MPEG

Abkürzung für "motion pictures expert group" (www.mpeg.org) • Von dieser Gruppe wurden bzw. werden  Dateiformate und Verfahren zum platzsparenden Komprimieren und Speichern von Video- bzw. Multimediadaten (Video, Bild- und Tondaten) in hoher Qualität festlegt. Der MPEG-Standard unterteilt sich inzwischen in MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 und MPEG-4 , wobei der MPEG-3-Standard mittlerweile in MPEG-2 integriert wurde.

Um die riesige Datenmenge von Filmen (90 Minuten Spielfilm, 25 Einzel-Bilder pro Sekunde, hohe Auflösung, viele Farben ergeben ca. 120 GByte) mit "normalen" Computern verarbeiten und transportieren zu können, werden z.B. neben dem JPEG-Kompressions-Verfahren nur die Veränderungen zum Vorgängerbild abgespeichert (im Gegensatz zu M-JPEG): Das MPEG-Format speichert aber in regelmäßigen Abständen von typischerweise zwölf Bildern sogenannte Intra-Frames (I-Frames) ab; das sind JPEG-komprimierte Einzelbilder. Die Bilder zwischen diesen I-Frames werden nach Möglichkeit nicht komplett abgelegt. Vielmehr speichert MPEG, wie man sie durch Verschieben von Teilen aus vorangehenden oder nachfolgenden Bildern zurückgewinnen kann. Dazu werden auch vorausschauende "Predicted Frames" und "B-Frames" (Bi-directionale Frame) verwendet. Da das aber nie perfekt klappt, werden zusätzlich pro Bild die verbleibende Abweichung noch JPEG-kodiert abgespeichert. Mit dieser Methode läßt sich der Datenaufwand für einen Video-Film um etwa 99% verringern (siehe auch Videokomprimierung, Kompressions-Artefakte). Die mögliche Kompression geht bis 200:1.

Bisher wurden die Standards MPEG 1-4 definiert, die jeweils einem bestimmen Zweck dienen.

• MPEG-1 wurde für flüssige Video-Wiedergaben entworfen und weist daher die größten Kompressionsraten auf. Die MPEG-1-Komprimierung bzw. Dekomprimierung war ursprünglich ein hardwareabhängiges Verfahren. Es ist allerdings mittlerweile, dank der schnellen Prozessoren, auch ein Softwaredekomprimieren möglich. Die Spezifikationen:
  • 25 Frames, keine Information zwischen den Halbbildern,
  • Auflösung von 352 x 288 (SIF-Auflösung),
  • 1,2 bis 3 MBits/s (1,2 MBits/s bei einer Video CD).
    
• Der wesentliche Unterschied zwischen MPEG-1 und MPEG-2 besteht darin, daß MPEG-2 besser mit dem beim Fernsehen eingesetzten Zeilensprungverfahren (Interlace) umgehem kann. Das Geheimnis von MPEG2 liegt in der Kompression auf höchster Qualitätsstufe, und die Daten können fast 1 zu 1 in Studioqualität übernommen werden. Dadurch etablierte sich MPEG-2 zu einem neue Broadcaststandard. Bei einer reinen I-Framecodierung läßt sich MPEG-2 sogar im Schnittbetrieb einsetzen. Die Spezifikationen:
  • 50 Fields / 25 Frames,
  • High-Auflösung 1920 x 1152 bis zu 80 MBits/s (High Definition TV - HDTV),
  • High-Auflösung 1440 x 1440 bis zu 60 MBits/s (HDTV),
  • Main-Auflösung 720 x 576 bis zu 15 MBits/s (digitales TV und DVD-Video),
  • Low-Auflösung 352 x 288 bis zu 4 MBits/s (S-VHS, SIF).
     
• Der Teil des MPEG-3-Standard, der für High Definition TV-Qualität (HDTV) vorgesehen war, wurde mittlerweile in den MPEG-2-Standard implementiert. MPEG-3 ist nicht mit MP3 zu verwechseln! (siehe auch SDMI).
   
• MPEG-4 dient dem Transport, der Synchronisation, der Codierung und Wiedergabe audiovisueller Multimedia-Inhalte für Internet- und drahtlose Anwendungen. Es bietet eine standardisierte Methode zur Komprimierung synthetischer und natürlicher audiovisueller Objekte und soll vor allem für die Visualisierung von künstlichen Intelligenzen (artifiziell intelligents - AI) und für Videokonferenzen benutzt werden.
  Obwohl MPEG-4 ursprünglich ein Codierungsstandard für audiovisuelle Daten mit sehr niedriger Bitrate vorgesehen war, dient er weit mehr Zwecken als lediglich dem Streaming von linearen Mediendaten. MPEG-4 stellt auch effiziente Mechanismen zur Komprimierung und zum Streaming interaktiver Medieninhalte bereit.
  Man geht bei diesem Komprimierungsverfahen davon aus, dass im Verlauf einer Anwendung nur leichte Bildänderung passieren. Die Spezifikationen:
  • 10 Fields / 10 Frames,
  • QSIF (Auflösung von 176 × 144 Bildpunkten)
  • 4,8 - 64 kBit/s.

   

MPEG-4

... ist eine Weiterentwicklung des MPEG-2-Formats und befindet sich seit 1996 in der Entwicklung. Obwohl MPEG-4 ursprünglich als ein Codierungsstandard für audiovisuelle Daten mit sehr niedriger Bitrate gedacht war, diente die Entwicklung weit mehr Zwecken als lediglich dem Streaming von linearen Mediendaten bei Internet- und drahtlosen Anwendungen. MPEG-4 stellt z.B. effiziente Mechanismen zur Komprimierung und Distribution interaktiver Medieninhalte bereit. Außerdem verfügt MPEG-4 über 3D-Potentiale, um künstliche Intelligenzen (artifiziell intelligents - AI) zu visualisieren oder Avatare darzustellen - z.B. im Rahmen von Videokonferenzen. Dies geschieht übrigens mit einer VRML-ähnlichen Skriptsprache. Und zur Abrundung gibt es eine Java-Schnittstelle zur Ansteuerung externer Hardware.

Die Kompressionsrate als solche ist bei MPEG-4 nicht höher als bei MPEG-2, aber "Sprites" können besser komprimiert werden, weil dem Codier-Mechanischmus dafür wesentlich mehr Zeit zur Verfügung steht. Eventuell kann dabei sogar auf Wavelets umgeschaltet werden. Die Skriptsprache ermöglicht es, in wenigen Bytes Operationen wie "verschieben" wesentlich schneller durchzuführen, als es die digitalisierte komprimierte Form der gleichen Operation ermöglichen würde. (Mit Hilfe dieser "Sprites" können beliebig konturierte Standbilder über sich bewegende Bilder geschoben werden.)

Microsofts erste Implementierung von MPEG-4 ist seit Windows 98 auf jedem Windows-PC installiert und beschränkt die maximale Datenrate auf 256 Kilobit pro Sekunde. Für ein ruckelfreies Video in ansprechender Qualität ist das zu wenig. Durch den DivX-Hack wurde die Erhöhung der Bitrate auf bis zu 6000 Kilobit pro Sekunde möglich. Doch eine so hohe Bitrate ist gar nicht notwendig: 600 Kilobits pro Sekunde sind völlig ausreichend.

Quelle: Archmatic-Glossar von Alfons Oebbeke, Link: www.glossar.de

Fachwörterglossar der Diplomarbeit von Benjamin Beer, mail: webmaster@bbeer.de
Innovationszentrum Bau - Diplomarbeit am Fachbereich Bauwesen der HTWK Leipzig