MPEG

Η μέθοδος MPEG (Moving Picture Experts Group) χρησιμοποιείται για την συμπίεση κινούμενης εικόνας ή βίντεο. Μια ταινία δημιουργείται από τη γρήγορη ροή ενός συνόλου καρέ, καθένα από τα οποία δεν είναι παρά μια φωτογραφία. Με άλλα λόγια, ένα καρέ είναι ένας χωρικός συνδυασμός από πίξελ, και μια ταινία είναι ένας χρονικός συνδυασμός από καρέ τα οποία αποστέλλονται το ένα μετά το άλλο. Η συμπίεση μιας ταινίας, συνεπώς προϋποθέτει τη χωρική συμπίεση κάθε καρέ και την χρονική συμπίεση ενός συνόλου από καρέ. Η συμπίεση MPEG έχει περάσει από διάφορες εκδόσεις. Η έκδοση MPEG 1 είχε σχεδιαστεί για CD-ROM με ταχύτητα μεταφοράς 1,5 Mbps, ενώ η έκδοση MPEG 2 σχεδιάστηκε για DVD υψηλής ποιότητας με ταχύτητα μεταφοράς 3=6Mbps. Η έκδοση MPEG-1 Audio Layer 3 (ή MP3) αποτελεί το στάνταρ για την συμπίεση ήχου.

 Η χωρική συμπίεση (spatial compression) των καρέ γίνεται με τη μέθοδο JPEG (ή κάποια παραλλαγή της). Κάθε καρέ είναι και μια φωτογραφία που μπορεί να συμπιεστεί ξεχωριστά. Κατά τη χρονική συμπίεση (temporal compression) αφαιρούνται πλεονάζοντα καρέ. Όταν παρακολουθούμε τηλεόραση παρακολουθούμε 30 καρέ το δευτερόλεπτο. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα διαδοχικά είναι σχεδόν όμοια μεταξύ τους. Για παράδειγμα, όταν μιλάει κάποιος το μεγαλύτερο μέρος των καρέ είναι ίδιο με το προηγούμενο, εκτός από το τμήμα γύρω από τα χείλη το οποίο και μεταβάλλεται από το ένα καρέ στο άλλο. Η αναγκαιότητα της χρονικής συμπίεσης του βίντεο γίνεται εμφανής με έναν πρόχειρο υπολογισμό. Μια συμπίεση JPEG 20:1 ενός καρέ στέλνει 368,640 μπιτ ανά καρέ, με ρυθμό 30 καρέ το δευτερόλεπτο αυτό σημαίνει 11.059.200 μπιτ το δευτερόλεπτο. Αυτός ο ρυθμός πρέπει να μικρύνει. Για να επιτύχει τη χρονική συμπίεση των δεδομένων η μέθοδος MPEG, καταρχήν ταξινομεί τα πλαίσια σε τρεις κατηγορίες: τα ενδοκωδικοποιημένα καρέ, τα προβλεπόμενα καρέ, και τα αμφίδρομα καρέ. Τα ενδοκωδικοποιημένα καρέ (intracoded frames ή I-frames) είναι ανεξάρτητα καρέ που δεν σχετίζονται με κανένα άλλο καρέ (ούτε το προηγούμενο ούτε το επόμενο) Εμφανίζονται σε τακτικά χρονικά διαστήματα (για παράδειγμα κάθε ένατο καρέ είναι ενδόκωδικοποιημένο). Ένα καρέ τέτοιου είδους πρέπει να εμφανίζεται περιοδικά λόγω κάποιων απότομων μεταβολών τις οποίες δεν μπορούν να απεικονίσουν τα προηγούμενα και τα επόμενα καρέ. Επίσης, όταν γίνεται μια εκπομπή οι θεατές μπορούν να συντονιστούν στους δέκτες τους οποιαδήποτε στιγμή. Αν υπήρχε μόνο ένα ενδοκωδικοποιημένο καρέ στην αρχή της εκπομπής, οι θεατές που θα συντονίζονταν αργότερα δεν θα μπορούσαν να έχουν ολοκληρωμένη εικόνα. Ένα προβλεπόμενο καρέ (predicted frame ή P-frame) σχετίζεται με το προηγούμενο ενδοκωδικοποιημένο ή προβλεπόμενο καρέ. Με άλλα λόγια, κάθε προβλεπόμενο καρέ περιέχει μόνο τις αλλαγές από το προηγούμενο καρέ, οι οποίες, όμως, δεν μπορούν να εκτείνονται σε μεγάλα τμήματα. Για παράδειγμα, οι μεταβολές που συμβαίνουν σε ένα αντικείμενο που κινείται πολύ γρήγορα ίσως να μην μπορούν να καταγραφούν σε ένα προβλεπόμενο καρέ. Επίσης, έχουν πολύ λιγότερες πληροφορίες από το καρέ των άλλων τύπων, οι οποίες μετά τη συμπίεση λιγοστεύουν ακόμα περισσότερο. Ένα αμφίδρομο καρέ (bidirectional frame ή B-frame) σχετίζεται τόσο με το προηγούμενο όσο και με το επόμενο ενδοκωδικοποιημένο ή προβλεπόμενο καρέ. Με άλλα λόγια, κάθε αμφίδρομο καρέ είναι σχετικό και με το 'παρελθόν' και με το 'μέλλον΄. Σημειώστε ότι τα αμφίδρομα καρέ δεν σχετίζονται ποτέ με άλλα αμφίδρομα καρέ. Behrouz A. Forouzan. «Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών», Επιμέλεια Γιώργος Στεφανίδης, Αλέξανδρος Χατζηγεωργίου, Εκδόσεις Κλειδάριθμος. Συμπίεση δεδομένων