MPEG-2
(Motion Pictures Expert Group)

Auf dieser Seite werden folgende Punkte erläutert:

Unterschied MPEG und M-JPEG

MPEG unterscheidet sich von Motion-JPEG durch zwei Faktoren: Das eingesetzte Komprimierungsverfahren, welches die Datenrate bestimmt, sowie die Existenz von Standardwerten, die Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen ermöglichen.

Bisher war Motion-JPEG das am häufigsten eingesetzte Verfahren, um digitale Videodaten zu komprimieren. Ursprünglich für Einzelbilder entwickelt, komprimiert Motion-JPEG jedes Einzelbild separat (Intraframe Compression) - eine im Verhältnis zu MPEG hohe Datenrate ist die Folge. Aufgrund dieser Einzelbildkompression lassen sich Motion-JPEG-Sequenzen problemlos bildgenau schneiden. Der große Nachteil ist, daß es keinen einheitlichen Standard gibt: Jeder Hersteller legt eigene Varianten fest, die mit denen anderer Anbieter inkompatibel sind. Komprimierte Motion-JPEG-Daten unterschiedlicher Schnittsysteme sind daher nicht direkt austauschbar.

MPEG-Kompression: I-, B- und P-Frames

Im Gegensatz dazu gibt es bei MPEG eine feste Normung; komprimierte Daten verschiedener Systeme lassen sich direkt miteinander austauschen. Der entscheidende Unterschied liegt jedoch im Analyse und Kompressionsverfahren. MPEG erlaubt es, Bildfolgen zu analysieren (Interframe Compression). Die Einzelbilder einer solchen Folge setzen sich aus I-, B- und P-Frames zusammen, auch als GOP (Group of Pictures) bezeichnet. Eine GOP muß mindestens ein I-Frame enthalten, ansonsten bleibt die Gestaltung der Struktur und Länger einer solchen Folge jedem Hersteller überlassen.

I-Frames sind Indexbilder, die einzeln komprimiert werden. Bereiche innerhalb eines Bildes können dabei unterschiedlich stark komprimiert werden, z.B. die Bildmitte weniger als die Randbereiche. So lassen sich gegenüber Motion-JPEG bei gleichbleibender Bildqualität bis zu 15% Daten einsparen. I-Frames eines MPEG-Datenstroms enthalten alle nötigen Daten, um ohne weitere Zusatzinformationen dekomprimiert und dargestellt werden zu können.

B-Frames sind bidirektional komprimierte Bilder und enthalten nur Daten, die den Unterschied zwischen zwei Bildern beschreiben. Die Datenmenge ist deutlich geringer als bei I-Frames. Allerdings sind zur Dekomprimierung und Darstellung auch die Informationen der vorangegangenen und folgenden Bilder notwendig.

P-Frames heißen Predicted Frames, also "vorhergesagte" Bilder. Sie werden auf Basis der bisher in der Videosequenz enthaltenen Frames errechnet und enthalten noch weniger Daten als B-Frames.

Wie sich eine GOP aus I-,B- und P-Frames zusammensetzt und welche Frames verwendet werden, obliegt dem Hersteller. Einzige Voraussetzung: Jede GOP muß mindestens ein I-Frame enthalten.

MPEG-2-Standard

MPEG-2 bietet passende Standards für Postproduktion, Distribution und Übertragung (Transmission). Die verschiedenen Profiles und Level unterscheiden sich in der Auflösung, d.h. Anzahl von Zeilen und Bildpunkten (Pixel), der Abtastrate, d.h. Samplingfrequenz, und der Bildwechselfrequenz.

Wichtiger Unterschied zu Motion-JPEG ist die standardisierte Dekodierung: Ein normgerechter MPEG-2-Datenstrom läßt sich mit jedem normgerechten MPEG-2-Dekoder abspielen. Die Art der Kodierung in MPEG-2 dagegen steht jedem Hersteller frei.

MPEG-2 MP@ML und MPEG-2 422P@ML

Die beiden Varianten MPEG-2 Main Profile@Main Level und MPEG-2 422Profile@Main Level kommen im Broadcast-Bereich zum Einsatz.

MPEG-2 MP@ML ist ursprünglich für die Distribution d.h. Verteilung von Videosignalen konzipiert worden. Einsatzgebiete sind deshalb vor allem DVB (Digital Video Broadcasting) und DVD (Digital Versatile Disc). Bestmögliche Bildqualität bei minimaler Datenrate (max. 15Mbit/s) ist gefordert. Mehrfachgenerationen sind nicht notwendig und daher ist die 4:2:0 Abtastung (YUV-Komponenten) ausreichend. Die niedrige Datenrate wird durch die Komprimierung ganzer GOPs mit IPB-Struktur erreicht - bildgenauer Schnitt, wie bei der Postproduktion gefordert, ist daher fast unmöglich.

Ganz auf die Anforderungen der Nachbearbeitung zugeschnitten ist die Variante MPEG-2 422P@ML: Um den mehrfachen Kopiergenerationen in der Postproduktion qualitativ gerecht zu werden, ist eine 4:2:2-Abtastung notwendig. Mit dieser Samplingrate ist auch professionelles Chromakeying möglich. Die Datenrate ist z.Z. für 50 Mbit/s definiert.

Editing-MPEG: Der Standard für die Videobranche

Editierbarkeit, Bildqualität und Kompatibilität sind die Schwerpunkte in der Postproduktion. Das Verfahren MPEG-2 422P@ML
I-Frame only, deckt alle diese Anforderungen ab: Die Verwendung von I-Frame only-Kodierung gewährleistet einfaches, bildgenaues Schneiden, eine 4:2:2-Farbabtastung steht für höchste Bildqualität. Und der Standard bei der Dekodierung garantiert Unabhängigkeit von proprietären Dekoderlösungen. Damit ist Editing-MPEG der Standard der Zukunft für die Videonachbearbeitung.