MPEG-2

Digivideo

Uudelleenohjattu sivulta Mpeg-2

Videon ja audion pakkausstandardi jota käytetään mm. DVD-levyillä, Digi-TV-lähetyksissä ja satelliittilähetyksissä. Myös jotkut videokamerat tallentavat MPEG-2:ta. Kirjoitustapa vaihtelee sekä väliviivalla että ilman.

Sisällysluettelo

GOP vai Intra

GOP, Group of Pictures on MPEG-2:n tyypillinen osa, kuvajakso, jonka sisällä on yksi täydellinen kuva ja siihen viittaavia, vain muutostiedon sisältäviä kuvia. GOP on usein n. puoli sekuntia, 12-15 kuvaa, kun kuvausnopeus on 25 kuvaa sekunnissa. Tämän ansiosta koodaus saadaan tehokkaaksi ja video mahtumaan pieneen tilaan. Tästä syystä vakaa, jalustalta kuvattu ja kohinaton, riittävässä valossa kuvattu video muuntuvat hyvin DVD:lle, mutta heiluva ja kohinainen aiheuttavat ongelmia. Niissä kun on liikaa muutoksia ruudusta toiseen ja kuvan laatua pitää pudottaa, että koodaus edes jotenkin onnistuisi.

Intra-frame on MPEG-2 koodaustapa, jota käytetään lähinnä ammattilaiskameroissa ja joissakin nauhureissa. Se eroaa ratkaisevasti edellä esitellystä ns. pitkän GOPin menetelmästä. Intra tallentaa vain ns. I-kuvia, eli kaikki kuvat ovat yksitellen koodattuja. Tästä seuraa suurempi tallennustarve ja selkeästi parempi lopputulos, jota varsinkin voi editoida paremmin kuin pitkissä jaksoissa koodattua videota.

I, P ja B kuvat

MPEG-2 pakkauksessa kuvat pakataan kolmeksi erilaiseksi kuvatyypiksi: I-, P- ja B-kuviksi.

I-, eli intra-kuvat pakataan ilman viittauksia muihin kuviin. Pakkaukseen käytetään häviöllistä DCT-kvantisointimenetelmää sekä häviötöntä Huffman koodausta sekä muita algoritmejä.

P-, eli ennustetut (prediction) kuvat sisältävät viittauksia sitä edeltävään I- tai P-kuvaan. P-kuvan pakkaus tehdään yksinkertaistaen siten, että muodostetaan kuvan ja sen viitekuvan välinen ero. Ero pyritään sitten ennustamaan erilaisilla algoritmeillä, esimerkiksi liikevektoreilla.

Ennusteen ja pakattavan kuvan välinen ero, sekä ne osat erosta viitekuvaan, joita ei pystytty ennustamaan, pakataan kuten I-kuvat.

B-, eli bi-directional - kahteen suuntaan viitteitä sisältävä pakattu kuva, pakataan periaatteessa samoin kuin P-kuva. Siinä voidaan kuitenkin viitata sekä edelliseen I- tai P-kuvaan että sen jälkeen tulevaan P- tai I-kuvaan. Käytännössä B-kuva on siten edeltävän ja sitä seuraavan kuvan erosta laskettu (interpoloitu) kuva.

Periaatteessa MPEG-pakkauksessa I-kuvat määrittävät pakatun videon kuvan maksimilaadun. P- ja B-kuvat ovat aina laadultaan heikompia, ja sitä enemmän mitä etäämpänä ne ovat I-kuvasta.

P-kuvien tarkoituksena on pyrkiä säilyttämään I-kuvan laatu GOP:ssä.

B-kuvat, joita on tavallisimmin GOP:ssä 2/3-osaa kuvista, vastaavat siten suurimmasta osasta pakkauksen tehosta.

Tyypillisesti I-kuvan pakattu data on kaksi kertaa P-kuvan data, joka on puolestaan noin kaksi kertaa B-kuvan data.


MPEG-2 videokameroissa

Kuluttajaluokan kameroissa on pitkän GOPin tallennusta ainakin DVD-, kovalevy- ja HDV-kameroissa. Digitaalivideon aloittanut DV-formaatti on eri tyyppistä ja siinä tallennetaan jokainen kuva erikseen. Samoille miniDV-kaseteille kuitenkin tallennetaan nyt myös HDV:ta, joten tallennusmediasta ei varmuudella voi sanoa, mitä se sisältää.

Ammattilaitteissa käytetään jonkin verran Intra-frame tallennusta.

Makroblokki

Kun MPEG-2 alkaa tutkia muutoksia I-kuvaan, se ei suinkaan työskentele koko kuvalla, vaan koodaus jaetaan 8x8 pikselin makroblokkeihin. Näiden muutoksia edellisen tai seuraavan kuvan suhteen tutkitaan. Voidaan myös yhdistää 4 makroblokkia, jolloin alueen koko on 16x16 pikseliä. Kun MPEG-2 kuvaa aletaan editoida ja varsinkin, jos siihen tehdään monia peräkkäisiä muutoksia, nämä blokit alkavat elää omaa elämäänsä ja aluksi kauniisti vaihtuva sävypinta muuttuukin laikukkaaksi. Blokkien reunat alkavat näkyä.

Mpeg-2 pakkausasetukset

DVD - MPEG2

DVD-elokuvat ovat MPEG2 pakattua videota. DVD:lle pakattavan materiaalin nyrkkisääntönä voitaisiin käyttää PAL-alueilla, joihin Suomikin kuuluu, että video saa olla lomitettua (interlaced) kuvaa, jossa toistetaan 50 puolikuvaa sekunnissa (huom. 25 kuvaa sekunnissa). DVD:lle pakattaessa käytetään yleensä vaihtelevaa bittivirtaa (variable bitrate, VBR), jonka maksimivirta (peak bitrate) on 4-7 Mb/s riippuen tuotoksen pituudesta. Äänen pakkauksen bittivirtana voidaan käyttää vaihtuvaa, 224 kbs bittivirtaa.

Joskus kuullaan mainostettavan, että jossakin laitteessa, esimerkiksi kamerakännykässä, on "lähes DVD-laatuinen videokuvaus". DVD-laatu ei sinänsä ole edes hyvälaatuista, ei ainakaan tallennusvaiheessa käytettäessä, koska kuvaa täytyy pakata vielä lisää muunnettaessa se toistettavaan muotoon. Tällöin alkuperäisen materiaalin arvo on tärkeässä osassa. Kuitenkaan MPEG2 ei ole itseisarvona huonolaatuista. Videokamerat, jotka tallentavat MPEG2 formaatissa, tallentavat myös 25 Mbps kiinteällä bittivirralla, niinkuin DV-formaattiin tallentavat kameratkin. MPEG2-formaattiin tallennus kuvattaessa on mahdollistanut mm. HDV-kamerat.

Allaolevassa taulukossa on joitakin ohje-arvoja.

Arvo Mpeg2 (DVD) DV 720p(HDV) 1080i(HDV) 1080p(HD)
Leveys pikseleitä 720 720 1280 1440 1920
korkeus pikseleitä 576 576 720 1080 1080
kuvia / sek (fps) 25 25 25 25 25
kenttäjärjestys kaikki alempi kenttä ensin alempi tai ylempi kenttä ensin
kuvasuhde 4:3 ja 16:9 4:3 ja 16:9 16:9 16:9 16:9
bitrate tyyppi Vaihtuva ja kiinteä Kiinteä
videon bitrate
Henkilökohtaiset työkalut