L'algorithme MPEG-2 a été dessiné pour avoir une qualité pas inférieure à celle de NTSC/PAL et plus grande que celle du CCIR 60.
À la base, l'algorithme de MPEG-2 est identique à celui de MPEG-1 et il est donc compatible avec lui. Chaque décodeur MPEG-2 doit être capable de décoder un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la...) MPEG-1 (Le MPEG-1 est une norme de compression vidéo et audio définie par le standard...) valide. Plusieurs algorithmes ont été ajoutés pour s'adapter aux nouveaux besoins. MPEG-2 permet de traiter des images entrelacées.
MPEG-2 introduit le concept de « profils » et de « niveaux » pour être compatible avec les systèmes qui n'implémentent pas toutes ces fonctionnalités.
Chaque niveau spécifie la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) des différents paramètres utiles pour le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des...).
Le niveau principal supporte au maximum une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de 720 pixels en horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la...) et 576 pixels en vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...), un débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) d'images par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) de 30 trames/sec et un débit de bit par seconde de 15 Mbit/s.
La combinaison (Une combinaison peut être :) des techniques de prédiction compensée de mouvement et de la transformation DCT peuvent être définies comme les éléments clé de la compression vidéo (La compression vidéo est une méthode de compression de données, qui consiste à...) de type MPEG. Un troisième élément caractéristique est que ces techniques sont utilisées pour des petits blocs d'image (souvent 16x16 pixels pour la compensation de mouvement et 8x8 pixels pour le codage DCT).
Pour ces raisons le codage MPEG est référé aux algorithmes hybrides DPCM/DCT.
La technique de compression de base de MPEG-1 (et de MPEG-2) est basée sur une structure de macro-blocs. L'algorithme code la première trame (Le mot trame peut désigner :) d'une séquence avec un codage Intra-frame (trame I). Chaque trame successive est codée en utilisant la prédiction Inter-frame (trames P); seulement les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de la trame codée juste précédemment (trames I ou P) seront utilisées pour la prédiction. Chaque couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) d'une trame est partitionné en macro-blocs.
Chaque macro-bloc contient les données sur la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) et de la chrominance (La chrominance désigne la partie de l'image vidéo correspondant à l'information de couleur.): 4 blocs de luminosité (Y1,Y2,Y3,Y4) et deux pour la chrominance (U,V), chacun de 8x8 pixels; ce qui donne un rapport entre luminosité et chrominance de 4 : 1 : 1
La première trame d'une séquence vidéo (trame I) est encodé avec le mode Intra-frames sans aucune référence sur des trames passées ou futures. À l'encodeur la DCT est appliquée sur chaque bloc 8x8 de luminosité et de chrominance, chacun des 64 coefficients DCT sont quantifiés uniformément (Q). Après quantification, le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) plus petit (coefficient DC) est traité différemment par rapport aux autres (coefficients AC). Le coefficient DC corresponde a l'intensité moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) du bloc et il est encodé avec une méthode de prédiction différentielle DC. Le reste des coefficients non nuls sont ensuite codés en zigzag comme dans le codage JPEG (La norme JPEG est une norme qui définit le format d'enregistrement et l'algorithme de...).
Le décodeur effectue l'opération inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...). Il commence par extraire et décoder les données des différents coefficients DCT pour chaque bloc. Avec la reconstruction (Q*) des coefficients non nuls il fait la DCT inverse (DCT-1) et les valeurs de quantification des pixels des blocs sont reconstituées. Toutes les blocs de chaque image sont décodés et reconstitués.
Pour coder les trames P, les trames précédents N-1(trames I ou P) sont mémorisées temporairement dans FS (frame store). La compensation de mouvement (MC) est effectué sur la base des macro-blocs. Un buffer vidéo (VB) est nécessaire pour assurer un débit constant de flux vidéo.
Conditions de remplissement
Une caractéristique apporté par l'algorithme MPEG-1 est la possibilité de mettre à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) les informations des macro-blocs au décodeur seulement si nécessaire (si le contenu d'un bloc est changé par rapport au contenu du même bloc de l'image précédente). La clé pour un codage efficient des séquences vidéo avec un faible débit de bits par seconde est le bon choix de l'algorithme de prédiction. Le MPEG standard distingue principalement trois différents méthodes (types MB):
Pour accéder à un support média (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la...), l'algorithme MPEG-1 fut pensé pour supporter différentes fonctionnalités comme l'accès aléatoire, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) en vitesse (On distingue :) avant (FF-fast forward) et arrière (FR-fast reverse) dans le flux vidéo, etc.
Pour incorporer ces fonctionnalités et pour tirer plus d'avantage de la compensation de mouvement et de l'interpolation de mouvement, l'algorithme MPEG-1 introduit le concept d'images prédictées et interpolées bidirectionnellement (trames B).
Trois types de trames sont considérées :
L'utilisateur peut arranger la séquence des différents types de trame selon le besoins de l'application. Généralement une séquence vidéo codée en utilisant seulement des trames I (I I I I I . . .) donne un haut degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) d'accès aléatoire, de FF/FR et d’édition, mais un taux très bas de compression. Une séquence vidéo codée seulement avec des trames P ( I P P P P P P I P P P P . . .) permet un degré moyen d'accès aléatoire et de FF/FR.
Si on utilise les trois types de trames (I B B P B B P B B I B B P . . .) on arrive à un grand taux de compression et un raisonnable degré d'accès aléatoire et de FF/FR, mais on augmente beaucoup le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de codage. Pour des applications comme la vidéotéléphonie ou la vidéoconférence ce temps peut devenir intolérable.