08 - O Vídeo - O padrão MPEG-2 e MPEG-4

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Profª Angélica da Silva Nunes
 Surgiu em 1994
 Usado em DVD e proposto para Televisão 
Digital
 O MPEG-2 foi concebido inicialmente como 
um padrão para a transmissão de vídeo 
digital (a taxas de 4-9 Mbps) com qualidade 
equivalente à da televisão comercial 
(broadcast)
 Entretanto o MPEG-2 é eficiente também para 
outras aplicações a taxas de dados e 
amostragem mais altas como a HDTV
 Entrelaçamento de imagens
 Maior variedade de resoluções e taxa de bits
 Multiplexação de vários fluxos de bits
 Decodificadores MPEG-2 podem tratar fluxos 
MPEG-2 com maior facilidade
 Transmissão de dados e vários programas ao 
mesmo tempo
 VCD
◦ Video Compact Disk
 DVB
◦ Digital Video Broadcast
 DVD
◦ Digital Video Disk
 PS
◦ Fluxo de Programa
 TS
◦ Fluxo de Transporte
Perfis Níveis de resolução
 Nível de 
complexidade 
◦ SP - Simples
◦ MP - Principal
◦ 4:2:2
◦ SNR
◦ Espacial
◦ Alto
 Resolução
◦ Baixa 
◦ ML - Principal
◦ Alta – 1440
◦ Alta - 1920
Perfil
Nível
Simples 
(SP)
Principal 
(MP)
4:2:2 SNR
Espacial 
(SPT)
Alta (HP)
Muito Alta 
(HL)
4:2:0
1920x1152
90 Mbps
4:2:0 ou 
4:2:2
1920x1152
100 Mbps
Alta 
(H1440)
4:2:0
1440x1152
60 Mbps
4:2:0
1440x1152
60 Mbps
4:2:0 ou 
4:2:2
1440x1152
80 Mbps
Principal 
(ML)
4:2:0
720x57
6
15 Mbps
4:2:0
720x576
15 Mbps
4:2:2
720x576
50 Mbps
4:2:0
720x576
15 Mbps
4:2:0 ou 
4:2:2
720x576
15 Mbps
Baixa (LL)
4:2:0
352x288
4 Mbps
4:2:0
352x288
4 Mbps
 <perfil>@<nível>
 Exemplo
◦ SP@ML: perfil simples, nível principal
◦ MP@ML: perfil principal, nível principal
 SP
 Suporta somente quadros do tipo I e P
 Vantagens
◦ Menor atraso na reprodução
◦ Pode ser usado em hardware de menor capacidade
 Desvantagem
◦ Menor taxa de compressão
 Maior variedade de usos
 Usado pela maioria das aplicações de 
teledifusão
◦ SDTV
◦ HDTV
 Este é o formato original utilizado na recomendação 
CCIR-601 para
 Uso em estúdios de TV.
◦ Um sinal analógico de TV pode ter uma faixa de frequência 
de até 6MHz para a componente luminância e 3MHz para 
os sinais de crominância.
◦ Para digitalizar este sinal é necessário utilizar um filtro 
limitador de banda de 6MHz para a luminância e 3MHz para 
os componentes de crominância, com taxas de amostragem 
de 12Msps e 6Msps, respectivamente. 
◦ No padrão utiliza-se 13.5MHz para a luminância e 6.75MHz 
para ambos os sinais de crominância.
 O número de amostras por linha é de 720 para 
luminância.
 Para cada 4 amostra de luminância, 2 amostras de 
cada componente de crominância é feito
Luminância
Crominância
 Desenvolvido para aplicações em difusão que 
não usam a técnica de alternamento de linhas 
(quadros e campos)
◦ Reduz-se a resolução das componentes de 
crominância em ambas as direções, resultando em 
uma componente de crominância (de cada tipo) 
para cada 4 amostras de luminância
◦ Resulta na mesma resolucão de luminância, mas 
metade das resoluções de crominância, quando 
comparado com 4:2:2
◦ Valor da crominância é repetido para as amostras 
de luminância sem amostras de crominância
Crominância
Luminância
 Separa o vídeo em um sinal principal e um sinal auxiliar
 Sinal principal
◦ Gerado através o processo de reamostragem do vídeo
◦ Resulta em um vídeo de média resolução
 Sinal auxiliar
◦ Gerado das “sobras” da reamostragem do sinal principal
◦ Ruído de quantização do sinal principal
◦ Resulta em um vídeo de baixa resolução
 Ambos os fluxos são comprimidos e enviados ao receptor
 Codecs mais simples decodificam apenas o sinal principal
 Codecs mas complexos decodificam ambos os sinais e 
através da combinação dos dois fluxos, obtém um vídeo 
de alta qualidade
 Contém 2 sinais: principal e auxiliar
 Sinal auxiliar
◦ Resolução SDTV (resolução standart, mais baixa)
 Sinal principal
◦ Resolução HDTV (mais alta)
 O receptor tem a opção de escolha da resolução desejada no 
processo de decodificação do sinal
 Oferece o suporte aos programas de TV 
atuais 
◦ Entrelaçamento de vídeo
 Inclui suporte para vídeo amostrado a 4:2:2
 Surgiu em 1998
 Objetivo original
◦ Estabelecer um padrão para videoconferência/videofone a 
baixas taxas de dados
 MPEG-4 ASP 
◦ Advanced Simple Profile
◦ Segunda versão ou parte do MPEG-4
◦ Implementação muito mais abrangente
 Novas funcionalidades
◦ Suporte ao VRML (estendido) para renderização 3D
◦ Arquivos compostos orientados a objeto (incluindo áudio, 
vídeo e objetos VRML)
◦ Suporte a Gerenciamento de Direitos Digitais especificado 
externamente e vários outros tipos de interatividade
◦ Suporte ao AAC (Advanced Audio Codec)
 Divide o vídeo em objetos visuais e aurais, 
naturais ou sintéticos
 Compressão baseada em objetos, que formam 
cenas audiovisuais
 Codificação 
◦ Imagens reais (depois de transformadas em pixels) 
◦ Imagens sintéticas (geradas por computador)
◦ Objetos auditivos reais
◦ Objetos auditivos sintetizados
 Suporta igualmente a compressão dos 
parâmetros de gráficos 2D e 3D
 Interatividade com o usuário
 Transmissão sobre qualquer tipo de rede
 Definida como:
◦ Background
◦ 1 ou mais objetos audiovisuais
 AVO – audio-visual object
 Podem ser compostos de vários objetos de mídia 
individuais
 Ex.: objeto pessoa = vídeo + áudio
 BInary Format for Scenes
◦ Linguagem binária usada para descrição de cenas
◦ Derivada da VRML (Virtual Reality Modeling
Language) – padrão ISO
 eXtensible MPEG-4 Textual format (XMT)
◦ Integração dos objetos de mídia nas cenas
◦ Sintaxe textual
 Baseada em XML
 Interoperabilidade com outros padrões: X3D 
e SMIL
 Cada objeto tem um descritor
◦ Object descriptor
◦ Fornece as informações sobre o objeto (tipo de 
codificação, ...)
 Fluxo MPEG4 possui vários fluxos 
elementares:
◦ Fluxos de mídia
 Cada objeto tem os seus fluxos (1 ou mais)
◦ Fluxos de controle
 Descrição em BIFS
 Descritores de objetos
 O Fluxo MPEG-4 é transportado na rede como 
um fluxo de transporte (transport stream - TS)
◦ Consistindo de um fluxo multiplexando vários fluxos 
elementares empacotados (packetized elementary
streams - PES)
 A informação de cada objeto audiovisual é 
chamada de fluxo elementar (elementary stream
- ES)
◦ Carregada no payload de um pacote PES
 Descritores – elementary stream descriptor – ESD 
– são usados pela camada de sincronização para 
entregar o fluxo elementar ao decodificador 
apropriado
 Diferentes partes de uma cena (objetos, malhas, 
sujeitos animados e fundo) podem ser separadas 
em função da sua forma, ou da sua localização 
na cena, e codificadas com a técnica de 
codificação que lhes for mais adequada
 ES (Elementary Stream)
◦ Feixes elementares 
◦ Adicionados uns aos outros por multiplexagem
◦ Ex: objetos de áudio, objetos de vídeo, objetos de áudio
 TS (Transport Stream)
◦ Feixe de transporte
◦ Conjunto de feixes elementares multiplexados
 Parte 1, ISO/IEC 14496-1
◦ Sincronização e 
multiplexagem
 Parte 2, ISO/IEC 14496-2,
◦ Compressão do vídeo
 Parte 3, ISO/IEC 14496-3
◦ Compressão do áudio
 Parte 4, ISO/IEC 14496-4
◦ Ensaios de conformidade
 Parte 5, ISO/IEC 14496-5
◦ Software de referência
 Parte 6, ISO/IEC 14496-6
◦ Enquadramento da 
integração de fornecimento 
de conteúdos multimídia
 Parte 7, ISO/IEC 14496-7
◦ Otimização do software de 
referência
 Parte 8, ISO/IEC 14496-8
◦ Transporte em redes IP
 Parte 9, ISO/IEC 14496-9
◦ Hardware de referência
 Parte 10, ISO/IEC 14496-
10
◦ Codificação avançada do 
vídeo
 Parte 11, ISO/IEC 14496-
11
◦ Motor de descrição de cenas 
e aplicações e formato 
binário das cenas
 Parte 12, ISO/IEC 14496-12
◦ Formato básico dos arquivos de 
mídia
 Parte 13, ISO/IEC 14496-13
◦ Gestão e proteção da 
propriedade intelectual
 Parte 14, ISO/IEC 14496-14
◦ Formato dos arquivos MPEG-4
 Parte 15, ISO/IEC 14496-15
◦ Formato dos arquivos AVC
 Parte 16, ISO/IEC 14496-16
◦ Extensão do enquadramento 
para animação
 Parte 17, ISO/IEC 14496-17
◦ Formato da temporização dostextos dos subtítulos e legendas
 Parte 18, ISO/IEC 14496-18
◦ Compressão e enfeixamento de 
fontes
 Parte 19, ISO/IEC 14496-19
◦ Feixes de textura sintetizados
 Parte 20, ISO/IEC 14496-20
◦ Aplicação para representação 
leve das cenas
 Parte 21, ISO/IEC 14496-21
◦ Extensão do enquadramento 
para gráficos MPEG-J
 Parte 22,ISO/IEC 14496-22
◦ Especificação para formatos de 
fontes abertos
 Conjunto de perfis tipo A
◦ Conteúdos só com vídeo de imagens reais
 Conjunto de perfis tipo B
◦ Conteúdos híbridos de imagem real ou malhas a 
partir de imagens paradas (texturas) dos objetos, 
além de animação simples da face dos objetos
MPEG-4
somente vídeo
(1) 
simples (Simple 
Visual Profile)
(2)
simples 
escalonável 
(Simple Scalable 
Visual Profile)
(3)
nuclear ou 
essencial (Core 
Visual Profile)
(4)
principal (Main 
Visual Profile)
(5)
N Bits (N-Bit 
Visual Profile)
conteudo 
híbrido 
(video, 
animação, 
etc)
(9)
visual híbrido 
(Hybrid Visual 
Profile)
 1) Simples
◦ Simple Visual Profile
◦ Destinado a redes móveis
◦ Permite a codificação de objetos retangulares, é eficiente e 
resistente aos erros
 2) Simples escalonável
◦ Simple Scalable Visual Profile
◦ Adiciona a possibilidade de codificar objetos escalonáveis 
no tempo e no espaço
◦ Destinado a aplicações que proporcionem serviços com 
mais de um nível de qualidade Nuclear ou essencial 
 3) Core Visual Profile
◦ Codifica objetos com formas arbitrárias e temporalmente 
escalonáveis e é destinado a aplicações multimídia em que 
exista alguma interatividade com os conteúdos
 4) Principal 
◦ Main Visual Profile
◦ Permite codificar objetos entrelaçados ou semi-
transparentes e é utilizável na difusão interativa com 
qualidade de entretenimento e em DVD
 5) N Bits 
◦ N-Bit Visual Profile
◦ Inclui a codificação de objetos de vídeo em palavras de 
dimensão variável (que podem ser de 4 a 12 bits) e é 
destinado às aplicações de segurança
 Surgiu em maio de 2003
 Esforço conjunto
◦ MPEG da ISO/IEC 
◦ VCEG (Video Coding Expert Group) da ITU
 Objetivos
◦ Vídeo de boa qualidade com taxas de dados 
inferiores às das normas anteriores
◦ Mesma qualidade com menos de metade da taxa de 
dados da MPEG-4-2
◦ Utilização em inúmeras aplicações e sistemas
◦ Transmissão em vários tipos de redes: telefônicas 
até as redes de alta definição
 Mais flexibilidade no tamanho do bloco para 
realizar compensação de movimento variando de 
16x16 a 4x4
 Possibilidade de uso de um quarto de pixel 
(quarter sample) para realizar a compensação de 
movimento
 Vetores de movimento podem ultrapassar os 
limites de um quadro (como no H.263)
 Compensação de movimento usando múltiplos 
quadros de referência (para P e B)
 Possibilidade de uso de quadros B como 
referência para codificação de outros quadros
 Menor tamanho de bloco para aplicação da 
transformada (8x8 ou 4x4)
◦ Transformada hieráquica
◦ Transformada com palavras de tamanho pequeno –
padrões anteriores usavam processamento de 32 
bits, H.264/AVC usa aritmética de 16 bits
 Codificação por entropia usando codificação 
aritmética (CABAC – context-adaptive binary
arithmetic coding)
 Conjunto de perfis tipo A
◦ Conteúdos só com vídeo
 Conjunto de perfis tipo B
◦ Conteúdos híbridos de imagem real ou malhas a 
partir de imagens paradas (texturas) dos objetos, 
além de animação simples da face dos objetos
H.264/AVC ou MPEG-4 Parte 10
conteúdos só com vídeo de 
imagem real
(10)
simples avançado 
em tempo real 
(Advanced Real-
Time Simple Profile 
- ARTS)
(11)
nuclear escalonável 
(Core Scalable 
Profile)
(12) 
eficiência avançada 
de codificação 
(Advanced Coding 
Efficiency Profile -
ACE)
Para conteúdos híbridos de 
imagem real ou computação 
gráfica
(13)
textura escalonável 
avançada (Advanced 
Scalable Texture 
Profile)
(14) 
nuclear avançado 
(Advanced Core 
Profile)
(15) 
animação simples 
de faces e corpos
 10) simples avançado em tempo real
◦ Advanced Real-Time Simple Profile – ARTS
◦ Codificação de objetos retangulares resistentes aos 
erros
◦ Utilização de canal de retorno
◦ Melhoria da estabilidade da resolução temporal com 
baixo atraso do separador
 11) Nuclear escalonável
◦ Core Scalable Profile
◦ Passa a incorporar a codificação de objetos com formas 
arbitrárias, com escalabilidade SNR, temporal e espacial, 
destinado à difusão, serviços móveis e Internet
 12) Eficiência avançada de codificação
◦ (Advanced Coding Efficiency Profile - ACE)
◦ Maior eficiência da codificação destinado à 
◦ Usos
 Recepção móvel de televisão
 Aquisição de sequências de imagens por camcorders
 Outras aplicações que exigem maior eficiência da 
codificação
 13) textura escalonável avançada
◦ Advanced Scalable Texture Profile)
◦ Decodifica objetos e texturas com formas arbitrárias e 
imagens paradas
◦ Inclui a codificação de formas escalonáveis
◦ Resistente aos erros 
◦ Usos
 Aplicações que exijam acesso aleatório rápido
 Aplicações que exijam múltiplos níveis de escalabilidade
 14) Nuclear avançado 
◦ Advanced Core Profile
◦ Combina a decodificação das imagens paradas de objetos 
com formas arbitrárias com decodificação dos objetos do 
perfil 13
◦ Usos
 aplicações multimídia com conteúdos enriquecidos
 15) Animação simples de faces e corpos 
◦ Simple Face and Body Animation Profile
◦ Super-conjunto do perfil “6” 
◦ adicionada a animação dos corpos
 MARQUES FILHO, Ogê; VIEIRA NETO, 
Hugo. Processamento Digital de Imagens, 
Rio de Janeiro:Brasport, 1999, Capítulo 6, 
p. 213-217
 SILVA, Albino da. Recordando a 
compressão MPEG-2. Revista Produção 
Profissional, outubro de 2008. p. 82-84.
 SILVA, Albino da. Recordar a compressão 
MPEG-2, 2ª parte. Revista Produção 
Profissional, novembro de 2008. p. 74-
78.
 SILVA, Albino da. Introdução ao MPEG-4. Revista 
Produção Profissional, fevereiro de 2009. p. 64-
68.
 SILVA, Albino da. Bases da arquitetura do MPEG-4. 
Revista Produção Profissional, março de 2009. p. 
72-74.
 SILVA, Albino da. MPEG-4: Perfis e níveis. Revista 
Produção Profissional, junho de 2009. p. 56-60.
 SILVA, Albino da. MPEG-4 parte 10, MPEG-4/AVC 
ou H.264. Revista Produção Profissional, julho de 
2009. p. 56-60.