MPEG-2


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.

Inhaltsverzeichnis

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 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.

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. Auch unter der Bezeichnung H.262 bekannt.
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)

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.

MPEG-2 Profile
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
MPEG-2 Level
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

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)

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)

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
  • Tilo Strutz: Bilddatenkompression. Grundlagen, Codierung, Wavelets, JPEG, MPEG, H.264 4. Auflage 2009, ISBN 978-3-8348-0472-3

Siehe auch

Weblinks

Beispiele für MPEG-2 Encoder:

Externe Quellen

  1. Liste aller Patente mit entsprechender Patentnummer, die vom MPEG2-Codec verwendet werden (PDF, englisch) – Dokument bei MPEG LA

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