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Formato MPEG

Março 2015

O MPEG

Na maior parte das sequências de vídeo, a maioria das cenas são fixas ou alteram-se muito pouco, é o que se chama a redundância temporal.

Quando só os lábios do actor se movem, quase só os pixéis da boca vão ser alterados de uma imagem para a outra. É aí que reside a diferença essencial entre o MPEG (Moving Pictures Experts Group) e o M-JPEg. Contudo, este método terá muito menos impacto numa cena de acção.

O grupo MPEG foi estabelecido em 1988 com o objectivo de desenvolver padrões internacionais de compressão, de descompressão, de tratamento e codificação de imagens animadas e de dados áudio.

Existem vários padrões MPEG :

  • o MPEG-1, desenvolvido em 1988, é um padrão para a compressão dos dados vídeos e os canais áudio associados (até 2 canais para uma escuta estéreo). Permite o armazenamento de vídeos a um débito de 1.5Mbps com uma qualidade próxima das cassetes VHS num suporte CD chamado VCD (Vídeo CD).
  • o MPEG-2, um padrão dedicado originalmente à televisão numérica (HDTV) que oferece uma qualidade elevada a um débito que pode ir até 40 Mbps, e 5 canais áudio surround. O MPEG-2 permite mais de uma identificação e uma protecção contra a pirataria. Trata-se do formato utilizado pelos DVD vídeo.
  • o MPEG-4, um padrão destinado a permitir a codificação de dados multimédia sob formas de objectos numéricas, para obter maior interactividade, o que torna o seu uso particularmente adaptado à Web e aos periféricos móveis.
  • o MPEG-7, um padrão destinado a fornecer uma representação standard dos dados áudio e visuais, para tornar possível a busca de informação em tais fluxos de dados. Este padrão é assim intitulado igualmente Multimedia Content Description Interface.
  • o MPEG-21, em elaboração, cujo objectivo é fornecer um quadro de trabalho (em inglês framework) para o conjunto dos actores do digital (produtores, consumidores,…) para estandardizar a gestão destes conteúdos, os direitos de acesso, os direitos de autor,…

O MPEG-1

A norma MPEG-1 representa cada imagem como um conjunto de blocos 16 x 16. Permite obter uma resolução :

  • 352x240 a 30 imagens por segundo NTSC
  • 352x288 a 25 imagens por segundo em PAL/SECAM



O MPEG-1 permite obter débitos de aproximadamente 1.2 Mbps (explorável num leitor de CD-ROM).

O MPEG-1 permite codificar um vídeo graças a várias técnicas :

  • Intra coded frames (Frames I, correspondente a uma codificação interna): as imagens são codificadas separadamente sem fazer referência às imagens precedentes
  • Predictive coded frames (frames P ou codificação preventiva): as imagens são descritas por diferença em relação às imagens precedentes
  • Bidirectionally predictive coded frames (Frames B): as imagens são descritas por diferença em relação à imagem precedente e à imagem seguinte
  • DC Coded frames: as imagens são descodificadas fazendo médias por bloco

Os frames I

Estas imagens são codificadas unicamente utilizando a codificação JPEG, sem se incomodar com as imagens que a cercam. Tais imagens são necessárias num vídeo MPEG, porque são elas que asseguram a coesão da imagem (dado que os outros são descritos em relação às imagens que o cercam), elas são nomeadamente úteis para os fluxos vídeo que podem ser tomados em movimento (televisão), e são indispensáveis no caso de erro na recepção. Há por isso um ou dois por segundo num vídeo MPEG.

Os frames P

Estas imagens são definidas por diferença em relação à imagem precedente. O codificador procura as diferenças da imagem em relação à precedente e define blocos, chamados macroblocos (16x16 pixéis) que se vão sobrepor à imagem precedente.

O algoritmo compara as duas imagens bloco por bloco e, a partir de certo limiar de diferença, considera o bloco da imagem precedente diferente do da imagem corrente e aplica-lhe uma compressão JPEG.


É a busca dos macroblocos que determinará a velocidade da codificação, porque quanto mais o algoritmo procura “bons” blocos, mais perde tempo…
Em relação aos frames-I (que comprimem directamente), os frames-p têm de ter sempre em memória a imagem precedente.

Os frames B

Tal como os frames P, os frames B são trabalhados por diferenças em relação a uma imagem de referência, salvo que no caso dos frames B esta diferença pode efectuar-se quer sobre a precedente (como nos casos dos frames P) quer sobre a seguinte, o que dá uma melhor compressão, mas provoca um atraso (dado que é necessário conhecer a imagem seguinte) e obriga a guardar em memória três imagens (a precedente, a actual e a seguinte).

Os frames D

Estas imagens dão uma resolução de muito baixa qualidade, mas permitem uma descompressão muito rápida, isto serve nomeadamente aquando da visualização em fasrt forward, porque a descodificação “normal” pediria demasiado recursos ao processador.

Na prática…

Para optimizar a codificação MPEG, as sequências de imagens são na prática codificadas de acordo com uma sequência de imagens I, B, e P (D está, como dissemos, reservado para o avanço rápido Fast forward) cuja ordem foi determinada experimentalmente. A sequência tipo chamada GOP (Group Of Pictures) é a seguinte:

IBBPBBPBBPBBI



Uma imagem I é por conseguinte inserida a cada 12 frames.
Para uma leitura offline, é possível baixar gratuitamente este artigo no formato PDF:
Formato-mpeg.pdf

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