Ю. Л. Комаров, О. Г. Морозов, А. Н. Пикулев

4.2.3. Стандарты MPEG. Проследим наиболее важные эта­пы становления стандартов MPEG.
MPEG1. Первый стандарт появился в 1992 г. и был рассчитан на пере­дачу видео по низкоскоростным сетям или для записи на компакт-диски (Video-CD). Макси­мально возможная скорость цифрового потока была изна­чально ограничена порогом в 150 кб/с (односкоростной CD-ROM или стандартный аудиопроигрыватель компакт-дис­ков). Чтобы уложиться в заданные рамки, конечно, пришлось поступиться качеством. В MPEG1 разрешающая способность картинки снижена, по сравнению с разверткой вещательного телевидения, в два раза по обеим осям: 288 активных строк в телевизионном кадре и 360 отсчетов в актив­ной части строки. В принципе, это разрешение близко по уровню к формату аналоговой VHS-видеозаписи. Но нельзя забывать о JPEG-компрессии. Уменьшение числа отсчетов оз­начает тем самым увеличение блоков и макроблоков внутри каждого кадра. То есть снижение разрешения автоматически делает внутрикадровую компрессию более грубой и как след­ствие  более заметной потребителю. Однотонные поверх­ности оказываются как бы составленными из рассыпающих­ся квадратиков; особенно назойливо квадратики «вылезают» на динамичных сценах. По этим причинам, а также по причине прогресса цифровых технологий стандарт MPEG1 не успел получить большого распространения. От него нам остались в основном стандар­ты сжатия звука, существующие сегодня самостоятельно (о них мы говорили в разделе «Аудиомагнитофоны»).
MPEG2. Новый стан­дарт MPEG2, работа над которым, собственно, началась сразу по выходе MPEG1 и завершилась в 1995 г. «Второй» MPEG не принес революционных изменений, это  вполне эволюци­онная доработка старого стандарта под новые возможности техники и новые требования заказчиков  крупнейших ком­паний масс-медиа. MPEG2 предназначался для обработки ви­деоизображения, соизмеримого по качеству с телевизионным вещательным, при пропускной способности каналов переда­чи данных от 3 до 15 Мбит/с. Сейчас стандарт MPEG2 ассоци­ируется, в первую очередь, с DVD-дисками. Но в 1992 году, когда стар­товали работы над этим стандартом, еще не существовало широкодоступных носителей, на которые можно было бы за­писать видеоинформацию, сжатую по алгоритмам MPEG2. Самое главное  компьютерная техника того времени не могла обеспечить и нужную полосу пропускания. Зато спут­никовое телевидение с новейшим по тем временам оборудо­ванием уже тогда готово было предоставить канал передачи с необходимыми характеристиками. В октябре 1995 года через телевизионный спутник «Pan Am Sat» было реализовано пер­вое 20-канальное цифровое ТВ-вещание, использовавшее стандарт MPEG2. Спутник осуществлял трансляцию на терри­тории Скандинавии, Бенилюкса, Ближнего Востока и Север­ной Африки.
С появлением же в середине 90-х гг. цифрового много­целевого диска DVD (Digital Versatile Disk, Digital Video Disk), обладающего в простейшей — односторонней и однослойной  версии емкостью 4,7 Гб (почти в 8 раз боль­ше CD), он, естественно, становится практически безаль­тернативным массовым носителем для распространения качественной кинопродукции, сжатой по стандарту MPEG2. Это обусловило массовое производство бюджетных DVD-проигрывателей и, конечно, появление недорогих аппарат­ных кодеров/декодеров. На стандарте MPEG2 сейчас по­строены все системы цифрового спутникового телевиде­ния, в частности, система «НТВ+». На нем же основываются эфирные системы цифрового телевещания DVB, получаю­щие все более широкое распространение в ряде стран За­падной Европы и в США. В профессиональной студийной аппаратуре для реализации цифрового нелинейного мон­тажа используется версия EDITABLE MPEG, в которой все кадры ключевые, а скорость потока в формате 4:2:2 дости­гает 50 Мбит/с.
Как мы от­мечали, революционных изменений в новом стандарте нет, но усовершенствования коснулись практически всех этапов «упаковки»; более того, появились операции, ранее не приме­нявшиеся. К примеру, после разбивки видеопотока на кадры и группы кадров кодер анализирует содержимое очередного кадра на предмет повторяющихся, избыточных данных. Сос­тавляется список оригинальных участков и таблица повторя­ющихся участков. Оригиналы сохраняются, копии удаляются, а таблица повторяющихся участков используется при декодировании сжатого видеопотока. Значительное повышение плотности упаковки было также достигнуто благодаря при­менению во внутрикадровом сжатии нелинейного преобра­зования Фурье взамен линейного. Оптимизации подвергся алгоритм предсказания движения, а также введены несколько новых, ранее не используемых алгоритмов компрессии ви­деоданных. Они в совокупности позволяют кодировать раз­ные слои кадра в зависимости от важности с разной интен­сивностью цифрового потока. Стандарт MPEG2 предоставля­ет программистам и продвинутым пользователям возмож­ность в процессе кодирования задавать точность частотных коэффициентов матрицы квантования, что непосредственно влияет на качество получаемого в результате сжатия изобра­жения (и на размер тоже). Точность квантования может варь­ироваться в диапазоне 8-11 бит на одно значение элемента. Для сравнения: в MPEG1 предусматривалось только одно фи­ксированное значение  8 бит на элемент. То есть в рамках стандарта MPEG2 имеется возможность гибкой настройки ка­чества изображения в зависимости от пропускной способно­сти сети или емкости носителя (вот почему на первых DVD можно было видеть разное по качеству изображение). Эта гибкость, в частности, и сделала MPEG2 основой для приема/передачи цифрового телевидения по различным цифровым сетям.
В результате для фильмов, созданных в стандартах PAL и SECAM, поддерживается разрешение 720576 при 25 кадрах в секунду при качестве, практически не уступающем вещатель­ному. Собственно, MPEG-фильм нельзя отнести к какой-либо системе цветного телевидения, так как кадры в MPEG являют­ся просто картинками и не имеют прямого отношения к ис­ходной для фильма системе телевидения; речь может идти о соответствии размера и частоты следования кадров. В части аудио в MPEG2, по сравнению с MPEG1, добавле­на поддержка многоканального звука (Dolby Digital 5.1, DTS и т.п.)