Журнал "Компьютерра" №756

Так в 1992 году возник стандарт MPEG-1, который стал основным для записи фильмов на стандартный CD (Video CD). При скоростях передачи данных около 1,15 Мбит/с MPEG-1 по качеству сравним с аналоговым VHS, а один полнометражный фильм в этом формате умещается на два CD. В MPEG-1 были заложены и большие разрешения, чем SIF (с соответствующим увеличением потока данных), но на практике использовался только урезанный стандарт.

Метод сжатия в MPEG-1 основан на том, что полностью записывается лишь один опорный кадр (I-кадр, Intra frame) из группы примерно в десять кадров. Слово "полностью" тут, правда, тоже не совсем уместно, так как I-кадры сами по себе сжимаются алгоритмом JPEG, то есть с потерями информации. Но с промежуточными кадрами поступают еще хуже: в так называемых P-кадрах (Predirected frame) сохраняются лишь предсказанные специальным алгоритмом изменения по сравнению с предыдущими и последующими I-кадрами. А для того, чтобы сгладить ошибки предсказания движения, между этими кадрами вставляют еще более грубые B-кадры (Bidirectional frame), которые сохраняют интерполированные значения между двумя I- или P-кадрами. P-кадры в среднем имеют объем втрое меньший, чем I-кадры, а B-кадры еще примерно в 2,5 раза меньше. Типовой порядок следования кадров примерно такой: IBBPBBPBBIBBPBBPBB...

Из-за того, что предсказание движения в MPEG-1 производится не для каждого пиксела, а для блоков размером 8х8, типичным искажением был, например, распад однотонной заливки на квадратики. В сочетании с урезанным вдвое разрешением качество ТВ-картинки оставляло желать лучшего (но при этом, как ни странно, качество передачи цвета было даже выше, чем у аналогового VHS). Добрым словом следует помянуть MPEG-1 только в одном отношении: именно для него был разработан знаменитый способ кодирования звука MPEG-1 Layer 3, который позднее зажил своей жизнью под именем МР3 и стал своеобразным символом наступления "цифрового века".

В эфирном цифровом вещании MPEG-1 не употреблялся никогда. В 1995 году был создан стандарт MPEG-2, свободный от ограничения по скорости передачи в 150 кбит/с и предусматривающий поток данных 3–15 Мбит/с (а в некоторых вариантах повышенного качества и до 80 Мбит/с). По принципу устройства MPEG-2 аналогичен MPEG-1, но рассчитан, во-первых, на кодирование полного ТВ-формата (а не урезанного SIF), в том числе и ТВЧ, во-вторых, на передачу шестиканального звука вместо стерео. Считается, что MPEG-2, начиная со сжатия до 15 Мбит/с, по качеству аналогичен студийному SDTV.

При этом, как ни странно, степень сжатия в MPEG-2 в общем случае значительно выше, чем в MPEG-1. Здесь долго перечислять все ухищрения, которые позволили добиться такого эффекта (к тому же MPEG-2 не фиксирует конкретные алгоритмы сжатия, которые могут дорабатываться фирмами самостоятельно, и различные кодеки MPEG-2 могут давать заметно различающиеся результаты). В качестве иллюстрации используемых приемов приведем такой: из исследований комитета MPEG выходило, что 95% видеоданных так или иначе повторяется в разных кадрах. Соответственно, на место повторяющихся участков при воспроизведении можно подставить один-единственный оригинальный фрагмент - практически без ущерба для качества. И подобных нововведений в этом стандарте - десятки.

Наибольшее распространение MPEG-2 получил для записи фильмов на DVD, но не только: сейчас это базовый стандарт сжатия и для спутникового ТВ, и для эфирного цифрового вещания. В частности, MPEG-2 позволяет вместить в полосу стандартного спутникового транспондера (38 Мбит/с) пять-шесть каналов вещания SDTV или один-два канала HDTV. Увы, существенного повышения качества эфирной картинки от цифрового ТВ (пока) ждать не следует.

Правда, стандарт MPEG-4, могущий обеспечить лучшее качество, быстрыми темпами вытесняет MPEG-2. MPEG-4 представляет собой язык управления контентом, в котором массивы и потоки данных представлены в виде медиа-объектов. В частности, если в MPEG-1/2 предсказание движения осуществляется для жестко заданной группы пикселов (например, для квадратика 8х8), то в MPEG-4 такое предсказание может делаться для объекта произвольной формы (например, для человеческой фигуры целиком).

Подобные приемы в теории позволяют уместить на обычный CD полнометражный телефильм с качеством не хуже DVD. На практике же все зависит от реализации; кроме того, MPEG-4 требует и для сжатия, и для воспроизведения гораздо больше вычислительных ресурсов. Тем не менее по крайней мере один вариант реализации MPEG-4 уже завоевал популярность: это MPEG-4 Part 10 (ISO 14496-10), он же ITU H.264, известный еще как Advanced Video Coding.

Итог всех наших рассуждений: современному телевидению еще расти и расти. Разумеется, проблемы постепенно решаются, трудности преодолеваются, качество обработки растет и т. п. и т. д. Но все же не стоит думать, что любой современный телевизор однозначно лучше любого старого. Увы, пока это не совсем так.

Некоторые аббревиатуры