MPEG ist ein standardisiertes Kompressionsverfahren, das sich speziell zur Datenreduktion von Bewegtbildern eignet.
MPEG ist ein asymmetrisches Kompressionsverfahren: Das Kodieren ist erheblich aufwändiger als das Dekodieren. Wichtig hierbei: MPEG schreibt zwar das Datenformat und die Dekodierung genau vor, wie die Daten erzeugt werden, ist dagegen Sache des jeweiligen Geräteherstellers. 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.
MPEG komprimiert nicht nur einzelbildweise (Intraframe), sondern kann darüber hinaus auch die Daten mehrerer aufeinanderfolgender Bilder analysieren und die daraus gewonnenen Information für die Kompression nutzen (Interframe). 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. Der MPEG-Standard bezeichnet die Folge von I-, B– und P-Frames als Group of Pictures (GoP). Eine GoP muss mindestens ein I-Frame enthalten. Jeder Hersteller kann GoPs beliebiger Länge und Zusammensetzung verwenden.
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 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.
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.
MPEG wurde ursprünglich als gemeinsame Basis für vier einzelne Standards definiert:
MPEG-1 und auch MPEG-4 arbeiten mit niedrigen Datenraten und wurden deshalb primär für Multimedia- oder Telekommunikations-Anwendungen vorgesehen. MPEG-3 beschreibt HDTV-Anwendungen, wurde aber nachträglich in den MPEG-2-Standard integriert. 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 SD-Nachbearbeitung hat sich schon zu Beginn der Digitalisierung des Bewegtbildbereichs 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.
MPEG-2 sieht für verschiedene Anwendungen also jeweils spezielle Unterverfahren vor, das ist auch im HD-Bereich so geblieben. Ebenfalls wichtig: Auch MPEG-2 schreibt zwar die Dekodierung genau vor, überlässt es jedoch dem einzelnen Hersteller, sein eigenes Kodierungsverfahren einzusetzen. Einzige Voraussetzung: MPEG-2-kodierte Daten müssen sich mit jedem MPEG-2-Decoder lesen und wiedergeben lassen.
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