Konzepte Content-Repräsentation & Markup-Sprachen

5.6 Standards für digitale Videokodierungen

Die heute verfügbaren Standards für digitale Videokompression haben sich primär aus zwei Anwendungsgebieten entwickelt: aus der Unterhaltungsbranche (Aufzeichnung und Wiedergabe von Spielfilmen, Dokumentation und ähnlichem) und aus der interaktiven Videokommunikation (Bildtelefonie, Videokonferenzen). Für die Unterhaltungsbranche wurde von der Motion Picture Experts Group (MPEG) der International Organisation for Standardization (ISO) Anfang der 1990er Jahre die erste Version des gleichnamigen Standards — MPEG-1 — entwickelt. Dies geschah mit dem Ziel, Videofilme mit der Bandbreite einer Audio-CD (etwa 1,5 Mbit/s) speichern zu können: das Ergebnis war ein Verfahren, das unter anderem bei Video-CDs zum Einsatz kam. Etwa zur gleichen Zeit wurde im Telecommunication Sector der International Telecommunication Union (ITU-T) eine Empfehlung für Bewegtbildkompression entwickelt, die Videokommunikation über ISDN-Verbindungen von 64 kbit/s bis 2 Mbit/s ermöglicht: H.261.

Bei der Entwicklung von Kompressionsverfahren für Bildtelefonie konnten eine Reihe von Annahmen getroffen werden, welche Bildinhalte zu erwarten sind und mit welchen zeitlichen Änderungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern vorwiegend zu rechnen ist. Deshalb konnte die Entwicklung von H.261 als spezielles Bewegtbildkompressionsverfahren auf dieses Anwendungsgebiet ausgerichtet werden. Für die interaktive Videokommunikation läßt sich beispielsweise annehmen, daß das Bild im allgemeinen einen oder mehrere Portraitbereiche von Personen vor einem unveränderlichen Hintergrund zeigt. Die Bewegungen in der Szene werden eher langsam sein (Kopfbewegungen, eventuell Kameraschwenks oder Zoom), beim Sprechen verändern sich primär die Lippen. Schließlich finden Bewegungen meist in der Bildmitte statt. Solche Szenarien eignen sich ausgezeichnet, um die Bewegtbilder durch Eliminieren der zeitlichen Redundanz stark zu komprimieren, da sich nur geringe Teile des Bildes ändern. Geht man von diesen Rahmenbedingungen aus, lassen sich Bewegtbilder mit moderatem Rechenaufwand in Echtzeit komprimieren, wie es für interaktive Anwendungen erforderlich ist. Dabei wird in Kauf genommen, daß die Kodierverfahren plötzliche großflächige Änderungen im Bild nicht vollständig in der zur Verfügung stehenden Bandbreite kodieren können, so daß vorübergehende Störungen im Bild entstehen.

Bei Spielfilmen hingegen treffen die eben getroffenen Annahmen nicht mehr zu: Verfolgungsjadgen, sehr dynamische Kameraführung, häufige Bildwechsel (etwa bei Musik-Video-Clips) usw. reduzieren die zeitliche Redundanz. Zwar gibt es immer noch Folgen von Einzelbildern, die hinreichend ähnlich sind, die Länge solcher Bildfolgen ist jedoch kürzer, und die Bilder unterscheiden sich stärker. Verglichen mit Videokonferenzanwendungen ist hier weitaus mehr Rechenaufwand erforderlich, um eine akzeptable Kompressionsrate zu erzielen. Gerade bei Spielfilmen ist aber eine solche asymmetrische Kompression möglich, weil diese nicht in Echtzeit kodiert werden müssen; dafür sind im Gegensatz zur Videokonferenz gravierende Qualitätseinbußen des Bildes auch vorübergehend nicht akzeptabel.

In beiden Gremien wurden die jeweiligen Standards im Laufe der Zeit weiterentwickelt: in der ISO entstanden nach MPEG-1 dann MPEG-2 und MPEG-4, in der ITU-T nach H.261 bisher drei Inkarnationen von H.263 aus den Jahren 1996, 1998 und 2000. Die teilweise enge Zusammenarbeit beider Gremien (MPEG-2 ist auch als H.262 veröffentlicht) und der Fokus auf neue gemeinsame Interessenbereiche wie etwa Videokodierungen für sehr niedrige Bandbreiten hat dazu geführt, daß die neuesten Bildkompressionsstandards — MPEG-4 und H.263 — weitgehend auf den gleichen Algorithmen beruhen und damit ähnliche Leistungsmerkmale aufweisen. Dennoch gibt es einige Unterschiede zwischen MPEG-4 und H.263, und die beiden Normen stehen heute in Konkurrenz für Anwendungen mit bidirektionaler Kommunikation, wobei die spezifische Unterstützung für Mobilfunknetze derzeit im Vordergrund der Aktivitäten beider Gruppen steht.

Im folgenden gehen wir kurz auf die wesentlichen Eigenschaften der eben genannten Standards ein.

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