MPEG
MPEG is een veel gebruikt systeem voor de compressie van beeld- en geluidsbestanden.
Inhoud |
[bewerk] Situering
In 1988 werd de werkgroep Moving Picture Experts Group opgericht als een samenwerkingsverband tussen academici en mensen uit de zakenwereld. Sindsdien houdt deze werkgroep zich bezig met de ontwikkeling van een standaard voor de codering van audio en video.
De MPEG-codecs zijn een voorbeeld van verlieslijdende (lossy) datacompressie. Dit is een methode waarbij decompressie van een gecomprimeerd bestand resulteert in een bestand, verschillend van het origineel. Er zal verlies van informatie optreden, met kwaliteitsverlies als gevolg.
De verlieslijdende MPEG-compressiealgoritmes maken gebruik van een transformatietechniek. Dit wil zeggen dat de beelden en geluiden in kleine segmenten worden gehakt, getransformeerd worden naar het frequentiedomein, en vervolgens worden gekwantiseerd.
Meestal wordt er een extra stap toegevoegd, waarbij een bepaalde afbeelding voorspeld wordt op basis van de vorige geconstrueerde afbeeldingen, en enkel de verschillen met de vorige afbeeldingen en de extra informatie om de voorspelling te kunnen vormen, worden bijgehouden. Deze voorspellingsmethode wordt ook gebruikt in andere compressieformaten.
MPEG standaardiseert enkel het bitstreamformaat en de decoder. Een bitstreamformaat is de vorm waarin data zich bevindt in een reeks van bits die gebruikt wordt in een toepassing voor digitale communicatie of opslag. De encoder is helemaal niet gestandaardiseerd, maar als referentie zijn er implementaties beschikbaar voor leden die gevalideerde bitstreams produceren. Concreet betekent dit dat bijvoorbeeld een willekeurige MPEG-decoder om het even welk MPEG-materiaal van hetzelfde type kan decoderen, zonder rekening te moeten houden met de encoder.
De officiële benaming van MPEG is ISO/IEC JTC1/SC29 WG11. De gebruikte bestandsextensie voor MPEG op computers is .mpg.
[bewerk] Formaten
MPEG heeft een aantal compressieformaten gestandaardiseerd. Elk formaat heeft een onbekend aantal codecs. Doordat de bitstream en de decoder gestandaardiseerd is, kan een decoder van een bepaald formaat, iedere MPEG-bitstream van dat formaat decoderen. De codec waarmee een bepaald bestand geëncodeerd werd is dus voor de decoder niet van toepassing.
[bewerk] MPEG-1
MPEG-1 (1991) is de initiële compressiestandaard voor video en audio door de Moving Picture Experts Group. Later werd deze gebruikt als standaard voor video-cd. Het formaat beschrijft ook het populaire Layer 3 (MP3) audiocompressieformaat. De videocodec is enkel van toepassing voor niet-geïnterlinieerde beelden. Het formaat beschrijft verder ook nog synchronisatie en multiplexing van video en audio, procedures om de conformiteit te testen, en referentiesoftware.
[bewerk] MPEG-2
Het MPEG2-formaat (niet te verwarren met MP2, MPEG-1 Audio Layer 2) is voornamelijk ontwikkeld voor het transporteren van digitale kwalitatieve video en audio voor broadcasttelevisie. Het wordt gebruikt voor terrestriale digitale televisie over de lucht (ATSC, DVB en ISDB), broadcasting over satelliet (DirecTV), en digitale kabeltelevisie. Ook heeft het (met een kleine aanpassing) zijn toepassing gevonden op DVD-videodiscs.
De kwaliteit van een Mpeg2 wordt bepaald door: a) de bron:
consumer-toestellen:
DV format:
DV-eur PAL = 4:2:0 code
DV- NTSC = 4:1:1 code (Panasonic)
(bij mixing (editing) kan men 4:1:0 bekomen)
miniDV format = 4:2:0 code compressie 5:1
B-frames Ja/nee
prof markt:
norm ERU CCIR 601 4:2:2 code
b) en zijn bitrates.
Dus een mpeg2-formaat met 6Mbit/s is beter dan 1,5Mbit/s.
Indien de de bron code gelijk was.
opm.: Een goede DVD (1,5Mbps) is toch beter dan
een camera opname aan 2,5Mbps.
DVD mpeg2 normaal Cte Clk => 1500 kbps ISO/IEC 11172 norm.
Variabele Clk => 2500 kbps
TV max 15 Mbps
HDTV max 60 Mbps
[bewerk] MPEG-3
Oorspronkelijk werd MPEG-3 ontworpen voor HDTV, maar toen duidelijk werd dat soortgelijke resultaten konden bekomen worden door kleine aanpassingen aan MPEG-2 door te voeren, werd besloten om het verder ontwikkelen van MPEG-3 te beëindigen.
[bewerk] MPEG-4
MPEG4 is een uitbreiding van MPEG-1 om video/audio-“objecten” te ondersteunen, 3D-inhoud, lage bitrate-encoding en DRM (Digital Rights Management). Als bestandsformaat koos de Motion Picture Experts Group voor het Quicktime-bestandsformaat, ontwikkeld door Apple. Dit was niet naar de zin van Microsoft die graag hun eigen bestandsformaat in de ISO had zien opnemen, waarop zij prompt op de proppen kwamen met een eigen versie van MPEG-4. Het is overigens op deze (gesloten en incompatibele) Microsoft-variant van MPEG-4 dat het populaire DivX gebaseerd werd.
In samenwerking met het Joint Video Team (JVT) werd een geavanceerde videocodec ontwikkeld. Deze kreeg de naam H.264, maar dient vanzelfsprekend enkel als referentie. Softwareleveranciers kunnen, conform de ISO-standaard, hun eigen codecs en bijhorende encoders ontwikkelen, als dit een meerwaarde kan betekenen voor de door hen aangeboden producten. Enkele voorbeelden hiervan zijn Apple en 3ivx.
[bewerk] Andere Formaten
Verder zijn er nog MPEG-7 en MPEG-21. MPEG-7 is, in tegenstelling tot de andere standaarden, een standaard om multimedia-inhoud te beschrijven aan de hand van XML, in plaats van daadwerkelijke encodering van bewegende beelden. Deze standaard is trouwens nog in ontwikkeling. MPEG-21, ook nog in ontwikkeling, wordt door de Motion Picture Experts Group beschreven als een multimedia raamwerk.
[bewerk] MJPEG
Vaak wordt MJPEG ten onrechte als een MPEG-formaat aanzien, daarom werd ze ook in deze lijst opgenomen. In werkelijkheid is MJPEG echter een methode waarbij iedere frame van een beeldsequentie naar JPEG wordt omgezet om zo een 10:1 tot 20:1 compressie te bekomen. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt in commerciële postproductie. MPEG-1-kwaliteit aan lage bitrate is niet acceptabel voor deze gebruikers, en het is moeilijk om videosequenties te bewerken met inter-framecompressie.
Samengevat is MJPEG dus een toepassing van de Joint Photographic Experts Group, en niet van de Moving Picture Experts Group.
[bewerk] Veel gebruikte codecs
Zoals hierboven reeds beschreven heeft ieder MPEG-formaat zijn eigen codec. Aangezien echter enkel het formaat en de decoder beschreven zijn, kunnen dus andere codecs ontwikkeld worden. Voorbeelden hiervan zijn Sorenson Squeeze, 3ivx en Nero Digital.
[bewerk] Toepassingen
Om intercompatibiliteit te verzekeren, waarbij verschillende producten de standaard op dezelfde manier implementeren, werd de Internet Streaming Media Alliance (ISMA) opgericht als een samenwerkingsverband tussen Apple, Cisco, IBM, Kasenna, Philips, Sun Microsystems, AOL Time Warner, Dolby Laboratories, Sony en 27 andere bedrijven. De ISMA houdt zich vooral bezig met het definiëren van bruikbare profielen.
Zoals eerder al beschreven hebben de verschillende MPEG-formaten elk hun eigen toepassingen gevonden. Zo wordt MPEG-2 voornamelijk gebruikt door digitale televisiebroadcasters, en zal MPEG4 vooral bij de gewone consumenten zijn plaats veroveren (draadloos netwerk). Na verloop van tijd zal MPEG4 echter ook op professioneel vlak MPEG-2 gaan overnemen. Zo zijn er nu al plannen om bij iDTV ondersteuning te bieden aan MPEG4, in plaats van enkel MPEG-2. De grote winst aan bandbreedte aan eenzelfde kwaliteit is vanzelfsprekend een verpulverend argument.
Vooral het gebruik van MPEG-1 zal evenredig met de opkomst van MPEG-4 afnemen. VHS-kwaliteit is voor de veeleisende consument niet langer voldoende, en de uiterst efficiënte videocompressie van MPEG4 part10 maakt dit het formaat van de toekomst.
[bewerk] Players
Aangezien MPEG-4 wordt voorspeld als het meest gebruikte formaat voor video en audio, wordt dit formaat reeds door de meeste nieuwe spelers ondersteund. Hieronder kunnen we onder andere Quicktime 6, RealPlayer 10 en de VLC media player opmerken. Microsoft weigert echter nog steeds om mp4-bestanden in hun Windows Media Player te ondersteunen. Naar verluidt is dit om hun eigen formaat aan de industrie op te dringen. Of ze hier daadwerkelijk in zullen slagen is nog de vraag.
[bewerk] Streaming
Het MPEG-formaat is uitermate geschikt om te Streamen. De Motion Picture Experts Group heeft hiervan altijd het nut ingezien en rekening mee gehouden bij de ontwikkeling van hun formaten en implementatie van codecs. Helaas volgde de industrie deze redenering niet, en is MPEG op commercieel vlak nooit doorgebroken als streaming formaat. Dit was voornamelijk te wijten aan het feit dat concurrerende formaten als RealMedia en Windows Media met hun eigen streamingserver op de markt kwamen. MPEG is immers een standaard, die niet wordt gestuwd door een commercieel bedrijf, en dus moet rekenen op implementatie en ontwikkeling door derden.
Voor MPEG-4 lijkt dat hier verandering zal komen. Een groot voorbeeld hierin is de Darwin Open Source Streamingserver van Apple, die streaming van MPEG-4 ondersteunt. Alles zal echter afhangen van de ondersteuning door de players. Inmiddels is dankzij het succes van iPod, iTunes de QuickTime speler vrijwel even wijd verbreid als de Windows Media-speler. Met name in het mobiele segment en de Set Top Box (IP TV) zijn de kansen voor MPEG streaming aanzienlijk.
