MPEG-4


MPEG-4 ist ein MPEG-Standard (ISO/IEC-14496), der unter anderem Verfahren zur Video- und Audiodatenkompression beschreibt. Ursprünglich war das Ziel von MPEG-4, Systeme mit geringen Ressourcen oder schmalen Bandbreiten (Mobiltelefon, Video-Telefon, …) bei relativ geringen Qualitätseinbußen zu unterstützen. Da H.263, ein Standard der ITU zur Videodekodierung und -kompression, jene Voraussetzungen bereits zufriedenstellend verwirklicht hatte, wurde er ohne größere Änderungen als Teil 2 in MPEG-4 integriert.

Bis Mitte 2019 sind fast alle Patente zum Teil 2 ausgelaufen, so dass dieser bald beliebig lizenzfrei genutzt werden kann. In Deutschland sind noch drei Patente gültig (bis 2021).[1]

Zusätzlich zur Videodekodierung wurden auch noch einige Audiostandards, wie das bereits in MPEG-2 standardisierte Advanced Audio Coding (AAC) sowie die Unterstützung für Digitale Rechteverwaltung, die unter der englischen Bezeichnung Intellectual Property Management and Protection (IPMP) läuft, in den Standard aufgenommen.

Das offizielle Containerformat von MPEG-4 ist MP4.

Inhaltsverzeichnis

MPEG-4-Teile


MPEG-4 besteht aus mehreren Standards, die Teile (englisch parts) genannt werden, einschließlich der folgenden:

(Stand Juli 2014).

Profile werden auch innerhalb der Teile definiert, weshalb die Implementierung eines Teils gewöhnlich keine Implementierung des ganzen Teils ist.

Videodekodierung


Für das Advanced Simple Profile (ASP) kann der Dekoder-Teil für die globale Bewegungskompensation einfach weggelassen werden.

Variable Längendekodierung

Die variable Längendekodierung (VLC) basiert auf dem Verfahren nach Huffman zur Redundanzreduktion. Die Codewörter werden mit Hilfe von Tabellen, sogenannten „look-up-tables“, dekodiert.

Inverses Abtasten

Aus der variablen Längendekodierung erhält man ein eindimensionales Datenfeld QFS[n] mit Werten von 0 bis 63 für n. Diese Ausgabe wird an dieser Stelle in ein zweidimensionales Datenfeld konvertiert mit dem Bezeichner aus dem Blockschaltbild oben PQF[v][u], wobei v und u Werte von 0 bis 7 annehmen. In der folgenden Abbildung sind die drei definierten Muster zur Abtastung dargestellt.

Inverse DC- und AC-Prädiktion

Diese anpassungsfähige Auswahl von DC- und AC-Prädiktionsrichtungen basiert auf einem Vergleich der horizontalen und vertikalen DC-Gradienten um den zu dekodierenden Block herum.

Inverse Quantisierung

Der Quantisierungsprozess an sich ist reversibel und somit ein redundanzreduzierendes Verfahren. Allerdings stehen bei der Rekonstruktion der DCT-Koeffizienten eine beschränkte Anzahl von diskreten Werten zur Verfügung. Somit ist die inverse Quantisierung verlustbehaftet. Die beiden Vorteile des Quantisierungsprozesses sind:

  1. Für den Betrachter signifikante Koeffizienten, also jene, die maßgeblich zum Qualitätserhalt des Bildes beitragen, bleiben trotz geringfügiger Abweichung erhalten. Nicht signifikante Koeffizienten werden gestrichen. Typischerweise resultiert dies darin, dass der überwiegende Anteil der 64 Koeffizienten in der 8×8-Matrix nach der inversen Quantisierung null ist.
  2. Eine dünn besetzte Matrix mit einer beschränkten Anzahl von diskreten Werten kann effizient komprimiert werden.

Inverse Diskrete Kosinustransformation

Die Inverse Diskrete Kosinustransformation (IDCT) ist ein Verfahren zur Irrelevanzreduktion.

Bekannte Codec-Implementierungen (MPEG-4-Codecs)


Video
DivX
Xvid
HDX4
3ivx
FFmpeg enthält einen nativen MPEG-4 ASP Video Encoder und Decoder sowie einen H.264 Decoder
x264 Open-Source-Encoder für H.264
Nero Digital Video (ASP, H.264)
Apple QuickTime (MPEG-4 Video, H.263, H.264)
Audio
Psytel AAC, der Vorgänger von Nero AAC
FAAC, ein AAC Encoder und FAAD2, ein Open Source Decoder
FFmpeg unterstützt das Decoden und – experimentell – das Encoden von AAC und enthält einen ALS Decoder
Systems (BIFS)
GPAC Project on Advanced Content, BIFS-Player, -Encoder sowie Authoring-Werkzeuge für interaktive MPEG-4-Inhalte

Transport


Der Transport wird in MPEG-4-„Delivery Multimedia Integration Framework“ genannt. Die Funktion besteht darin, die eigentliche Quelle der multimedialen Datenströme zu verbergen, so dass der Player auf dem Terminal (evtl. PC) unabhängig von dem Transportnetz ist. Als mögliche Szenarien sind standardisiert:

Für den lokalen Fall ist das Dateiformat als „ISO Base Media File Format“ in MPEG-4 Teil 12 standardisiert. Das Unternehmen Apple stellte 1998 den ersten Quellcode zur Verfügung. Auf diesem wurde das MP4-Dateiformat im Teil 14 des Standards aufgebaut und entwickelt.

Referenz-Software


Siehe auch


Literatur


Weblinks


Einzelnachweise


  1. MPEG-4 Visual Attachment 1 – Stand April 2020 noch in Deutschland gültige Patente:
    • DE: 501 03 996.1 (EP: 01 94 0135.5): „Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Bearbeiten von Bildinformation zeitlich aufeinanderfolgender Bilder“, Siemens AG
    • DE: 101 43 063.9 : „Verfahren zur Reduzierung von Header-Information“, Siemens AG
    • DE: 601 45 600.9 (EP: 01 90 7562.1): „Wiedersynchronisierungsverfahren für Videodekodierung“, Koninklijke Philips N.V.









Kategorien: Audiokompression | Videokompression




Stand der Informationen: 30.04.2021 04:59:57 CEST

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