Sin dall'inizio si è capito che per ottenere immagini di qualità bisognava in qualche modo comprimere i dati poichè per registrare 133 minuti con lo standard PAL sarebbero stati necessari 253Gb di spazio, un pò troppi anche per il DVD.
Per questo motivo si è ricorso all'MPEG2, discendente diretto dell'MPEG1 del VideoCD.
Questo tipo di compressione si basa sul fatto che nell'evoluzione di una scena i vari quadri che la compongono mutano molto poco e che ogni fotogramma ha molte parti in comune con il precedente. In parole molto povere possiamo dire che vengono registrate solo le differenze rispetto al fotogramma precedente.
Con questo sistema non si potrà mai sapere quanto si potrà comprimere poichè possono esserci scene statiche, in cui le variazioni sono minime (massima compressione) e sequenze molto dinamiche in cui le variazioni sono tante ed al limite anche tutti i pixel possono cambiare: non si potrebbe mai sapere quanto spazio è necessario. Si è deciso allora di deteminare un flusso massimo di bit per ogni secondo che per il DVD è di 10Mb/sec. (audio e video) e quello medio di 3,5 Mb/sec. (solo video).
Considerado il valore medio di 3.5Mb/sec., i 133min. del video occupano 3,5Gb di dati (3,5Mb/sec.x133min.x60sec.x1/8 byte/bit), i restanti 1,2Gb di spazio possono essere usati per l'audio multicanale del video in almeno 3 lingue e per 32 sottotitoli in lingue differenti contemporaneamente.
Teoricamente quindi con questa compressione "intelligente" si avrà nell'immagine una parte poco significativa che avrà risoluzione anche inferiore alle 190 linee (ma a cui noi non faremo caso) in contemporanea ad una altra parte dell'immagine con una definizione di oltre 500 linee, il tutto in movimento senza che il nostro occhio si soffermi sui particolari sorvolando quindi sulle magagne del sistema di compressione; comunque più alto rimane il flusso e meno la qualità finale ne risente tanto che per i films è stato previsto anche il DVD a doppio strato più capiente.

MPEG-2 è uno standard introdotto nel 1994 da MPEG (Moving Pictures Experts Group). MPEG-2 è un sistema di codifica digitale, definisce la codifica di sorgente audio, video, e il formato di multiplazione e trasporto per servizi multimediali diffusivi a qualità televisiva o superiore.

MPEG-2 è stato destinato al broadcast televisivo, fin dalla sua introduzione nel 1994. Una efficiente codifica per il video interlacciato e la scalabilità sono state le caratteristiche che hanno permesso di digitalizzare efficacemente i segnali televisivi. Grazie all'MPEG-2 si ottengono immagini televisive di buona qualità con bitrate compresi tra 4 e 9 Mbit/s

MPEG-2 è costituito da "profili" e "livelli". I profili definiscono la modalità di compressione utilizzata e stabiliscono di fatto il compromesso tra tasso di compressione e costo del decodificatore. I livelli definiscono la risoluzione di immagine ed il bitrate massimo da associare ad ogni profilo. Ci sono complessivamente 4 livelli e 5 profili le cui caratteristiche sono descritte in seguito. La combinazione attualmente utilizzata dalle trasmissioni digitali per ricezione diretta impiega il cosiddetto "main level @ main profile" MP@ML.

Standard MPEG-2 Video
Lo standard MPEG-2 utilizza tecniche di compressione basate sulla riduzione della ridondanza spaziale e temporale della sequenza video. La ridondanza spaziale è ridotta tramite tecniche a trasformata (DCT, Discrete Cosine Transform), quella temporale è ridotta tramite motocompensazione: tale metodologia prende il nome di tecnica ibrida a trasformata.

Lo standard definisce tre tipi di quadri:
- Immagini codificate senza riferimento ad altre immagini (quadri Intra): sono dei punti di accesso alla sequenza codificata,in corrispondenza dei quali può iniziare la decodifica; sono caratterizzate da un modesto rapporto di compressione.

- Immagini codificate mediante motocompensazione del movimento da immagini precedenti (quadri P): usate come riferimento ad altre predizioni.

- Immagini codificate mediante motocompensazione bidirezionale (quadri B): offrono il maggior livello di compressione, non sono usate come riferimento per altre predizioni.

La codifica opera suddividendo l'immagine in blocchi 16x16, detti macroblocchi. Tutti i macroblocchi di un quadro I sono codificati senza predizione. Ciascun macroblocco di un quadro P può essere predetto a partire da un quadro I o P precedente (macroblocco P), oppure può essere codificato senza predizione (macroblocco di tipo I). Ciascun macroblocco di un quadro B può essere predetto bidirezionalmente rispetto al quadro I o P precedente e al quadro I o P successivo (macroblocco B), ovvero predetto rispetto al quadro I o P precedente (macroblocco P), oppure codificato senza predizione (macroblocco I).

Per macroblocchi I, si codifica il macroblocco mediante applicazione DCT e quantizzazione ai blocchi 8x8 componenti. Per macroblocchi P, si effettua la motocompensazione del macroblocco 16x16; la differenza tra la predizione e il blocco attuale, detta residuo di motocompensazione, è codificata mediante DCT e quantizzata su blocchi 8x8 pixel. Per macroblocchi B, si effettua la motocompensazione del macroblocco 16x16 rispetto al quadro di riferimento precedente e al quadro di riferimento successivo; la predizione è operata mediando i due blocchi 16x16 così ottenuti; la differenza fra il macroblocco attuale e la predizione, detto residuo di motocompensazione è codificata mediante DCT e quantizzata su blocchi 8x8 pixel.

Il modo di codifica di ciascun macroblocco dei quadri P o B è scelto in modo da minimizzare il numero di bit richiesti per descriverlo. Poiché i vettori di moto di macroblocchi adiacenti sono correlati, sono codificati in modo differenziale rispetto al vettore di moto del precedente macroblocco adiacente. La quantizzazione comporta una perdita irreversibile di informazione ed'è adattata alle caratteristiche dell'apparato visivo umano, mediante la scelta di opportune matrici di quantizzazione. Le matrici di quantizzazione possono variare da un immaginead un'altra e sono trasmesse all'inizio di ogni immagine; inoltre la matrice di quantizzazione può essere scalata da macroblocco a macroblocco mediante un fattore di scala (quantizer_scale), al fine di adattare la precisione della codifica dell'immagine al suo contenuto. Il quantizer_scale può essere maggiore,minore o uguale a 1, e codificato con un valore a 5 bit,con scala lineare o non.

I quadri della sequenza sono raggruppati in Group of Picture (GOP), il cui primo quadro è di tipo I. Tale organizzazione dei dati codificati consente la sincronizzazione del decoder con un ritardo al più pari alla durata del Gop.

Controllo di flusso nella codifica MPEG-2
L'efficienza di compressione varia in funzione delle caratteristiche locali del segnale video, allora il bit stream all'uscita del codificatore video è a bit rate variabile. Il canale ha invece tipicamente capacità costante, allora si usa un buffer tra canale e codificatore. Lo stato di riempimento del buffer è utilizzato per controllare il processo di codifica (quantizzazione,inserimento dei quadri predetti), al fine di evitare fenomeni di buffer overflow o di buffer underflow.

In un sistema MPEG-2 codificatore e decodificatore possiedono un buffer di comportamento simmetrico. Il buffer del codificatore è riempito a burst quando le immagini vengono codificate, e svuotato a velocità costante durante la trasmissione. Il buffer del decodificatore è riempito a velocità costante quando i dati vengono ricevuti e svuotato a burst durante il playout. Lo standard MPEG-2 definisce un modello ideale di decodificatore (Video Buffering Verifier, VBV), da utilizzarsi per limitare il bit rate istantaneo del codificatore, in modo che il bit rate medio sia tale da non far incorrere nell'overflow o nell'underflow del buffer del decoder. Il VBV è identificato a parametri del bit rate (misurato in unità di 400 bit/s), picture-rate, vbv_buffer_size (misurato in unità di 2048 Byte), vbv_delay (che definisce il tempo che intercorre tra la ricezione del primo bit di dati della prima immagine nel buffer e la decodifica dei dati stessi, misurato rispetto ad un clock a 90 KHz).

Livelli e profili dell'MPEG-2
Descriviamo sinteticamente le caratteristiche dei livelli e dei profili dell'MPEG-2 che rappresentano la forza del sistema in quanto a flessibilità e adattabilità a varie applicazioni. È sorprendente come MPEG-2 riesca a spaziare tra la più bassa risoluzione di immagine SIF fino all'alta definizione HDTV semplicemente variando le associazioni tra livelli e profili. I livelli previsti sono:

low (basso), corrisponde alla risoluzione più bassa come la SIF utilizzata nell'MPEG-1;
main (principale), corrisponde alla struttura 4:2:0 fino ad una risoluzione di 720 x 576 pixel;
high-1440 (alto-1440), dedicato alla tv ad alta definizione HDTV;
high (alto), ottimizzato per il formato di schermo 16/9 in alta definizione.
La descrizione dei profili è invece un po' meno semplice di quella dei livelli in quanto implica la conoscenza delle metodologie di base con cui opera il sistema MPEG; questa è una sintesi riferita agli effetti dell'applicazione dei vari profili.

Il profilo "simple" permette di semplificare notevolmente sia il codificatore di stazione che il decodificatore di utente in quanto non utilizza la predizione di tipo B.
Il profilo "main" è quello che offre il miglior compromesso tra qualità e tasso di compressione, impiega le immagini relative alle predizioni I, P, B a svantaggio dei dispositivi di codifica e decodifica che sono più complessi.
Il profilo "scalable" è destinato ad applicazioni particolari dove sia necessario ad esempio mantenere la compatibilità tra alta definizione e definizione standard oppure, riuscire ad ottenere una qualità accettabile in condizioni di ricezione difficile come potrebbe accadere ad esempio nella televisione digitale terrestre.
Il profilo più elevato "high" è destinato all'alta definizione con le strutture 4:2:0 e 4:2:2.
I profili mantengono una certa compatibilità verso l'alto nel senso che, nella fase di ricezione, i profili più alti possono decodificare i profili inferiori.

MPEG-4, presentato nel 1998, è il nome dato a un insieme di standard per la codifica dell'audio e del video digitale sviluppati dall'ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). L'MPEG-4 è uno standard utilizzato principalmente per applicazioni come la videotelefonia e la televisione digitale, per la trasmissione di filmati via Web, e per la memorizzazione su supporti CD-ROM.

MPEG-4 supporta tutte le caratteristiche degli standard MPEG-1 e MPEG-2 oltre a tutta una serie di nuove caratteristiche come la gestione tridimensionale degli oggetti (tramite un estensione del VRML). I flussi audio e video vengono trattati dallo standard MPEG-4 come oggetti che possono essere manipolati e modificati in tempo reale. Lo standard supporta caratteristiche specificate da terze parti come una particolare gestione dei DRM o una gestione interattiva dei contenuti.

La maggior parte delle caratteristiche dell'MPEG-4 sono opzionali e quindi la loro implementazione è lasciata alla discrezione dello sviluppatore. Questo implica che la maggior parte dei lettori di file MPEG-4 non saranno in grado di gestire tutte le caratteristiche del formato. Per permettere un'elevata interoperabilità, nel formato sono stati inclusi i concetti di profilo e di livello, quindi i vari lettori MPEG-4 potranno essere suddivisi a seconda dei profili e livelli supportati.

Componenti MPEG-4
MPEG-4 è suddiviso in vari sotto standard chiamati Part (parti):
Part 1 (ISO/IEC 14496-1): Systems: Describes synchronization and multiplexing of video and audio.
Part 2 (ISO/IEC 14496-2): Visual: A compression codec for visual data (video, still textures, synthetic images, etc.). One of the many "profiles" in Part 2 is the Advanced Simple Profile
Part 3 (ISO/IEC 14496-3): Audio: A set of compression codecs for perceptual coding of audio signals.
Part 4 (ISO/IEC 14496-4): Conformance: Describes procedures for testing conformance to other parts of the standard.
Part 5 (ISO/IEC 14496-5): Reference Software: Provides software for demonstrating and clarifying the other parts of the standard.
Part 6 (ISO/IEC 14496-6): Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF).
Part 7 (ISO/IEC 14496-7): Optimized Reference Software: Provides examples of how to make improved implementations (e.g., in relation to Part 5).
Part 8 (ISO/IEC 14496-8): Carriage on IP networks: Specifies a method to carry MPEG-4 content on IP networks.
Part 9 (ISO/IEC 14496-9): Reference Hardware: Provides hardware designs for demonstrating how to implement the other parts of the standard.
Part 10 (ISO/IEC 14496-10): A codec for video signals which is also called AVC (Advanced Video Coding) and is technically identical to the ITU-T H.264 standard.
Part 12 (ISO/IEC 14496-12): ISO Base Media File Format: A file format for storing media content.
Part 13 (ISO/IEC 14496-13): Intellectual Property Management and Protection (IPMP) Extensions
Part 14 (ISO/IEC 14496-14): MP4 File Format: The designated container file format for MPEG-4 content MP4, which is based on Part 12.
Part 15 (ISO/IEC 14496-15): AVC File Format: For storage of Part 10 video based on Part 12.
Part 16 (ISO/IEC 14496-16): Animation Framework eXtension (AFX)
Part 17 (ISO/IEC 14496-17): Timed Text subtitle format (not yet finished - reached "FCD" stage in January 2005)
Part 18 (ISO/IEC 14496-18): Font Compression and Streaming (for OpenType fonts)
Part 19 (ISO/IEC 14496-19): Synthesized Texture Stream
Part 20 (ISO/IEC 14496-20): Lightweight Scene Representation (LASeR) .
Part 21 (ISO/IEC 14496-21): MPEG-J Extension for Rendering (not yet finished - reached "CD" stage in January 2005)
I profili inoltre sono definiti all'interno di diverse Part, in modo che un'esecuzione di alcune caratteristiche di una Part non implichi la necessità di supportare l'intera Part.

MPEG-1, MPEG-2, MPEG-7 e MPEG-21 sono altri standard MPEG.

Il concetto alla base del codec (COdificatore-DECodificatore) MPEG4 è la Quantizzazione. Senza scendere nello specifico, si può riassumere come quel processo che permette, mediante un apposito algoritmo di compressione, di trasmettere solamente la variazione dell'immagine. Allo stato dell'arte infatti esistono due modi per eseguire questa operazione: I-frame e P-frame4: il primo codifica l'immagine senza una referenza alla precedente (refresh puro): è più preciso ma più pesante per le applicazioni via rete, mentre la seconda esegue una compensazione nella variazione del movimento (motion-compensated frames) analizzando appunto la differenza di immagine tra due frame correnti. La parte statica non è ritrasmessa e non cambia tra un quadro e l'altro.

VOB (Video OBject)
VOB è l'acronimo di Video OBject. Un file VOB, nel file system di un DVD video, può essere visto come un grande "raccoglitore" che contiene un po’ tutto: esso può raggiungere la dimensione limite di 1 GB ed è formato da altri file VOB più piccoli (che compongono le scene a cui si accede direttamente dal root menu del disco), dall'audio in formato Dolby AC3 e in diverse lingue, dal film vero e proprio in formato compresso MPEG-2.

I file .VOB sono gli unici che possono essere criptati e che quindi vanno decriptati per essere visualizzati correttamente; i .VOB contengono i flussi video MPEG-2, audio, sottotitoli e le informazioni di sincronizzazione di tali contributi. Per l'esattezza si parla di contributi multiplexati nel file .VOB.

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