MPEG

// Eine Voraussetzung für das Verständnis der MPEG-Videokompression ist die Kenntnis des @JPEG-Standards. // // RLE, Huffman, DCT und deren Verknüpfung sollten Ihnen bekannt sein! // =MPEG= Warum beschäftigen wir uns beim Thema MPEG hier nicht sofort mit den neuesten Entwicklungen der Standards (z.B.H.265)?
 * 1) MPEG-2 wird nach wie vor eingesetzt (DVB-S, DVB-C, DVB-T, DVD, ...).
 * 2) Beim MPEG-4-Standard handelt es sich sozusagen um eine Verfeinerung und Aktualisierung des MPEG-2 Standards.
 * 3) MPEG-4 ist schwerer zu verstehen, wenn man sich nicht zuvor die Grundlagen der MPEG-2 Videokompression erarbeitet hat.

Bereiten Sie einen kleinen Vortrag zum Thema MPEG 2 Video vor! (ca. 15Min.)
>> media type="custom" key="27215150"//Quelle: Wikipedia (@http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e2/GOP_2.svg/640px-GOP_2.svg.png)//
 * begleitende Erstellung von erläuternden Skizzen an Smartboard bzw. Tafel erwünscht
 * Die wesentlichen Fakten/Gesichtspunkte sollten genannt werden, z.B. mit folgender Gliederung
 * Historie
 * Generelle Funktionsweise (Intraframe vs. Interframe)
 * I-Frames, B-Frames u. P-Frames
 * Group of pictures (GOP)
 * Profiles + Levels
 * Was ist zu beachten beim Arbeiten mit dem MPEG2-Format (z.B. Schnitt)?

Die Aufgabe gibt es hier zusätzlich als zum Download.

Material
MPEG2 Wikipedia Beitrag bzw. andere hier genannte Links: Videokompression: Intraframe vs. Interframe: Weitere:
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/Moving_Picture_Experts_Group
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/MPEG-2 MPEG-2
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/Bildergruppe
 * @http://www.bluray-disc.de/lexikon/mpeg-2 Historie, Vergleich MPEG1/MPEG2, ...
 * @http://mpeg.chiariglione.org/standards/mpeg-2/mpeg-2.htm
 * @http://www.itwissen.info/definition/lexikon/MPEG-2-MPEG-2.html
 * @http://www.anvsoft.de/video-auf-dvd/MPEG2_auf_DVD.php
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/H.264 MPEG-4
 * @http://en.wikipedia.org/wiki/H.264/MPEG-4_AVC
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/Context_Adaptive_Binary_Arithmetic_Coding
 * @http://www.youtube.com/watch?v=Uyxy9DCrq1U MPEG2 vs. MPEG4 - sehr anschaulich für Menschen mit Vorkenntnissen!
 * @http://www.youtube.com/watch?v=Gl7aLED8g9c Video Teil1
 * @http://www.youtube.com/watch?v=UYGpBUKoxtc Video Teil2
 * @http://www.youtube.com/watch?v=bsRWszG84Ko Codec Lecture
 * @http://www.netzwelt.de/news/69926-mpeg2-arbeiten-diesem-format-beachten-muss.html
 * @http://www.bretl.com/mpeghtml/MPEGindex.htm
 * @http://neue-medien.fh-joanneum.at/proj/nm/nm3/mpeg.html
 * @http://www.dvd-tipps-tricks.de/digitalvideo.php
 * @http://ip.hhi.de/imagecom_G1/assets/pdfs/Overview_SVC_IEEE07.pdf
 * @http://iphome.hhi.de/wiegand/assets/pdfs/2012_12_IEEE-HEVC-Overview.pdf
 * @http://de.wikipedia.org/wiki/Videokompression
 * @http://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/voice_ip_comm/uc_system/design/guides/videodg/vidguide/basics.html
 * @http://keyj.emphy.de/files/projects/videocomp.pdf
 * @http://www.film-tv-video.de/newsdetail+M51aec07ef37.html?&no_cache=1
 * []
 * @http://wolfcrow.com/blog/intra-frame-vs-inter-frame-compression/
 * @http://www.netzwelt.de/news/74883-freeware-woche-mpeg-streamclip.html
 * @http://www.bbc.co.uk/rd/publications Suche nach MPEG o.ä.
 * Vorführung von ausführlichen Lehrvideos, welche auch z.B. bereits behandelte Inhalte wiederholen.
 * Ggf. Computerraum: Material wird im Verzeichnis T:\MPEG2 zur Verfügung gestellt.

Bewertung des Vortrags

 * ~ das war nix ||~ --- ||~ --- ||~ --- ||~ --- ||~ --- ||~ sehr gut ||
 * an der Aufgabenstellung vorbei || 1 || 2 || 3 || 4 || 5 || alle geforderten Inhalte vorhanden ||
 * abgelesener Vortrag || 1 || 2 || 3 || 4 || 5 || freier Vortrag ||
 * einschläfernd, leise || 1 || 2 || 3 || 4 || 5 || überzeugend, klare Aussprache ||
 * viel zu kurz (bzw. lang) || 1 || 2 || 3 || 4 || 5 || zeitlicher Vorgaben eingehalten ||
 * NOTE || 5 || 4 || 3 || 2 || 1 ||  ||

Aufgabe 2 - GOPs visualisieren
Manchmal erscheint es interessant, sich einen Videostream genauer anzusehen auf GOP-Ebene. Zu diesem Zweck kann man z.B. das folgende Tool einsetzen: Suchen Sie sich ein paar MPEG2-Videos (z.B. die *.vob-Dateien von einer DVD) und analysieren Sie deren GOPs. Das könnte z.B. wie folgt aussehen: media type="custom" key="27324340" //Quelle: HIFI-Forum,// @http://www.hifi-forum.de/bild/gop_374749.html
 * @http://www.personal-view.com/faqs/streamparser

Aufgabe 3 - Transport Stream (TS) vs. Program Stream (PS)
Klären Sie den Unterschied zwischen MPEG-TS und MPEG-PS!
 * Wozu gibt es diese beiden Formate?
 * Wofür werden Sie eingesetzt? Nennen Sie Anwendungsbeispiele!
 * Gibt es Qualitätsunterschiede zwischen TS und PS?
 * Welches Format ist bevorzugt zu speichern? TS? PS? Keines?
 * Worum handelt es sich? Falls es sich um Container handelt, wie lauten die Dateisuffixe?

Infos:

 * @https://www.vbrick.com/docs/VB_WhitePaper_TransportStreamVSProgramStream_rd2.pdf
 * @http://www.winxdvd.com/resource/ts.htm

Aufgabe 4 - DVD, Bluray
a) b)
 * Nennen Sie die Standard-Bildschirmauflösung einer DVD!
 * Welches Kompressionsverfahren wird für die DVD eingesetzt?
 * siehe @http://www.dvd-tipps-tricks.de/digitalvideo.php
 * Werden GOPs verwendet?
 * Welcher Kompressionsfaktor kommt zum Einsatz?
 * Wie gross wäre die Datenmenge einer DVD ohne Kompression?
 * Nennen Sie die Standard-Bildschirmauflösung einer Bluray!
 * Welches Kompressionsverfahren wird für die Bluray eingesetzt?
 * Welcher Kompressionsfaktor kommt zum Einsatz?
 * Wie gross wäre die Datenmenge einer Bluray ohne Kompression?

Aufgabe 5 - Digital Video Broadcasting Terrestrial
DVB-T und DVB-T2 setzen das MPEG-Verfahren bei der Übertragung ein.
 * Welche Varianten von MPEG werden jeweils eingesetzt? Bitte genau!
 * Welche Datenrate steht bei den beiden Protokollen für einen Sender jeweils zur Verfügung?
 * Mit welcher Bildschirmauflösung und welcher Abtaststruktur werden die Bilder übertragen, wenn die volle Datenrate voll genutzt wird?
 * Welche Kompressionsfaktoren folgen aus den zuvor genannten Werten?
 * siehe auch @http://neue-medien.fh-joanneum.at/proj/nm/nm3/mpeg.html

Infos zur Aufgabe:

 * @http://de.wikipedia.org/wiki/MPEG-Transportstrom
 * @http://en.wikipedia.org/wiki/MPEG_transport_stream
 * @http://en.wikipedia.org/wiki/.m2ts
 * @http://www.netzwelt.de/dateierweiterung/ts.html

Aufgabe 6 - H.262, H.263, H.264, H.265, HEVC, MPEG-4/AVC, ...

 * Was bedeuten H.262, ...?
 * Für welche Standards stehen die Bezeichnungen?
 * Wofür werden diese benötigt?
 * In welchen Containern werden solche Videos gespeichert?
 * Nennen Sie die wichtigsten Unterschiede zwischen den genannten Standards!
 * Qualität
 * Einsatzmöglichkeiten
 * Einsatzmöglichkeiten

Aufgabe 7 - Betacam SX
Welche Art von GOPs verwendet die Betacam SX und warum?
 * @https://pro.sony.com/bbsc/assetDownloadController/rcc-5g.pdf?path=Asset%20Hierarchy$Professional$SEL-yf-generic-153708$SEL-yf-generic-153751SEL-asset-45585.pdf&id=StepID$SEL-asset-45585$original&dimension=original
 * @http://www.dvcentral.org/DV-Beta.html

Aufgabe 8 - GoPro MPEG4/AVC
Die GoPro zeichnet Videodaten in H.264 auf. Welche Konsequenzen hat das für Videoaufnahmen mit dieser Kamera? Welche Kamera-Einstellungen sind zu bevorzugen? Betrachten Sie Aufnahmen mit und ohne Bildstabilisierung, verschiedene Auflösungen, Bilder mit und ohne Stativ bzw. Helmkamera.
 * @http://videobearbeitung-in-action.de/gopro-einstellungen-hero-3-black-edition/
 * @http://www.dcrainmaker.com/2014/11/gopros-review-indepth.html
 * @http://appleinsider.com/articles/14/10/27/review-gopro-hero-4-black-brings-high-frame-rates-to-high-resolution-video
 * @http://abekislevitz.com/gopro-getting-started/
 * @http://de.gopro.com/support/articles/video-resolution-settings-and-format
 * @http://de.gopro.com/support/articles/programs-to-view-and-edit-videos-on-a-pc

Aufgabe 9 - Export Settings
Welchen Einfluss haben Sie auf die Gestaltung der GOPs? (z.B. Premiere Pro/Media Encoder) Finden Sie in den folgenden Beschreibungen die entsprechenden Einstellungsmöglichkeiten und präsentieren Sie Ihr Ergebnis:
 * @https://helpx.adobe.com/de/media-encoder/using/export-settings-reference.html
 * @http://help.adobe.com/de_DE/AdobeMediaEncoder/4.0/WSCA5A8F18-163A-4176-B5EF-61AAF43367CD.html
 * @https://helpx.adobe.com/de/premiere-elements/using/common-settings-sharing.html
 * @http://help.adobe.com/de_DE/encore/cs/using/WS30F202DE-20AC-4f7e-829F-8CB530EFF97E.html
 * https://documentation.apple.com/en/compressor/usermanual/index.html#chapter=18%26section=5%26tasks=true

Aufgabe 10 - Profiles and Levels
Erläutern Sie, welche Profiles und Level der MPEG-Standard definiert und wofür diese benötigt werden!
 * @https://forums.adobe.com/thread/1455045?tstart=0
 * @https://de.wikipedia.org/wiki/H.264
 * @http://www.dvxuser.com/V6/showthread.php?136193-Adobe-Media-Encoder-quot-Level-quot

Verständnisfragen:

 * 1) Ein Level in H.264 wird zum Beispiel beschrieben als 1b oder 2.1. Welches Level hat die höhere Qualität? Erläutern Sie, wie sich die beiden Level unterscheiden!
 * 2) Gibt es Unterschiede zwischen Levels und Profiles in MPEG2 und MPEG4?

Aufgabe 11 - Profiles und Levels professionell einsetzen
Ermitteln Sie Bezeichnungen der Profiles und Level, welche beim Fernsehen professionell eingesetzt werden können. Infos:
 * Fernseh-Richtlinien
 * Bezeichnungen in den Oberflächen von Schnittprogrammen
 * @https://de.wikipedia.org/wiki/MPEG-2
 * @https://de.wikipedia.org/wiki/H.264
 * usw.

Aufgabe 12 - HEVC Profiles und Levels
H.265 und HEVC sind identisch. Sie finden für diesen Standard auch die Bezeichnung MPEG-H Teil 2. Bei H.265 handelt es sich um den Nachfolger des H.264 Standards. Wie werden Profiles und Levels entsprechend dieses Standards notiert? Ergänzen Sie die Aufgaben 11 und 12 um Aussagen zu H.265.

Aufgabe 13 - Weitere aktuelle Standards
Ermitteln Sie, welche Profiles und Levels andere Standards bereitstellen:
 * @https://de.wikipedia.org/wiki/VP9
 * @https://de.wikipedia.org/wiki/Daala

1) ITU-Standard H.263
Schätzen Sie anhand dieser Aussagen ein, was Sie vom resultierenden Datenstrom erwarten dürfen:
 * H.263 ist eine Weiterentwicklung von H.261, d.h. verarbeitet nur progressiv aufgenommene Bilder, basiert auf dem YCbCr-Farbmodell, der DCT-Transformation, der Huffman-Codierung und einem Vorhersage-Mechanismus mit Intra-Frames und Predicted-Frames.
 * H.263 wurde für sehr niedrige Datenübertragungsraten (unter 64 kbit/s, also ISDN-Geschwindigkeit) und relativ wenig Bewegung optimiert.
 * H.263 enthält eine Komponente für starke temporäre Kompression und arbeitet am besten mit Sequenzen, die wenig Veränderung zwischen den einzelnen Bildern aufweisen.
 * 1) Wie groß ist die Bildauflösung?
 * 2) Wie groß sind die GOPs?
 * 3) Wieviele Fps?
 * 4) Welche Bildfehler?

2) MPEG4-Video
Der VLC-PLayer zeigt in den Codec-Informationen folgenden Text: MPEG-4 Video (mp4v)
 * Nennen Sie die fachlich korrekteren zwei Bezeichnungen für das Format der gespeicherten Videodaten!

3) DCT
In einer tabellarischen Übersicht von Videokompressionsformaten steht in der Spalte Kompression bei einem Format DCT. a) Was ist damit gemeint? b) Ist die Angabe DCT eine Aussage bzgl. Intraframe- oder Interframeformat oder hat das damit nichts zu tun? c) Wie sehen die typischen Bildartefakte aus, die durch die Anwendung einer DCT basierten Kompression entstehen?

Test - Prüfen Sie Ihr Wissen!

 * Download

=Lösungen=

Aufgabe 9
IbPb M1, N3 IbbPbbPbb M2, N8 IbbbPbbbPbbbPbbb M3, N15 IbbbbPbbbbPbbbbPbbbbPbbbb M4, N24 IbbbbbPbbbbbPbbbbbPbbbbbPbbbbbPbbbbb M5, N35

Aufgabe 10 - Profiles und Levels
Level und Profiles beschreiben die Qualität eines MPEG-Formats.

Profiles
Die H.264 Profiles beschreiben, welche Eigenschaften des MPEG4-Formats jeweils vom Codec verwendet werden sollen für das Encoding eines Videos. Sie heissen Baseline, Extended, Main, High, High 10, High 4:2:2 und High 4:4:4. Baseline entspricht von seiner Qualität her nicht den Vorgaben des Fernsehens, wobei High 4:4:4 sogar Chroma 4:4:4 unerstützt und die höchstmögliche Qualität beschreibt. (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/H.264#Profile)
 * 1) Baseline: Videokonferenzen und mobile Applikationen
 * 2) Main: Broadcast und aufwendigere Anforderungen
 * 3) High: Broadcast und disk-storage. HD-TV Applikationen, HD-DVD's und BluRay Disks.

Levels
In den H.264-Levels wird z.B. festgelegt, welche maximalen Werte gesetzt werden dürfen, z.B. für die Datenrate. Je höher das Level, desto höher ist die zu erwartende Datenrate. (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/H.264#Level)