Normas Video TDT

1 – MPEG-2

A norma MPEG-2 foi desenvolvida pela ISO/IEC/JTC/SC29/WG11 e é conhecida por ISO/IEC 13818. Tem como objectivo disponibilizar uma qualidade CCIR/ITU-R () para NTSC, PAL, SECAM e também ser capaz de suportar qualidade HDTV. Esta norma possibilita um elevado débito binário (até 40Mb/s), disponibiliza até cinco canais áudio (surround sound), possibilita a utilização de frames com maior tamanho (incluindo HDTV) e também possibilita a utilização de vídeo entrelaçado.

A norma MPEG-2 foi publicada em seis partes. Na primeira parte é especificada a camada de codificação do MPEG-2. Nesta parte é definida uma estrutura multiplexada para combinação de áudio e vídeo e meios de representação de informação temporal necessária à reprodução de sequências sincronizada em tempo real. Na segunda parte é especificada a representação codificada de informação de vídeo e o processo de descodificação necessário à reconstrução das imagens. A terceira parte é referente à codificação e representação da informação de áudio. Na quarta parte são definidos os testes de conformidade para descodificadores e streams. A quinta parte é denominada de Reference Software, sendo responsável pela implementação de software referente a partes da especificação técnica. Na sexta parte, denominada de DSM-CC (Digital Storage Media – Command Control) são especificados os protocolos de gestão e controlo.

O MPEG-2 pode ser divido em dois grupos referentes a objectivos de qualidade: Distribuição Primária e Secundária.
Os requisitos de qualidade dependem da aplicação e estão directamente relacionados com a resolução (espacial e temporal) dos sinais de áudio e vídeo e com o débito binário e consequentemente do factor de compressão. Outros requisitos da norma prendem-se com: uma larga amplitude na resolução espacial e temporal ambos em formatos progressivo e entrelaçado, flexibilidade em termos de débito binário (constante ou variável), diversos formatos de sub-amostragem de crominância (4:4:4, 4:2:2, 4:2:0), flexibilidade na adaptação a diferentes canais de transmissão e armazenamento.
Estrutura de Vídeo: A estrutura de vídeo consiste nas seguintes camadas hierárquicas: GOP, Pictures, Slice, Macroblock, Block.

ESTRUTURA DE VIDEO

A sequência de vídeo é iniciada com um cabeçalho, incluí um ou mais grupos de imagens e termina com código de terminação de sequência. O GOP (Group of Pictures) é composto por um cabeçalho e uma série de uma ou mais imagens que permitem um acesso aleatório na sequência. A imagem é a unidade primária de codificação de uma sequência de vídeo. Uma imagem consiste em três matrizes rectangulares que representam a luminância (Y) e as duas crominâncias (Cb e Cr). A matriz Y tem um número par de linhas e colunas, enquanto que as matrizes das crominâncias têm uma vez e meia o tamanho da matriz Y em cada direcção (horizontal e vertical). O Slice é constituído por um ou mais macroblocos contíguos, sendo que a ordem dos macroblocos num slice é da esquerda para a direita ou de cima para baixo. Estes componentes são importantes no tratamento de erros. Se a sequência de vídeo tiver um erro o descodificador pode saltar para o início do slice seguinte. Ao existirem mais slices na sequência de vídeo existe também uma maior robustez quanto ao erro no entanto isso significa bits que não serão utilizados na imagem dimínuindo a sua qualidade. Os macroblocos são a unidade básica de codificação no algoritmo MPEG. É um segmento de pixels 16×16 numa trama, que consiste em 4 blocos Y, 1 bloco Cr e 1 bloco Cb. Os blocos são a mais pequena unidade de codificação no algoritmo MPEG. Consiste em pixels 8×8 e pode ser de três tipos diferentes: luminância (Y), crominância vermelha (Cr) ou crominância azul (Cb).

A norma MPEG define três tipos de imagem: Intra Pictures (I-Pictures), Predited Pictures (P-Pictures) e Bidirectional Pictures (B-Pictures).
A norma MPEG-2 define 4 perfis e 4 níveis de modo a assegurar a inter operabilidade das várias aplicações. Os perfis definem a resolução e a escalabilidade da sequência de vídeo. Os níveis definem o máximo e o mínimo da resolução da imagem, o número de amostras de luminância (Y) por segundo, o número de camadas de áudio e vídeo suportadas pelos perfis de escalabilidade e o máximo débito binário por perfil.

2 – MPEG-4/H.264

A norma H.264 foi adoptada pelo grupo MPEG para ser um esquema de vídeo compressão chave no formato MPEG-4 para partilha de conteúdos digitais. O H.264 é por vezes regerido como MPEG-4 Part 10 (parte da especificação MPEG-4 ou como AVC (MPEG-4 Advanced Video Coding).
Este novo esquema de compressão surgiu como resposta às crescentes necessidades do mercado que tornaram o MPEG-2 e outros codecs de vídeo ineficientes. A cada vez maior capacidade de processamento dos computadores de hoje em dia e a crescente exigência em termos de qualidade de vídeo foram os grandes motores para o desenvolvimento desta norma. Esta norma possibilita uma qualidade de vídeo superior, a um dado débito binário, uma resolução elevada e baixo requisitos de armazenamento.

Comparação entre MPEG-2 e MPEG-4/H.264

Comparação com MPEG-2: Existem várias diferenças entre os dois esquemas de compressão, mas um ponto chave é o facto do H.264 ter sido desenvolvido de modo a ter factores de compressão bastante mais elevados que o MPEG-2. No entanto, este elevado factor de compressão (até 2 a 3 vezes mais eficiente que o MPEG-2) é conseguido às custas de requisitos computacionais bem mais elevados. Esta necessidade de recursos computacionais é dispersa ao longo do processo de descodificação, mas três técnicas destacam-se: Entropy encoding, menor tamanho dos blocos e In-Loop deblocking.

 
Comparação entre MPEG-2 e MPEG-4/H.264

3 – AAC

O AAC (Adavanced Audio Coding) é um formato normalizado de compressão áudio digital com perdas (lossy). Foi desenvolvido com a colaboração e contribuição de companhias como: Dolby, Fraunhofer (FhG), ATT, Sony e Nokia e foi oficialmente declarada como norma internacional pelo grupo MPEG em Abril de 1997. Esta norma foi promovida como sendo a sucessora do MP3, seguindo o mesmo tipo de codificação da Layer-3 (filtros de alta resolução, quantização não uniforme, codificação de Huffman) mas melhorando a qualidade a baixo débito binário através de novas técnicas de codificação. A sua popularidade nos dias de hoje deve-se à adopção por parte da Apple no software iTunes.

O MPEG AAC possibilita uma excelente qualidade áudio.
Sendo perceptível as melhoras na qualidade a apenas 64 Kbit/s por canal, cumprindo os requesitos para transmissão definidos pela European Broadcasting Union. Disponibiliza bandas de amostra desde os 8 kHz até aos 96kHz, com débitos binários até 256 Kbit/s e com suporte para 48 canais. Os baixos requisitos computacionais do AAC tornam-no no codec ideal para qualquer aplicação áudio de baixo débito binário e elevada qualidade.