MPEG-2
MPEG-2 ist ein generischer MPEG-Standard zur Videokodierung mit Videokompression und Audiokodierung mit Audiokompression. In beiden Fällen ist es eine verlustbehaftete Kompression/Datenreduktion.
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[Bearbeiten] Einführung
MPEG-2 wurde 1994 eingeführt und ist Ergänzung zu und Nachfolger von MPEG-1. Generisch heißt in diesem Zusammenhang, dass ein Datenformat und ein Dekodierungsverfahren festgelegt wird, ohne Parameter wie z. B. Auflösung festzulegen, welche die Qualität bestimmen.
Der MPEG-2-Codec verwendet insgesamt 818 Patente, die zum großen Teil weltweit gelten. Davon sind bislang 90 Patente abgelaufen (Stand: 7. Juni 2010). [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 abgespeichert. 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.
[Bearbeiten] Übersicht
MPEG-2 besteht aus mehreren Teilen, die in ISO/IEC 13818 definiert sind:
- Part 1
- Systeme - beschreibt die Synchronisation und das Multiplexen von Audio und Video. Enthält die Beschreibungen von Programmstrom und Transportstrom.
- Part 2
- Video - Codec
- Part 3
- Audio - Codec. Eine Mehrkanalerweiterung von MPEG-1 Audio. Enthält die Beschreibungen von MP1, MP2 und MP3.
- Part 4
- beschreibt die Testprozeduren für Konformität.
- Part 5
- beschreibt die Software-Simulation.
- Part 6
- Erweiterungen für DSM-CC (Digital Storage Media Command and Control.)
- Part 7
- Advanced Audio Coding (AAC)
- Part 9
- Erweiterungen für Echtzeitanwendungen.
- Part 10
- Konformitätserweiterungen für DSM-CC.
(Part 8: 10-bit Erweiterung des Videos, war gedacht für Fernsehstudios und wurde mangels Interesse der Industrie zurückgezogen)
[Bearbeiten] MPEG-2 Video
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 8x8 Pixel große Blöcke, deren Datenbedarf mittels Diskreter Kosinustransformation und anschließender Quantisierung stark verkleinert wird; Zusammenfassung von je vier Blöcken zu 16x16 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 |
| SP | 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 | SetTop-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 | möglicherweise für zukünftige MPEG-2-basierte HD-Produkte von Sony und Panasonic |
| 1280 × 720 | 60 |
[Bearbeiten] MPEG-2 Audio
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 (engl. non backward compatible – NBC). Die NBC-Variante steht im Teil 7 des MPEG-2-Standards unter dem Namen AAC (Advanced Audio Coding)
[Bearbeiten] MPEG-2 Dateiformate
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)
[Bearbeiten] Literatur
- Roland Enders: Das Homerecording Handbuch. 3. Auflage, Carstensen Verlag, München, 2003, ISBN 3-910098-25-8
- Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage, Carl Hanser Verlag, Leipzig, 2006, ISBN 3-446-40198-9
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Weblinks
Beispiele für MPEG-2 Encoder:
[Bearbeiten] Externe Quellen
- ↑ Liste aller Patente mit entsprechender Patentnummer, die vom MPEG2-Codec verwendet werden (PDF, englisch) – Dokument bei MPEG LA
