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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA padrões MPEG. Data de referência
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Materiais de referência A compressão de sinais de vídeo digital (também chamada de compressão de imagem) tem sido amplamente utilizada há muito tempo. Por exemplo, para transmitir programas de televisão de alta qualidade através de canais de televisão digital via satélite, a codificação baseia-se principalmente no padrão MPEG-2. Outros padrões para processamento (compressão) de sinais de vídeo e áudio e onde são implementados estão descritos no material publicado. A largura de banda relativamente baixa dos canais de televisão terrestre e a capacidade de armazenamento relativamente pequena dos portadores de sinais digitais impõem restrições significativas à distribuição de informação de vídeo de alta qualidade. Para resolver este problema, é utilizada a “compressão” de sinais de vídeo - uma codificação especial que reduz a quantidade de informação digital sem degradar visivelmente a qualidade das imagens reproduzidas. Os padrões de codificação mais utilizados são atualmente conhecidos como MPEG. A técnica utilizada para codificar eficientemente sinais de vídeo digital consiste em remover a redundância espacial e temporal inerente às imagens de vídeo, reduzindo assim a quantidade de espaço ocupado pelos sinais de vídeo. Por trás da definição um tanto científica do conceito de “compressão” de sinais de vídeo (imagens), existe uma operação relativamente simples, à primeira vista: identificar fragmentos repetidos e informações redundantes em um sinal de vídeo e processá-los adequadamente. O exemplo mais simples. Se o sinal de vídeo não mudar ao longo de um determinado período de tempo, basta transmiti-lo ou gravá-lo apenas uma vez, ou seja, tirar uma fotografia, acrescentando uma breve explicação: “Lembre-se da imagem e repita o número de vezes especificado. ” A poupança na quantidade de informação digital registada ou transmitida é óbvia. A próxima etapa é processar imagens alteradas. Aqui o problema é mais complicado, mas também solucionável. Duas imagens adjacentes (no tempo) (quadros de sinal de vídeo) podem ser comparadas e, em vez da segunda, não é possível transmitir todo o quadro, mas apenas o que mudou nele em comparação com o primeiro. Obviamente, as informações sobre mudanças na imagem (sinal de vídeo) ocupam menos volume do que as informações sobre o quadro completo. Para imagens que não mudam muito rapidamente, o efeito é bastante perceptível. E esses enredos prevalecem na maioria dos vídeos: mudanças radicais nos quadros adjacentes ocorrem apenas quando o enredo muda. A isso também podemos adicionar a capacidade de sintetizar quadros com estados intermediários de plotagem (que vem do campo da computação gráfica), e isso amplia ainda mais as possibilidades de compressão do sinal de vídeo. A simplicidade aqui é, obviamente, aparente. A implementação prática da compressão de sinal de vídeo passa pela matemática mais complexa, circuitos integrados ultragrandes especializados, etc. Mas isso não preocupa os usuários - eles apenas colhem os frutos de muitos anos de trabalho árduo de especialistas de vários países ao redor do mundo. O nome MPEG vem do Moving Pictures Experts Group, um grupo de trabalho criado pela Organização Internacional de Padronização e pela Comissão Eletrotécnica Internacional para desenvolver padrões de compressão de vídeo. Antes do surgimento do primeiro padrão desenvolvido por este grupo, os padrões MPEG-1, H.261 e JPEG eram utilizados na prática internacional para compactar sinais de vídeo. O primeiro deles foi desenvolvido para sistemas de telecomunicações e é usado principalmente para videofones, teleconferências, etc. O padrão JPEG recebeu o nome de outro grupo de trabalho - o Joint Photographic Experts Group. Embora este padrão esteja relacionado à codificação de imagens estáticas, suas soluções foram muito importantes para o desenvolvimento do padrão MPEG-1, pois mostraram maneiras de remover informações espaciais redundantes de um sinal de vídeo sem perda perceptível de qualidade. O padrão JPEG é amplamente utilizado em tecnologia de computadores, câmeras digitais, faxes coloridos e também na Internet. O padrão MPEG-1 foi criado para gravar vídeos de 74 minutos (com acompanhamento de áudio) em CDs com taxas de dados de até 1,5 Mbit/s. Neste padrão, dez quadros adjacentes são processados simultaneamente para remover redundância. O padrão MPEG-1 permite compactar informações de vídeo digital em 100...150 vezes. O próximo produto do grupo MPEG foi o padrão MPEG-2, que já havia sido criado para uso universal - para telecomunicações, transmissão e armazenamento de informações em diversos meios de comunicação. Suporta velocidades de transferência de até 4 Mbps. A qualidade da imagem reproduzida fornecida por este padrão permite sua utilização inclusive em televisão de alta definição. O padrão MPEG-2 já foi adotado para transmissão de televisão digital (DVB - Digital Video Broadcasting) e discos de vídeo universais (DVD - Digital Versatile Disc). Uma das características deste padrão é a mudança dinâmica na taxa de transferência de informações. Isso permite alta qualidade de imagem constante a uma taxa média de transferência de dados relativamente baixa. A uma velocidade de transmissão constante, ela deve ser aumentada excessivamente e, portanto, reduzir a eficiência de compressão, ou escolher não muito alta e suportar a perda de qualidade quando a cena muda rapidamente. O grupo MPEG está atualmente desenvolvendo o padrão MP EG-4, que é definido como “compressão inteligente de informações” e se destina ao uso em sistemas de telecomunicações (principalmente móveis e vestíveis). Ele suportará taxas de transferência de dados de até 64 kB/s. Embora as principais tarefas do MPEG estejam no campo da compressão de vídeo, os desenvolvedores também prestam muita atenção à compressão de áudio. E isso é natural, pois na maioria dos casos imagem e som são indissociáveis. Assim, os padrões MPEG-1 Audio e MPEG-2 Audio foram adotados para gravação de filmes de vídeo em discos DVD, que estão substituindo os CDs. O padrão de áudio MPEG-1 foi criado quase simultaneamente com o MPEG-2 e permite “anexar” bits de informações de áudio estéreo aos dados de vídeo. Ao mesmo tempo, a sua velocidade de transmissão situa-se na gama de 128...384 kB/s (2 canais). Este padrão é amplamente utilizado para gravação de filmes de vídeo em CDs, bem como para transmissão de áudio digital na Europa e no Canadá. O padrão de áudio MPEG-2 é um “companheiro” do padrão MPEG-2. É compatível com áudio MPEG-1, mas possui vários acréscimos funcionais necessários para transmissão de áudio de alta qualidade e televisão de alta definição. Outro padrão desenvolvido pelo grupo MPEG é o MPEG-2 Digital Surround. Funciona com áudio Digital Surround no formato 5.1, que possui três canais frontais, dois canais traseiros completos e um “subwoofer” (é denominado “canal 0.1”, daí a designação 5.1).
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