/A/D/E/ A. Dombi Engineering
CH-8712 Stäfa
Verfahrensbeschreibung: Schliessen: MPEG4-Video «Publizieren in MPEG4» 1. Was ist MPEG4? MPEG4 steht für ein relativ neues, international genormtes Verfahren zur speicherplatzsparenden digitalen Aufzeichnung von Bewegtbildern zusammen mit mehrkanaligem Ton. Hinter dem Format steht die "Motion Joint Picture Expert Group" (MJPEG). Wichtiges Merkmal aller bisherigen JPEG-Formate sind die Aufwärtskompati- bilität; d.h. fortschrittlichere Encoder/Decoder (Codecs) können jeweils auch ältere Formate derselben Edition verarbeiten. Mit MPEG4 codierte Videos erfahren grundsätzlich eine dramatische Reduktion des Platzbedarfs. Währenddessen z.B. für einen Kinofilm mit 2h Spieldauer im MPEG2-Verfahren eine teuere DVD mit rund 8GB (=8000MB) Kapazität nötig ist, kann der gleiche Film in einer VHS deutlich übersteigenden Qualität und in Stereo-CD-Ton auf einer gewöhnlichen, kostengünstigen CD mit 650MB gespeichert werden. Kapitelwahl- und Codec-Installationsprogramme ermögli- chen dabei das gleiche "Plug-and-Play"-Feeling, wie die DVD. Praktisch anwendbare Implementationen des MPEG4-Standards sind derzeit von Microsoft® (ASF-Codec im Media-Toolkit) und GEJ (DivX-MPEG4) verfügbar. Der MS-MPEG4-Codec verfügt über Kopierschutzmechnismen, währenddessen sich der Public-Domain DivX-Codec für breite Nutzung (z.B. Werbevideos) eignet. Aber auch der Ton kommt nicht zu kurz; so ist durch den 'interleaved' Video/ Audio-Dateiaufbau möglich, mit einem MPEG-Layer3-Audiodatenstrom von bloss 8kB/sec Streo-MD-Qualität zu erzielen; mit 16kB/sec lassen sich zu einer CD geringfügige Dynamik-Unterschiede nur noch im direkten A/B-Vergleich fest- stellen - dies notabene bei 44.1kHz Sampling-Rate. Da sich MPEG4 gegenüber MPEG2 - dem in DVD-Video gebräuchlichen Kompressi- onsverfahren - mit rund 1/8 (!!) des Speicherplatzes und Übetragungsband- breite begnügt, ist es absehbar, dass das MPEG2-Verfahren mit der Zeit von MPEG4 abgelöst werden wird. Damit bietet sich derzeit für alle Medien-Verlage und Publikationsplattfor- men, die jetzt frühzeitig in die MPEG4-Technologie einsteigen, ein handfes- ter Wettbewerbsvorteil, indem neue strategische Marktpositionen besetzt wer- den können, die bislang als technisch nicht machbar galten. 2. Wer kann MPEG4 gebrauchen? Jedermann, der hochqualitative, digitale Bewegtbild-Werke herstellt, publi- ziert, verbreitet, vermietet, archiviert, transportiert - und natürlich auch auf einem Computermonitor, Fernsehschirm oder auf einer Videoprojektor- Leinwand betrachten will. Da MPEG4 als in der Publikation günstiges, computerorientiertes und platt- formunabhängiges, digitales Dateiformat auch direkt in Applikationen ein- gebunden werden kann, reichen die Einsatzmöglichkeiten bereits heute weit über die von MPEG2 (VCD/DVD). - 2 - (Z.B. Internet-Seite, die auf «Knopfdruck» in Echtzeit ein Video abspielt, CD-Instruktionsprogramm, welches die Wartungsanleitung für ein Automobil nach einzelnen Themen vorzeigt, etc.) Damit ergeben sich die typischen Anwendungen in den Bereichen  Schulung (z.B. Interaktive Vermittlung von Lehrstoff)  Instruktionen (z.B. Serviceanleitung, Arbeits-Anweisungen, etc.)  technisch/wissenschaftliche Bildaufzeichnung (z.B. Naturbeobachtung)  Unterhaltung (Digital-Cinema, VCD, DVD-Ersatz, virtuelle Videothek)  Verkaufs- und Werbepräsentationen aller Art  Filmdaten-Archivierung/Rettung (z.B. Scannen alter Filme, DVD-Rettung)  Verlustarme Datenverdichtung für den Transport von Filmdaten  Gehobene Hobby-Digitalvideo-Produktion Die Tatsache, dass MPEG4 durch reine Software-Decoder auf einem üblich aus- gerüsteten Büro- bzw. Heim-PC in Echtzeit bildschirmfüllend abgespielt wer- den kann, verhilft diesem Dateiformat derzeit zu einer weltweit rasanten Verbreitung; dem auch die DVD-unterstützende Industrie nichts entgegenzu- setzen hat. Es ist damit absehebar, dass in naher Zukunft - analog zu den MP3-Musikplay- ern - auch MP4-Player, bzw. DVD-Player mit zusätzlicher MPEG4-Decodierung - auf dem Markt auftauchen werden. Der Markt für Value-Add-Products rund um MPEG4 (Video-Renderer, Software- player, DirctDraw(tm)-Beschleuniger, etc.), wächst schon heute täglich. 3. Welche technischen Voraussetzungen für MPEG4? a) Aufnahmeseitig Als Ausgangsmaterial zur Encodierung in MPEG4/MP3 können grundsätzlich alle analogen und digitalen Datenquellen genutzt werden. Analoge Quellen müssen dabei vordigitalisiert werden. (Kamera, Video-Band, Film-Scanner, DVD, CD, VCD, Computer-Animationsprogramme, etc.) Aufgrund der anspruchsvollen Ausrüstung und des nötigen Spezialwissens wird empfohlen, das Video-Postprocessing, die MPEG4/MPEG3-Encodierung sowie ggf. die Master-Herstellung einem entsprechend versierten Betrieb zu überlassen. Da das Datenkompressionsverhältnis in engem Zusamenhang mit der Qualität steht, sind zusätzliche Angaben für den Verwendungszweck und die beabsich- tigte Publikationsart (CD, Internet, Band, etc.) erforderlich. Weitere Parameter betreffen Tonspurzahl, Tonqualität, Kopierschutzmass- nahmen, Watermarking, versteckte Kennzeichnung, Startprogramme, etc. /A/D/E/ A. Dombi Engineering ist für die oben genannten Bearbeitungs- schritte ausgerüstet und kann damit einen kompetenten und preiswerten Full-Service rund um die Digitalvideotechnologie, sowie den zugehörigen Embedding-Applikationen bieten. Da das MPEG4-Medienendprodukt benutzerseitig mit wenig anspruchsvoller Technologie auskommt, betragen prinzipiell auch die Mastering- und Publi- kationskosten nur einen Bruchteil im Vergleich einer DVD-Publikation. So lassen sich z.B. Nullserien und Kleinstauflagen von MPEG4-Video-CD's wirtschaftlich ab MPEG4-Master-Diskimage sogar auf einem herkömlichen Büro-PC mit CD-Brenner produzieren. - 3 - b) Wiedergabeseitig Die Vorzüge des MPEG4-Formats sind denn auch auf der Nutzerseite gegeben, indem für die Wiedergabe von MPEG4-Medien ein handelüblich ausgerüstet- er Universal-PC ausreicht. (Heutiger typischer Standard: CPU P2/MMX- bis P3-450MHz, 32-128kB RAM, Farbgraphik-Karte, 15-17"-Monitor, CD-Laufwerk, (x32...x48) 8/16Bit-Sound-Blaster-Audio). Um dabei nicht ruckelnde und 'verkachelte' Abspielergebnisse zu produzieren, müssen die Systeme selb- stredend mit den passenden, modernen Hardwaretreibern betrieben werden. Schnelle Prozessoren, üppige RAM-Ausstattung und hardwarebeschleunigte Graphikkarten können die Wiedergabequalität soweit verbessern, dass sub- jetiv kaum mehr Unterschiede zur DVD wahrgenommen werden; ebenso verbes- sert sich der Anwender-Nutzen durch Anschluss eines Fernsehmonitors oder Video-Projektors, sowie der Stereo-Anlage an den PC. Durch spezielle Zusatz-Software, wie z.B. dem Voodoo-Video-Renderer zum Windows-Media-Player, können selbst bereits etwas betagte PC's noch zur aktzeptablen Wiedergabe von MPEG4 überredet werden. Da geeignete Gerätekonfigurationen - vom Notebook bis zur Power-Worksta- tion gerechnet - bereits eine enorme Marktdurchdringung im Büro- und Heimbereich hinter sich haben, ist auch ein breites Potential an Nutzern vorhanden, welches das Potential an DVD-Nutzern bereits heute überflüg- elt hat. (!!) Einen besonderer Trumpf kann MPEG4 jedoch damit ausspielen, dass zur Wie- dergabe keinerlei spezielle Decoderhardware erforderlich ist. So ist passende Decoder-Software z.B. für DivX-MPEG4 für alle gebräuch- lichen Betriebssysteme (Windows9x/NT/2000, MacOS, beOS, Linux) kosten- los als Public-Domain-Software verfügbar; und alle Windows-Mediaplayer ab Version 6 besherrschen schon von 'Hause auf' die Microsoft ASF-MPEG4- Implementation. Die auch in Europa aufkommenden schnellen Internet-Verbinden machen ab rund ca. 512kBit/sec Datenrate auch Video-On-Demand-Anwendungen in Echt- zeit (virtuelle Videothek, Video-Datenbanken, Internet-Multimedia-Präsen- tationen, etc.) möglich. In der Schweiz bietet z.B. Cablecom für rund CHF 60.--/Mt. und ab November 2000 demnächst flächendeckend auch Swisscom mit ADSL derartige schnellen Verbindungen auf breiter Basis an. Im firmeninternen Bereich sind herkömliche 10Base2-Ethernet-Netzwerke der ersten (!!) Generation ausreichend, um ohne nennenswerte Verlangsam- ung der Geschäftsanwendungen z.B. auch Instruktions-Videos für alle Ar- beitsabläufe anbieten zu können. Auch Hotels können damit einen kosten- günstigen Pay-Per-View Video-Service inklusive CATV über einen Netzwerk- PC mit PC-Video-Karte und einem einem Fernseh-Monitor realisieren. Bei modernen 100BaseT-Netzwerken macht sich der Transport von MPEG4-Vi- deodatenströmen kaum mehr bemerkbar - selbst wenn 10-20 Clients gleich- zeitig das Medium nutzen. Aber selbst herkömliche Publikationen auf CD bringen dem Benutzer wesent- liche Vorteile in der Handhabung und Fehleranfälligkeit. Ist doch eine CD durch die über 10x geringere Datendichte gegenüber der DVD wesentlich we- niger empfindlich auf mechanische Beschädigungen. Abnutzungseffekte und die magnetische Qualitätsbeeinträchtigung - wie bei VHS - fallen sogar völlig dahin. Damit wird dem Konsumenten ein langlebiger, milliardenfach bewährter Da- tenträger in die Hand gegeben, welcher seine Investitionen langristig schützt und mit dem er sich kaum mehr mit Funktionsproblemen konfrontiert sehen wird. Selbstverständlich kann aber auch DVD als Datenträger von MPEG4 durch hö- here Datendichte und/oder besserer Wiedergabequalität durch gegenüber MPEG2 vermindertem hochfrequentem Bildrauschen profitieren. (!!) 4. Technische Rahmen-Daten von MPEG4? Grösse Masseinheit Minimal Typisch Maximal ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————— Dateiendungen Extension .AVI .ASF Bildpunkte (Breite x Höhe) Pixel 32x32 640x358 1448x1086 Stretching-Faktoren SF 1 2 8 Resizing/Filtering - linear bilinear bicubic Farbtiefe RGB Bits 8 16/24 32 Bildwiederholrate FPS 1 25 PAL 60 Bildaufbauschema Interlaced Ja Nein Videosysteme NTSC, PAL, Film PAL Film Seitenverhältnisse (typisch) B : H 4:3 16:9 2.53:1 MPEG4-Bitrate (Durchschnitt) kBit/sec 120 850 6000 Keyframe-Rate (praktikabel) sec/Key 20 10 1 Telecine-Reinterlacing GOP-Scheme keine Einschränkungen Audio-Streaming-Verfahren Norm PCM MPEG3 AC3 Audio-Kanal-Anzahl Channels 0 1 oder 2 5 Audio-Sampling-Frequenz kHz 11 44.1 48 Audio/Video-Interlacing ms 1xFrame 500 2000 Junk-Chunks in AVI-Nutzdatei Junkrate % 0.01 0.1 2 MIME-Integration 1) MIME-Type octet/stream Playlisten-Unterstützung 2) .M3U .WAX .ASX Hinweise: - Diese Zusammenstellung soll keine vollständige Normbeschreibung von MPEG4 sein, sondern soll die derzeit (Stand Oktober 2000) praktisch nutzbaren Einsatzbereiche und deren Grenzen aufzeigen. - Nicht jede Implementation unterstützt alle Eigenschaften - Qualitätsmassgebend sind neben den Codecs die Qualität des Ausgangs- materials, des Postprocessing-Verfahrens, sowie Konfiguration des Zielsystems, sowie die geplante Nutzungart und die Publikationswege. - Die Encoding-Parameter müssen auf Bild/Tonmaterial, Verwendungszweck Transport/Distributions-Mittel exakt abgestimmt werden. - 1) Ermöglicht Internet-Wiedergabe, bevor ganze Datei geladen ist - 2) Erzwingt u.A. Wiedergabe ohne Download-Möglichkeit für Benutzer 5. Die Vorzüge von MPEG4 auf einem Blick o Kleine, kompakte Video/Audiodateien ermöglichen effiziente und kos- tengünstige Publikation, Transport und Distribution. (CD, Internet, Intranet) o Bei gleicher Bildauflösung wie MPEG2/DVD subjektiv besserer Bild- qualität zufolge weniger hochfrequentem Bildrauschen (MPEG2-Schnee). o Hohes Nutzerpotential, da keine spezialisierte Hardware zum Konsum nötig ist. Künftige Erweiterung dieses Potentials durch spezielle MPEG4-Player, bzw. DVD-Player mit eingebauter MPEG4-Decodierung. o Universell einsetzbar, da ganze Palette vorhandener Hardware und Software von der Digitalisierung (Capturing) bis zum Endverbraucher plattformunabhängig genutzt werden kann. o Extrem hohes Dynamikverhältnis in der Kompression von 1:100000 er- möglicht szenenabhängige Datenratensteuerung für optimalen Qualitäts- eindruck, die herstellerunabhängige Audio-Codierung ermöglicht beinahe beliebige Kombinationen um fast jeder Anwendung gerecht zu werden. - 5 - o Durch Auswahl verschiedener MPEG4-Implementationen (d.z. Adobe, DivX, Microsoft), sowie die Anwendung guteingeführter Programmierumgebungen können zusätzliche Einbindungen in Applikationen, sowie verschiedene Schutzmechanismen realisiert werden. 28. Oktober 2000/do ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— Änderungen und Irrtum vorbehalten, ©2000 /A/D/E/ A. 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