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05.06.2005

Videos schrumpfen

Know How: MPEG-Grundlagen

Burkhard Müller

I-Frames werden vom Encoder auch bei Szenenwechseln eingefügt, da hier das vorhergehende Bild keinen Bezug zum aktuellen Bild mehr hat. Schließlich werden I-Frames von Playern zum Spulen verwendet: Ein schneller Vor- oder Rücklauf endet immer an einem I-Frame. Je mehr I-Frames vorhanden sind, desto genauer kann man Spulen.

Die Verteilung der Frame-Typen wird durch die GOP bestimmt. Diese ist bei DVD-Material zum Beispiel fest vorgegeben (15 Frames), bei MPEG4 aber sehr frei, meistens folgen auf ein I-Frame sehr viele P-Frames.

GOPs

Der Videostrom besteht nicht einfach nur aus einer Abfolge aneinander gereihter Bilder, sondern die verschiedenen Frame-Typen werden zu so genannten GOPs (Group of Pictures) zusammengefasst. Eine GOP könnte zum Beispiel so aussehen:

I PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP Oder so:
I BBP BBP BBP BBP BBP

GOPs beginnen immer mit einem I-Frame. Daran schließen sich mehrere B- und/oder P-Frames an. Die Abfolge dieser Frametypen ist im Prinzip beliebig, die Encoder passen die GOP den Gegebenheiten an, so dass unterschiedliche GOPs entstehen. Entscheidet sich der Encoder für den Beginn einer GOP - zum Beispiel weil ein Szenenwechsel vorliegt - entstehen unterschiedliche GOP-Längen, zum Beispiel:

I PPPPPPPPPPP I PPPPP I PPPPPPPPPPPPPP
I BBP BBP BBP BBP
I BBP BBP
I BBP BBP BBP BBP

Die GOP bestimmt die Qualität aber auch die Größe einer Bildsequenz. Je mehr I-Frames vorhanden sind, desto besser wird das Bild aber auch desto größer. Die GOP stellt immer einen Kompromiss zwischen Bildqualität und -größe dar.

GOPs können unterschiedlich "komponiert" werden: IIIIIII ist genauso erlaubt wie IBBBBBP oder IPPPPP, nur das Vorhandensein eines I-Frames zu Beginn der GOP ist zwingend.

Für genormte MPEG2-Ströme wie zum Beispiel DVD-Videodaten ist die GOP-Struktur fest vorgegeben, für SVCD- oder DVB-Streams sind die GOPs variabel. Die folgenden Abbildungen zeigt die GOP-Struktur des SVCD-Templates von TMPGEnc sowie die GOP-Struktur des DVD-Templates:

Die Struktur des SVCD-Templates bei TMPGEnc.

Die GOP-Struktur des DVD-Templates bei TMPGEnc.

Man erkennt, dass die SVCD-GOP länger ist. Die Anzahl Frames pro GOP ist variabel. Die DVD-GOP ist auf 15 Frames in einer bestimmten Reihenfolge festgelegt. Mit diesem Encoder lassen sich zum Beispiel auch eigene GOPs testen, so sind etwa spezielle GOPs für MVCD (vbr MPEG1) entstanden.

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