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Verfahrensbeschreibung:
«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).
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(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.
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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.
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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
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