MPEG-2
MPEG-2はデジタルビデオ放送やDVDで使用されています。MPEGトランスポートストリーム（TS）とMPEGプログラムストリーム（PS）はコンテナ形式です。

MPEG-2 （ ITUの定義ではH.222/H.262とも呼ばれる）は、「動画および関連する音声情報の汎用符号化」のための規格である。 [ 1 ] MPEG-2は、非可逆ビデオ圧縮と非可逆オーディオデータ圧縮方式の組み合わせを規定しており、現在利用可能な記憶媒体と伝送帯域を用いて動画の保存と伝送を可能にする。MPEG-2はH.264/AVCやH.265/HEVCといった新しい規格ほど効率的ではないものの、既存のハードウェアおよびソフトウェアとの下位互換性があるため、例えば地上デジタルテレビ放送やDVDビデオ規格など、依然として広く使用されている。

主な特徴

MPEG-2 は、地上波(無線)、ケーブルテレビ、直接衛星放送システムで放送されるデジタルテレビ信号の形式として広く使用されています。また、 DVDや類似のディスクで配信される映画やその他のプログラムの形式も規定しています。テレビ局、テレビ受信機、DVD プレーヤー、その他の機器は、多くの場合この規格に基づいて設計されています。MPEG-2 は、Moving Pictures Expert Group ( MPEG ) によって開発されたいくつかの規格のうちの 2 番目であり、国際規格 ( ISO / IEC 13818、タイトルは「情報技術 - 動画および関連オーディオ情報の一般的な符号化」) です。MPEG-2 のパート 1 と 2 はITU-Tと共同で開発され、ITU-T 勧告シリーズでそれぞれカタログ番号が付けられています。

MPEG-2はほとんどのデジタルテレビやDVDフォーマットの中核を成していますが、規格を完全に規定しているわけではありません。地域機関は、規格の一部を制限したり拡張したりすることで、自らのニーズに合わせてMPEG-2を適応させることができます。ビデオプロファイルとレベルをご覧ください。

システム

MPEG-2 Part 1 (ISO/IEC 13818-1 および ITU-T Rec. H.222.0 [ 2 ] [ 3 ] ) は、システムというタイトルで、2 つの別個だが関連性のあるコンテナー形式を定義しています。1 つはトランスポート ストリームで、1 つのデータ パケットを 4 つのATMデータ パケットで送信するように設計されたデータ パケット形式です。固定または移動伝送媒体 (無線周波数、ケーブル、線形記録媒体など) でデジタル ビデオおよびオーディオをストリーミングする場合、ストリームの開始と終了が識別されない可能性があり、その例としては、ATSC / DVB / ISDB / SBTVD放送、テープへのHDV録画などがあります。もう 1 つはプログラム ストリームで、 MPEG-1コンテナー形式の拡張バージョンであり、トランスポート ストリームよりもオーバーヘッドが少なくなっています。プログラム ストリームは、ハード ディスク ドライブ、光ディスク、フラッシュ メモリなどのランダム アクセス ストレージ媒体用に設計されています。

トランスポートストリームファイル形式には、ブルーレイディスクで使用されるM2TS 、書き換え可能なDVDで使用されるAVCHD 、コンパクトフラッシュカードで使用されるHDVなどがあります。プログラムストリームファイルには、 DVDのVOBと、短命だったHD DVDの拡張VOBが含まれます。標準のMPEG-2トランスポートストリームは188バイトのパケットで構成されます。M2TSは、各パケットの先頭に、2ビットのコピー許可インジケータと30ビットのタイムスタンプを含む4バイトを付加します。

ISOは、MPEG-2フォーマット識別子の登録機関として「SMPTE Registration Authority, LLC」を認可しました。MPEG-2トランスポートの登録記述子は、ISO/IEC 13818-1によって規定されており、規格のユーザーが、必ずしも国際標準として認められていないフォーマットのデータでも、明確に伝送できるようにしています。この規定により、MPEG-2トランスポート規格はあらゆる種類のデータを伝送できるようになり、同時に、基盤となるプライベートデータの特性を明確に識別する方法も提供されます。[ 4 ]

ビデオ

MPEG-2 Part 2（ISO/IEC 13818-2およびITU-T Rec. H.262）は、ビデオという名称で、以前のMPEG-1 Part 2規格に類似していますが、アナログ放送テレビシステムで使用されるフォーマットであるインターレースビデオのサポートが追加されています。MPEG-2ビデオは、特に標準解像度で1 Mbit/s未満の低ビットレートには最適化されていません。すべての標準準拠MPEG-2ビデオデコーダーは、制約パラメータビットストリーム（CPB）の制限に準拠したMPEG-1ビデオストリームを完全に再生できます。

MPEG-2ビデオとシステムは、いくつかの機能強化により、一部のHDTV伝送システムでも使用されており、地上波ATSCデジタルテレビの標準フォーマットとなっています。[ 5 ]

オーディオ

MPEG-2はMPEG-1と比較して新しいオーディオ符号化方式を導入している。[ 6 ]

MPEG-2 パート3

MPEG-2 Part 3 (ISO/IEC 13818-3) は、オーディオと題され、 2チャンネル以上、最大5.1マルチチャンネルのオーディオプログラムの符号化を可能にすることで、MPEG- 1のオーディオを拡張しています。この方式はMPEG-1と下位互換性があり、MPEG-1オーディオデコーダはプレゼンテーションの2つの主要なステレオコンポーネントをデコードできます。[ 7 ]この拡張はMPEGマルチチャンネルまたはMPEG-2 BC（下位互換性）と呼ばれます。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

MPEG-2パート3では、MPEG-1オーディオレイヤーI、II、IIIの追加のビットレートとサンプリングレートも定義されています。[ 12 ]この拡張は、新しいサンプリングレートがMPEG-1で定義されたサンプリングレート（32、44.1、48kHz）の半分の倍数（16、22.05、24kHz）であるため、MPEG-2 LSF（低サンプリング周波数）として知られています。

MPEG-2 パート7

MPEG-2パート7（ISO/IEC 13818-7）の「Advanced Audio Coding（AAC）」は、かなり異なる、後方互換性のないオーディオフォーマットを規定しています。[ 10 ]このフォーマットは一般的にAdvanced Audio Coding（AAC）と呼ばれていますが、元々はMPEG-2 NBC（後方互換性がない）と呼ばれていました。[ 8 ] [ 9 ] [ 13 ]

AACは、従来のMPEGオーディオ規格よりも効率が高く、ハイブリッドフィルタバンクを持たない点で、前身であるMPEG-1 Part 3 Audio Layer 3よりも複雑ではありません。8kHzから96kHzのサンプリングレートで1～48チャンネルをサポートし、マルチチャンネル、マルチ言語、マルチプログラム機能を備えています。[ 6 ]

AAC はMPEG-4 パート 3でも定義されています。

MPEG-2 パーツ

MPEG-2規格は「パート」として公開されています。各パートは、仕様全体の特定の側面をカバーしています。

MPEG-2パーツ[ 14 ] [ 15 ]
一部 番号 初版発売日（初版） 最新の公開日（最終版） 最新の改正 同一のITU-T勧告。 タイトル 説明
パート1 ISO/IEC 13818-11996 2025 H.222.0システム ビデオとオーディオの同期と多重化。MPEGトランスポートストリームとMPEGプログラムストリームを参照してください。
パート2ISO/IEC 13818-21996 2013 H.262ビデオ インターレースおよび非インターレースビデオ信号の ビデオコーディング形式
パート3ISO/IEC 13818-31995 1998 オーディオ 音声信号の知覚的符号化のためのオーディオ符号化フォーマット。MPEG-1 Audio Layer I、II、III のマルチチャンネル対応、ビットレートおよびサンプルレートの拡張。BC (Backwards-Compatibility) オーディオ（MPEG-1 との下位互換性あり）。
パート4 ISO/IEC 13818-41998 2004 2009年[ 16 ]適合性テスト
パート5 ISO/IEC TR 13818-51997 2005 ソフトウェアシミュレーション
パート6 ISO/IEC 13818-61998 1998 2001年[ 17 ]DSM-CC の拡張 DSM-CC（デジタル記憶媒体コマンドおよび制御）[ 18 ] [ 19 ]
パート7ISO/IEC 13818-71997 2006 2007年[ 20 ]高度なオーディオコーディング（AAC） 高度オーディオ符号化（AAC）。下位互換性のない（NBC）オーディオ（MPEG-1 との下位互換性はありません）。
パート8 撤回 10ビットビデオ拡張。主な用途はスタジオビデオで、圧縮を損なうことなくアーティファクトのない処理が可能だった。1995年に開発が開始されたが、業界からの関心が低かったため2007年に中止された。[ 21 ] [ 22 ]
パート9 ISO/IEC 13818-91996 1996 システムデコーダーのリアルタイムインターフェースの拡張
パート10 ISO/IEC 13818-101999 1999 デジタルストレージメディアコマンドおよび制御（DSM-CC）の適合拡張
パート11 ISO/IEC 13818-112004 2004 MPEG-2 システム上の IPMP 知的財産管理と保護（IPMP）。[ 23 ] [ 24 ] XML IPMPメッセージはISO/IEC 23001-3でも定義されています。[ 25 ]

歴史

MPEG-2 は、MPEG-1 の欠点を補って進化しました。

MPEG-1 の既知の弱点:

  • 2チャンネル（ステレオ）に限定されたオーディオ圧縮システム
  • インターレースビデオに使用すると圧縮率の低いインターレースビデオの標準化されたサポートがない
  • 標準化された「プロファイル」は制約パラメータビットストリーム（CBP）のみで、高解像度のビデオには適していませんでした。MPEG-1は4Kビデオをサポートしていましたが、高解像度のビデオをエンコードする簡単な方法はなく、サポート可能なハードウェアを特定する方法もありませんでした。これは、ハードウェアの制限が定義されていなかったためです。
  • 4:2:0の 1 つのクロマ サブサンプリングのみをサポート

NTTの大久保栄氏は、H.262/MPEG-2パート2ビデオ符号化規格の開発におけるITU-Tコーディネータであり、 MPEGにおけるMPEG-2規格セットの要件委員長であった。 [ 26 ] MPEG-2技術の基礎となる特許の大部分は、ソニー（311件）、トムソン（198件）、三菱電機（119件）の3社が所有している。[ 27 ]現代電子（現SKハイニックス）は、1995年に最初のMPEG-2 SAVI（システム/オーディオ/ビデオ）デコーダを開発した。[ 28 ]

ファイル名拡張子

.mpg、、.mpegは、.m2vMPEG-2 オーディオおよびビデオ ファイル形式で使用されるファイル名拡張子の一部です。.mpg特に、およびは.mpegMPEG-1 形式にも使用されます。

ファイル拡張子MP3 (正式にはMPEG-1 Audio Layer IIIまたはMPEG-2 Audio Layer III ) は、主にドイツのFraunhofer Societyが米国およびその他の地域のデジタル科学者の支援を受けて 開発したデジタル オーディオのコーディング形式です。

アプリケーション

DVDビデオ

DVD -Video規格では MPEG-2 ビデオが使用されますが、いくつかの制限があります。

  1. ^ 1.85:1や2.35:1などは、DVDの有効なアスペクト比としてよく挙げられますが、これはレターボックススタイルのパディングで16:9の画像を作成するための、より広い映画のアスペクト比です。
  • 許容フレームレート
    • 29.97 インターレース フレーム/秒 (NTSC)
    • 23.976プログレッシブフレーム/秒（NTSC 2:3プルダウンの場合は29.97 [ dvdrates 1 ]）
    • 25インターレースフレーム/秒（PAL）
  1. ^エンコードされた画像のヘッダーにREPEAT_FIRST_FIELDフラグのパターンを設定することで、画像を2フィールドまたは3フィールドで表示でき、ほぼ任意の画像表示レート（フレームレートの2 ⁄ 3以上）を実現できます。これは、NTSCで23.976（フィルムレートにほぼ相当）のビデオを表示する際に最もよく使用されます。動作の詳細については、テレシネを参照してください。
  • オーディオ + ビデオ ビットレート
    • ビデオピーク 9.8 Mbit/s
    • 合計ピーク 10.08 Mbit/s
    • 最低300 kbit/s
  • YUV 4:2:0
  • 追加の字幕が可能
  • クローズドキャプション（NTSCのみ）
  • オーディオ
    • 線形パルス符号変調(LPCM): 48 kHz または 96 kHz、16 ビットまたは 24 ビット、最大 6 チャネル (ビットレートの制約により、すべての組み合わせが可能なわけではありません)
    • MPEG レイヤー 2 (MP2): 48 kHz、最大 5.1 チャンネル (PAL プレーヤーのみ必要)
    • ドルビーデジタル（DD、AC-3とも呼ばれる）：48 kHz、32～448 kbit/s、最大5.1チャンネル
    • デジタル シアター システム(DTS): 754 kbit/s または 1510 kbit/s (DVD プレーヤーの準拠には必要ありません)
    • NTSC DVD には、少なくとも 1 つの LPCM または Dolby Digital オーディオ トラックが含まれている必要があります。
    • PAL DVD には、少なくとも 1 つの MPEG Layer 2、LPCM、または Dolby Digital オーディオ トラックが含まれている必要があります。
    • プレーヤーは 2 つ以上のチャンネルでオーディオを再生する必要はありませんが、マルチチャンネル オーディオを 2 チャンネルにダウンミックスできる必要があります。
  • GOP構造（グループオブピクチャーズ）
    • シーケンスヘッダーは各GOPの先頭に存在する必要があります
    • GOPあたりの最大フレーム数: 18 (NTSC) / 15 (PAL)、つまり0.6秒
    • マルチアングルDVDにはClosed GOPが必要

HDV

HDV は、高解像度の MPEG-2 ビデオを DV カセット テープに記録および再生するための形式です。

MODとTOD

MOD と TOD は、消費者向けデジタル ファイル ベースのビデオ カメラで使用するための記録形式です。

XDCAM

XDCAM は、プロフェッショナルなファイルベースのビデオ録画形式です。

DVB

DVB標準における MPEG-2 ビデオのアプリケーション固有の制限:

SDTVで許可される解像度:

  • 720、704、544、528、480、または352 × 480ピクセル、24/1.001、24、30/1.001、または30フレーム/秒
  • 352 × 240 ピクセル、24/1.001、24、30/1.001、または 30 フレーム/秒
  • 720、702、544、528、480、または352 × 576ピクセル、25フレーム/秒
  • 352 × 288ピクセル、25フレーム/秒

HDTVの場合:

  • 720 x 576 x 50 フレーム/秒 プログレッシブ (576p50)
  • 1280 x 720 x 25 または 50 フレーム/秒 プログレッシブ (720p50/720p50)
  • 1440 または 1920 x 1080 x 25 フレーム/秒 プログレッシブ (1080p25 = フィルム モード)
  • 1440 または 1920 x 1080 x 25 フレーム/秒インターレース (1080i50)

ATSC

米国で使用されている ATSC A/53 規格は、メイン プロファイル @ ハイ レベル (MP@HL) の MPEG-2 ビデオを使用しますが、放送テレビの場合は最大 19.39 Mbit/s、ケーブル テレビの場合は 38.8 Mbit/s のビット レート、4:2:0クロマ サブサンプリング形式、必須の測色情報などの追加の制限があります。

ATSC では、次のビデオ解像度、アスペクト比、フレーム/フィールド レートが許可されます。

  • 1920 × 1080 ピクセル (16:9、正方形ピクセル)、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、59.94i。
  • 1280 × 720ピクセル（16:9、正方形ピクセル）、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、または23.976p
  • 704 × 480 ピクセル（4:3 または 16:9、非正方形ピクセル）、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、または 59.94i
  • 640 × 480 ピクセル（4:3、正方形ピクセル）、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、または 59.94i

ATSC 規格 A/63 は、50 Hz (PAL) 信号の追加解像度とアスペクト レートを定義します。

ATSC仕様とMPEG-2では、インターレース形式のビデオシーケンス内でもプログレッシブフレームの使用が許可されています。例えば、1080i60のビデオシーケンスを放送する放送局は、60フィールドを24個のプログレッシブフレームで符号化し、メタデータによってデコーダーにインターレース処理と3:2プルダウン処理を指示してから表示させる符号化方式を使用できます。これにより、放送局はMPEG-2シーケンスを中断することなく、テレビのフォーマット切り替えに伴う数秒の遅延を発生させることなく、60Hzインターレース（ニュース、メロドラマ）と24Hzプログレッシブ（ゴールデンタイム）のコンテンツを切り替えることができます。これが、ATSC仕様で許可されている1080p30および1080p24のシーケンスが実際には使用されていない理由です。

1080 ライン形式は、1920 × 1088 ピクセルの輝度マトリックスと 960 × 540 の色度マトリックスでエンコードされますが、最後の 8 ラインは MPEG-2 のデコードおよび表示プロセスによって破棄されます。

ATSC A/72 は、デジタルテレビの ATSC 規格の最新改訂版であり、H.264/AVC ビデオ コーディング形式と 1080p60 信号の使用を可能にします。

MPEG-2 オーディオは、 DTV「グランド アライアンス」の激戦中に ATSC 標準の候補となりましたが、ドルビー AC-3に敗れました。

ISDB-T

ATSC の MPEG-2 の技術的特徴はISDB-Tにも当てはまりますが、主な TS には、ビデオ用にMPEG-4 H.264 AVC、オーディオ用にAAC -LC で圧縮された、主にワンセグと呼ばれるモバイル デバイス用の 2 番目のプログラムが集約されている点が異なります。

ブルーレイ

MPEG-2は、Blu-ray Discでサポートされている3つのビデオコーディングフォーマットの1つです。初期のBlu-rayでは一般的にMPEG-2ビデオが使用されていましたが、最近のリリースではほぼ常に H.264が使用され、VC-1が使用されることもあります。Blu-rayはMPEG-2ビデオ（MPEG-2パート2）のみをサポートしており、MPEG-2オーディオ（パート3および7）はサポートしていません。また、Blu-rayディスクで使用されるコンテナフォーマットは、使用されているオーディオおよびビデオコーデックに関わらず、MPEG-2トランスポートストリームです。

特許プール

2024年1月3日現在、MPEG-2の特許は世界中で失効しているが、マレーシアのみ例外で、マレーシアの最後の特許は2035年に失効する予定である。[ 29 ]米国の最後の特許は2018年2月23日に失効した。[ 30 ] [ 31 ]

民間の特許ライセンス団体であるMPEG LAは、20社を超える企業と1つの大学から、MPEG-2技術の使用に「必須」であると主張する世界中の約640件の特許の特許プールのライセンス権を取得しました。特許権者には、ソニー、三菱電機、富士通、パナソニック、サイエンティフィック・アトランタ、コロンビア大学、フィリップス、ゼネラル・インストゥルメンツ、キヤノン、日立、JVCケンウッド、LGエレクトロニクス、NTT、サムスン、三洋、シャープ、東芝が含まれていました。[ 32 ] [ 33 ]ソフトウェアの特許性が認められ、特許の有効期限が切れていない場合（マレーシアのみ）、MPEG-2を使用するには特許権者にライセンス料を支払う必要があります。その他の特許はAudio MPEG, Inc.によってライセンスされました。[ 34 ]標準規格の開発自体には、特許交渉よりも時間がかかりませんでした。[ 35 ] MPEG-2プールにおける必須特許保有者と周辺特許保有者間の特許プールはウィスコンシン大学の研究対象であった。[ 36 ]

MPEG-2ライセンス契約によれば、特許が有効な国（マレーシア）におけるMPEG-2技術の使用はロイヤリティの対象となっている。[ 37 ] MPEG - 2エンコーダとデコーダは1台あたり0.35ドルの対象となっている。[ 37 ]また、パッケージメディア（DVD/データストリーム）は録画/放送の長さに応じてライセンス料が課せられる。このロイヤリティは以前は高額だったが、何度か引き下げられており、最近では2018年1月1日に引き下げられた。[ 37 ] MPEG-2特許プールに対する以前の批判は、2013年6月までに特許数が1,048件から416件に減少したにもかかわらず、ライセンス料がMPEG-2特許の満了率に合わせて下がっていないというものであった。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

特許権者

MPEG-2の特許を保有している組織は以下のとおりです（ MPEG LAに掲載）。米国MPEG-2特許一覧も参照してください。

組織 特許[ 27 ]
ソニー株式会社311
トムソンライセンシング 198
三菱電機119
フィリップス99
GEテクノロジー開発株式会社 75
パナソニック株式会社55
CIFライセンシングLLC 44
JVCケンウッド39
サムスン電子38
アルカテル・ルーセント（マルチメディア特許信託を含む） 33
シスコテクノロジー株式会社 13
株式会社東芝9
コロンビア大学9
LGエレクトロニクス8
日立7
オレンジSA7
富士通6
ロバート・ボッシュGmbH5
一般機器4
ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ3
キヤノン株式会社2
KDDI株式会社2
日本電信電話（NTT） 2
ARRISテクノロジー株式会社 2
三洋電機1
シャープ株式会社1
ヒューレット・パッカード・エンタープライズ社 1

参照

参考文献

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