MPEG: Standardy pro multimédia

DEFINICE Technologie postavené na standardech MPEG slouží pro kompresi a dekompresi zvukových a obrazových dat v počít...


DEFINICE
Technologie postavené na standardech MPEG slouží pro kompresi a dekompresi
zvukových a obrazových dat v počítačích a v digitálních komunikačních sítích.
Jedná se o celou skupinu technologií, na jejímž neustálém vývoji pracuje
sdružení Moving Picture Experts Group.
Pokud na svém počítači někdy sledujete video nebo posloucháte hudbu, pak se vší
pravděpodobností využíváte některou z technologií MPEG. Právě ony mají totiž na
svědomí fakt, že je možno video a audio data převést do formátů, které nadměrně
nezatěžují přenosové sítě a nezabírají neúměrné množství diskové kapacity.
Na rozdíl od běžných datových souborů bývají multimediální (zvuková a obrazová)
data velmi rozsáhlá a při přenosu velmi citlivá na jakákoli zpoždění. Každý
paket musí být přijat, dekomprimován a prezentován uživateli v tom samém
pořadí, v jakém byl vyslán, a bez neúměrného zpoždění. Jakýkoli chybějící paket
nebo paket doručený v nesprávném pořadí může vyslaný záznam změnit v naprostý
blábol. Pokud tedy nejsou použity vhodné opravné algoritmy.
Algoritmy používané v technologiích MPEG komprimují multimediální data tak, aby
mohla být snadno přenesena po jednotlivých paketech k uživateli a tam průběžně
dekomprimována při zachování definované kvality obrazu a zvuku. Celý proces je
přitom nastaven tak, aby mohl proběhnout rychle, bez zbytečných zpoždění.
Standardy MPEG dovolují běžně kompresi v poměru 52 : 1, takže umožňují např.
stlačit 7,7 MB originálních dat na méně než 150 KB.

První standard a MP3
V počátcích využívání technologií MPEG spočíval velký problém ve výkonnosti
systémů, které měly data komprimovat a dekomprimovat. Aby bylo běžné PC schopno
uspokojivě plnit tento druh úkolů, potřebuje dostatečný procesorový výkon
(řekněme alespoň 400MHz procesor, byť samozřejmě záleží na konkrétním druhu
procesoru), dostatek operační paměti a místa na disku. Při snímkové frekvenci
30 fps (frames per second, snímků za sekundu) vyžaduje kvalitní digitální video
235 MB diskového prostoru na každou minutu hraní.
Z uvedených důvodů často potřebovala starší PC pro zpracování souborů MPEG
nákladné koprocesory hardwarové kodeky (coder/decoder). Současné stolní
počítače už disponují dostatečným výkonem, a proto využívají pouze kodeky
softwarové, jako např. ty obsažené v produktech RealPlayer od RealNetworks,
Windows Media Player od Microsoftu nebo QuickTime od Apple Computer.
V roce 1988 dokončila skupina MPEG LA (Moving Picture Experts Group Licensing
Administrator), kterou tvoří devět firem a jedna univerzita, vývoj standardu
MPEG-1 a přihlásila ho k patentování. O tři roky později jí byl patent udělen a
současně dostala i oprávnění standard licencovat.
Standard MPEG-1 byl zamýšlen pro kódování videa určeného k využití v
počítačových hrách. Cílem bylo nabídnout video v kvalitě odpovídající zhruba
videorekordéru VHS při datovém toku 150 KB/s. MPEG-1 vycházel z velikosti
obrazu 352 x x 240 pixelů a snímkové frekvence 20 fps.
Kodek MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3) je schopen produkovat audio v kvalitě
odpovídající záznamu na CD při kompresním faktoru 12 : 1. Podle Louise Lathama,
analytika společnosti Gartner, však běžné soubory typu MP3 využívají vyšších
kompresních poměrů typicky 25 : 1, přičemž jsou tedy zbaveny podstatné části
původních dat. I při nejnižším kompresním poměru zabere původní 50MB zvukový
sobor obsahující 10 minut hudby po kompresi pouze 5 MB a to při subjektivně
stejné kvalitě zvuku.

Vyšší kvalita
V roce 1994 spatřil světlo světa standard MPEG-2 určený pro prokládané
zobrazení. MPEG-2 byl již totiž navrhován jako standard pro běžné digitální
vysílání videosignálu. Proto také nabízí větší rozlišení obrazu 720 x 480
pixelů při snímkové frekvenci 60 fps a datových tocích až 2 MB/s.
U prokládaných obrazů, používaných např. v televizním vysílání, je v každé
periodě obnovována jen polovina obrazu pouze sudé nebo liché linky. Druhá
polovina je obnovena v následující periodě. Obnovování obou polovin se tedy
pravidelně střídá (při poloviční frekvenci, pro 50Hz obraz tedy 25krát za
sekundu), lidské oko však obraz vnímá jako jeden pohybující se celek. Na
počítačových monitorech, které dnes již používají pouze neprokládané
zobrazování, se v místě styku různých půlsnímků (tedy v horizontální rovině) v
některých případech zobrazují rozeklané okraje. Aby bylo možno dosáhnout
hladkého zobrazení, uchovávají se před zobrazením obě sady prokládaných obrazů
v paměti a kodek MPEG-2 vyhlazuje hrany tam, kde je to třeba. Někdy nepřirozený
vzhled obrazu digitální televize a DVD je právě výsledkem práce kodeku MPEG-2.

Pro velká data
V letech 1998 a 1999 byly schváleny standardy MPEG-4 a MP4. Ty jsou určeny pro
sítě s malou šířkou přenosového pásma a využívají technologií syntézy videa a
řeči, fraktální geometrii, počítačovou vizualizaci a umělou inteligenci. Díky
nim má být možno rekonstruovat obrazy z minimálního objemu původních dat.
MPEG-4 a MP4 nabízejí méně ztrátové video a audiokompresi, které ovšem umožňují
ukládat filmy na 15 % prostoru, který by vyžadovala původní data na DVD.
Jednoduchost, s jakou lze díky použití MPEG-4 uložit obsah DVD na CD, přiměla
zástupce filmového průmyslu k akci. Dostali totiž strach, že se bude opakovat
situace známá z oblasti hudby po nástupu Napsteru a jemu podobných výměnných
sítí. Americký kongres tak dostal petici, ve které žádají o lepší ochranu
autorských práv k DVD.
Podle Lathama je však daleko nejvýznamnější vlastností nového formátu jeho
škálovatelnost. Kodek MPEG-4 umožňuje rozdělit kódovaná data do tak malých
paketů, že mohou být přenášena i po mobilních sítích se šířkou přenosového
pásma 9,6 Kb/s.
Dalšími novými standardy z rodiny MPEG, které stojí za pozornost, jsou MPEG-7 a
MPEG--21. První z nich slouží k popisu dat s multimediálním obsahem, druhý pak
poskytuje širší rámec pro práci s daty potřebnými pro tvorbu a přenos
multimediálně zachycených informací. Práce na standardu MPEG-21 začaly v roce
2000. Jeho klíčovými součástmi jsou deklarace digitální položky, identifikace,
zpracování obsahu (jeho použití a reprezentace), správa autorských práv a
jejich ochrana, správa informací o síti a terminálech používaných pro zobrazení
multimediálních dat a reportování událostí.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.