MPEG-4

Estándar de codificación de video

MPEG-4 es un método para definir la compresión de datos digitales de audio y visuales (AV). Fue introducido a finales de 1998 y designó un estándar para un grupo de audio y codificación de vídeo formatos y tecnología relacionada acordadas por la norma ISO / IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) ( ISO / IEC JTC 1 / SC29 / WG11) bajo la norma oficial ISO / IEC 14496 - Codificación de objetos audiovisuales . Los usos de MPEG-4 incluyen la compresión de datos AV para web ( transmisión de medios ) y distribución de CD , voz ( teléfono , videoteléfono ) yDifusión de aplicaciones de televisión . El estándar MPEG-4 fue desarrollado por un grupo liderado por Touradj Ebrahimi (más tarde presidente de JPEG ) y Fernando Pereira. ^[1]

Antecedentes

MPEG-4 absorbe muchas de las características de MPEG-1 y MPEG-2 y otros estándares relacionados, agregando nuevas características como soporte VRML (extendido) para renderizado 3D, archivos compuestos orientados a objetos (incluidos audio, video y objetos VRML), compatibilidad con la gestión de derechos digitales especificada externamente y varios tipos de interactividad. AAC (codificación de audio avanzada) se estandarizó como un complemento de MPEG-2 (como parte 7) antes de que se emitiera MPEG-4.

MPEG-4 sigue siendo un estándar en evolución y se divide en varias partes. Las empresas que promueven la compatibilidad con MPEG-4 no siempre indican claramente a qué nivel de compatibilidad de "parte" se refieren. Las partes clave a tener en cuenta son MPEG-4 Parte 2 (incluido Advanced Simple Profile, utilizado por códecs como DivX , Xvid , Nero Digital y 3ivx y QuickTime 6) y MPEG-4 parte 10 (MPEG-4 AVC / H .264 o codificación de video avanzada, utilizada por el codificador x264 , Nero Digital AVC, QuickTime 7 y medios de video de alta definición como Blu-ray Disc ).

La mayoría de las funciones incluidas en MPEG-4 se dejan a los desarrolladores individuales para decidir si implementarlas o no. Esto significa que probablemente no haya implementaciones completas de todo el conjunto de estándares MPEG-4. Para hacer frente a esto, la norma incluye el concepto de "perfiles" y "niveles", lo que permite definir un conjunto específico de capacidades de una manera apropiada para un subconjunto de aplicaciones.

Inicialmente, MPEG-4 estaba dirigido principalmente a comunicaciones de video de baja tasa de bits ; sin embargo, su alcance como estándar de codificación multimedia se amplió posteriormente. MPEG-4 es eficiente en una variedad de velocidades de bits que van desde unos pocos kilobits por segundo hasta decenas de megabits por segundo. MPEG-4 proporciona las siguientes funciones:

• Eficiencia de codificación mejorada sobre MPEG-2 ^[2]
• Capacidad para codificar datos de medios mixtos (video, audio, voz)
• Resistencia a errores para permitir una transmisión robusta
• Capacidad para interactuar con la escena audiovisual generada en el receptor

Resumen

MPEG-4 proporciona una serie de tecnologías para desarrolladores, para varios proveedores de servicios y para usuarios finales:

• MPEG-4 permite a diferentes desarrolladores de software y hardware crear objetos multimedia con mejores capacidades de adaptabilidad y flexibilidad para mejorar la calidad de servicios y tecnologías como televisión digital, gráficos de animación , la World Wide Web y sus extensiones.
• Los proveedores de redes de datos pueden utilizar MPEG-4 para la transparencia de los datos. Con la ayuda de procedimientos estándar, los datos MPEG-4 se pueden interpretar y transformar en otros tipos de señales compatibles con cualquier red disponible.
• El formato MPEG-4 proporciona a los usuarios finales una amplia gama de interacción con varios objetos animados.
• Señalización estandarizada de gestión de derechos digitales , también conocida en la comunidad MPEG como gestión y protección de la propiedad intelectual (IPMP).

El formato MPEG-4 puede realizar varias funciones, entre las que se encuentran las siguientes:

• Multiplexa y sincroniza datos, asociados con objetos de medios, de tal manera que pueden ser transportados de manera eficiente a través de canales de red.
• Interacción con la escena audiovisual, que se forma en el lateral del receptor.

Perfiles y niveles

MPEG-4 proporciona un amplio y rico conjunto de herramientas para la codificación. Se han proporcionado subconjuntos de juegos de herramientas MPEG-4 para su uso en aplicaciones específicas. Estos subconjuntos, llamados 'Perfiles', limitan el tamaño del conjunto de herramientas que se requiere que implemente un decodificador. ^[3] Con el fin de restringir la complejidad computacional, se establecen uno o más 'Niveles' para cada Perfil. ^[3] Una combinación de perfil y nivel permite: ^[3]

• Un constructor de códecs para implementar solo el subconjunto del estándar necesario, mientras mantiene el interfuncionamiento con otros dispositivos MPEG-4 que implementan la misma combinación. ^[3]
• Verificar si los dispositivos MPEG-4 cumplen con el estándar, lo que se conoce como prueba de conformidad . ^[3]

Partes de MPEG-4

MPEG-4 consta de varios estándares, denominados "partes", que incluyen lo siguiente (cada parte cubre un cierto aspecto de toda la especificación):

Partes de MPEG-4 ^{[4] [5]}

Parte	Número	Primera fecha de lanzamiento público (primera edición)	Última fecha de lanzamiento público (última edición)	Última enmienda	Título	Descripción
Parte 1	ISO / IEC 14496-1	1999	2010 [6]	2014 [7]	Sistemas	Describe la sincronización y multiplexación de video y audio. Por ejemplo, el formato de archivo MPEG-4 versión 1 (obsoleto por la versión 2 definida en MPEG-4 Parte 14). La funcionalidad de una pila de protocolos de transporte para transmitir y / o almacenar contenido que cumpla con ISO / IEC 14496 no está dentro del alcance de 14496-1 y solo se considera la interfaz a esta capa (DMIF). La información sobre el transporte de contenido MPEG-4 se define, por ejemplo, en MPEG-2 Transport Stream , RTP Audio Video Profiles y otros. [8] [9] [10] [11] [12]
Parte 2	ISO / IEC 14496-2	1999	2004 [13]	2009	Visual	Un formato de compresión para datos visuales (video, texturas fijas, imágenes sintéticas, etc.). Uno de los muchos "perfiles" de la Parte 2 es el perfil simple avanzado (ASP) .
Parte 3	ISO / IEC 14496-3	1999	2009 [14]	2017 [15]	Audio	Un conjunto de formatos de compresión para la codificación perceptual de señales de audio, incluidas algunas variaciones de codificación de audio avanzada (AAC), así como otros formatos y herramientas de codificación de audio / voz (como codificación sin pérdida de audio (ALS), codificación sin pérdida escalable (SLS), Audio estructurado , interfaz de texto a voz (TTSI), HVXC , CELP y otros)
Parte 4	ISO / IEC 14496-4	2000	2004 [16]	2016	Pruebas de conformidad	Describe los procedimientos para probar la conformidad con otras partes del estándar.
Parte 5	ISO / IEC 14496-5	2000	2001 [17]	2017	Software de referencia	Proporciona software de referencia para demostrar y aclarar las otras partes del estándar.
Parte 6	ISO / IEC 14496-6	1999	2000 [18]		Marco de integración multimedia de entrega (DMIF)
Parte 7	ISO / IEC TR 14496-7	2002	2004 [19]		Software de referencia optimizado para la codificación de objetos audiovisuales	Proporciona ejemplos de cómo realizar implementaciones mejoradas (por ejemplo, en relación con la Parte 5).
Parte 8	ISO / IEC 14496-8	2004	2004 [20]		Transporte de contenido ISO / IEC 14496 a través de redes IP	Especifica un método para transportar contenido MPEG-4 en redes IP . También incluye pautas para diseñar formatos de carga útil RTP , reglas de uso de SDP para transportar información relacionada con ISO / IEC 14496-1, definiciones de tipo MIME , análisis sobre seguridad RTP y multidifusión .
Parte 9	ISO / IEC TR 14496-9	2004	2009 [21]		Descripción de hardware de referencia	Proporciona diseños de hardware para demostrar cómo implementar las otras partes del estándar.
Parte 10	ISO / IEC 14496-10	2003	2014 [22]	2016 [23]	Codificación de video avanzada (AVC)	Un formato de compresión para señales de video que es técnicamente idéntico al estándar ITU-T H.264 .
Parte 11	ISO / IEC 14496-11	2005	2015 [24]		Descripción de la escena y motor de aplicación	Puede usarse para contenido rico e interactivo con múltiples perfiles, incluidas las versiones 2D y 3D. MPEG-4 Parte 11 revisado MPEG-4 Parte 1 - ISO / IEC 14496-1: 2001 y dos enmiendas a MPEG-4 Parte 1. Describe una descripción a nivel de sistema de un motor de aplicación (entrega, ciclo de vida, formato y comportamiento de descarga Aplicaciones de código de bytes de Java ) y el formato binario para escena (BIFS) y el formato extensible MPEG-4 textual (XMT)  - una representación textual del contenido multimedia MPEG-4 usando XML , etc. [24] (también se conoce como BIFS, XMT, MPEG-J. [25] MPEG-J se definió en MPEG-4 Parte 21)
Parte 12	ISO / IEC 14496-12	2004	2015 [26]	2017 [27]	Formato de archivo multimedia base ISO	Un formato de archivo para almacenar contenido multimedia basado en el tiempo. Es un formato general que forma la base para varios otros formatos de archivo más específicos (por ejemplo , 3GP , Motion JPEG 2000 , MPEG-4 Parte 14 ). Es técnicamente idéntico a ISO / IEC 15444-12 ( sistema de codificación de imágenes JPEG 2000 - Parte 12).
Parte 13	ISO / IEC 14496-13	2004	2004 [28]		Extensiones de gestión y protección de la propiedad intelectual (IPMP)	MPEG-4 Parte 13 revisó una enmienda a MPEG-4 Parte 1 - ISO / IEC 14496-1: 2001 / Amd 3: 2004. Especifica el procesamiento común de Gestión y Protección de la Propiedad Intelectual (IPMP), sintaxis y semántica para el transporte de herramientas IPMP en el flujo de bits, transporte de información IPMP, autenticación mutua para herramientas IPMP, una lista de autoridades de registro requeridas para el soporte de las especificaciones enmendadas (ej. CISAC ), etc. Se definió debido a la falta de interoperabilidad de diferentes mecanismos de protección (diferentes sistemas DRM) para proteger y distribuir contenido digital protegido por derechos de autor como música o video. [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37]
Parte 14	ISO / IEC 14496-14	2003	2003 [38]	2010 [39]	Formato de archivo MP4	También se conoce como "formato de archivo MPEG-4 versión 2". El formato de archivo contenedor designado para contenido MPEG-4, que se basa en la Parte 12. Revisa y reemplaza completamente la Cláusula 13 de ISO / IEC 14496-1 (MPEG-4 Parte 1: Sistemas), en la que el formato de archivo MPEG-4 se especificó previamente.
Parte 15	ISO / IEC 14496-15	2004	2017 [40]	2020 [41]	Parte 15: Transporte de video estructurado de la unidad de capa de abstracción de red (NAL) en el formato de archivo multimedia base ISO	Para almacenar el video de la Parte 10. El formato de archivo se basa en la Parte 12, pero también permite el almacenamiento en otros formatos de archivo.
Parte 16	ISO / IEC 14496-16	2004	2011 [42]	2016 [43]	Extensión del marco de animación (AFX)	Especifica el modelo MPEG-4 Animation Framework eXtension (AFX) para representar contenido de gráficos 3D. MPEG-4 se amplía con objetos sintéticos de mayor nivel para especificar geometría, textura, animación y algoritmos de compresión dedicados.
Parte 17	ISO / IEC 14496-17	2006	2006 [44]		Formato de transmisión de texto	Formato de subtítulos de texto cronometrado
Parte 18	ISO / IEC 14496-18	2004	2004 [45]	2014	Compresión y transmisión de fuentes	Para el formato de fuente abierto definido en la Parte 22.
Parte 19	ISO / IEC 14496-19	2004	2004 [46]		Flujo de textura sintetizada	Las secuencias de texturas sintetizadas se utilizan para la creación de videoclips sintéticos de muy baja tasa de bits.
Parte 20	ISO / IEC 14496-20	2006	2008 [47]	2010	Representación de escena de aplicación ligera (LASeR) y formato de agregación simple (SAF)	Los requisitos de LASeR (eficiencia de compresión, código y espacio de memoria) se satisfacen basándose en el formato existente de gráficos vectoriales escalables (SVG) definido por el World Wide Web Consortium. [48]
Parte 21	ISO / IEC 14496-21	2006	2006 [49]		Extensiones de marco de gráficos MPEG-J (GFX)	Describe un entorno programático ligero para aplicaciones multimedia interactivas avanzadas: un marco que combina un subconjunto del entorno de aplicaciones Java estándar MPEG (MPEG-J) con una API Java . [25] [49] [50] [51] (en etapa "FCD" en julio de 2005, FDIS en enero de 2006, publicado como norma ISO el 22 de noviembre de 2006).
Parte 22	ISO / IEC 14496-22	2007	2015 [52]	2017	Abrir formato de fuente	OFFS se basa en la especificación de formato de fuente OpenType versión 1.4 y es técnicamente equivalente a esa especificación. [53] [54] Alcanzó la etapa "CD" en julio de 2005, publicada como norma ISO en 2007
Parte 23	ISO / IEC 14496-23	2008	2008 [55]		Representación musical simbólica (SMR)	Alcanzó la etapa "FCD" en octubre de 2006, publicada como estándar ISO en 2008-01-28
Parte 24	ISO / IEC TR 14496-24	2008	2008 [56]		Interacción de audio y sistemas	Describe el comportamiento conjunto deseado del formato de archivo MPEG-4 y el audio MPEG-4.
Parte 25	ISO / IEC 14496-25	2009	2011 [57]		Modelo de compresión de gráficos 3D	Define un modelo para conectar herramientas de compresión de gráficos 3D definidas en los estándares MPEG-4 a primitivas gráficas definidas en cualquier otro estándar o especificación.
Parte 26	ISO / IEC 14496-26	2010	2010 [58]	2016	Conformidad de audio
Parte 27	ISO / IEC 14496-27	2009	2009 [59]	2015 [60]	Conformidad con gráficos 3D	La conformidad de gráficos 3D resume los requisitos, los remite a las características y define cómo se puede probar la conformidad con ellos. Se dan pautas sobre la construcción de pruebas para verificar la conformidad del decodificador.
Parte 28	ISO / IEC 14496-28	2012	2012 [61]		Representación de fuente compuesta
Parte 29	ISO / IEC 14496-29	2014	2015		Codificación de video web	El texto de la Parte 29 se deriva de la Parte 10 - ISO / IEC 14496-10. La codificación de video web es una tecnología que es compatible con el perfil de línea de base restringido de ISO / IEC 14496-10 (el subconjunto que se especifica en el anexo A para la línea de base restringida es una especificación normativa, mientras que todas las partes restantes son informativas).
Parte 30	ISO / IEC 14496-30	2014	2014		Texto cronometrado y otras superposiciones visuales en formato de archivo multimedia base ISO	Describe el transporte de algunas formas de secuencias de texto y subtítulos cronometradas en archivos basados ​​en ISO / IEC 14496-12 - W3C Timed Text Markup Language 1.0, W3C WebVTT (Web Video Text Tracks). La documentación de estos formularios no excluye otra definición de transporte de texto o subtítulos cronometrados; ver, por ejemplo, 3GPP Timed Text (3GPP TS 26.245).
Parte 31	ISO / IEC 14496-31	En desarrollo (2018-05)			Codificación de video para navegadores	Codificación de video para navegadores (VCB): una tecnología de compresión de video diseñada para su uso dentro del navegador World Wide Web
Parte 32	ISO / IEC CD 14496-32	En desarrollo			Software de conformidad y referencia
Parte 33	ISO / IEC FDIS 14496-33	En desarrollo			Codificación de video por Internet

Los perfiles también se definen dentro de las "partes" individuales, por lo que una implementación de una parte normalmente no es una implementación de una parte completa.

MPEG-1 , MPEG-2 , MPEG-7 y MPEG-21 son otros conjuntos de estándares MPEG.

Niveles MPEG-4

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Los niveles de perfil bajo son parte de las restricciones de codificación / decodificación de video MPEG-4 y son compatibles con el antiguo estándar ITU H.261, también compatible con los estándares anteriores de TV analógica para transmisión y grabaciones (como video NTSC o PAL). El perfil ASP en su nivel más alto es adecuado para la mayoría de los medios y reproductores de DVD habituales o para muchos sitios de video en línea, pero no para grabaciones de Blu-ray o contenido de video HD en línea.

Perfil	Nivel	Max. buffer	Max. tasa de bits	Max. demora	Max. Tamaño de VP	Max. Tamaño de VOP	Max. tasa de decodificador	Max. tamaño del marco
				@ máx. tasa de bits				A 30 Hz	A 25 Hz	A 24 Hz	A 15 Hz	A 12,5 Hz
SP	L0	160	64	2,50	2.048	99	1,485	-			QCIF (176 × 144)
	L0b	320	128
	L1	160	64					128 × 96	144 × 96	160 × 96
	L2	640	128	5,00	4.096	396	5.940	256 × 192	304 × 192, 288 × 208	304 × 208	CIF (352 × 288)
	L3		384	1,66	8.192		11,880	CIF (352 × 288)
	L4a	1.280	4000	0,32	16,384	1200	36.000	VGA (640 × 480)
	L5	1,792	8.000	0,22		1,620	40.500	D1 NTSC (720 × 480)	D1 PAL (720 × 576)
	L6	3.968	12.000	0,33		3.600	108.000	720p (1280 x 720)
ÁSPID	L0	160	128	1,25	2.048	99	2,970	QCIF (176 × 144)
	L1
	L2	640	384	1,66	4.096	396	5.940	256 × 192	304 × 192, 288 × 208	304 × 208	CIF (352 × 288)
	L3		768	0,86			11,880	CIF (352 × 288)
	L3b	1.040	1500	0,69
	L4	1.280	3000	0,43	8.192	792	23,760	352 × 576, 704 × 288
	L5	1,792	8.000	0,22	16,384	1,620	48,600	720 × 576
Unidades		kbits	kbits / s	segundos	bits	macrobloques	macrobloques / s	pixeles

Más adelante se han definido perfiles más avanzados para medios HD en el perfil AVC, que es funcionalmente idéntico al estándar ITU H.264 pero ahora también está integrado en MPEG-4 Parte 10 (consulte H.264 / MPEG-4 AVC para ver la lista de niveles definidos en este perfil AVC).

Licencias

Más información: MPEG-4 Part 2 § Titulares de patentes

MPEG-4 contiene tecnologías patentadas, cuyo uso requiere licencia en países que reconocen las patentes de algoritmos de software . Más de dos docenas de empresas afirman tener patentes que cubren MPEG-4. MPEG LA ^[62] otorga licencias de patentes requeridas para MPEG-4 Part 2 Visual de una amplia gama de compañías (el audio se licencia por separado) y enumera todos sus licenciatarios y licenciatarios en el sitio. Se están desarrollando nuevas licencias para las patentes del sistema MPEG-4 ^[63] y no se ofrecen nuevas licencias mientras que los titulares de su antigua licencia de sistemas MPEG-4 todavía estén cubiertos por los términos de esa licencia para las patentes enumeradas ( MPEG LA - Lista de patentes ).

La mayoría de las patentes utilizadas para el formato MPEG-4 Visual pertenecen a tres empresas japonesas: Mitsubishi Electric (255 patentes), Hitachi (206 patentes) y Panasonic (200 patentes). ^[64]

Ver también

• MPEG
• Audio estructurado MPEG-4
• MPEG-4 SLS
• ISO / IEC JTC 1 / SC 29

Referencias

1. Ebrahimi, Touradj; Pereira, Fernando (2002). El libro MPEG-4 . Prentice Hall Professional . ISBN 9780130616210.
2. Wiegand, T; Sullicano, GJ; Bjontegaard, G; Luthra, A. "Descripción general del estándar de codificación de video H.264 / AVC - IEEE Journals & Magazine". doi : 10.1109 / TCSVT.2003.815165 .
3. RFC 3640 , IETF, pág. 31.
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Enlaces externos

• Descripción general del estándar MPEG-4 en el sitio web oficial de MPEG
• MPEG Industry Forum (MPEGIF) Página de MPEG-4 en Archive.today (archivado el 22 de octubre de 2012 )
• MPEG Industry Forum (MPEGIF) Libro blanco de MPEG-4 en los archivos web de la Biblioteca del Congreso (archivado 2010-01-08)
• Código de referencia JM MPEG-4 AVC /H.264
• OpenIPMP: Proyecto DRM de código abierto para MPEG-4