Gemeinsamer Nenner

MPEG-Standards

MPEG ist ein standardisiertes Kompressionsverfahren, das sich speziell zur Datenreduktion von Bewegtbildern eignet. MPEG setzt sich in immer mehr Bereichen der Video- und TV-Produktion durch.

Wie andere Kompressionsverfahren auch, hat MPEG nur einen Sinn: Es geht darum, Datenmengen zu reduzieren, um Speicherkapazität und Übertragungsbandbreite zu sparen. Gleichzeitig soll aber eine möglichst hohe Qualität der ursprünglichen Signale erhalten bleiben.

MPEG ist ein asymmetrisches Kompressionsverfahren, das Kodieren ist erheblich aufwendiger als das Dekodieren. Wichtig; MPEG schreibt das Datenformat und die Dekodierung genau vor. Wie die Daten erzeugt werden, ist dagegen Sache des Herstellers. Jeder kann beim Kodieren seine eigenen Techniken und Algorithmen einsetzen, solange am Ende normgerechte MPEG-kodierte Datenströme entstehen, die sich mit jedem standardgerechten MPEG-Decoder lesen und wiedergeben lassen. Dadurch ist sichergestellt, dass sich MPEG-Datenströme zwischen den Systemen verschiedener Hersteller austauschen lassen.

MPEG komprimiert nicht zwingend nur einzelbildweise (Intraframe), sondern kann darüber hinaus auch die Daten mehrerer aufeinanderfolgender Bilder analysieren und die daraus gewonnenen Information für die Kompression nutzen. Auf dieser Basis lassen sich Videosequenzen deutlich effektiver komprimieren: Man kann damit die Bildinformationen mehrerer Einzelbilder zusammenfassen und doppelt vorhandene Informationen eliminieren. Der Fachbegriff hierfür lautet Interframe-Kompression.

Die Einzelbilder einer Videosequenz setzen sich gemäß MPEG-Standard aus I-, B- und P-Frames zusammen.
I-Frames sind Indexbilder. Sie enthalten alle wichtigen Bildinformationen und werden im Prinzip so komprimiert wie jedes einzelne Bild bei einer Motion-JPEG-Kompression. MPEG besitzt allerdings zusätzlich die Möglichkeit, Bereiche innerhalb eines Bildes unterschiedlich zu komprimieren, beispielsweise die Bildmitte weniger als die Randbereiche. Dies kann gegenüber dem Kompressionsverfahren Motion-JPEG bei optisch gleicher Qualität etwa 10-15% Daten einsparen.
B-Frames sind bidirektionale Bilder, also Frames, die nur die Unterschiede eines Bildes zum vorhergehenden oder folgenden Bild beinhalten.
Der Begriff P-Frame steht für Predicted Frames. Sie werden auf der Basis bisher vorkommender Bilder interpoliert.

Der MPEG-Standard bezeichnet die Folge von I-, B- und P-Frames als Group of Pictures (GOP). Jeder Hersteller kann GOPs beliebiger Länge und Zusammensetzung verwenden. Einzige Voraussetzung: Eine GOP muss mindestens ein I-Frame enthalten.
Beim Thema GOP liegt auch eine Einschränkung oder zumindest Erschwernis, die MPEG mit sich bringt: Inmitten einer GOP kann nicht, beziehungsweise nur mit höherem technischen Aufwand geschnitten werden. MPEG-basierte Schnittsysteme arbeiten deshalb meist mit sehr kurzen GOPs oder ausschliesslich mit I-Frames.

In der professionellen Videotechnik spielt der MPEG-2-Standard die wichtigste Rolle. MPEG-2 ist in verschiedene Profiles und Levels unterteilt, für die jeweils unterschiedliche Eckdaten festgelegt wurden: Datenraten, GOP-Strukturen, die Auflösung, also die Anzahl der Zeilen und Pixel, sowie Sampling und Bildwechselfrequenz.

In der Nachbearbeitung hat sich MPEG-2 422P@ML etabliert (auch 422 Studio Profile@Main Level genannt). Diese MPEG-Variante arbeitet nur mit I-Frames und mit 4:2:2-Sampling, die Auflösung beträgt 720 x 608 Pixel. Die standardisierte maximale Datenrate liegt bei 50 Mbps.

Der zweite MPEG-Standard, der im professionellen Bereich eine Rolle spielt ist MPEG-2 MP@ML (Main Profile at Main Level). Er ist auf bestmögliche Bildqualität bei Datenraten bis maximal 15 Mbps abgestimmt. Bei diesem Standard ist die 4:2:0-Abtastung für die Bildkomponenten YUV festgelegt. MPEG-2MP@ML eignet sich in erster Line für die Verteilung von Videosignalen, beispielsweise für DVB (Digital Video Broadcasting) oder DVD (Digital Versatile Disc).

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T_IZTK_0999_BGMPEG.pdf