MPEG-2

MPEG-2 (ISO-13818) on vuonna 1997 valmistunut videonpakkausstandardi. Sitä käytetään melkein kaikissa DVD-videolevyissä, Super VCD -levyissä ja kaapeli- ja satelliittitelevisioissa eli Digi-TV-lähetyksissä sekä HDTV:ssä. MPEG-2 perustuu vahvasti edeltäjäänsä, MPEG-1:een, ja on tämän jonkinlainen päivitetty versio. MPEG-2 tukee huonommin alhaisia bittinopeuksia (alle 1 Mb/s), mutta tukee myös lomitettua videota sekä useampia äänikoodeekkeja. Resoluution ja kuvan bittinopeuden suhteen valinta on melko vapaata. MPEG-2 pystyy pakkaamaan videota ja ääntä 2–300 Mb/s:n siirtonopeuksilla. MPEG-2-koodatun kuvan HDTV-tasoinen maksimikoko on 1920×1152. Formaatti tukee vaihtelevaa bittinopeutta (VBR) eli esimerkiksi toimintakohtauksiin voidaan käyttää hitaissa kohtauksissa säästettyjä tavuja ja välttyä kuvan palikoitumiselta.

Ääniformaattina voidaan käyttää jotain seuraavista: MPEG audio layer 1, MPEG audio layer 2, Dolby AC-3, DTS ja PCM, joka on pakkaamaton standardi. DVD-levyt käyttävät useimmiten AC-3:a eli Dolby Digitalia. Digi-TV-lähetyksissä käytetään pienempää bittinopeutta ja kaksikanavaista MPEG layer 2 -ääntä; tulevaisuudessa siirryttäneen DVD:n tapaan AC-3-ääneen.

DVD-Video on ”pakattu” studio ITU-R 601 -formaatista MPEG-2-formaattiin, joka poistaa datavirrasta tarpeettomat tiedot, joita ei voi havaita ihmissilmällä. MPEG-2 on häviöllinen digitaalinen koodausjärjestelmä. Häviöllisyys merkitsee, ettei kerran koodattua signaalia voi enää palauttaa alkuperäiseksi. Lopputuloksena syntynyt video, varsinkin jos se on monimutkainen tai kuvat vaihtuvat nopeasti, voi joskus sisältää häiriötekijöitä, kuten esimerkiksi kuvan sekaisuutta. Tämä riippuu tekemisen laadusta ja pakkauksen määrästä. Normaalissa 3,5 Mb/s määrässä saattavat jotkut häiriötekijät esiintyä.

MPEG-2-pakkaus tapahtuu yksinkertaistettuna niin, että osa kuvien passiivisista kohdista jätetään pois ja keskitytään niihin kuvajaksoihin, joissa on liikettä.

Digitaalisen kuvasignaalin häviöttömänä siirtonopeutena pidetään ammattipiireissä arvoa 270 Mb/s, mutta DVD-kuvasignaalin keskimääräinen datavirta on vain 3,5 Mb/s eli noin 1/80. Laite tosin kiihdyttää lukunopeuden tarvittaessa jopa kymmeneen megabittiin sekunnissa. Bittivirta laajenee ja supistuu sen mukaan, minkä verran kuvassa esiintyy muuttuvia yksityiskohtia. Nopeatempoinen, paljon yksityiskohtia sisältävä toimintaelokuva syö DVD:n kapasiteettia aivan eri tahdissa kuin pitkissä kuvissa viipyilevä rakkausdraama. Vaakaerotteluksi luvataan yli 500 viivaa, ja kuva on tyypillisesti laajakangasformaattia.

Ihmissilmää pystyy harhauttamaan erittäin paljon, mutta hyvässäkin MPEG-2-kuvassa on havaittavissa lievä luonnottomuus, varsinkin kuvan selvä pehmeneminen nopeissa liikkeissä.

MPEG-2.pakkaus perustuu neljään periaatteeseen:

Etsitään pakatun kuvan datasta toistuvia, samanlaisia osia, ja poistetaan kaikki sellainen data, jolla ei ole mitään informaatioarvoa. Toisin sanoen, kaikki mikä on jo kertaalleen mukana datassa tai se voidaan muuten ennustaa on tarpeetonta.
Ihmissilmä on epäherkkä korkeataajuiselle kohinalle. Siten kuvasta voidaan poistaa pieniä yksityiskohtia ilman, että katsoja havaitsee kuvan huonontuneen.
Video-ohjelmassa perättäiset kuvat poikkeavat tavallisesti vain vähän toisistaan. Ottamalla mukaan vain eroa kuvaava tieto pienenee tarvittava datamäärä huomattavasti kuvan laadun siitä kärsimättä.
Perättäisissä kuvissa tapahtuvia muutoksia voidaan myös ennustaa kuvaelementtien siirtymistä kuvaavilla liikevektoreilla. Siten dataan ei tarvitse liittää kuvaelementin tietoja, vaan liikevektori riittää.

Ensimmäinen periaatteista on sama, jota käytetään esimerkiksi tietokoneohjelmien pakkauksessa. Menetelmiä on useita ja ne perustuvat erilaisiin matemaattisiin malleihin. Tuloksena on data, jonka avulla voidaan rakentaa täysin identtinen kuva alkuperäisen kanssa. Kyseessä on siten häviötön pakkausmuoto. Häviöttömien menetelmien heikkoutena on rajallinen pakkaussuhde, eivätkä ne siten yksin riitä video-ohjelmaa pakatessa.