MPEG uitleg

MPEG uitleggen? Makkelijk toch? Het is de compressiemethode waarmee je video bestanden kleiner kunt maken zodat je ze op CD en DVD kunt branden. Klopt, maar er is meer... Wat is het werkelijk en hoe zit het in elkaar?

In dit artikel wordt een overzicht gegeven van MPEG compressie systemen en hun basis werking. Verderop in dit artikel gaan we dieper in op hoe de compressor en decompressor werken. In ieder geval is op te merken dat MPEG video compressie een uitermate complex systeem is, gebaseerd op moeilijke wiskundige algorithmes en modellen.

Bovendien vindt de compressie meestal plaats in het tijdsdomein. Dit maakt het systeem alleen maar complexer en moeilijker te begrijpen.

• Wat is MPEG?
• MPEG 1
• de basisprincipes van MPEG-1
• MPEG-2
• MPEG-4 en nieuwere standaarden
• MPEg mythes en nonsens
• Kwaliteitsvergelijking
• MPEG encoden
• MPEG compressie algorithmes

Wat is MPEG ?

De eenvoudigste manier om uit te leggen wat MPEG is door uit te leggen wat het niet is. In tegenstelling tot wat de meeste mensen denken is dat MPEG geen video formaat is, noch een compressiesyteem en ook geen geluidsbestandsformaat.

MPEG staat voor Moving Picture Experts Group. In andere woorden: een commissie bestaande uit een aantal mensen die bewegende beelden bestuderen en hun encodeer systemen en de manieren waarop de beelden kunnen worden afgespeeld.

MPEG is opgericht in januari 1988 met de opdracht om standaarden te ontwikkelen voor codering van bewegende beelden, geluid en de combinatie daarvan. De commissie werkt als onderdeel van de Joint ISO/IEC Technische Commissie (JTC 1) betreffende Informatie Technologie en is formeel Werk Groep 11 van Sub Commissie 29.

Vanaf de allereerste bijeenkomst in mei 1988, bijgewoond door 25 experts, is MPEG gegroeid tot een ongewoon grote commissie. Er zijn nu meer dan 350 deelnemers van rond de 200 bedrijven en organisaties in meer dan 20 landen. Normaal vergadert MPEG drie keer per jaar (in Maart, Juli en November) maar vaker als de werkhoeveelheid dat vereist. Een groot gedeelte van de experts werkt in research of op universiteiten.

MPEG standaards

De MPEG omgeving lijkt nogal informeel, maar hun werk heeft een zeer hoge strategische waarde. De standaarden die door MPEG worden opgesteld worden aangeduid met 5-cijferige ISO codes (de ISO code voor MPEG-1 is 11172 en voor MPEG-2 is 13818).

Het publiceren van standaards is de laatste stap van een lang proces dat begint met een voorstel voor een nieuw stuk werk in een commissie. Als de scope voldoende is vastgelegd, worden er gewoonlijk aanvragen voor voorsellen gedaan. Tot op heden zijn de volgende aanvragen gedaan:

• MPEG-1 Audio en Video (Juli 1989) formeel goedgekeurd als standaard November 1992
• MPEG-2 Audio en Video (Juli 1991) formeel goedgekeurd als standaard November 1994
• MPEG-4 Audio en Video (Juli 1995) , goedgekeurd in Oktober 1998 ( versie 1 ) en December 1999 ( versie 2 )

Op dit moment werkt de commissie aan MPEG4 versie 3,4 ed 5 en MPEG-7.

Het werk in deze groep heeft ook geleid tot 2 andere standaards die tegenwoordig gebruikt worden: H.261 dat gericht is op telecommunicatie en ISO10918 oftewel JPEG, in gebruik voor encoderen van stilstaande beelden. Elementen van deze standaards zijn ook terug te vinden in de MPEG standaarden.

MPEG-1 of ISO/IEC 11172

MPEG-1 was het eerste formaat dat in 1992 door de MPEG commissie is uitgebracht. Het is een uiterst populaire standaard en er zijn voor vrijwel alle computer platforms spelers voor Het wordt op uitgebreide schaal gebruikt in vele multimedia en spel applicaties met complexe video beelden waarbij een minimum hoeveelheid opslagruimte wordt gebruikt. Het was oorspronkelijk ontwikkeld als mogelijkheid om video informatie op digitale media op te slaan en vond snel toepassing in allerhande applicaties waarin bewegende beelden worden gebruikt.

MPEG-1 geeft een oplossing voor het combineren van een of meerdere data stromen van video en audio met tijdsinformatie waarbij een enkele stroom wordt gevormd. Als de ifnormatie zich eenmaal in een enkele stroom bevindt kan het eenvoudig worden opgeslagen in een bestand met tijdsvolgordelijke data. MPEG-1 heeft voorzieningen voor zowel as 625-lijnen en 525-lijnen video. Het is ontwikkeld om principally te gebruiken vanaf opslagmedia met een continue overdrachtssnelheid van ongeveer 1,5 Mbit/s. Desondanks kan het ruimer gebruikt worden omdat de gebruikte benadering erg generiek is.

Het MPEG-1 formaat is een asymmetrische codec. Dit betekent dat de moeite die nodig is om te encoderen niet hetzelfde is als voor decoderen. Encoderen kan erg lanzaam zijn maar het decoderen moet snel zijn omdat er 25 of 30 beelden per seconde moeten worden afgeleverd aan de TV. Een typische real time MPEG-1 encoder heeft ongeveer 250 MIPS (milljoen instructies per seconde) nodig en gebruikt daarom veel rekencapaciteit. In tegenstelling daarop can de decodere lopen op een component van $5 met een snelheid die zo laag kan zijn als 20 MHz.

Basisprincipes van MPEG-1

MPEG-1 start met schalen van het beeld tot 352 x 240 pixels bij 25 of 30 beelden/s (afhankelijk van of je in Europa of in de VS bent) met deoriginele geluidskwaliteit. De beelden worden geconverteerd in de YUV ruimte om verdere berekeningen eenvoudiger en sneller te maken. (Zie ook ons artikel over het selecteren van kleur voor TV om meer te leren over de YUV kleuren ruimte en waarom dit de voorkeur geniet boven andere video formaten).

De twee chrominantie kanalen (U en V) worden geschaald naar 176 x 120 pixels. Experimenten hebben aangetoond dat je zelfs naar veel lagere resoluties kunt gaan zonder dat het menselijke oog dit opmerkt.

Vervolgens wordt het beeld verdeeld in een aantal blokken. Een compressie algorithme wordt vervolgens losgelaten op elk van de blokken.