Современный этап развития видеокомпрессии начался в 1993 году - тогда комитет Moving Pictures Expert Group (MPEG) закончил работу над революционным по тем временам форматом MPEG-1.
Совсем недавно формат MPEG-1 был еще сильно распространен, для его воспроизведения достаточно компьютера класса Pentium, существуют аппаратные декодеры. MPEG-1 используется в дисках VideoCD (фильм размещается на 2-х дисках). По качеству фильмы в этом формате аналогичны качеству обычного бытового видеомагнитофона, за исключением сцен с быстрым движением - сказывается несовершенство алгоритма предсказания движений.
Дальнейшей эволюцией формата MPEG-1 стал MPEG-2 (1995 г.).
Сейчас MPEG-2 используется в дисках DVD-Video и телевидении высокого разрешения (HDTV). Для хранения видео на компьютерных компакт-дисках MPEG-2 подходит плохо - он позволяет хранить не более 15-20 минут данных на каждом диске. Так же, как и для MPEG-1, для MPEG-2 существуют аппаратные декодеры. Программное воспроизведение MPEG-2 файлов тоже возможно, но уже на компьютерах класса Pentium II.
MPEG-3 - предназначался для использования в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с , но позже стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3, который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG-Audio Layer-3.
Формат MPEG-2 хорош только для больших потоков, а MPEG-1 уже не удовлетворяет современным требованиям. Но Интернет обеспечивает пропускную способность намного ниже, чем нужно для передачи видео в MPEG-2! Таким образом, комитету MPEG снова пришлось взяться за работу, на этот раз с целью разработать формат для хранения видео с низкими битрейтами. Так, в 1999 г. появился формат MPEG-4, который совершил очередную революцию в мире видеокомпрессии. Теперь стало реальным размещать полнометражный фильм на один компакт-диск! При этом качество намного выше, чем на VideoCD и VHS-видеомагнитофоне. Кроме того, видео стало возможным передавать по медленным сетям, даже в реальном времени. Произошел бурный рост предложений фильмов в MPEG4 - нужный фильм в MPEG4 найти легче, чем на видеокассете.

Большинство видеофайлов, с которыми вам предстоит иметь дело, сжаты с использованием стандарта MPEG-4.

Все форматы сжатия семейства MPEG (MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4, MPEG 7) используют высокую избыточность информации в изображениях, разделенных малым интервалом времени. Между двумя соседними кадрами обычно изменяется только малая часть сцены – например, происходит плавное смещение небольшого объекта на фоне фиксированного заднего плана. В этом случае полная информация о сцене сохраняется выборочно – только для опорных изображений. Для остальных кадров достаточно передавать разностную информацию: о положении объекта, направлении и величине его смещения, о новых элементах фона, открывающихся за объектом по мере его движения. Причем эти разности можно формировать не только по сравнению с предыдущими изображениями, но и с последующими (поскольку именно в них по мере движения объекта открывается ранее скрытая часть фона).

Форматы сжатия семейства MPEG сокращают объем информации следующим образом:

Устраняется временная избыточность видео (учитывается только разностная информация).
Устраняется пространственная избыточность изображений путем подавления мелких деталей сцены.
Устраняется часть информации о цветности.
Повышается информационная плотность результирующего цифрового потока путем выбора оптимального математического кода для его описания.
Форматы сжатия MPEG сжимают только опорные кадры – I-кадры (Intra frame – внутренний кадр). В промежутки между ними включаются кадры, содержащие только изменения между двумя соседними I-кадрами – P-кадры (Predicted frame – прогнозируемый кадр). Для того чтобы сократить потери информации между I-кадром и P-кадром, вводятся так называемые B-кадры (Bidirectional frame – двунаправленный кадр). В них содержится информация, которая берется из предшествующего и последующего кадров. При кодировании в форматах сжатия MPEG формируется цепочка кадров разных типов. Типичная последовательность кадров выглядит следующим образом: IBBPBBIBBPBBIBB… Соответственно, последовательность кадров в соответствии с их номерами будет воспроизводиться в следующем порядке: 1423765…

Форматы сжатия видео изображения MPEG 1 и MPEG 2
В качестве начального шага обработки изображения форматы сжатия MPEG 1 и MPEG 2 разбивают опорные кадры на несколько равных блоков, над которыми затем производится дискетное косинусное преобразование (DCT). По сравнению с MPEG 1, формат сжатия MPEG 2 обеспечивает лучшее разрешение изображения при более высокой скорости передачи видео данных за счет использования новых алгоритмов сжатия и удаления избыточной информации, а также кодирования выходного потока данных. Также формат сжатия MPEG 2 дает возможность выбора уровня сжатия за счет точности квантования. Для видео с разрешением 352х288 пикселей формат сжатия MPEG 1 обеспечивает скорость передачи 1,2 – 3 Мбит/с, а MPEG 2 – до 4 Мбит/с.

По сравнению с MPEG 1, формат сжатия MPEG 2 обладает следующими преимуществами:

Как и JPEG2000, формат сжатия MPEG 2 обеспечивает масштабируемость различных уровней качества изображения в одном видеопотоке.
В формате сжатия MPEG 2 точность векторов движения увеличена до 1/2 пикселя.
Пользователь может выбрать произвольную точность дискретного косинусного преобразования.
В формат сжатия MPEG 2 включены дополнительные режимы прогнозирования.

Формат сжатия MPEG 4
MPEG4 использует технологию так называемого фрактального сжатия изображений. Фрактальное (контурно-основанное) сжатие подразумевает выделение из изображения контуров и текстур объектов. Контуры представляются в виде т.н. сплайнов (полиномиальных функций) и кодируются опорными точками. Текстуры могут быть представлены в качестве коэффициентов пространственного частотного преобразования (например, дискретного косинусного или вейвлет-преобразования).

Диапазон скоростей передачи данных, который поддерживает формат сжатия видео изображений MPEG 4, гораздо шире, чем в MPEG 1 и MPEG 2. Дальнейшие разработки специалистов направлены на полную замену методов обработки, используемых форматом MPEG 2. Формат сжатия видео изображений MPEG 4 поддерживает широкий набор стандартов и значений скорости передачи данных. MPEG 4 включает в себя методы прогрессивного и чересстрочного сканирования и поддерживает произвольные значения пространственного разрешения и скорости передачи данных в диапазоне от 5 кбит/с до 10 Мбит/с. В MPEG 4 усовершенствован алгоритм сжатия, качество и эффективность которого повышены при всех поддерживаемых значениях скорости передачи данных. Разработка компании JVC Professional – веб-камера VN-V25U, входящая в линию сетевых устройств V.Networks, использует для обработки видео изображений формат сжатия MPEG 4.

MPEG 7 и MPEG 21 – форматы будущего
В октябре 1996 года группа MPEG приступила к разработке формата сжатия MPEG 7, призванным определить универсальные механизмы описания аудио и видео информации. Этот формат получил название Multimedia Content Description Interface. В отличие от предыдущих форматов сжатия семейства MPEG, MPEG 7 описывает информацию, представленную в любой форме (в том числе в аналоговой) и не зависит от среды передачи данных. Как и его предшественники, формат сжатия MPEG 7 генерирует масштабируемую информацию в рамках одного описания.

Формат сжатия MPEG 7 использует многоуровневую структуру описания аудио и видео информации. На высшем уровне прописываются свойства файла, такие как название, имя создателя, дата создания и т.д. На следующем уровне описания формат сжатия MPEG 7 указывает особенности сжимаемой аудио или видео информации – цвет, текстура, тон или скорость. Одной из отличительных особенностей MPEG 7 является его способность к определению типа сжимаемой информации. Если это аудио или видео файл, то он сначала сжимается с помощью алгоритмов MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4, а затем описывается при помощи MPEG 7. Такая гибкость в выборе методов сжатия значительно снижает объем информации и ускоряет процесс сжатия. Основное преимущество формата сжатия MPEG 7 над его предшественниками состоит в применении уникальных дескрипторов и схем описания, которые, помимо всего прочего, делают возможным автоматическое выделение информации как по общим, так и по семантическим признакам, связанным с восприятием информации человеком. Процедура занесения в каталог и поиска данных находятся вне сферы рассмотрения этого формата сжатия.

Разработка формата сжатия MPEG 21 - это долговременный проект, который называется "Система мультимедийных средств" (Multimedia Framework). Над разработкой этого формата сжатия эксперты начали работать в июне 2000 г. На первых этапах планировалось провести расширение, унификацию и объединение форматов MPEG 4 и MPEG 7 в единую обобщающую структуру. Подразумевалось, что она будет обеспечивать глубокую поддержку управления правами и платежными системами, а также качеством предоставляемых услуг.

Видео формат определяет структуру видео файла, то как хранится файл на носителе информации(CD, DVD, жестком диске или канале связи). Обычно разные форматы имеют различные расширения файла(*.avi, *. mpg, *.mov и др)
MPG - Видеофайл, в котором содержится видео, закодированное MPEG1 или MPEG2.
Как вы замечали, обычно MPEG-4 фильмы имеют расширение AVI. Формат AVI (Audio-Video Interleaved) был разработан корпорацией Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов. Представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. Он может содержать в себе потоки 4 типов - Video, Audio, MIDI, Text. Причем видеопоток может быть только один, тогда как аудио - несколько. В частности, AVI может содержать и только один поток - либо видео, либо аудио. Сам формат AVI не накладывает совершенно никаких ограничений на тип используемого кодека, ни для видео, ни для аудио - они могут быть любыми. Таким образом, в AVI файлах могут совершенно спокойно сочетаться любые видео- и аудиокодеки.
RealVideo формат, созданный компанией RealNetworks. RealVideo используется для живой телевизионной трансляции в Интернете. Например, телекомпания CNN одной из первых стала вещать в Сети. Обладает небольшим размером файла и самым низким качеством, зато вы, не особенно загружая свой канал связи, сможете посмотреть последний выпуск теленовостей на сайте выбранной вами телекомпании. Расширения RM, RA, RAM.
ASF - Потоковый формат от Microsoft.
WMV - Видеофайл, записанный в формате Windows Media.
DAT - Файл, скопированный с VCD(VideoCD)\SVCD диска. Содержит в себе MPEG1\2 видеопоток.
MOV - Формат Apple Quicktime.

Video CD (VCD)
Стандарт записи видео в формате MPEG-1 на обычный Compact Disk (диаметр 120 мм, толщина 1.2 мм, одна информационная сторона).
Один диск обычно позволяет хранить до 74 минут видео, качество соизмеримо с VHS стандартом. Для воспроизведения достаточно односкоростного CD-ROM.
ВИДЕО ИЗОБРАЖЕНИЕ (MPEG-1): PAL - 352x288 25fps
NTSC - 352x240 29.97fps
НЕПОДВИЖНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ (JPEG): PAL - 704x576
NTSC - 704x480
ЗВУК: Цифровой двухканальный Hi-Fi стерео звук с возможностью кодировки Dolby Surround. Динамический диапазон достигает 70dB.
Сжатие с использованием алгоритма MPEG для Audio с приблизительным коэффициентом сжатия 1:5 (потери качества субъективно 5..6% по отношению к Audio CD, можно соотнести к MP3).
ВЕРСИИ ФОРМАТА Video CD: 1.0 – первая версия VCD, созданная для простого просмотра
1.1 – переходная версия VCD с элементами быстрого управления программой (перелистывания треков, как в Audio CD)
2.0 – самая популярная версия VCD последних нескольких лет, с интерактивным меню для моментального доступа к нужному участку программы
3.0 – самая последняя версия VCD, появившаяся на рынке только в 1997г.
ФОРМАТЫ ЗАПИСИ Video CD:
MPEG-1 для Video-CD Audio: 44.1KHz, Stereo, 224Kbit/s
Video: 141Kbytes/s (352x288/25Hz, 352x240/29.97Hz, 352x240/23.976Hz)
MPEG-2 для Super Video CD Audio: 44.1kHz MPEG-1/2 layer 2; stereo/dual-channel/multi-channel
Video: 480x576/25Hz, 480x480/29.97Hz

DVD (Digital Versatile Disk)
Формат DVD-диска принят 8 декабря 1995 года. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc (цифровой видеодиск), несколько позже появилась расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc (универсальный цифровой диск).
ФОРМАТЫ DVD-дисков: DVD-5 (Single-side single-layer disk) - односторонние однослойные диски с ёмкостью 4.7Gb
DVD-9 (Single-side double-layer disk) - двухслойные односторонние диски ёмкостью 8.5Gb
DVD-10 (Double-side single-layer disk) - двухсторонний диск с одним информационным слоем на каждой стороне, обладающий ёмкостью 9.4Gb
DVD-18 (Double-side double-layer disk) - двухсторонний диск с двумя информационными слоями на каждой стороне, имеющий ёмкость 17Gb
* цифра в наименовании - округленное значение ёмкости диска
ФОРМАТ DVD Video: Используется компрессия MPEG-2. Ёмкость одностороннего однослойного диска - 4.7Gb (до 135 минут видео). Формат DVD Video допускает до 8 звуковых каналов с переводом, 32 текстовых субтитра, 9 углов обзора.
ВИДЕО:
PAL / SECAM (625/50) - 720x576 25fps
NTSC (525/60) - 720x480 29.97fps
ЗВУК:
Dolby Digital 5.1 (это шесть независимых цифровых каналов: центральный, левый и правый фронтальные, левый и правый тыловые и сабвуфер)

Классификация качества видео весьма условно делится на 3 уровня. Количественно они обычно характеризуются горизонтальным разрешением (числом различаемых в строке элементов - телевизионных линий).

1. < 280 Video (VHS, Video8)
2. < 400 Super Video (SuperVHS, Hi8)
3. > 500 Digital Video (DV, Digital8)