TV Digital 6. MPEG2 An enabling technology for TV and Multimedia. TV Digital 2006/7 1

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1 TV Digital 6 MPEG2 An enabling technology for TV and Multimedia TV Digital 2006/7 1

2 Introdução Quando acabou MPEG1 havia a clara convicção que a tecnologia podia ser estendida para suportar qualidades muito melhores, nomeadamente TV normal e HDTV. Surgiu por isso a ambição de desenvolver uma norma que se tornasse numa base sólida em que pudessem assentar todas as aplicações de TV, Informática e Telecomunicações. Assim, a partilha dos custos do VLSI permitiria baixar custos de forma impensável de outro modo TV Digital 2006/7 2

3 Introdução Contudo TV introduzia um conjunto grande de novos requisitos. O mais óbvio e complexo deles todos era a necessidade de suportar formatos entrelaçados, que seriam provavelmente necessários numa fase de migração enquanto proliferarem equipamentos terminais analógicos e redes de TV analógicas, as quais não conseguem suportar os restantes. TV Digital 2006/7 3

4 Introdução Existem contudo alguns outros requisitos que tiveram que ser considerados. Inicialmente reservou-se o nome MPEG3 para HDTV e o 2 para TV standard. Posteriormente optou-se por fazer a norma MPEG2 muito flexível de modo que ela própria suporta HDTV. MPEG3 foi abandonado TV Digital 2006/7 4

5 Introdução A norma MPEG 2 foi aprovada conjuntamente pela ISO/IEC com o número e pela ITU- T com o número H.262 As primeiras partes foram aprovadas como norma em final de TV Digital 2006/7 5

6 Requisitos MPEG2 Colaboração entre ITU-T e R e ISO/IEC significou a necessidade de os requisitos a satisfazer pela norma terem que ser estabelecidos tendo em conta um universo de aplicações muito mais vasto. Participaram na actividade broadcasters, empresas de telecomunicações, fabricantes de electrónica de consumo. TV Digital 2006/7 6

7 Requisitos MPEG2 Havia limitações em MPEG1 que era necessário resolver: varrimento entrelaçado era necessário para facilitar interacção com redes de TV analógica informação sobre diferentes canais multiplexados que permitisse ao receptor fazer a sua associação (vídeo 1, vem com áudio 3 e 5 em estéreo e português, mais dados 12 com legendas, mais som noutras línguas em diversos outros, etc. TV Digital 2006/7 7

8 Requisitos MPEG2 Sincronismo mais rigoroso, principalmente sempre que for necessário converter para PAL (portadora de cor relacionada com frequência de linhas é muito precisa) transmissão em redes com baixa fiabilidade, exigindo controlo de erros (MPEG1 era para aplicações locais e a transmissão era essencialmente passar pelo controlador dos discos, o que é muito diferente de um canal de telecomunicações) TV Digital 2006/7 8

9 Requisitos MPEG2 Áudio necessita de suporte multi-canal Problemas de qualidade de serviço em redes sem fios levaram a que se tivesse dado muita atenção ao problema da degradação progressiva da qualidade (graceful degradation), recorrendo a diferentes técnicas para incluir diferentes camadas de qualidade diferente no mesmo bit stream. Necessário suportar qualidades superiores (HD) TV Digital 2006/7 9

10 Requisitos MPEG2 Necessidade de suportar aplicações que requerem baixo atraso total de codificação descodificação, outras que não tem problemas na codificação mas devem ter descodificadores simples e todo um conjunto de outras aplicações que apresentam requisitos intermédios. Tudo deve ser implementável em VLSI por forma a reduzir os custos dos equipamentos terminais. TV Digital 2006/7 10

11 Comparação MPEG1 e 2 MPEG1 MPEG2 Formato vídeo SIF progressivo SIF, 4:2:0, 4:2:2, 4:4:4 progressivo ou entrelaçado Qualidade Imagem VHS TV e HDTV distribuição e contribuição Débito variável < 1,856Mbit/s variável até 100Mbit/s Modo Baixo atraso < 150ms < 150ms (sem B) Acessibilidade aleatória aleatória/zapping Escalabilidade SNR, espacial, temporal, simulcast, "data partitioning" Compatibilidade Forward, backward, upward and downward TV Digital 2006/7 11

12 Comparação MPEG1 e 2 MPEG1 MPEG2 Erros de Transmissão Protecção contra erros Resistência a erros Edição do Bit Stream sim sim DCT não entrelaçada não entrelaçada ou entrelaçada Estimação de movimento não entrelaçada não entrelaçada ou entrelaçada - imagem, quadro, 16x16 ou 16x8 vectores de movimento só para imagens P e B idem mais "concealment" MV para I Scanning coeficientes DCT zigzag zigzag ou alternate para vídeo entrelaçado System clock 90kHz 27MHz Relógio de sistema Um somente Um por programa TV Digital 2006/7 12

13 Compatibilidade MPEG1 e 2 Aumento da resolução Forward Backward Codec MPEG2 Codec MPEG1 Up Down Evolução das normas Sobre escalabilidade falaremos mais tarde TV Digital 2006/7 13

14 MPEG2 Para responder a estas questões a norma foi desenvolvida com uma estrutura mais complexa e muito flexível. A norma apresenta um maior número de partes havendo ainda hoje algumas extensões activas: TV Digital 2006/7 14

15 MPEG Systems Video Audio Conformance Software DSMCC(Digital Sorage Media Comand and Control) NBC (Non Backward Compatible) Audio 10 bit video (abandonado) Real Time Interface (RTI) DSMCC Conformance TV Digital 2006/7 15

16 MPEG2 Vamos caracterizar essencialmente as três primeiras partes e por comparação com o que sucede em MPEG1 Comecemos por uma rápida análise das diferenças mais importantes relativamente a MPEG1 efectuada para cada uma daquelas partes fundamentais da norma. TV Digital 2006/7 16

17 MPEG2 sistemas Define dois tipos de treams: Program Stream Transport Tream O PS (Program Stream) é semelhante ao utilizado em MPEG1 com alguns melhoramentos requeridos pelos novos requisitos. Usam-se pacotes longos de comprimento variável (tipicamente 2kbyte). É bom para ambientes em erros. Inclui scrambling, prioridades, informação sobre streams, copyrigth,... TV Digital 2006/7 17

18 MPEG2 sistemas O TS (Transport Stream) usa pacotes mais curtos de comprimento fixo (188 byte, relacionado com ATM). Suporte multiprogramas, diversos vídeos com áudios e dados associados), suporte mesmo programas com relógios independentes uns dos outros, essencial em muitas situações de broadcasting. Vejamos a estrutura do Mux: TV Digital 2006/7 18

19 MPEG2 sistemas codificador video audio dados Video Encoder Audio Encoder Empacotador Mux PS DSM Mux TS Canal de Transmissão TV Digital 2006/7 19

20 MPEG2 sistemas descodificador PS Para Relógio do descodificador Presentation time stamps DSM Mux PS Desempacotador Video Decoder Audio Decoder Buffer apresentação Buffer apresentação Presentation time stamps video audio dados TV Digital 2006/7 20

21 MPEG2 sistemas descodificador TS Para Relógio do descodificador Presentation time stamps Do canal Mux PS Desempacotador Video Decoder Audio Decoder Buffer apresentação Buffer apresentação Presentation time stamps video audio dados TV Digital 2006/7 21

22 MPEG2 video Inicialmente o objectivo em termos de qualidade era obter vídeo entrelaçado de qualidade da televisão difundida actualmente a débitos entre 4 e 9 Mbit/s. Mais tarde este objectivo foi estendido de forma a que a norma possa permitir codificar formatos de qualidade diversa (desde baixa resolução até HDTV) com varrimentos entrelaçados e progressivos. TV Digital 2006/7 22

23 MPEG2 video Manteve-se a estratégia que consiste em normalizar a sintaxe e a semântica de descodificação, sendo totalmente deixado de for a a forma de codificar. Norma mantém os mesmos princípios de codificação usados em MPEG1, mas introduziu outros esquemas ditos escaláveis para suportar diferentes requisitos (degradação progressiva, compatibilidade com terminais diveros, ) TV Digital 2006/7 23

24 MPEG2 video - codec escalável Enhancement Encoder Processador central MP1/2 Nonscalable Encoder M u x D e M u x Enhancement Encoder Processador central MP1/2 Nonscalable Decoder video Preprocessador video out_2 Preprocessador video out_1 TV Digital 2006/7 24

25 MPEG2 video - codec escalável Teremos assim possibilidade de mandar um único bit stream com duas qualidades de vídeo. Isto pode obviamente ser usado para garantir degradação graciosa (qualidade inferior mais protegida) ou para assegurar compatibilidade com diferentes equipamentos terminais (ex: televisões e terminais de vídeo conferência ) TV Digital 2006/7 25

26 MPEG2 video MPEG2 suporta formatos amostrados 4:2:2 e ainda estereoscopia (TV 3D) TV Digital 2006/7 26

27 MPEG2 audio Grande diferença é o suporte da transmissão de áudio multicanal Problema da compatibilidade: forward compatible: um codec MPEG2 descodifica um stream MPEG1 backward compatibility: um codec MPEG1 produz um resultado aceitável em estereofonia a partir de um stream MPEG2 multicanal Existem dois modos: um teve que ser criado como NBC para ser competitivo na qualidade TV Digital 2006/7 27

28 MPEG2 audio Um sistema multicanal em geral tem os canais seguintes: L R C Ls Rs - esquerdo - direito - centro - esquerda surround - direita surround BC coders obrigam a que L e R sejam codificados tal como em MPEG1 e os outros numa extensão invisível para esses codecs. TV Digital 2006/7 28

29 MPEG2 audio - codec BC Rs Ls R C L Matriz MPEG2 Audio Extens. Enc. MPEG1 Audio Encoder M u x D e m u x MPEG2 Audio Extens. Dec. MPEG1 Audio Decoder Matriz Inversa Esta solução permite não tornar obsoletos os codecs MPEG1, que são capazes de descodificar MPEG2 multicanal em estéreo. Contudo para o mesmo débito a qualidade não é a melhor. Por isso apareceu o NBC. TV Digital 2006/7 29

30 MPEG2 - conformance Para que um bit stream seja legal não basta que cumpra com as regras de sintaxe. Ele tem que além disso ser descodificável num descodificador de referência, com arquitectura definida na norma e buffers especificados na norma. Assim se eu codificar uma sequência com demasiadas imagens B poderei ter, devido ao re-ordenamento buffers saturados. TV Digital 2006/7 30

31 MPEG2 - software e DSMCC Inclui codificadores e descodificadores por software pra auxiliar no desenvolvimento Part 6 é o DSMCC. Inclui comandos para o comando e controlo remoto de sistemas de playback e armazenamento. Trata-se de permitir o comando de sistemas através de uma rede, o que implica alguma normalização que não é necessária quando os comandos são realizados dentro de um aparelho TV Digital 2006/7 31

32 MPEG2 - NBC áudio O algoritmo faz a codificação conjunta de todos os sinais R, L, C, Rs e Ls e obtém ganhos significativos de qualidade para o mesmo débito. Por isso foi necessário implementá-lo. TV Digital 2006/7 32

33 MPEG2 - RTI Esta parte (Real Time Interface) está relacionada com a camada de sistema e é dedicada às aplicações em que se pretende a troca de sinais em tempo real tal como em telecomunicações. MPEG2 TS Canal Adaptador (específico) RTI Decoder TS com jitter produzido pela rede RTI reference point TV Digital 2006/7 33

34 MPEG2 - Systems Existem três níveis: Elementary Streams (ES) - representação de um componente (áudio, vídeo ou dados) em formato comprimido com informação auxiliar para identificação, sincronização e caracterização da fonte. Packetized Elementary Streams (PES) - trata-se de ES colocada em pacotes de comprimento fixo ou variável PS ou TS - são os streams de saída já anteriormente caracterizados TV Digital 2006/7 34

35 MPEG2 - Systems A saída pode ser de débito constante (CBR) ou variável (VBR) presentemente a maior parte dos codificadores em TV são CBR, exceptuando-se os codecs usados nos DVD Sincronização usa mesmos time clocks de MPEG1 mas aqui system clock é de 27MHz DTS e PTS mantém 33 bit System Clock Reference (SCR) usa 42 bit TV Digital 2006/7 35

36 MPEG2 - Systems Vejamos com mais detalhe o modo TS, a novidade no MPEG2 e aquele que é usado na TV digital A multiplexagem efectua-se a três níveis. Pacotes PES que tem comprimento variável e em geral grande são divididos em pacotes de 188 byte mais apropriados para transmissão em redes de comunicação. TV Digital 2006/7 36

37 MPEG2 - Systems Vídeo Áudio Vídeo Áudio PES Packet Pack Pack Header que inclui SCR PES Header que inclui PTS e DTS TV Digital 2006/7 37

38 MPEG2 - Systems Stream TS dividido em pacotes 188byte Packet Packet Packet Packet Packet Header Extended Header ou Payload Small Payload TV Digital 2006/7 38

39 MPEG2 - Systems Header tem informação para suportar transmissão podendo ser estendido por um adaptation field. Além de um byte de sync tem diversos flags e indicadores para detecção de erros e timing e um PID (packet ID) que distingue diferentes ES. Num TS os ID s podem ser repetidos em diferentes programas. Existe um campo para prioridade dedicado a suportar transmissão em redes assíncronas. TV Digital 2006/7 39

40 MPEG2 - Systems Existem ainda campos para discontinuity indicator: descontinuidade no SCR random access indicator: próximo packet tem início de imagem I ou frame áudio prioridade: indica prioridade em caso de congestão PCR_flag: indica presença de um PCR (equivalente ao SCR do PS) OPCR_flag: indica presença de um PCR original (porque pode haver re-timing em broadcast) splice_countdown: número de packets até início de nova imagem I ou frame áudio TV Digital 2006/7 40

41 MPEG2 - Systems Informação sobre forma de associação dos streams é enviada frequentemente para apoio dos descodificadores durante zapping. Essa informação chama-se TS-PSI (Programme Specific Information) Primeira informação deste tipo è chamada PAT (Programme Association Table) etc. ver a seguir TV Digital 2006/7 41

42 MPEG2 - Systems TS- PSI Type PID value (13 bit) Hex Table_id (8bit) Descrição Programme Association Table (PAT) associa programme nº a PMT PID s Network Information Table (NIT) assigned in PAT 40 a FE especifica parâmteros físicos da rede Programme Map Table (PMT) assigned in PAT 02 especifica PID para componentes de programas Conditional Access Table (CAT) 0001 transporta informação para scrambling Private assigned in PAT 40 a FE definido pela aplicação Reservado para DSMCC definido nessa parte da norma Descrição de TS descrição de TS TV Digital 2006/7 42

43 MPEG2 - Systems Usa-se, tal como em MPEG 1, para garantir a decodability do stream a noção de reference standard decoder. Todos os streams tem que ser descodificáveis por um descodificador hipotético bem definido na norma mas que não é obrigatório usar em realizações práticas. Vejamos como é TV Digital 2006/7 43

44 MPEG2 - TS Systems Target Decoder Existem três tipo de buffers: Transport, multiplexagem e stream elementar. Stream TS Transp B. 1 Transp B. n Mux B. 1 video B. descod. Elem. 1 B. Descod. elementar n Descod. 1 video Coded PU s Descod. n Atraso Decoded PU s TS packets Transp B. sys B. Descod. Elementar sys Dados de sistema TV Digital 2006/7 44

45 MPEG2 - TS Systems Target Decoder A norma contem tabelas em que são especificados os valores de todos estes buffers para cada débito de áudio, vídeo e sistema. Para mais detalhes consultar o Haskell. Um aspecto complexo da norma tem a ver com os timings. Vejamos como podem os PCR ser usados para sincronizar o relógio do descodificador com o do codificador. TV Digital 2006/7 45

46 MPEG2 - sincronização de relógios Vídeo in relógio codificador ES contador PCR Mux MPEG TS Stream Processo realizado no codificador TV Digital 2006/7 46

47 MPEG2 - sincronização de relógios TS Stream Saída Referência temporal descodificador Demux MPEG2 TS PCR Comparador Contador Saídas ES para decoders PLL Filtro de PLL VCO Processo realizado no descodificador Saída 27MHz para descodificador TV Digital 2006/7 47

48 MPEG2 - video Vejamos agora as características essenciais do vídeo em MPEG2 As razões que apontamos já justificam a sua maior complexidade. Contudo as técnicas essenciais são as mesmas baseadas em método híbrido DPCM/DCT vindo da H.261, recorrendo a imagens tipo I, B e P tal como em MPEG1. Caracterizemos algumas das diferenças mais relevantes. TV Digital 2006/7 48

49 MPEG2 - video Compensação de movimento A diferença mais importante relativamente a MPEG1 resulta da necessidade de suportar entrelaçamento. As imagens entrelaçadas podem ser suportadas de duas formas distintas: field pictures e frame pictures constituídas como se mostra na figura seguinte: TV Digital 2006/7 49

50 MPEG2 - video Frame pictures Field pictures Linha par vista de topo Linha impar vista de topo TV Digital 2006/7 50

51 MPEG2 - video No caso das frame pictures os pixels correspondem a amostras realizadas em dois quadros distintos, os pixels deixam de estar correlacionados na vertical quando há movimento. A imagem é dividida em macroblocos e as possibilidades de estimar movimentos são equivalentes às que havia em MPEG1. Este modo de processamento funciona bem quando há pouco movimento. TV Digital 2006/7 51

52 MPEG2 - video No caso das field pictures os pixels ficam arrumados em fields distintos que podem ser endereçados de forma separada. Os macroblocos neste caso são constituídos de forma homogénea com 16 colunas e 8 linhas cada. A estimação de movimento inclui muitas novas funcionalidades pois pode fazer-se a partir de cada um dos fields. Ver figuras seguintes. TV Digital 2006/7 52

53 16 MPEG2 - video 8 16 Top Bottom Frame Macroblock Field Macroblocks TV Digital 2006/7 53

54 MPEG2 - video Previsão a partir de imagem anterior Tipo de imagem I ou P B I ou P Previsão a partir de imagem anterior Nas imagens P pode ainda haver predição, nas linhas pares a partir da linha impar anterior da mesma imagem TV Digital 2006/7 54

55 MPEG2 - video Nas imagens I existe ainda MVs de predição a partir de imagens I ou P anteriores para um uso especial concealment: no caso de haver erros de transmissão são usados para colocar no local o bloco anterior e assim eliminar um erro mais grave que se agrava pelo facto de se ir propagar por todo o GOP. TV Digital 2006/7 55

56 MPEG2 - video Modo Dual Prime para imagens P em imagens entrelaçadas Neste modo calculam-se os dois vectores de movimento, um para cada bloco de field anterior e a seguir envia-se a média. Este modo é muito bom para imagens entrelaçadas e permite codificar imagens P com tanta eficiência como as B, mas isso com muito menor atraso. Foi muito estudado por esta última característica poder interessar a telecom. TV Digital 2006/7 56

57 MPEG2 - video A escolha do modo de compensação de movimento mais adequado é realizada pelo codificador que deve fazê-lo com objectivo de aumentar a qualidade para um dado débito e, com eventualmente outras restrições É muito complexo e por isso se usam muitas vezes algoritmos pouco optimizados. TV Digital 2006/7 57

58 MPEG2 - video Outra diferença está no varrimento dos coeficientes da DCT. Verificou-se que em imagens entrelaçadas a imagem de erro tem características diferentes e existe uma estratégia alternativa de varrimento que pode ser usada pelo codificador - varrimento Alternate. Mostra na figura seguinte TV Digital 2006/7 58

59 MPEG2 - video Alternatate Scan - O Zigzag scan mantem-se, sendo a escolha feita no codificador transmitida ao descodificador. O novo modo é mais eficaz para vídeo entrelaçado com muito movimento TV Digital 2006/7 59

60 MPEG2 - video Vejamos agora um pouco sobre as técnicas de escalabilidade suportadas pela norma. Já dissemos em que consiste e para que serve (resistência a erros e para assegurar degradação progressiva) mas falemos um pouco dos modos de a realizar usando MPEG2. TV Digital 2006/7 60

61 MPEG2 - video Tipo de Escalabilidade Data Partitioning SNR Espacial Temporal Aplicação prevista Resistência a erros em ATM e outras redes 1 - Brodcasting digital com duas qualidades (ex: TV e HDTV) 2 - Resistência erros em redes ATM e outras 3 - Serviços de comunicação multiqualidade 1 - Interworking entre diferentes normas de vídeo 2 - HDTV digital compatível com TV 3 - Resistência a erros em redes ATM e outras 4 - Distribuição de vídeo em LAN e redes de computadores a Workstations 1 - Migração de HDTV entrelaçado para progressivo 2 - Serviços de comunicação que exijam diferentes qualidades e compatibilidade com equipaqmento existente 3 - Distribuição de vídeo em LAN e redes de computadores a Workstations 4 - Resistência a erros em ATM e outras redes TV Digital 2006/7 61

62 MPEG2 - video São muito complicadas estas técnicas e, apesar de estarem definidas não são ainda correntemente utilizadas. Vamos limitar-nos a dar uma definição sumária de cada uma delas TV Digital 2006/7 62

63 MPEG2 - video Data partitioning: consiste em separar os dados resultantes da codificação em dois grupos com prioridades diferentes. Dois streams são designados 0 (base) e 1 (enhancement). Stream 0 contem dados de endereçamento e controlo e coeficientes DCT de baixa ordem. A forma de partir depende dos débitos pretendidos. Stream 1 conterá o resto, sendo menos prioritário. TV Digital 2006/7 63

64 MPEG2 - video SNR: diagrama de codificador/descodificador Video in DCT coeff DCT Coeff Requantization Enhancement Encoder Coarse DCT coeff MC DCT Encoder Base encoder Sys mux Sys demux DCT Coeff Requantization Enhancement Decoder Coarse DCT coeff MC DCT Decoder + Differential Refinement DCT coeff Refined DCT coeff TV Digital 2006/7 64

65 MPEG2 - video Espacial: diagrama de codifi./descodificador Video in Spatial Enhancement Encoder Spatial Enhancement Decoder High quality Decimador Espacial Interpolador Espacial Sys mux Sys demux Interpolador Espacial Base Encoder Base Decoder Base quality TV Digital 2006/7 65

66 MPEG2 - video Temporal: diagrama de codifi./descodificador Video in Temporal Enhancement Encoder Temporal Enhancement Decoder High quality Temporal Demux Sys mux Sys demux Temporal Remux Base Encoder Base Decoder Base quality TV Digital 2006/7 66

67 MPEG2 - video Quem quiser ver mais detalhes pode consultar o Haskell. Contudo está por provar que a codificação em camadas tem vantagens relativamente ao simulcast. De facto por exemplo a BBC fez uma experiência muito conhecida que consistiu em codificar um sinal TV e HDTV a respectivamente 5 e 10 Mbit/s. Transmitidos os dois num stream em simulcast ocupariam 15Mbit/s. A seguir tentou codificar em camadas os mesmos sinais a 15 Mbit/s e não conseguiu qualidade tão boa!!! TV Digital 2006/7 67

68 MPEG2 - vídeo Perfis e níveis de qualidade do vídeo MPEG2 A quantidade e complexidade das facilidades contidas na norma levaram a que esta fosse organizada em perfiz e níveis. Perfis são sub conjuntos de funcionalidades definidos para satisfazer determinados conjuntos de aplicações e que podem ser suportados de forma separada. Um codec não precisa de suportar todas as funcionalidades pois pode limitar-se às de um perfil. Os níveis correspondem a diferentes qualidades representadas pela limitação de certos parâmetros definidos na norma TV Digital 2006/7 68

69 MPEG2 - vídeo Perfis MPEG2 Níveis Simple Profile Main Profile SNR Scalable Profile Spaytially Scalable Profile High Profile 4:2:2 Professional Profile Low Level, Main Level, High-1440 Level, High Level TV Digital 2006/7 69

70 MPEG2 - vídeo A sintaxe prevê a indicação do perfil e nível em uso. O mais divulgado até ao momento é o Main Profile (MP), adoptado para o serviço de TV digital. Os perfis estão hierarquicamente organizados pela ordem em que foram apresentados: todo o descodificador de um dado perfil tem que descodificar streams de perfis acima desse. Vejamos um pouco sobre os objectivos de cada um. TV Digital 2006/7 70

71 MPEG2 - vídeo Main Profile e Simple Profile MP é usado para codificação de vídeo com qualidade TV e HDTV usando técnicas não escaláveis. O SP também suporta os mesmos níveis de qualidade mas com o requisito adicional de low delay. Está por isso orientado para aplicações conversacionais não suportadas por MPEG1 que não pode aceitar vídeo entrelaçado. TV Digital 2006/7 71

72 MPEG2 - vídeo O MP suporta todos os níveis de qualidade definidos na norma. Contudo o SP só suporta o Main Level e um descodificador SP é suposto descodificar o (Single profile at Main Level) e também o Isto apesar de o SP não suportar imagens B. TV Digital 2006/7 72

73 MPEG2 - vídeo O Perfil SNR foi pensado para aplicações que requeiram dois níveis de qualidade com idêntica de imagem. É um superset do MP mas possui mais algumas ferramentas para apoiar a escalabilidade. Só são suportadas as qualidades Low e Main em formato 4:2:0. TV Digital 2006/7 73

74 MPEG2 - vídeo O Perfil Spatial é dedicado a aplicações que requeiram até três níveis diferentes de qualidade usando as duas formas de escalabilidade: espacial e SNR. Neste caso já pode haver níveis de resolução diferentes por se usar a escalabilidade espacial. Há diversas combinações possíveis mas todas as qualidades suportadas devem ser amostradas 4:2:0. TV Digital 2006/7 74

75 MPEG2 - vídeo As camadas chamam-se Base, enhancement 1 e enhancement 2 se houver 3 ou só base e enhancement 1 se houver 2 podendo ser Base Enhancement 1 Base Enhancement 1 Enhancement 2 4:2:0 SNR 4:2:0 4:2:0 SNR 4:2:0 Espacial 4:2:0 Espacial 4:2:0 Espacial 4:2:0 SNR 4:2:0 TV Digital 2006/7 75

76 MPEG2 - vídeo O High Profile (HP) suporta até três camadas de vídeo com todos os tipos de escalabilidade e amostragem 4:2:0 e 4:2:2. Base Enhancement 1 Base Enhancement 1 Enhancement 2 4:2:0 SNR 4:2:0 4:2:0 SNR 4:2:0 Espacial 4:2:0 SNR 4:2:2 Espacial 4:2:2 Espacial 4:2:0 SNR 4:2:2 Espacial 4:2:2 Espacial 4:2:0 SNR 4:2:0 Espacial 4:2:2 SNR 4:2:2 Espacial 4:2:2 SNR 4:2:2 4:2:2 SNR 4:2:2 4:2:2 SNR 4:2:2 Espacial 4:2:2 Espacial 4:2:2 Espacial 4:2:2 SNR 4:2:2 TV Digital 2006/7 76

77 MPEG2 - vídeo O perfil 4:2:2 com as mesmas características do MP foi definido numa primeira extensão do MPEG com o objectivo de suportar a definição de equipamentos a utilizar nas áreas de produção (estúdios). Os broadcasters não aceitaram imagens 4:2:0 nesse ambiente pois provaram existirem artefactos na cor se se efectuar processamento sobre ficheiros comprimidos daquela forma. TV Digital 2006/7 77

78 MPEG2 - vídeo A tabela seguinte resume as características do perfis e níveis suportados em MPEG2 TV Digital 2006/7 78

79 MPEG2 - vídeo Mode SIMPLE MAIN SNR SPATIAL HIGH High Level High 1440 Level Main Level Low Level 720 pels/linha 576 linhas/frame 30 frames/s 10,4 Mamostras/s 15Mbit/s 1920 pels/linha 1152 linhas/frame 60 frames/s 62,7 M amostras/s 80 Mbit/s 1440 pels/linha 1152 linhas/frame 60 frames/s 47 M amostras/s 60 Mbit/s 720 pels/linha 576 linhas/frame 30 frames/s 10,4 M amostras/s 15 Mbit/s 352 pels/linha 288 linhas/frame 30 frames/s 3,04 M amostras/s 720 pels/linha 576 linhas/frame 30 frames/s 10,4 M amostras/s 15 Mbit/s 10 Mbit/s 1440 pels/linha 1152 linhas/frame 60 frames/s 47 M amostras/s 60 Mbit/s 40 Mbit/s 15 Mbit/sMbit/s 1920 pels/linha 1152 linhas/frame 60 frames/s 62,7 M amostras/s 100 Mbit/s 80 Mbit/s 25 Mbit/s 1440 pels/linha 1152 linhas/frame 60 frames/s 47 M amostras/s 80 Mbit/s 60 Mbit/s 25 Mbit/sMbit/s 720 pels/linha 576 linhas/frame 30 frames/s 10,4 M amostras/s 20 Mbit/s 15 Mbit/s 4 Mbit/s 4 Mbit/s Não escalável 4:2:0 Não escalável 4:2:0 com imagens B escalável 4:2:0 escalável 4:2:0 4:2:0 não esclável escalável 4:2:0 e 4:2:2 TV Digital 2006/7 79

80 MPEG2 - vídeo Hierarquia de vídeo em MPEG2 - baseada em MPEG 1 Sequência GOP Picture Slice Macroblock Block Diferença porque as slices não precisam cobrir toda a imagem tal como em MPEG1. Informações transmitidas ao nível apropriado e válidas para todos elementos abaixo na hierarquia. TV Digital 2006/7 80

81 Bloco coeficientes MPEG2 - vídeo Macro- Bloco Vectores de movimento Porque slices são zonas homogéneas da imagem Quando há tendências globais de novimento são transmitidas aqui reduzindo vectores movimento nos macroblocos Sequence Slice Pictures GOP Codificação diferencial coef. DC e vectores de movimento Tipo: I, P ou B Vectores movimento globais Vectores movimento concealment imagens I Pic_rate, Quant.matrix, Level, Profile, sampling (4:2:0, 4:2:2), Progres. or Interlaced, Sync, Aspect_ratio, Pic_size TV Digital 2006/7 81

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