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MPEG, MPEG-3 und Co.MPEG, m-jpeg, mjpeg, motion jpeg, MPEG-3, AAC, Digitaliseirung, mpeg, Videokompression, Videostreaming, Codecs, Digital Video, Codierung, Keyframe

    

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Übersicht

MPEG (MPEG 1 bis MPEG 4)
AAC (MPEG-2 ACC)
M4IF

 

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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 . Die mögliche Kompression geht bis 200:1.

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).

MPEG-2

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 MPEG-2 liegt in der Kompression auf höchster Qualitätsstufe, so daß Filmmaterial nahezu 1 zu 1 in Studioqualität bearbeitet und editiert werden kann. Konsequenterweise etablierte sich MPEG-2 zu einem 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).

MPEG-3

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

... 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.

Allianz für schnellere Einführung des MPEG 4-Standards
(Pressemitteilung von ZDNet vom 12.2.2001)

Die beiden Elektronikunternehmen Sandisk und Zoran haben im Februar 2001 ihre Zusammenarbeit angekündigt, um die Entwicklung von MPEG-4-fähigen Digitalkameras und Flash Speicherkarten voranzutreiben und so den Kompressionsstandard MPEG-4 schneller in den Markt einzuführen.

Um das zu erreichen will Zoran die MPEG 4-Technologie zusammen mit anderen Features in seinen COACH (Camera On a Chip)-Prozessor integrieren. Sandisk soll dabei technische Hilfestellung leisten sowie mit Marketingmaßnahmen und Kapital die Aktion unterstützen. Der neue Chip arbeitet laut den Herstellern besser mit zukünftigen Digitalkameras zusammen, die Multimedia-, SD Flashspeicher-, Compactflash- oder Triflashkarten verwenden.

Die Kompressionstechnologie soll hochauflösende Videoclips komprimiert auf den künftigen Digitalkameras speichern können. Glaubt man den Angaben der Hersteller, so wird MPEG-4 der künftige Standard für Audio-, Bild- und Videokompression sein, der in Digitalkameras, PCs und Handys verwendet wird.

Die ersten Digicams, die mit der neuen MPEG 4-Technologie zusammenarbeiten, sollen voraussichtlich in der zweiten Jahreshälfte auf den US-Markt kommen. Etwas später werden auch die ersten Produkte auf dem deutschen Markt verfügbar sein.
 

Sun Microsystems beteiligt sich am MPEG-4 Industry Forum
(Pressemitteilung von Sun vom 10.9.2000)

Sun Microsystems Inc. gab im September 2000 bekannt, daß es sich am MPEG-4 Industry Forum (M4IF) beteiligt. Dadurch will das Unternehmen dazu beitragen, die Förderung und Übernahme des Standards MPEG-4 zu beschleunigen.

Das Unternehmen Sun Microsystems ist nun aktiv an der Definition und Entwicklung dieses MPEG-Standards beteiligt, zu dem auch das Produkt "Java Application Engine" gehört, eine Komponente, die auch als "MPEG-J" bezeichnet wird. MPEG-J ist ein programmatisches System, durch das ein API zur Interaktion von Java-Codes spezifiziert wird, welches ein Bestandteil von Medieninhalten beim MPEG-4-Media-Player ist. Durch die Kombination von MPEG-4-Medieninhalten mit einem sicher ausführbaren Code können Autoren von Medieninhalten komplexe Steuerelemente in ihre Mediendaten einbetten, um den Ablauf einer audiovisuellen Session intelligent zu steuern.

"Das MPEG-4 Industry Forum begrüßt die Beteiligung von Sun Microsystems", so Rob Koenen, Vorsitzender des Forums M4IF. "Es ist sehr wichtig, daß dieselben Unternehmen, die den Standard MPEG-4 aktiv entwickelt haben, bereit sind, gemeinsam die notwendigen zusätzlichen Schritte zu unternehmen, damit der Standard akzeptiert wird. Das Forum M4IF führt Maßnahmen außerhalb des Bereichs von ISO/IEC durch, wie z. B. die Förderung des Standards MPEG-4 und die Anregung von Diskussionen, die zu einer möglichen Einführung von Patentportfolios außerhalb des Forums M4IF führen können."

Die Integration der Technologie MPEG-4 ist für die nächste Version der Plattform Media Central von Sun geplant - einer auf offenen Standards basierenden Architektur für die Märkte des Broadcasting und Internet-Streaming von Mediendaten. Die Plattform StorEdge(TM) Media Central kombiniert die Enterprise(TM)-Server und die StorEdge-Bereiche von Sun mit dem Media Framework-API von Java(TM), um Audio-, Video- und andere zeitbasierte Medieninhalte auf der Java-Plattform zu unterstützen.

Sun Microsystems wird eng mit anderen Mitgliedern des Forums M4IF zusammenarbeiten, um zu einer frühzeitigen und weitverbreiteten Übernahme des Standards MPEG-4 beizutragen. Weiterhin ist bei Sun geplant, für die Erreichung der system-unabhängigen Kommunikationsfähigkeit durch Übereinstimmungstests zusammenzuarbeiten.
 

AAC (MPEG-2 ACC)

Abkürzung für "Advanced Audio Coding" • Das Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) hat ein Nachfolgeverfahren zu MP3 entwickelt. Das neue Audiocodierverfahren kann Musikdaten um den Faktor 16 komprimieren, ohne dass hörbare Qualitätsverluste auftreten. Das ebenfalls vom IIS entwickelte MP3-Format verkleinerte vergleichbare Audiodaten lediglich um den Faktor 12.

Nach Angaben der Fraunhofer Gesellschaft bestehe besonders in Japan starkes Interesse an dem neuen Verfahren. Dort setzten bereits Anfang 2000 alle digitalen Rundfunksysteme AAC als einziges Tonformat ein.

M4IF

Abkürzung für "MPEG-4 Industry Forum" (www.m4if.org) • Das Forum M4IF wurde gegründet, um MPEG-4 unter Anwendungsentwicklern, Dienstanbietern, Autoren von Internetinhalten und Endbenutzern als angewandten Standard zu fördern.
 

    

 

 
siehe auch (auf anderen Seiten):

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3920993233 (5512 Byte) Infos / BestellungVideokompressionsverfahren im Vergleich.
JPEG, MPEG, H.261, XCCC, Wavelets, Fraktale
Torsten Milde

1995. Taschenbuch. dpunkt-Verlag - ISBN: 3920993233
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Videokompressionsverfahren kommt aufgrund der dynamischen Entwicklung im Multimedia-Bereich eine wachsende Bedeutung zu. Das Buch bietet die detaillierte - und auch für den Einsteiger verständliche - Darstellung der Vorgehensweise bei der Kompression mit JPEG, MPEG-1, H.261, XCCC, Wavelets und Fraktalen. Anhand der durchgeführten Leistungstests von JPEG, MPEG-1 und H. 261 werden die Verfahren miteinander verglichen. Dies bietet dem Praktiker nützliche Hinweise zur Auswahl des passenden Verfahrens für das jeweilige Anwendungsgebiet. Außerdem werden die grundlegenden Konzepte von Bildkompressionssystemen, wie z.B. Huffman-Codierung und DCT, kurz und prägnant beschrieben. Das Buch wendet sich an Ingenieure und Informatiker in Ausbildung und Praxis, insbesondere an Entwickler multimedialer Systeme, die sich für die Einbindung von Videosequenzen interessieren. Torsten Milde (Universität Mannheim) beschäftigt sich mit den Gebieten angewandte Mathematik, Rechnerarchitektur und digitale Bildverarbeitung.

    

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