O MPEG-1 é um padrão para compactação com perdas de vídeo e áudio, projetado para compactar vídeo digital bruto de qualidade VHS e áudio de CD para cerca de 1,5 Mbit/s (taxas de compressão de 26:1 e 6:1, respectivamente) sem perda excessiva de qualidade, fazendo CD de vídeo, TV digital a cabo/satélite e prática de transmissão de áudio digital (DAB).
Hoje, o MPEG-1 tornou-se o formato de áudio/vídeo com perdas mais amplamente compatível do mundo e é usado em um grande número de produtos e tecnologias. Talvez a parte mais conhecida do padrão MPEG-1 seja a primeira versão do formato de áudio MP3 que ele introduziu.
O padrão MPEG-1 é publicado como ISO/IEC 11172 – Tecnologia da informação – Codificação de imagens em movimento e áudio associado para mídia de armazenamento digital em até cerca de 1,5 Mbit/s.
O padrão consiste nas seguintes cinco partes:
Sistemas (armazenamento e sincronização de vídeo, áudio e outros dados juntos) Vídeo (conteúdo de vídeo compactado) Áudio (conteúdo de áudio compactado) Teste de conformidade (testar a exatidão das implementações do padrão) Software de referência (exemplo de software mostrando como codificar e decodificar de acordo com o padrão)
História O predecessor do MPEG-1 para codificação de vídeo foi o padrão H.261 produzido pelo CCITT (agora conhecido como ITU-T). A arquitetura básica estabelecida no H.261 foi a estrutura de codificação de vídeo híbrido DCT com compensação de movimento. Ele usa macroblocos de tamanho 16 × 16 com estimativa de movimento baseada em bloco no codificador e compensação de movimento usando vetores de movimento selecionados pelo codificador no decodificador, com codificação de diferença residual usando uma transformada discreta de cosseno (DCT) de tamanho 8 × 8, quantização escalar e códigos de comprimento variável (como códigos de Huffman) para codificação de entropia. H.261 foi o primeiro padrão de codificação de vídeo prático, e todos os seus elementos de design descritos também foram usados em MPEG-1.
Modelado na abordagem colaborativa bem-sucedida e nas tecnologias de compactação desenvolvidas pelo Joint Photographic Experts Group e pelo CCITT's Experts Group on Telephony (criadores do padrão de compactação de imagem JPEG e do padrão H.261 para videoconferência, respectivamente), o Moving Picture Experts Group (MPEG) foi criado em janeiro de 1988, por iniciativa de Hiroshi Yasuda (Nippon Telegraph and Telephone) e Leonardo Chiariglione (CSELT). MPEG foi formado para atender a necessidade padrão de formatos de vídeo e áudio, e para construir em H.261 para obter melhor qualidade através do uso de métodos de codificação um pouco mais complexos (por exemplo, suportando maior precisão para vetores de movimento).
O desenvolvimento do padrão MPEG-1 começou em maio de 1988. Catorze propostas de codecs de vídeo e quatorze de áudio foram submetidas por empresas e instituições individuais para avaliação. Os codecs foram extensivamente testados quanto à complexidade computacional e qualidade subjetiva (percebida pelo ser humano), em taxas de dados de 1,5 Mbit/s. Essa taxa de bits específica foi escolhida para transmissão em linhas T-1/E-1 e como a taxa de dados aproximada de CDs de áudio. Os codecs que se destacaram neste teste foram utilizados como base para o padrão e refinados ainda mais, com recursos adicionais e outras melhorias sendo incorporadas ao processo.
Após 20 reuniões do grupo completo em várias cidades ao redor do mundo e 4 anos e meio de desenvolvimento e testes, o padrão final (para as partes 1–3) foi aprovado no início de novembro de 1992 e publicado alguns meses depois. A data de conclusão relatada do padrão MPEG-1 varia muito: um projeto padrão amplamente completo foi produzido em setembro de 1990 e, a partir desse ponto, apenas pequenas alterações foram introduzidas. O projeto padrão estava disponível publicamente para compra. O padrão foi concluído com a reunião de 6 de novembro de 1992. O Berkeley Plateau Multimedia Research Group desenvolveu um decodificador MPEG-1 em novembro de 1992. A Continuous Media Player, Lawrence A. Rowe and Brian C. Smith, Proc. 3rd Int. Workshop on Network and OS Support for Digital Audio and Video, San Diego CA (November 1992) Em julho de 1990, antes mesmo de o primeiro rascunho do padrão MPEG-1 ter sido escrito, o trabalho começou em um segundo padrão, MPEG-2, destinado a estender a tecnologia MPEG-1 para fornecer vídeo com qualidade de transmissão total (conforme CCIR 601) em altas taxas de bits (3–15 Mbit/s) e suporte para vídeo entrelaçado. Devido em parte à semelhança entre os dois codecs, o padrão MPEG-2 inclui compatibilidade total com versões anteriores do vídeo MPEG-1, portanto, qualquer decodificador MPEG-2 pode reproduzir vídeos MPEG-1.
Notavelmente, o padrão MPEG-1 define estritamente o fluxo de bits e a função do decodificador, mas não define como a codificação MPEG-1 deve ser executada, embora uma implementação de referência seja fornecida em ISO/IEC-11172-5. Isso significa que a eficiência da codificação MPEG-1 pode variar drasticamente dependendo do codificador usado e, geralmente, significa que os codificadores mais novos têm um desempenho significativamente melhor do que seus predecessores. As três primeiras partes (Sistemas, Vídeo e Áudio) da ISO/IEC 11172 foram publicadas em agosto de 1993.
+Partes MPEG-1 Parte Número Primeira data delançamento público(primeira edição) Últimecorreção Título Descrição Part 1 ISO/IEC 11172-1 1993 1999 Systems Part 2 ISO/IEC 11172-2 1993 2006 Video Part 3 ISO/IEC 11172-3 1993 1996 Audio Part 4 ISO/IEC 11172-4 1995 2007 Compliance testing Part 5 ISO/IEC TR 11172-5 1998 2007 Software simulation
Patentes Devido à sua idade, o MPEG-1 não está mais coberto por nenhuma patente essencial e pode, portanto, ser usado sem obter uma licença ou pagar quaisquer taxas. O banco de dados de patentes ISO lista uma patente para ISO 11172, US 4.472.747, que expirou em 2003. O rascunho quase completo do padrão MPEG-1 foi divulgado publicamente disponível como ISO CD 11172 até 6 de dezembro de 1991. Reference 3 in the paper is to Committee Draft of Standard ISO/IEC 11172, December 6, 1991. Nem o artigo Kuro5hin de julho de 2008 "Patent Status of MPEG-1, H.261 and MPEG-2",Patent Status of MPEG-1,H.261 and MPEG-2 nem um tópico de agosto de 2008 no gstreamer-devel lista de discussão foram capazes de listar uma única patente não expirada de MPEG-1 Video e MPEG-1 Audio Layer I/II. Uma discussão de maio de 2009 na lista de discussão whatwg mencionou a patente US 5.214.678 como possivelmente abrangendo MPEG-1 Audio Layer II. Arquivado em 1990 e publicado em 1993, esta patente expirou.http://patft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=5214678 "Digital transmission system using subband coding of a digital signal" Filed: May 31, 1990, Granted May 25, 1993, Expires May 31, 2010?
Um decodificador e codificador completo de MPEG-1, com "Layer III audio", não poderia ser implementado sem royalties, pois havia empresas que exigiam taxas de patente para implementações de MPEG-1 Audio Layer III, conforme discutido no artigo sobre MP3. Todas as patentes no mundo relacionadas ao MP3 expiraram em 30 de dezembro de 2017, o que torna esse formato totalmente gratuito para uso. Em 23 de abril de 2017, Fraunhofer IIS parou de cobrar pelo programa de licenciamento de MP3 da Technicolor para certas patentes e software relacionados a MP3.
Ex-detentores de patentes As seguintes empresas apresentaram declarações à ISO dizendo que detinham patentes para o formato de vídeo MPEG-1 (ISO/IEC-11172-2), embora todas essas patentes tenham expirado desde então.
BBC Daimler Benz AG Fujitsu IBM Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Mitsubishi Electric NEC NHK Philips Pioneer Corporation Qualcomm Ricoh Sony Texas Instruments Thomson Multimedia Toppan Printing Toshiba Victor Company of Japan
Formulários O software mais popular para reprodução de vídeo inclui a decodificação MPEG-1, além de quaisquer outros formatos suportados. A popularidade do áudio MP3 estabeleceu uma enorme base instalada de hardware que pode reproduzir áudio MPEG-1 (todas as três camadas). "Virtualmente todos os dispositivos de áudio digital" podem reproduzir áudio MPEG-1. Muitos milhões foram vendidos até hoje. Antes de o MPEG-2 se tornar difundido, muitos serviços de TV digital via satélite/cabo usavam exclusivamente o MPEG-1. A ampla popularidade do MPEG-2 com as emissoras significa que o MPEG-1 pode ser reproduzido pela maioria dos decodificadores digitais de cabo e satélite e tocadores de discos e fitas digitais, devido à compatibilidade com versões anteriores. O MPEG-1 foi usado para vídeo em tela cheia no Green Book CD-i e no Video CD (VCD). O padrão Super Video CD, baseado em VCD, usa exclusivamente áudio MPEG-1, assim como vídeo MPEG-2. O formato DVD-Vídeo usa principalmente vídeo MPEG-2, mas o suporte a MPEG-1 é explicitamente definido no padrão. O padrão DVD-Vídeo originalmente exigia MPEG-1 Audio Layer II para países PAL, mas foi alterado para permitir apenas discos AC-3/Dolby Digital. MPEG-1 Audio Layer II ainda é permitido em DVDs, embora extensões mais recentes para o formato, como MPEG Multichannel, raramente sejam suportadas. A maioria dos reprodutores de DVD também oferece suporte à reprodução de CDs de vídeo e CDs de MP3, que usam MPEG-1. O padrão internacional de transmissão de vídeo digital (DVB) usa principalmente MPEG-1 Audio Layer II e vídeo MPEG-2. O padrão internacional de transmissão de áudio digital (DAB) usa exclusivamente MPEG-1 Audio Layer II, devido à sua qualidade especialmente alta, requisitos modestos de desempenho do decodificador e tolerância a erros. O Digital Compact Cassette usa PASC (Precision Adaptive Sub-band Coding) para codificar seu áudio. O PASC é uma versão inicial do MPEG-1 Audio Layer I com uma taxa de bits fixa de 384 kilobits por segundo.
Part 1: Systems A Parte 1 do padrão MPEG-1 abrange os sistemas e é definida na ISO/IEC-11172-1.
Os sistemas MPEG-1 especificam o layout lógico e os métodos usados para armazenar o áudio, o vídeo e outros dados codificados em um fluxo de bits padrão e para manter a sincronização entre os diferentes conteúdos. Este formato de arquivo é projetado especificamente para armazenamento em mídia e transmissão por canais de comunicação, que são considerados relativamente confiáveis. Somente proteção limitada contra erros é definida pelo padrão, e pequenos erros no fluxo de bits podem causar defeitos perceptíveis.
Essa estrutura foi posteriormente chamada de fluxo de programa MPEG: "O design dos sistemas MPEG-1 é essencialmente idêntico à estrutura do fluxo de programa MPEG-2." Esta terminologia é mais popular, precisa (diferencia-a de um fluxo de transporte MPEG) e será usada aqui.
Fluxos elementares, pacotes e referências de clock Fluxos elementares (ES) são fluxos de bits brutos de dados codificados de áudio e vídeo MPEG-1 (saída de um codificador). Esses arquivos podem ser distribuídos sozinhos, como é o caso dos arquivos MP3. Fluxos Elementares Packetizados (PES) são fluxos elementares empacotados em pacotes de tamanhos variáveis, ou seja, ES divididos em blocos independentes onde a soma de verificação de redundância cíclica (CRC) foi adicionada a cada pacote para detecção de erro. System Clock Reference (SCR) é um valor de temporização armazenado em um cabeçalho de 33 bits de cada PES, a uma frequência/precisão de 90 kHz, com uma extensão extra de 9 bits que armazena dados de temporização adicionais com uma precisão de 27 MHz. Estes são inseridos pelo codificador, derivados do relógio de tempo do sistema (STC). Fluxos de áudio e vídeo codificados simultaneamente não terão valores de SCR idênticos, no entanto, devido ao buffer, codificação, jitter e outros atrasos.
Transmissões do programa