Egal ob (Super)-VideoCD, DVD, Internet oder digitaler Videorecorder. MPEG hat sich als "das" Distributionsformat für digitalen Film durchgesetzt. Doch nicht nur professionelle Studios setzen MPEG-Encoder zur Herstellung Ihrer Filme ein, auch viele Heimanwender benutzen vermehrt MPEG2 um ihre Filme platzsparend auf CD oder DVD zu archivieren. Während von einigen Jahren MPEG2-Codierung noch kostspielig und aufwändig war, genügt heute ein einfacher PC mit etwas Software um eine AVI-Datei in einen MPEG-Strom zu verwandeln. Doch MPEG2 ist nicht gleich MPEG2. Bei allen MPEG-Formaten ist nur der Decoding-Prozess genau spezifiziert. Dies bedeutet, dass nur festgeschrieben ist, wie ein fertiges MPEG-File aussehen muss, um korrekt wiedergegeben zu werden. Beim Encoding, also der eigentlichen Umwandlung des Films dürfen die Hersteller ihr eigenes Süppchen kochen, weshalb sich MPEG-Encoder oft stark in Qualität und Geschwindigkeit unterscheiden. Auch gibt es zahlreiche Parameter zu beachten, die über die Qualität des endgültigen Videos entscheiden. Aus diesem Grund muss man erst einmal die Grundlagen des Encodings verstanden haben, um zu wissen, mit welchen Parametern man die Qualität eines MPEG-Stroms entscheidend verbessern kann.
Was ist MPEG eigentlich?
MPEG steht für "Moving Pictures Experts Groups". Im allgemeinen Sprachgebrauch wird MPEG jedoch für eine allgemeine Formatbeschreibung verwendet, die eine effektive Speicherung von Video- und/oder Audiodateien beschreibt. Es gibt verschiedene MPEG-Standards, wobei die Standards MPEG1 und MPEG2 die Komprimierung von Videosignalen beschreiben.
MPEG1- und 2-Ströme eignen sich in erster Linie zur Distribution, d.h. sie sind dafür ausgelegt kleinstmögliche Videoströme zu erzeugen, die mit wenig Bandbreite gespeichert und übertragen werden können. Eine derartige Kompression ist dringend notwendig, wenn man einen Videofilm digital speichern will. Folgendes kleines Rechenbeispiel soll dies erläutern:
Bei einer Video-üblichen Auflösung von 720 x 576 Pixeln benötigt ein einziges, unkomprimiertes Bild bereits 1,2 Megabyte (720 x 576 mal 3 Byte für Rot, Grün und Blau). Bei der hierzulande gebräuchlichen PAL-Bildwiederholfrequenz von 25 Bildern pro Sekunde ergibt sich ein Speicherplatzverbrauch von 30 Megabyte pro Sekunde und eine Minute Video würde somit ca. 1,8 GB-Festplattenspeicher benötigen.
Das Ziel jeder Kompression liegt folglich darin, die Größe eines Videostroms dramatisch zu reduzieren, ohne die sichtbare Qualität zu verringern. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Bildqualität und die notwendige Datenrate immer stark vom verwendeten Bildmaterial abhängen. So ist beispielsweise eine einfarbige Fläche sehr leicht zu komprimieren, da sich die benachbarten Pixel sehr ähnlich sind, während ein sehr detailreiches Bild bei gleicher Qualität eine weitaus höhere Datenrate benötigt. Nicht nur aus diesem Grund ist es notwendig, immer auf möglichst rauschfreie Aufnahmen zu achten, da ein Grieseln im Bild vom Kompressor als wichtiges Detail interpretiert wird. In der Folge kann die Kompression nicht mehr effektiv erfolgen. Viele MPEG-Encoder bieten zwar die Möglichkeit in gewissen Grenzen das Rauschen einer Aufnahme zu entfernen, jedoch geht dies immer zu Lasten der Bildschärfe.
In der Vergangenheit wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um Videoströme nun effektiv zu komprimieren. MPEG1/2 machen sich viele dieser Ideen zu nutze. Im einzelnen sind dies:
- Farbreduktion von RGB nach YUV
- Zerlegung des Bildes in einzelne Pixelblöcke
- Diskrete Cosinustransformation
- Quantisierung
- Huffmann-Codierung
- Interframe-Kompression
- Motion Compensation
- Two-Pass Encoding mit variable Bitraten
Bevor Sie mit den ersten Encoding-Schritten beginnen, sollten Sie daher zumindest grundsätzlich verstehen, was in den einzelnen Stufen der MPEG-Kompression vor sich geht. Sie werden dieses Wissen spätestens dann brauchen, wenn Sie sich näher mit den jeweiligen Parametern eines MPEG-Encoders auseinandersetzen wollen. Aus diesem Grund werden wir in diesem Artikel alle für Sie wichtigen Details möglichst einfach darstellen.
