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MPEG 프로그램 스트림

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1. 개요

MPEG 프로그램 스트림은 공통 시간 기준을 공유하는 하나 이상의 패킷화된 기본 스트림을 단일 스트림으로 결합하여 생성된다. 이는 디스크와 같이 비교적 신뢰할 수 있는 미디어를 위해 설계되었으며, 가변 크기 레코드와 시작 코드의 최소한의 사용을 특징으로 한다. MPEG-2 프로그램 스트림은 MPEG-1 및 MPEG-2 비디오 및 오디오, 그리고 MPEG-4 비디오 및 오디오를 포함할 수 있으며, 비표준 데이터를 위한 기능을 가지고 있다. 프로그램 스트림은 팩 헤더와 시스템 헤더로 구성되며, 헥사 에디터로 파일 구조를 확인할 수 있다.

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MPEG 프로그램 스트림 - [IT 관련 정보]에 관한 문서
개요
일반 정보
파일 확장자.mpg, .mpeg, .m2p, .ps
MIME 형식video/MP2P, video/MP1S, video/mpeg
유니폼 타입public.mpeg
개발MPEG
발표일1993년 8월
최신 버전 발표일2019년 6월
종류컨테이너 형식
포함 내용오디오, 비디오, 데이터
확장 형식VOB, EVO, MOD
표준ISO/IEC 11172-1, ISO/IEC 13818-1, ITU-T H.222.0
개방 여부
사용료
기술 정보
컨테이너 대상오디오, 비디오, 데이터

2. 코딩 구조

프로그램 스트림은 공통의 시간 기준을 갖는 하나 이상의 패킷화된 기본 스트림 (PES)을 단일 스트림으로 결합하여 생성된다. 이는 데이터 손실 가능성이 있는 MPEG 전송 스트림과 달리, 하드 디스크와 같이 비교적 신뢰할 수 있는 미디어를 위해 설계되었다. 프로그램 스트림은 가변 크기 레코드와 시작 코드의 최소한의 사용을 특징으로 하여 오버헤드를 줄이는 데 중점을 둔다.

2. 1. 프로그램 스트림의 구성 요소

(개인 스트림 형태)AC-3 오디오, 자막 등



또한, MPEG-2 프로그램 스트림은 소위 개인 스트림(private stream) 형태의 비표준 데이터(예: AC-3 오디오 또는 자막)를 위한 기능을 가지고 있다. 국제 표준화 기구(ISO)는 SMPTE 등록 기관(SMPTE Registration Authority, LLC)을 MPEG-2 형식 식별자의 등록 기관으로 승인했으며, 이 기관은 MPEG-2 전송 스트림 및 프로그램 스트림에 캡슐화될 수 있는 압축 형식 목록을 게시한다.

2. 2. 프로그램 스트림과 전송 스트림

프로그램 스트림(Program Stream, PS)은 공통의 시간 기준을 갖는 하나 이상의 패킷화된 기본 스트림(Packetized Elementary Stream, PES)을 단일 스트림으로 결합하여 생성된다. 이는 데이터 손실 가능성이 있는 환경을 고려한 MPEG 전송 스트림(Transport Stream, TS)과 달리, DVD와 같이 비교적 오류 발생이 적은 저장 매체에 적합하게 설계되었다.

프로그램 스트림은 가변 크기 레코드를 사용하고 시작 코드 사용을 최소화하여 오버헤드가 적다는 장점이 있지만, 이 때문에 공중파 전송에는 어려움이 따른다. 또한, MPEG 전송 스트림은 여러 프로그램을 하나의 스트림에 담을 수 있는 반면, 프로그램 스트림은 하나의 프로그램만을 담을 수 있다는 차이가 있다.

MPEG-2 프로그램 스트림은 MPEG-1 Part 2 비디오, MPEG-2 비디오, MP1, MP2, MP3와 같은 MPEG-1 Part 3 오디오, 또는 MPEG-2 Part 3 오디오를 포함할 수 있다. 드물지만 MPEG-4 비디오, AAC(MPEG-2 Part 7 또는 MPEG-4 Part 3) 오디오도 포함될 수 있다. MPEG-2 프로그램 스트림은 '개인 스트림(private stream)'이라는 형식을 통해 AC-3 오디오나 자막과 같은 비표준 데이터를 담을 수 있다.

국제 표준화 기구(ISO)는 SMPTE 등록 기관(Registration Authority, LLC)을 MPEG-2 형식 식별자의 등록 기관으로 지정했으며, 이 기관은 MPEG-2 전송 스트림 및 프로그램 스트림에 포함될 수 있는 압축 형식 목록을 관리한다.

3. 코딩 세부 사항

암호화되지 않은 VOB 파일이나 다른 프로그램 스트림을 헥사 에디터로 열면 특정한 구조를 확인할 수 있다. MPEG 프로그램 스트림은 여러 개의 팩(Pack)으로 구성되며, 각 팩은 고유한 시작 코드(0x000001BA)를 가진 팩 헤더로 시작한다.[24] 이 헤더에는 동기화를 위한 정보, 시스템 클럭 참조(SCR), 비트 전송률 등 스트림 재생에 필요한 중요한 정보들이 포함되어 있다. 팩 헤더 다음에는 실제 데이터(비디오, 오디오 등)를 담고 있는 패킷(Packet)들이 따라온다. 또한, 스트림 전체의 속성 정보를 담은 시스템 헤더(시작 코드 0x000001BB)가 선택적으로 포함될 수 있다. MPEG-1과 MPEG-2 표준 간에는 헤더 구조에 약간의 차이가 존재한다.

3. 1. 프로그램 스트림 팩 헤더 형식

암호화되지 않은 VOB 파일이나 다른 프로그램 스트림을 헥사 에디터로 열면 아래와 같은 구조를 확인할 수 있다.

아래는 MPEG-1 프로그램 스트림의 팩 헤더와 시스템 헤더 형식의 일부이다.

MPEG-1 프로그램 스트림 팩 헤더 형식 일부[24]
이름비트설명
동기 바이트320x000001BA
마커 비트4MPEG-1 버전의 마커 비트는 4비트이며 값은 0010b이다. (MPEG-2는 2비트 01b 사용)
시스템 클럭 [32..30]3시스템 클럭 참조 (SCR) 비트 32에서 30
마커 비트1항상 1 비트로 설정됨.
시스템 클럭 [29..15]15시스템 클럭 비트 29에서 15
마커 비트1항상 1 비트로 설정됨.
시스템 클럭 [14..0]15시스템 클럭 비트 14에서 0
마커 비트1항상 1 비트로 설정됨.
SCR 확장9
마커 비트1항상 1 비트로 설정됨.
비트 전송률22초당 50 바이트 단위.
마커 비트2항상 11 비트로 설정됨.
예약됨5나중에 사용하기 위해 예약됨.
스터핑 길이3
스터핑 바이트8*스터핑 길이
시스템 헤더 (선택적)0 또는 그 이상시스템 헤더 시작 코드가 따라오는 경우: 0x000001BB



MPEG-1 시스템 헤더 형식 일부
이름바이트설명
동기 바이트40x000001BB
헤더 길이2
속도 제한과 마커 비트3
오디오 제한과 플래그1
플래그, 마커 비트, 비디오 제한1
패킷 속도 제한과 예약 바이트1



아래는 MPEG-2 프로그램 스트림의 팩 헤더와 시스템 헤더 형식의 일부이다.

MPEG-2 프로그램 스트림 팩 헤더 형식 일부
이름비트설명
동기 바이트320x000001BA
마커 비트2MPEG-2 버전에 대한 01b. (MPEG-1은 4비트 0010b 사용)
시스템 클럭 [32..30]3시스템 클럭 기준(SCR) 비트 32~30
마커 비트1항상 설정되는 1비트.
시스템 클럭 [29..15]15시스템 클럭 비트 29~15
마커 비트1항상 설정되는 1비트.
시스템 클럭 [14..0]15시스템 클럭 비트 14~0
마커 비트1항상 설정되는 1비트.
SCR 확장9
마커 비트1항상 설정되는 1비트.
비트 전송률22초당 50 바이트 단위.
마커 비트2항상 설정되는 11비트.
예약됨5향후 사용을 위해 예약됨
스터핑 길이3
스터핑 바이트8*스터핑 길이
시스템 헤더 (선택 사항)0 이상시스템 헤더 시작 코드가 뒤따르는 경우: 0x000001BB



MPEG-2 시스템 헤더 형식 일부
이름바이트설명
동기 바이트40x000001BB
헤더 길이2
속도 제한 및 마커 비트3
오디오 제한 및 플래그1
플래그, 마커 비트 및 비디오 제한1
패킷 속도 제한 및 예약된 바이트1


3. 2. 시스템 헤더 형식

시스템 헤더는 프로그램 스트림 내에서 선택적으로 사용되며, 특정 시작 코드 `0x000001BB`로 시작한다. 시스템 헤더의 형식은 다음과 같다.

부분적인 시스템 헤더 형식
이름바이트설명
동기 바이트40x000001BB
헤더 길이2
속도 제한 및 마커 비트3
오디오 제한 및 플래그1
플래그, 마커 비트 및 비디오 제한1
패킷 속도 제한 및 예약된 바이트1


4. 표준화 및 특허

국제 표준화 기구(ISO)는 SMPTE 등록 기관, LLC를 MPEG-2 형식 식별자의 등록 기관으로 승인했다. 이 등록 기관은 MPEG-2 전송 스트림 및 프로그램 스트림에 캡슐화될 수 있는 압축 형식 목록을 게시한다.

참조

[1] 웹사이트 RFC 3555 - MIME Type Registration of RTP Payload Formats http://tools.ietf.or[...] July 2003 2010-03-20
[2] 웹사이트 Details for: MPEG-2 Program Stream https://www.national[...] The National Archives (United Kingdom)
[3] 웹사이트 Details for: MPEG-1 Program Stream https://www.national[...] The National Archives (United Kingdom)
[4] 웹사이트 ISO/IEC 11172-1:1993 - Information technology -- Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/s -- Part 1: Systems http://www.iso.org/i[...] 2010-07-18
[5] 웹사이트 ISO/IEC 13818-1:1996 - Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems http://www.iso.org/i[...] 2010-07-18
[6] 웹사이트 H.222.0 Summary http://www.itu.int/d[...] May 2006 2010-06-03
[7] 웹사이트 H.222.0 : Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems http://www.itu.int/r[...] 2010-06-03
[8] tech report MPEG-2 Encoding Family https://www.loc.gov/[...] Library of Congress 2012-12-13
[9] citation ISO/IEC 13818-1:2000 - Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems http://neuron2.net/l[...] neuron2.net 2000-12-01
[10] 문서 ISO/IEC 13818-1 : 2000, Second edition https://web.archive.[...] ISO 2009-07-25
[11] 문서 Data Broadcasting, MPEG-2 Transport Basics, MPEG-2 Program Stream https://books.google[...] 2009-07-25
[12] 문서 DVD - MPeg differences http://dvd.sourcefor[...] 2009-07-24
[13] 문서 DVD Technical Notes - Video Data Specifications http://www.mpeg.org/[...] MPEG.org 2009-07-25
[14] 문서 What is a VOB file http://www.mpucoder.[...] 2009-07-26
[15] 웹사이트 MPEG Transport Stream Identifiers https://smpte-ra.org[...] SMPTE Registration Authority, LLC 2016-09-16
[16] 웹사이트 Pack Header https://dvd.sourcefo[...]
[17] 문서 RFC 3555 - MIME Type Registration of RTP Payload Formats
[18] 웹인용 보관된 사본 http://webstore.iec.[...] 2012-12-29
[19] 웹인용 보관된 사본 http://mumudvb.braic[...] 2012-12-29
[20] 문서 http://dvd.sourcefor[...]
[21] 웹인용 보관된 사본 http://www.vbrick.co[...] 2012-12-28
[22] 문서 http://www.mpucoder.[...]
[23] 웹인용 보관된 사본 http://smpte-ra.org/[...] 2009-07-05
[24] 문서 Pack Header http://dvd.sourcefor[...]



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