesse de transmission se situe entre 128 ... 384 kb / s (2 canaux). Cette norme est largement utilisée pour l'enregistrement de films vidéo sur CD, ainsi que pour la diffusion audio numérique en Europe et au Canada.

La norme audio MPEG-2 est un "compagnon" de la norme MPEG-2. Il est compatible avec MPEG-1 Audio, mais dispose d'un certain nombre d'ajouts fonctionnels nécessaires à la diffusion audio de haute qualité et à la télévision haute définition.

Une autre norme développée par le groupe MPEG est MPEG-2 Digital Surround. Il fonctionne avec l'audio 5.1 Digital Surround, qui a trois canaux avant, deux canaux arrière complets et un "subwoofer" (appelé "canal 0.1", d'où la désignation 5.1).

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