MPEG-2
MPEG-2 ist ein generischer MPEG-Standard zur Videokodierung mit Videokompression und Audiokodierung mit Audiokompression, beides verlustbehaftet. Generisch heißt in diesem Zusammenhang, dass ein Datenformat und ein Dekodierungsverfahren festgelegt wird, ohne Parameter wie beispielsweise die Auflösung festzulegen, welche die Qualität bestimmen.
Inhaltsverzeichnis
EinführungBearbeiten
MPEG-2 wurde 1994 eingeführt und ist Ergänzung zu und Nachfolger von MPEG-1. Die Patente werden von der MPEG Licensing Administration verwaltet. Zum Zeitpunkt Ende 2018 waren noch 7 Patente aktiv und 1075 bereits ausgelaufen.[1] Da diese Patente nur noch in Malaysia und den Philippinen aktiv sind, ist mit dem Ende der Patente in den USA und Europa MPEG-2 defacto patentfrei (siehe [1]).
Große Verbreitung hat der Standard durch die DVD gewonnen: Diese sind in MPEG-2 (Video) kodiert. Der Audioteil der DVD kann auch als MPEG-2 Audio Layer-2 (ISO/IEC 13818-3) kodiert sein, was aber in der Praxis kaum genutzt wird; fast immer ist das Audiosignal auf DVDs in Dolby Digital (AC-3) und manchmal zusätzlich in DTS gespeichert. Auch auf SVCDs wird MPEG-2 verwendet, allerdings mit – im Vergleich zur DVD – geringerer Auflösung und niedrigerer Datenrate.
Auch die verschiedenen Varianten (DVB-S, DVB-C, DVB-T) des digitalen Fernsehens benutzen noch bevorzugt das MPEG-2-Format.
ÜbersichtBearbeiten
Der MPEG-2-Standard besteht aus mehreren Teilen, die in ISO/IEC 13818 definiert sind[2]:
Part 1Bearbeiten
Systeme – beschreibt die Synchronisation und das Multiplexen von Audio und Video. Enthält die Beschreibungen von Programmstrom und Transportstrom.
Part 2Bearbeiten
Video – Codec. Auch unter der Bezeichnung H.262 bekannt.
Part 3Bearbeiten
Audio – Codec. Eine Mehrkanalerweiterung von MPEG-1 Audio. Enthält die Beschreibungen von MP1, MP2 und MP3.
Part 4Bearbeiten
Part 4 beschreibt die Testprozeduren für Konformität.
Part 5Bearbeiten
Part 5 beschreibt die Software-Simulation.
Part 6Bearbeiten
Erweiterungen für DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control.)
Part 7Bearbeiten
Advanced Audio Coding (AAC)
Part 8Bearbeiten
Der Teil 8 „10-bit-Erweiterung des Videos“ wurde verworfen.[3]
Part 9Bearbeiten
Erweiterungen für Echtzeitanwendungen.
Part 10Bearbeiten
Konformitätserweiterungen für DSM-CC.
Part 11Bearbeiten
IPMP (Intellectual Property Management and Protection) auf MPEG-2-Systemen.
MPEG-2 VideoBearbeiten
Die wesentlichen Merkmale von MPEG-1 blieben in MPEG-2 erhalten: Abtrennung der Farbinformation vom Schwarz-Weiß-Bild und Vergröberung derselben, da auch das menschliche Auge Farbunterschiede gröber wahrnimmt als Helligkeitsunterschiede; Aufteilung des Bildes in 8 × 8 Pixel große Blöcke, deren Datenbedarf mittels Diskreter Kosinustransformation und anschließender Quantisierung stark verkleinert wird; Zusammenfassung von je vier Blöcken zu 16 × 16 Pixel großen Makroblöcken, deren Ähnlichkeit zu Makroblöcken in vorigen und/oder folgenden Bildern ebenfalls datenreduzierend genutzt wird; und Verwendung von Binärcodes mit variabler Länge, um häufigere Bitfolgen kürzer darstellen zu können als seltenere.
Auf der Videoseite zielt der MPEG-2-Standard auf höhere Qualitäten und damit verbundene Datenraten als der Vorgänger MPEG-1 – bis 15 Mbit/s beziehungsweise bei höherer Chrominanz (Farb)-Auflösung auch bis 50 Mbit/s – und unterstützt im Gegensatz zu MPEG-1 auch das Zeilensprungverfahren. MPEG-2 wurde ursprünglich für digitale Fernsehübertragungen und Studioanwendungen festgelegt. MPEG-1 wurde dabei nicht komplett abgelöst, für niedrige Datenraten ist es weiterhin eine bessere Wahl als MPEG-2.
| Abk. | Name | Frames | YUV | Streams | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| SP | Simple Profile | P, I | 4:2:0 | 1 | kein Interlacing |
| MP | Main Profile | P, I, B | 4:2:0 | 1 | |
| 422P | 4:2:2 Profile | P, I, B | 4:2:2 | 1 | |
| SNR | SNR Profile | P, I, B | 4:2:0 | 1-2 | SNR: Signal-to-Noise-Ratio |
| Spatial | Spatial Profile | P, I, B | 4:2:0 | 1-3 | Decodierung in niedriger, mittlerer und hoher Qualität |
| HP | High Profile | P, I, B | 4:2:2 | 1-3 |
| Abk. | Name | Pixel/Zeile | Zeilen | Framerate (Hz) | Bitrate (Mbit/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| LL | Low Level | 352 | 288 | 30 | 4 |
| ML | Main Level | 720 | 576 | 30 | 15 |
| H-14 | High 1440 | 1440 | 1152 | 30 | 60 |
| HL | High Level | 1920 | 1080 | 30 | 80 |
| Profil @ Level | Auflösung (px) | max. Framerate (Hz) | Sampling | Bitrate (Mbit/s) | Beispiel-Anwendung |
|---|---|---|---|---|---|
| SP@LL | 176 × 144 | 15 | 4:2:0 | 0,096 | mobile Anwendungen |
| SP@ML | 352 × 288 | 15 | 4:2:0 | 0,384 | PDAs |
| 320 × 240 | 24 | ||||
| MP@LL | 352 × 288 | 30 | 4:2:0 | 4 | Set-Top-Boxen (STB) |
| MP@ML | 720 × 480 | 30 | 4:2:0 | 15 (DVD: 9,8) | DVD, SD-DVB |
| 720 × 576 | 25 | ||||
| MP@H-14 | 1440 × 1080 | 30 | 4:2:0 | 60 (HDV: 25) | HDV |
| 1280 × 720 | 30 | ||||
| MP@HL | 1920 × 1080 | 30 | 4:2:0 | 80 | ATSC 1080i, 720p60, HD-DVB (HDTV) |
| 1280 × 720 | 60 | ||||
| 422P@LL | 4:2:2 | ||||
| 422P@ML | 720 × 480 | 30 | 4:2:2 | 50 | Sony IMX (I-Frame only), Broadcast Video (nur I- und P-Frames) |
| 720 × 576 | 25 | ||||
| 422P@H-14 | 1440 × 1080 | 30 | 4:2:2 | 80 | möglicherweise für zukünftige MPEG-2-basierte HD-Produkte von Sony und Panasonic |
| 1280 × 720 | 60 | ||||
| 422P@HL | 1920 × 1080 | 30 | 4:2:2 | 300 | Aufzeichnungsprofil einiger professioneller Canon-Produkte wie des XF100-Camcorders.[4] |
| 1280 × 720 | 60 |
MPEG-2 AudioBearbeiten
Auf der Audioseite ist eine Erweiterung aller drei Layer zu niedrigeren Datenraten sowie auf mehr Kanäle (5.1 oder 7.1) enthalten. Es gibt zwei Varianten der Multikanalkodierung: die rückwärtskompatible, bei der MPEG-1-Dekoder den erzeugten Bitstrom sinnvoll nutzen können, und eine nicht rückwärtskompatible Variante (englisch non backward compatible, NBC). Die NBC-Variante steht im Teil 7 des MPEG-2-Standards unter dem Namen AAC (Advanced Audio Coding).
MPEG-2 DateiformateBearbeiten
Zur Verschränkung von Video und Audio definiert MPEG-2 die Videostreaming-Formate Programmstrom (PS) und Transportstrom (TS). Im Laufe der Zeit wurde MPEG-2 aber in einer Vielzahl von Dateiformaten verwendet. Nachfolgend eine Übersicht, wo MPEG-2-Dateien typischerweise anzutreffen sind:
- .mpg (kann auch MPEG-1 oder MPEG-4 sein)
- .mpeg (kann auch MPEG-1 oder MPEG-4 sein)
- .m2v (MPEG-2 Elementary Video Stream)
- .m2a (MPEG-2 Elementary Audio Stream)
- .m2s (MPEG-2 Elementary Data Stream)
- .ts (MPEG-2 Transport Stream)
- .ps (MPEG-2 Program Stream)
- .vob (DVD Video Object)
- .vro (Video Recording Object)
- .mod (MPEG-2 mit AC3-Audio z. B. bei JVC- oder Panasonic-Videokameras)
- .m2t (MPEG-2-Transport z. B. auf Sony HD-Kameras)
Siehe auchBearbeiten
LiteraturBearbeiten
- Tilo Strutz: Bilddatenkompression. Grundlagen, Codierung, Wavelets, JPEG, MPEG, H.264. 4. überarbeitete und ergänzte Auflage, Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0472-3.
EinzelnachweiseBearbeiten
- ↑ MPEG LA: MPEG-2 Attachment 1. 1. Januar 2017, abgerufen am 21. Februar 2017 (pdf, englisch) – Kontinuierlich aktualisierte Liste aller Patente mit Patentnummer und Status, die den Patentbestand der MPEG-2 Lizenz betrifft.
- ↑ ISO International Classification for Standards 35.040: Character sets and information coding (englisch) – Übersichtsseite bei ISO
- ↑ Atul Puri (Hrsg.), Puri (Autor), Tsuhan Chen (Autor): Multimedia Systems, Standards, and Networks. Ausgabe 2000, Verlag Marcel Dekker Inc, S. 94.
- ↑ Canon XF100-Produktseite