MPEG-1 ist ein MPEG-Standard zur verlustbehafteten Video- und Audiokompression.
Einleitung
MPEG-1 wurde in den 80er Jahren mit dem Ziel entwickelt, Filme auf die beschränkte Datenrate (bis 1,5 Mbit/s) einer mit normaler Geschwindigkeit abgespielten Audio-CD zu komprimieren. Das Ergebnis, mit dementsprechend eher bescheidener Qualität, wird Video-CD genannt. Die Video-Kompression von MPEG-1 wurde 1991 durch MPEG-2 deutlich verfeinert und verbessert. Da MPEG-1 entwickelt wurde, als der ITU-Standard H.261/H.263 schon bestand, ist MPEG-1 vergleichbar mit diesem.
Videokodierungsverfahren
Das Bildformat von MPEG-1 ähnelt dem JPEG-Format. Die Parameter werden allerdings genau festgelegt:
- Bildgröße maximal 768x576 Pixel
- Verhältnis der Höhe zu Breite der Pixel (14 Seitenverhältnisse definiert)
- Bildwechselfrequenz in Hertz
- Bilder liegen in einem dem YUV ähnlichem Format vor YCbCr:
- Luminanz/Helligkeitskomponente Y
- zwei Farbdifferenzkomponenten Cr und Cb
Bei der Bildverarbeitung werden die Bilder unterschiedlich stark komprimiert und zu unterschiedlichen Zwecken genutzt. Die I-Bilder werden unabhängig von anderen Bildern komprimiert - sie sind die größten. Andere Bilder werden in Abhängigkeit von den anderen Bilder in dem Videostrom verkleinert.
| Bildtyp | Zweck | Kompression |
|---|---|---|
| I-Bild (intra coded picture, engl. I-frame) | Ein I-Bild entspricht einem Standbild. Es dient als Anker für den wahlfreien Zugriff. | gering (ähnlich wie bei JPEG, jedoch in Echtzeit) |
| P-Bild (predictive coded picture, engl. P-frame) | P-Bilder benötigen Informationen von vorausgegangenen I-Bildern oder P-Bildern. | größere Kompression als bei I-Bildern |
| B-Bild (bidirectional coded picture, engl. B-frame) | B-Bilder sind abhängig von vorausgegangenen und folgenden I-Bildern oder P-Bildern. | größte Kompression |
| D-Bild (DC direct coded picture, engl. D-frame) | D-Bilder dienen dem schnellen Vorlauf. | nur der Farbwert eines 8x8 Blockes wird gespeichert |
Diese Bildtypen werden dann abhängig vom Encoder, dessen Einstellungen und gelegentlich auch vom Bildmaterial unterschiedlich häufig verwendet und treten typischerweise zyklisch als sogenannte GOP (Group of Pictures) auf. Ein GOP reicht dabei von einem I-Bild zum nächsten. GOPs haben häufig eine Länge von einer halben Sekunde.
Audiokodierungsverfahren
Teil des Standards sind auch drei Audiokodierungsverfahren. In ansteigender Komplexität und Qualität sind das Layer 1, 2 und 3.
Der Audio Layer 1 wurde von Philips als Low-Complexity-Variante des Audio Layer 2 in den Standard eingebracht. Die digital compact cassette (DCC) von Philips, die gleichzeitig mit der Sony MiniDisc auf den Markt kam und mittlerweile nicht mehr hergestellt wird, nutzte dieses Verfahren.
Der Audio Layer 2 ist der etablierte Standard im Radiowesen. Nahezu alle professionellen digitalen Zuspielgeräte verwenden MPEG-1 Audio Layer 2 in der Kompression von 128 kbit/s (128.000 bit pro Sekunde), da es sich dann leicht über die in Europa gut verbreitete ISDN-Infrastruktur übertragen lässt. Audio Layer 2 wird auch auf Video-CDs und Super-Video-CDs sowie (selten) auf DVDs und beim digitalen Fernsehen eingesetzt.
Der Audio Layer 3 - besser bekannt als MP3 - wurde von der Fraunhofer-Gesellschaft und anderen entwickelt und ist, wie alle anderen Audio-Layer, nicht lizenzfrei. Hersteller, die einen Encoder für MP3 entwickeln und verkaufen möchten, müssen dafür Lizenzgebühren entrichten. Nicht kommerziell vertriebene Encoder (wie etwa LAME) sind lizenzfrei.
Das vergleichsweise gute Verhältnis von Größe einerseits und Qualität andererseits hat in den 1990er Jahren zu einem Siegeszug des MP3-Formats geführt. Es war Basis des Aufblühens von Online-Tauschbörsen (wie Napster) und mobilen Musikabspielgeräten (MP3-Player) auf Basis von RAM oder Festplatten.
Systemdefinition
Schließlich definiert MPEG-1 noch eine Methode zur blockweisen Verschränkung ("Multiplex") von Audio und Video zu System Streams. In diesen sind unter anderem auch Daten zu Abspielzeiten und zur Fehlererkennung integriert. Sie können als Datei gespeichert oder über ein Netzwerk gestreamt werden.