Sleutelen aan mpeg-2

De werking van mpeg-2

Om de werking van mpeg-2 te kunnen begrijpen, moeten de basisbeginselen van televisie en video duidelijk zijn. Televisie maakt gebruikt van interlaced beelden. Dit betekent ieder beeld dat we zien is opgebouwd uit twee velden. Het eerste veld laat 25 oneven beeldlijnen zien. Als deze zijn getoond, wordt het tweede veld, met de 25 even beeldlijnen, tussen de oneven beeldlijnen gezet. Samen vormen ze dan één videoframe. Er gaan 25 frames in één seconden met een beeldresolutie van 720 x 576 pixels, de standaard voor het PAL-signaal.

Apparatuur als computermonitoren en handhelds laten geen interlaced beelden zien. Het beeld bestaat hier uit één frame zonder velden. Deze beelden worden progressive videobeelden genoemd. In tegenstelling tot mpeg-1 dat ontwikkeld is voor het encoderen van progressive videobeelden, kan mpeg-2 zowel interlaced als non-interlaced beelden encoderen. Televisies en monitoren geven videobeelden weer in een rgb-kleurruimte. Behalve de kleuren zit er in dit rgb-signaal ook de helderheidinformatie van het beeld verweven. In ongecomprimeerde vorm zou het rgb-signaal te omvangrijk zijn om te kunnen uitzenden. Een reductie van de video bitrate is eenvoudig te bewerkstelligen door de hoeveelheid kleuren in het rgb-signaal te verminderen. De keuze voor het verminderen van de hoeveelheid kleuren komt voort uit het feit dat het menselijk oog gevoeliger is voor helderheid- dan voor kleurverschillen.

Uitzendnorm

Om de helderheidinformatie los te koppelen van de kleuren wordt het rgb-signaal om gezet naar een Y, R-Y, B-Y signaal. Hierbij staat Y voor de helderheid en vormen de R-Y en B-Y de afzonderlijke kleurkanalen. Het groen uit rgb is verweven met het Y-signaal.
Na los koppeling kunnen de kleuren afzonderlijk van de helderheid worden verminderd. Dit proces wordt subsampling genoemd. De bekendste subsamples die worden gebruikt zijn 4:2:2 en 4:2:0.

De 4 staat voor de helderheidwaarde van het signaal of Y. Deze blijft onveranderd. De kleuren kunnen nu relatief ten opzicht van de helderheid worden verminderd. In een 4:2:2 subsample worden de kleuren met de helft verminderd. Dit betekent dat er op iedere horizontale beeldlijn 360 pixels van de 720 voorzien zijn van de componenten R-Y en B-Y. En dat dit verticaal op iedere beeldlijn wordt herhaald.

Het tweede veel gebruikte subsample is 4:2:0 en is tevens uitzendnorm voor PAL. In een 4:2:0 systeem worden zowel horizontaal als verticaal kleuren verwijderd. Horizontaal wordt er op iedere beeldlijn maar één kleurkanaal gebruikt dus of R-Y of B-Y. Deze wordt vervolgens op 360 pixels van de 720 getoond. Verticaal gebeurt dit om en om. De bitrate van de video is door deze conversie sterk gereduceerd, maar nog steeds zeer omvangrijk. Beelden met een 4:2:2 subsampling hebben een bitrate van 166 Mbit/s en beelden met een 4:2:0 subsampling 124 M/bit/s. Als we dit bijvoorbeeld vergelijken met de maximale bitrate van een dvd (9,8 Mbit/s) moet er nog heel wat gebeuren voordat die compressie is gerealiseerd.

Group of Pictures

Algemene instellingen

Video-instellingen

De basis van de video-instellingen wordt gevormd door de 'Frame rate', de manier waarop de velden van een frame worden weergegeven, de aspect ratio en of het beeld moet worden gedeïnterlaced. Voor alle pal-dvd's geldt een 'Frame rate' van 25. In bijna alle gevallen worden de 'Bottom Fields' het eerst getoond. Deze keuze staat altijd als standaard aangegeven. Als alternatief voor de velden kunt u kiezen voor progressive frames. U moet er dan zeker van zijn dat de apparatuur waarop de beelden worden getoond hiermee overweg kan.

De aspect ratio is bepalend voor de manier waarop het beeld wordt weergegeven. De twee voornaamste keuzes zijn 4:3 voor standaard televisie en 16:9 voor breedbeeld. De aspect ratio moet overéénkomen met de manier waarop de beelden zijn opgenomen door de camera. Een 4:3 beeld kan nooit breedbeeld worden tenzij u zwarte balken gebruikt aan de onder- en bovenkant.

Het encodeerproces kan, afhankelijk van de gebruikte encoder, in een aantal stappen worden uitgevoerd. Deze stappen noemen we 'Passes". Hoe meer passes, des te nauwkeuriger er wordt geëncodeerd en des te beter de kwaliteit. Dit betekent ook dat de tijd die nodig is om te encoderen langer duurt.

Als de basisinstellingen zijn bepaald kunt u het 'Bitrate type' gaan bepalen. U heeft de keuze uit Constante en Variabele bitrate. Bij een Constante bitrate wordt er aan iedere scène een constante hoeveelheid bits toegekend. Dit kan problemen opleveren bij complexe scènes. Het gevolg is dat daar de beeldkwaliteit achteruit gaat. Bij een 'Variabele bitrate' bepaald de encoder afhankelijk van de scène of er meer of minder bits moeten worden toegekend. Een optimale kwaliteit-compressie ligt rond de 6000 Kbps. De maximale bitrate mag in ieder geval nooit boven de 9800 Kbps uitkomen.
Als laatste kunt u aandacht besteden aan de 'GOP'. Standaard bestaat een GOP uit 12 frames. Deze GOP is onderverdeeld in één I-frame, 3 P-frames en 8 B-frames. De kwaliteit van het beeld kunt u verhogen door kleinere GOP's te gebruiken. Het gevolg is wel, dat er minder data op de dvd past.

Conclusie

Wie bekend is met de werking en instellingen van mpeg-2, kan er voor zorgen dat het beeld altijd de hoogste kwaliteit heeft en dat er optimaal gebruik wordt gemaakt van de ruimte die een dvd biedt. Daarnaast kan de kennis van de instellingen ook worden gebruikt voor het encoderen in Windows Media en mpeg-4. Deze twee formaten vormen op dit moment de grootste bedreiging voor mpeg-2 in de toekomst omdat deze nog efficiëntere encoderingsschema's hanteren.

Levels & Profiles

De officiële mpeg-familie en verwanten

Mpeg-1

Mpeg-2

Mpeg-21

Microsoft mpeg-4v3

Divx ;-)

H.264/mpeg-4 AVC

Deel dit bericht met anderen

Commentaar (0)

Schrijf commentaar

Toon/Verberg commentaar formulier

Titel
Commentaar	kleiner | groter
Naam
Email
Website
Schrijf de volgende tekens
	Geef commentaar