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Eine Voraussetzung für das Verständnis der MPEG-Videokompression ist die Kenntnis des JPEG-Standards.
RLE, Huffman-Coding und DCT 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 (H.262, DVB-S, DVB-C, DVD, ...).

  2. Beim H.265-Standard handelt es sich um eine Verfeinerung und Aktualisierung von H.264 (MPEG4/AVC) und H.262.

  3. H.265 ist schwerer zu verstehen, wenn man sich nicht zuvor die Grundlagen der H.262 Videokompression erarbeitet hat.

Aufgabe 1 - Wie funktioniert der MPEG2-Standard?

Bereiten Sie einen kleinen Vortrag zum Thema MPEG 2 Video vor! (ca. 15Min.)


Die Aufgabe gibt es hier zusätzlich als Arbeitsblatt zum Download.
 

Material

MPEG2 Wikipedia Beitrag bzw. andere hier genannte Links:

Videokompression:

Intraframe vs. Interframe:

Weitere:

 

Bewertung des Vortrags

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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:

Quelle: HIFI-Forum, http://www.hifi-forum.de/bild/gop_374749.html
 

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:

 

Aufgabe 4 - DVD, Bluray

a)

  • Nennen Sie die Standard-Bildschirmauflösung einer DVD!

  • Welches Kompressionsverfahren wird für die DVD eingesetzt?

  • Werden GOPs verwendet?

  • Welcher Kompressionsfaktor kommt zum Einsatz?

  • Wie gross wäre die Datenmenge einer DVD ohne Kompression?

b)

  • 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?

Infos zur Aufgabe:

 

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

    • ...

 

Aufgabe 7 - Betacam SX

Welche Art von GOPs verwendet die Betacam SX und warum?

 

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.

 

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:

 

Aufgabe 11 - Profiles und Levels professionell einsetzen

Ermitteln Sie Bezeichnungen der Profiles und Level, welche beim Fernsehen professionell eingesetzt werden können.
Infos:

 

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:

 

Eine Sammlung von Aufgaben, welche z.B. in Klausuren verwendet werden könnten

1) ITU-Standard H.263

  • 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.

Schätzen Sie anhand dieser Aussagen ein, was Sie vom resultierenden Datenstrom erwarten dürfen:

  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.

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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)

© 2018/2019/2020 by Rüdiger Borrmann

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