ISO/IEC 14496

ISO/IEC 14496 — это международный стандарт, разработанный Объединённым техническим комитетом Международной организации по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссии (IEC). Он определяет набор технологий для сжатия, кодирования, передачи и воспроизведения аудиовизуальной информации, более известный под названием MPEG-4. Стандарт охватывает широкий спектр мультимедийных приложений — от видеоконференций и потокового вещания до интерактивной графики и цифрового телевидения.

История разработки

Работа над стандартом началась в 1993 году, когда группа экспертов Moving Picture Experts Group (MPEG) приступила к созданию преемника успешных стандартов MPEG-1 (ISO/IEC 11172) и MPEG-2 (ISO/IEC 13818). Основной задачей было разработать универсальный формат, способный работать с низкими битрейтами для мобильных устройств, а также поддерживать интерактивные и синтетические медиаобъекты. Первая версия стандарта ISO/IEC 14496 была опубликована в 1999 году. Впоследствии стандарт многократно дополнялся и обновлялся, получив ряд частей (parts) и поправок (amendments), которые расширяли его функциональность, включая поддержку 3D-графики, улучшенного сжатия видео (H.264/AVC) и аудиокодеков (AAC).

Структура стандарта

ISO/IEC 14496 состоит из нескольких десятков частей, каждая из которых описывает определённый аспект системы. Ключевые из них:

• Часть 1 (ISO/IEC 14496-1): Системы — описывает синтаксис мультимедийного контейнера, управление временными метками, синхронизацию потоков и взаимодействие с сетевыми протоколами.
• Часть 2 (ISO/IEC 14496-2): Визуальная информация — определяет кодеки для сжатия видео, включая простой профиль (Simple Profile) для мобильных устройств и сложный профиль (Advanced Simple Profile) для более качественного видео.
• Часть 3 (ISO/IEC 14496-3): Аудио — описывает семейство аудиокодеков, включая Advanced Audio Coding (AAC), High-Efficiency AAC (HE-AAC), а также кодеки для синтеза речи и звука.
• Часть 10 (ISO/IEC 14496-10): Усовершенствованное кодирование видео — содержит спецификацию H.264/AVC (Advanced Video Coding), одного из самых распространённых видеокодеков в мире.
• Часть 12 (ISO/IEC 14496-12): Формат медиафайлов на основе ISO — определяет базовую структуру контейнера (ISOBMFF), которая используется в MP4, MOV, 3GP и других форматах.
• Часть 14 (ISO/IEC 14496-14): Формат файлов MP4 — уточняет применение ISOBMFF для хранения аудиовизуальных данных, включая поддержку метаданных и глав.

Ключевые технологии и кодеки

Видеокодеки

Основным видеокодеком стандарта является MPEG-4 Part 2 (также известный как MPEG-4 Visual), который обеспечивает сжатие с потерями и без потерь. Он использует блочное кодирование, компенсацию движения и дискретное косинусное преобразование (DCT). Однако наибольшую популярность приобрёл кодек H.264/AVC (MPEG-4 Part 10), который был разработан совместно MPEG и ITU-T. H.264/AVC обеспечивает значительно лучшее сжатие по сравнению с предшественниками, что сделало его стандартом для Blu-ray, цифрового телевидения, видеоконференций и потокового видео в интернете.

Аудиокодеки

Семейство аудиокодеков MPEG-4 включает:

• Advanced Audio Coding (AAC) — основной кодек, обеспечивающий высокое качество звука при низких битрейтах. Используется в iTunes, YouTube, радио и телевидении.
• High-Efficiency AAC (HE-AAC) — оптимизирован для низких битрейтов, применяется в потоковом аудио и цифровом радио.
• MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS) — кодек сжатия без потерь.
• Structured Audio — технологии для синтеза звука и управления звуковыми сценами.

Синтаксис и сценарные описания

Стандарт включает в себя язык описания сцен (BIFS — Binary Format for Scenes), который позволяет создавать интерактивные мультимедийные презентации, объединяющие видео, аудио, 2D- и 3D-графику, а также анимацию. BIFS поддерживает пользовательское взаимодействие, например, нажатие кнопок или перемещение объектов.

Применение

ISO/IEC 14496 нашёл широкое применение в различных областях:

• Цифровое телевидение — стандарт используется в системах DVB (Digital Video Broadcasting) и ATSC (Advanced Television Systems Committee) для сжатия и передачи видеосигнала.
• Потоковое видео — большинство сервисов (YouTube, Netflix, Vimeo) используют контейнер MP4 (основанный на ISO/IEC 14496-12) и видеокодек H.264/AVC.
• Мобильные устройства — благодаря низкому битрейту и высокой эффективности сжатия, стандарт применяется в видеозвонках, мобильном телевидении и приложениях дополненной реальности.
• Видеоконференции — H.264/AVC является стандартом для систем видеосвязи, таких как Skype, Zoom и Webex.
• 3D-графика и игры — BIFS и другие части стандарта используются для создания интерактивных 3D-сцен и виртуальных миров.
• Цифровое кино — для хранения и распространения фильмов в кинотеатрах (DCI — Digital Cinema Initiatives) используется формат, основанный на MPEG-4.

Критика и ограничения

Несмотря на широкое распространение, стандарт ISO/IEC 14496 имеет ряд недостатков. Во-первых, сложность реализации полного набора частей и профилей затрудняет совместимость между различными устройствами и программным обеспечением. Во-вторых, некоторые кодеки, такие как H.264/AVC, являются патентованными, что приводит к лицензионным отчислениям и ограничениям для разработчиков. В-третьих, с развитием технологий появились более эффективные кодеки (например, H.265/HEVC и AV1), которые предлагают лучшее сжатие при том же качестве, постепенно вытесняя MPEG-4 в некоторых областях.

Интересные факты

• Стандарт ISO/IEC 14496-12 (ISOBMFF) лёг в основу формата MP4, который является одним из самых распространённых мультимедийных контейнеров в мире.
• Кодек H.264/AVC, входящий в стандарт, был удостоен премии «Эмми» за выдающиеся технические достижения в 2008 году.
• Разработка стандарта велась в тесном сотрудничестве с Международным союзом электросвязи (ITU), что позволило объединить усилия двух крупнейших организаций по стандартизации.

Источники

• ISO/IEC 14496-1:1999 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 1: Systems
• ISO/IEC 14496-2:1999 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 2: Visual
• ISO/IEC 14496-3:1999 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 3: Audio
• ISO/IEC 14496-10:2003 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 10: Advanced Video Coding
• ISO/IEC 14496-12:2004 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 12: ISO base media file format
• ISO/IEC 14496-14:2003 — Information technology — Coding of audio-visual objects — Part 14: MP4 file format
• Moving Picture Experts Group (MPEG) — официальные документы и спецификации
• ITU-T Recommendation H.264 (2003) — Advanced video coding for generic audiovisual services