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05.06.2005

Videos schrumpfen

Know How: MPEG-Grundlagen

Burkhard Müller

Beziehen sich P- und B-Frames nur auf Frames innerhalb der gleichen GOP, liegt eine geschlossene GOP vor, sonst eine offene.

Reihenfolge der Frames

Da B-Frames von zukünftigen P-Frames abhängen, muss ein Encoder erst das P-Frame kennen, bevor er die vorhergehenden B-Frames encoden kann. Dies führt zu einer Umsortierung der B- und P-Frames im Encoder. Die folgende Abbildung zeigt diesen Sachverhalt:

Änderung der Frame-Reihenfolge durch den Encoder.

Der Encoder-Ausgang erzeugt die coded Frames in der gezeigten Reihenfolge. Der Decoder liest diesen Strom und stellt ihn in der ursprünglichen Reihenfolge (wie im Encoder-Eingang) dar.

Die MPEG2-GOP-Strukturen, die Reihenfolge der Frames sowie jeder einzelne Frame (nicht gezeigt) lassen sich mit dem Tool Moonlight MPEG Stream Explorer sichtbar machen:

Analyse der GOP-Struktur mit dem MPEG-Stream Explorer

Die Stream Order entspricht dem Encoder-Input, die Decoder Order dem Encoder Output. DivX-Strukturen lassen sich mit dem EKG aus dem DivX-Paket anzeigen, allerdings nur nach dem ersten Pass, also während des Encodings und nicht nachträglich.

Um die Reihenfolge der Frames zu ändern, werden diese im Encoder für kurze Zeit im so genannten VBV-Buffer (Video Buffering Verifier) gespeichert und dann in der vertauschten Reihenfolge an den Decoder gegeben, der sie wiederum für die Rückberechnung der Reihenfolge in seinem VBV-Buffer zwischenspeichert. Der Wert für den VBV-Buffer wird im Encoder festgelegt, ist im MPEG-Stream enthalten und beträgt zum Beispiel für SVCDs 224 KByte. Der VBV-Buffer kann somit auch im Encoder verkleinert werden. Kann der VBV-Buffer den Datenstrom nicht mehr aufnehmen, kommt es zu einem Buffer-Overflow und Ruckeln bzw. Bild- und Tonstörungen sind die Folge. VBV-Buffer gibt es für DivX erst seit Version 5.0x.

Wann ein Frame beim Decoder ankommt und wann er auf dem Bildschirm ausgegeben werden soll, ist exakt für jeden Frame innerhalb des MPEG-Stroms durch Zeitstempel festgelegt. Der Presentation Time Stamp (PTS) legt fest, wann der Frame beim Decoder ankommen soll und der Display Time Stamp (DTS) bestimmt, wann der Frame angezeigt werden soll. Der DTS muss immer größer als der PTS sein, weil der Decoder die Frames erst verarbeiten muss, bevor er sie anzeigen kann. Andernfalls kann es zu Bildstörungen kommen.

Farbräume

Das verwendete Farbmodell bzw. der Farbraum haben großen Einfluss auf die Qualität der Darstellung und die Geschwindigkeit der Berechnung von Bildern. Zudem kann ein Signal durch Manipulation der Farbkomponenten komprimiert werden.

Das RGB-Modell

Bilder werden am PC üblicherweise in RGB dargestellt. Jeder Bildpunkt besteht dabei aus Punkten für die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die Auflösung beträgt heute meistens (abhängig von der Grafikkarte) 8 Bit pro Farbanteil, die Intensität einer Grundfarbe kann damit in 256 Schritten von 0 bis 255 angegeben werden. RGB(0,0,0) entspricht schwarz, RGB(255,255,255) weiß. Das RGB-Tripel belegt zusammen 24 Bit, damit lassen sich 16 777 216 unterschiedliche Farbwerte darstellen. Das ist mehr als das menschliche Auge unterscheiden kann, deswegen spricht man hier von True Color.

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