(Продолжение. Начало в №26)

В данном материале мы заканчиваем рассмотрение цифровых стандартов семейства MPEG. Перед его написанием ваш покорный слуга решал весьма сложную дилемму: погрузиться в технические дебри либо изложить все в "легком" режиме? Остановился на втором варианте, поскольку о данной теме нужно иметь лишь адекватное представление, но для практической работы с цифровым видео глубокие познания в области формирования потоков, их структурного представления не являются из разряда "первой необходимости". Тем более что подробную техническую информацию вы без труда сможете найти самостоятельно. А пока, приступим...

Революция? Нет, эволюция

На самом деле технологии развиваются не такими стремительными темпами, как это приписывают современности. Даже можно сказать о неком замедленном режиме. Причиной тому служит все-таки эволюционный, а не революционный путь прихода нового, а все, что революционно, обычно забывается, долго пылится на книжных полках и так далее. Например, сегодня мы продолжим говорить об MPEG, а ведь сам базис, который лежит в основе этих стандартов, был широко изложен в научных трудах 60-70-начала 80-х. То есть, полноценный переход на "цифру" был вполне предсказуем еще в тот период, но индустрия и пользовательский рынок не были готовы к принятию таких радикальных новшеств. Эволюция. Базис был полностью подготовлен, и в определенное время стал вопрос о создании мирового стандарта.

Причины появления MPEG-2

В прошлом материале данной серии мы описали MPEG-1. Этот стандарт был разработан, в первую очередь, для VideoCD, и требования к качеству можно выразить во фразе "не хуже, чем VHS". Но... VideoCD, сколько он тогда стоил, по сравнению с обычной видеокассетой, а какая была цена у устройства воспроизведения? Компьютеры в учет не берем, поскольку их часть на пользовательском видеорынке была предельно малой. То есть, основная цель, поставленная разработчиками стандарта, не являлась актуальной, даже напротив.

Вместе с тем технология MPEG-1 была больше интересна с позиций сжатого потока данных, что уже было привлекательным для вещателей. Например, в 1995-м филиал NBC, именуемый KRON, начал применять компрессию MPEG-1 для трансляции телепередач на определенный район города Сан-Франциско. Само сжатие производилось на лету, то есть в режиме реального времени, такой сигнал поступал на определенные приемники, которые декодировали его и распространяли на небольшую сеть вокруг себя стандартными методами. Этот вариант совмещения новых и старых технологий распространен и поныне, поэтому, если у вас проведено кабельное телевидение, то канал Discovery, передаваемый цифровым способом, вы можете смотреть на черно-белом телевизоре 1970 года выпуска (если такие еще где-то сохранились).

Сам MPEG-1 не являлся совершенным в плане качества, поэтому экспертная группа поставила задачу усовершенствовать его таким образом, чтобы он соответствовал требуемым нормам стандартного вещания. Появилась необходимость в MPEG-2.

В то время организация MPEG была не единственной из тех, кто разрабатывал стандарты цифрового телевидения. Например, в битве за американский рынок она серьезно схлестнулась с компанией AT&T. Причем последняя предлагала стандарт, который, по оценкам многих специалистов, превосходил по качеству разрабатываемый MPEG-2. Но в чем была вся соль ситуации? MPEG - это группа экспертов... специалистов от различных компаний и учреждений, и в нее даже входили некоторые сотрудники самой AT&T:). В результате, в силу сотрудничества с множеством брендов, а также более простой технической реализации алгоритмов, MPEG-2 оказался победителем.

Если многие скажут, что экспертная группа отхватила жирный кусок пирога, то они ошибутся. MPEG взяла весь пирог и забрала себе:).

Во избежание некоторых очевидных проблем в 1993-м команда сделала очень интересный ход, создав отдельную дочернюю подгруппу по лицензированию авторских прав. Поскольку в разработках первых MPEG-стандартов участвовало множество специалистов из различных фирм, использовались различные технологические решения, было объявлено о том, что любая интересующаяся компания или организация может предъявить свои претензии, если увидит применение своих запатентованных технологий в рамках MPEG. Таких претензий набралось около сотни(!), но из всего этого было выделено девять: Fujitsu, General Instrument, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Scientific Atlanta, Sony, Samsung Electronics и Колумбийский университет. То есть, стандарты MPEG являются совместной интеллектуальной собственностью. А для упрощения самой процедуры лицензирования в 1995-м создали отдельную компанию MPEG LA, в которую были отданы все патенты от девяти участников. То есть, покупая сейчас DVD-диск или плеер и т.п., вы платите определенную сумму MPEG LA, это распространяется вообще на все оборудование, ПО и носители, связанные с аббревиатурой MPEG.

Леонардо Черильоне, руководитель MPEG, очень большой гуманист и философ, несмотря на его глубокие технические познания. Реализация MPEG-2 в его понимании была воплощением великой исторической миссии, которая подразумевала не только примирение различных телевизионных стандартов на разных континентах, противостояние которых длилось около полувека, но и вообще предопределила будущее телевидения. Несмотря на громкость фраз, так оно и получилось. Личность Черильоне очень интересна для изучения, его напористости можно только позавидовать. Ведь, по существу, он сам и создал MPEG, уговорив руководителя JPEG Хироси Ясуду основать отдел под своим начальством и видя явные перспективы цифровых технологий в области видео. Для тех создание такого небольшого подразделения, скорее всего, было чем-то из области венчурных вложений, ведь телевизионщики тогда очень отрицательно относились к переходу на цифровое вещание... история интересна всегда, хотя нам сейчас нужны более практические данные.

Из чего состоит MPEG-2?

MPEG-2 (ISO/IEC 13818) не подразумевает нечто радикально новое, скорее, его можно назвать доведенным до ума и развитым вариантом MPEG-1. Всего стандарт предусматривает 10 частей, которые утверждались в период с 1994 по 1999 годы. Наибольший интерес для нас составляют три ключевых: 13818-1 - Systems, 13818-2 - Video, 13818-3 - Audio. Они и описывают суть технологии, в целом, при этом уже становится очевиден больше компьютерный подход. Видеочасть (13818-2) стандарта описывает возможности кодирования/декодирования изображений в масштабируемых вариантах качества. Изначально решались задачи наращивания характеристик, по сравнению с MPEG-1, и достижения уровня телестандартов.

Алгоритмически MPEG-2 несколько отличен от MPEG-1, хотя основные этапы обработки, описанные в прошлом материале, сохранены за исключением некоторых тонкостей. Вместе с тем были достигнуты полноценные варианты европейской PAL (625 строк, 50 полей (полукадров) в секунду) и американской NTSC (525 строк, 60 полей в секунду), в то время как MPEG-1 предусматривал разрешение всего 352х240 точек. Помимо того, что были стерты принципиальные разницы между, как ранее казалось, несовместимыми стандартами телевещания, произошла интеграция с компьютерами. Ведь, как мы уже знаем, телевидение подразумевает чересстрочную развертку по полукадрам, а компьютеры - прогрессивную, то есть каждый кадр там выводится строка за строкой. Проблемы такой совместимости были успешно решены.

Сам стандарт является достаточно расширенным и предусматривает различные варианты масштабирования. Соответственно, когда экспертная группа MPEG взялась за телевидение высокой четкости HDTV и собралась посвятить этому отдельный MPEG-3, то после они обнаружили, что все это укладывается в рамках MPEG-2 при определенной доработке. Таким образом, MPEG-3, как такового, нет, поскольку он стал частью предыдущего стандарта.

Что касается звука, то разработчики предложили новый вариант - MPEG-2 AAC, который подразумевает возможность передачи многоканального аудио в сжатом формате. По качеству звучания и коэффициенту компрессии он превосходит знаменитый МР3.

Отдельно стоит сказать и о системной спецификации стандарта, а именно 13818-1. Она разрабатывалась, в первую очередь, с целью упорядочивания цифровых потоков данных, аудио и видео. Причем, если одна программа подразумевает под собой один элементарный поток, то сама системная спецификация описывает объединение сразу нескольких элементарных в единый, подходящий для передачи по каналам цифровой связи и, соответственно, для записи.

С MPEG-2 ассоциируется первый виток прихода цифрового вещания, поскольку этот стандарт лежит в основе DVB-T/S/C (Европа, Россия), ATSC (США, Канада, Южная Корея, Аргентина, Мексика) и ISDB (Япония, Бразилия).

Сам факт цифрового вещания предусматривает возможность значительного увеличения телеканалов, улучшения качества. Как вы понимаете, с этим в рамках телевидения приобретается уже более компьютерный подход, а то, во что он выльется в будущем, предусматривает следующий стандарт MPEG-4.

Немного о MPEG-4 и после него...

MPEG-4 можно рассматривать как весьма далекое будущее. В принципе, в данном случае мы говорим о варианте интерактивного вещания, что чем-то идейно очень схоже с Интернетом, хотя в основе стандарта лежит и другой базис, имеющий прямое отношение к языку моделирования виртуальной реальности VRML и вообще объектно-ориентированным моделям, использующимся в программировании. То есть, телевизоры будущего станут напоминать по своим возможностям обычные компьютеры, в которых установлен специальный модуль, способный загружать данные и интерпретировать их определенным образом. Это касается не только возможностей выбора видеокамер просмотра при трансляциях матчей и концертов. Сие является самым очевидным, что лежит на поверхности (причем теоретически реализуется и без MPEG-4, а в MPEG-2, когда каждая камера "дает" отдельную программу).

На самом деле в стандарте предусмотрены варианты, когда в телевизор единоразово загружаются некоторые элементы (например, спрайты), а после они просто вставляются в рамках изображения, которое на самом деле конфигурируется практически как программа. Причем сами элементы могут быть как натуральными, то есть закачиваемыми в готовом виде, так и синтезируемыми. Чтобы вы представили себе более иллюстративно, о чем идет речь, позволю себе провести аналогию с обычными HTML-страницами. В них только указываются шрифты, которые установлены у вас на компьютере, содержится информация о цветах, а некоторые файлы помещаются вам в директории временного хранения. И разница в подходах состоит в том, что вы не загружаете эту страницу в виде большой готовой картинки (BMP или JPEG), а используете только упорядоченный список объектов и их свойств (HTML-код), благодаря чему формируется готовый документ. Сколько при этом экономится трафика и приобретается дополнительных возможностей? VRML очень схож по структуре с тем же HTML, то есть такая параллель сравнения очевидна, как и понятны сами истоки разработки MPEG-4. Как отдельный важный пункт идет возможность защиты авторских прав.

То есть, тут намешано все, и не факт, что MPEG-4 станет каким-нибудь незыблемым стандартом, ведь все меняется, и, возможно, в будущем, в телевизорах вообще отпадет необходимость как таковая. А место всего этого займет компьютер. Такой вариант также не стоит сбрасывать со счетов, а, следовательно, MPEG-4 может и не состояться. Поскольку возможности стандарта уж очень сильно напоминают современный Интернет, а там, как, собственно, и в компьютерном мире, несколько другие законы. И серьезной конкуренции в этом случае не избежать.

Наверняка из этих позиций в целях опережения событий экспертная группа принялась за разработку MPEG-7, который, по существу, является неким глобальным стандартом, объединяющим в рамках контекстной информации данные абсолютно различных типов и подразумевающим не что иное, как гибкую и масштабируемую схему описания аудио-визуальных данных.

MPEG-5 и MPEG-6 нет, и даже не разрабатывалась. Цифра 7 взята просто так:), хотя раньше шутили, что за 1, 2 и 4 должно следовать 8 (по правилам двоичного кода).

В завершение

Итак, на протяжении четырех материалов мы рассмотрели суть современных стандартов вывода видеоинформации, узнали, что к чему стремится. И теперь наш трудолюбивый читатель, увидев при "зависании" одного из телеканалов множество квадратиков на экране телевизора, может с точностью сказать, почему так происходит (все дело в алгоритмах MPEG). Ну а в следующих материалах перейдем непосредственно к съемкам, обработке, монтажу, подбору оборудования и ПО. В общем, самое интересное еще впереди.

Кристофер,
christopher@tut.by