MPEG ist das Akronym für Moving Pictures Experts Group (Expertengruppe für bewegte Bilder). Es handelt sich dabei um eine Arbeitgruppe der internationalen Normungsorganisation ISO/IEC, die in Zusammenarbeit mit der Industrie seit 1988 Standards für die - überwiegend verlustbehaftete - Speicherung (z.B. Kompressionsalgorythmen für Audio/Video) und die Wiedergabe digital kodierter Bilder und Töne, entwickelt. Die Arbeit zielt also im Wesentlichen auf die Komprimierung und Wiedergabe von Filmen und Tönen ab. (Eine ähnliche Arbeitsgruppe, die JPEG (Joint Photographic Expert Group = vereinigte Fotoexpertengruppe), befasst sich mit der Komprimierung von Standbildern.) Die Einzelnen Standards (phases) der MPEG werden nach der Expertengruppe benannt und mit einer Nummer versehen: Z.B. MPEG-1, MPEG-2 usw.

       In Sachen MPEG-Standards muss zwischen den nach ihnen behandelten Daten und den Medien unterschieden werden, auf oder durch welche sie Verbreitung finden. Die MPEG-Standards haben mit den Medien nur insofern zu tun, als sie auf die jeweils speziellen Anforderungen eines Mediums zugeschnitten sind (Video-CD und MP3-Files, digitales Fernsehen und DVD, Internet und Multimedia etc.). Anders gesagt: Unter MPEG werden also nur die En- und Dekodierungsverfahren für digitale Daten verstanden. Wie diese Daten jedoch transportiert werden - auf physikalischen Datenträgern wie CD, DVD, Festplatte usw. oder ob sie über Netzwerke verschickt werden (Internet, tv-on-demand usw.) - hat nur bedingt mit ihnen zu tun. Ein nach dem MPEG-2-Standard kodierter Film wird zwar normalerweise auf einer DVD abgespeichert werden, kann jedoch selbstverständlich - wenn es Platz und Übertragungsgeschwindgkeit zulassen - auch auf eine CD gebrannt, einer Festplatte gespeichert oder aus dem Internet gedownloaded werden.

       Auch der Umkehrschluss ist nicht zwingend: Unter dem Begriff DVD wird das physikalische Medium mit seinen bestimmten physikalischen Eigenschaften bezeichnet. Daraus ergibt sich aber nicht zwingend, dass eine DVD MPEG-2-Videofilme enthalten muss. Ebenso können Fotos, Texte, Programmcode usw. auf diesem Medium abgelegt werden.

       Bisher hat die MPEG drei Normensysteme zur digitalen Kodierung von Audio-/Videostreams entwickelt: MPEG-1 (zugeschnitten auf die Video-CD und MP3-Files), MPEG-2 (zugeschnitten auf DVDs und digitales Fernsehen) und den Multimediastandard MPEG-4 (zugeschnitten auf das digitale Fernsehen, interaktive Grafikanwendungen - etwa Spiele - sowie interaktive multimediale Inhalte, wie sie z.B. im Internet angeboten werden). Eine MPEG-3 Norm (nicht mit MP3 zu verwechseln) wurde zwar ebenfalls entwickelt (zugeschnitten auf das hochauflösende Fernsehen HDTV), kam aber als eigene Norm nie zum Einsatz. Statt dessen wurde MPEG-2 um die Möglichkeiten von MPEG-3 ergänzt.

       Zudem gibt es zwei weitere, noch nicht vollendete Normen (MPEG-7 und MPEG-21). Bei Ihnen handelt es sich jedoch nicht um Normsysteme zur digitalen Kodierung von Audio-/Videostreams. MPEG-7 ist vielmehr ein Beschreibungsstandard, der auf einer Meta-Ebene multimediale Objekte koordiniert. Er wird daher auch als Multimedia Content Description Interface bezeichnet. Man kann sagen, dass dieser Rahmen dazu dient, Objekte, die mit MPEG-1, MPEG-2 oder MPEG-4 kodiert wurden, zu organisieren und mit einer Beschreibung (Meta-Daten) zu versehen, die ihnen suchtechnisch eine eindeutige Identifizierbarkeit erlaubt.

       Mit MPEG-21 schliesslich will die MPEG einen allgemeinen Rahmen schaffen, der Produktion und Austausch beliebiger medialer Daten ermöglicht und fördert.

       Spricht man von MPEG, dann meint man folglich immer nur digital kodierte Datenstreams, die nach einem bestimmten Muster (MPEG-1, MPEG-2 oder MPEG-4), in einer bestimmten Meta-Ordnung mit Meta-Daten versehen (MPEG-7) oder in einem definierten multimedialen Rahmen (MPEG-21) angeordnet sind.

MPEG-1 wurde in fünf Teilen (System, Video, Audio, Nachweisprüfung, Softwaresimulation) zwischen 1993 und 1998 veröffentlicht. Mit diesem Standard wurde ein Verfahren entwickelt, welches speziell auf Bereiche mit nur beschränkter Speicherkapazität (CD, Video-CD) beziehungsweise geringen Übertragungsgeschwindgkeiten (bis 1,5 Mbit/s) zugeschnitten war. Entsprechend gering ist die Wiedergabequalität: Die Qualität eines MPEG-1 enkodierten Videos ist typischerweise etwa auf dem Niveau einer selbstaufgenommen, aber geringer als die einer professionell hergestellten VHS-Kassette.

Der Video-Standard des MPEG-1 enthält mehrere Methoden zur Bildkompression und Übertragung, die eine optimale Kompressionsrate zwischen 50:1 und 25:1 aufweisen. Bei der Kodierung werden nicht alle Vollbilder eines Bewegungsablaufes kodiert, sondern nur diejenigen Bilddetails werden ins nächste Bild übernommen, welche eine Standortänderung erfahren haben. Der Rest wird aus dem davor liegenden Bild übernommen. Die einzelnen so komprimierten Datenblöcke werden in einem Datenstrom zusammengefügt, der erneut komprimiert wird.

Bekannt geworden ist MPEG-1 besonders durch das Internet und Dienste wie DAB auf Grund seines am Frauenhofer Institut entwickelten Audio-Standards (MPEG Audio Layer). Der Audioteil weist drei Layer auf: Während im Internet Audiodaten hauptsächlich nach dem MPEG-1 Layer 3 (MP3) Standard komprimiert werden (MP3 sollte nicht mit MPEG-3 verwechselt werden), wurden und werden die älteren Varianten bei DCC (MPEG-1 Layer 1 kurz MP1) und DAB (MPEG-1 Layer 2 kurz MP2 auch als MUSICaM bezeichnet) eingesetzt. Die Layer unterscheiden sich durch ihre Komplexität und Kodeeffizienz, vor allem aber durch ihre verbesserten Kompressionsraten von 1:4 (Layer 1), 1:6 - 1:8 (Layer 2) und 1:10 - 1:12 (Layer 3). Diese führen folglich zu geringeren Bitraten bei der Übertragung eines Stereosignales (Layer 1: 384, Layer 2: 256 - 192, Layer 3: 128 - 112 kbps). Daraus wird ersichtlich, warum sich MPEG 1 Layer 3 mit seinem hohen Kompressionsfaktor und der geringen geforderten Übertragungsrate im Internet als Standard für Audiokompression so gut durchsetzen konnte. Die Layer sind jeweils abwärtskompatibel: Ein Layer-3-Spieler kann also auch Dateien vom Typ Layer 2 bzw. Layer 1 lesen.

       Grundlage der Datenverringerung bilden zwei Verfahren: Kompression und Reduktion. Während bei der Kompression strukturelle Ähnlichkeiten eines Datenstroms nicht zweimal abgespeichert werden, sondern das wiederholte Vorkommen eines vorangegangenen Abschnittes nur in Form eines deutlich platzsparenderen Zeigers abgelegt wird, werden bei der Reduktion tatsächlich Daten aus dem Audiostream entfernt.

       Das Verfahren zum Verringern der Menge von Audiodaten wird auch als psychoakustische Datenreduktion bezeichnet. Psychoakustisch bedeutet, dass bestimmte Anteile des Klangspektrums, die vom menschlichen Ohr zumeist nicht wahrgenommen oder bei deren Fehlen unbewusst ergänzt werden, nicht gespeichert werden. Das bedeutet, das Musik, die mittels MPEG-1 komprimiert und beim Empfänger anschliessend wieder dekomprimiert wird, natürlich niemals dem Original entspricht, wohl aber dem Original sehr nahe kommen kann.

       Im Wesentlichen macht man sich bei diesem Verfahren zwei psychoakustische Effekte zu nutze: Das menschliche Gehör ist nicht in der Lage, Töne wahrzunehmen, die unterhalb der so genannten Ruhehörschwelle liegen - einer gewissen Mindestlautstärke. Ausserdem werden leise Töne von lauteren überdeckt, wenn diese in ähnlichen Tonhöhen liegen. Dieses Phänomen wird Mithörschwelle genannt. Anders als das analoge UKW-Verfahren oder auch eine CD werden nur die Teile der Toninformation gespeichert bzw. verschickt, die relevant hörbar sind.

MPEG-2, im November 1994 verabschiedet, stellt im Grunde eine Weiterentwicklung des MPEG-1 Standards dar. Als spezielles Verwendungsfeld waren Fernsehübertragungen und Studioanwendungen gedacht.

Im Audioteil ist eine Erweiterung aller drei Layer zu niedrigeren Datenraten sowie auf mehr Kanäle (5.1) enthalten. Dabei werden zwei Varianten der Multikanalkodierung unterschieden: MPEG-2 Multichannel, die rückwärtskompatible ist, bei welcher der MPEG-1 Dekoder den erzeugten Bitstrom sinnvoll nutzen kann, und eine nicht rückwärtskompatible Variante: MPEG-2 NBC (non backwards compatible), die später als AAC (advanced audio coding) bezeichnet wurde. AAC ist auch Teil des 2001 veröffentlichten MPEG-4 Standards.

Videoseitig zielt der MPEG-2-Standard auf höhere Qualitäten und damit verbundene Datenraten als der Vorgänger MPEG-1 (bis 15 Mbps) beziehungsweise bei höherer Chrominanz (Farb)-Auflösung auch bis 50 Mbps.

       Grosse Verbreitung hat MPEG-2 durch die DVD gewonnen. Der Videoteil ist MPEG-2 enkodiert. Der Audioteil kann ebenfalls als MPEG-2 Audio Layer-2 kodiert sein. Das ist aber meistens nicht der Fall. Vielmehr wird das Audiosignal von DVDs fast immer in Dolby Digital und manchmal zusätzlich in DTS kodiert.

       MPEG-2 wird auch auf SVCDs verwendet, allerdings mit im Vergleich zur DVD niedrigerer Datenrate. Auch die verschieden heutigen Varianten des digitalen Fernsehens in Deutschland (DVB-S, DVB-C, DVB-T) kodieren alle die Videostreams nach MPEG-2.

MPEG-3 (nicht zu verwechseln mit MP3) war ursprünglich als Standard für hochqualitive Fernsehsyteme (HDTV) gedacht, der sich aber als separate Norm nicht durchsetzen konnte. Statt dessen wurde MPEG-2 um die Möglichkeiten von MPEG-3 ergänzt.

Bei MPEG-4 handelt es sich um ein Anfang 2000 zum internationalen Standard erklärtes und im März 2002 als Endversion verabschiedes Kompressionsverfahren. Wie MPEG-2 eine Erweiterung von MPEG-1 darstellt, stellt MPEG-4 - grob gesagt - eine Erweiterung von MPEG-2 dar.

       MPEG-4 ist allerdings weitaus leistungsfähiger, da es nicht nur um die Kompression von Audio-/Videostreams geht. Vielmehr eigent sich MPEG-4 auch für weitere multimediale Objekte wie Text, Graphik, Animation usw.

       Ein Hauptanliegen der MPEG für den MPEG-4 Standard war und ist, Datenströme mit einer sehr geringen Bitrate zu kodieren. Es können so auch im Bereich Mobilfunk und im Bereich der Datenkommunikation ansprechende Ergebnisse erzielt werden. Die Leistungsfähigkeit des Videoencoders, zeigt schon bei einer Bitrate von 64 kBps sehr gute Ergebnisse, was einer Übertragungsrate von ISDN entspricht.

       Hinweis: Hinter dem Kürzel MP4 steht in diesem Fall kein weiterer Audiolayer. Vielmehr wird damit die Dateiendung des MPEG-4 Standards generell - bestehend in der Regel aus einer MPEG-4 Video- und einer MPEG-4 Audiospur - bezeichnet.

       Um einem weiteren Irrtum vorzubeugen: An manchen Stellen heisst es, DivX sei MPEG-4 oder zumindest mit diesem kompatibel. Obwohl DivX teilweise mit einigen MPEG-4-Techniken kompatibel ist, handelt es sich in Wirklichkeit jedoch um einen eigenständigen Standard im Sinne eines weiteren Multimedia Formats. Und im Gegensatz zu landläufigen Meinungen sind DivX und MPEG-4 nicht wirklich kompatibel. DivX ist daher auch nicht auf MPEG-4 Playern abspielbar, die auf das standardisierte MP4 Dateiformat setzen.

MPEG-4 ermöglicht eine breite Vielzahl der Anwendungen, die von der verständlichen Rede bis zum Qualitätsmehrkanalaudio reichen können, von natürlichen bis zu synthetisierten Tönen. Im Mittelpunkt stehen - wie gesagt - besonders niedrige Bitraten bei hoher Qualität. Bei sehr variabler Bandbreite können u.a. dargestellt werden: allgemeine Audiosignale, Sprache, synthetische Audiosignale und synthetische Sprachausgabe.

Neben dem Ziel, bei geringen Bitraten hohe Qualitäten zu erzielen, ermöglicht MPEG-4 u.a. die Vermischung synthetischer mit realen Bildern und Videoanteilen bei voller Skalierbarkeit. Dieses gestattet z.B. virtuelle Anwesenheit von Videokonferenzteilnehmern. In diesem Rahmen ist die Möglichkeit der Gesichts- und Körperanimation von Bedeutung. Mittels MPEG-4 können synthetische Gesichter und Körper definiert, kalibriert und "belebt" werden. Diese Modelle selbst werden dabei nicht von MPEG-4 standardisiert, nur die Parameter werden definiert. MPEG-4 liefert weiterhin eine Werkzeugsammlung für die Kodierung polygonalen Ineinandergreifens von 3-D.

MPEG-7, dessen Version 8 im Juli 2002 verabschiedet wurde, ist kein Kompressionsstandard. Vielmehr geht es um einen Beschreibungsstandard, der dazu dienen soll, verschiedenen Arten der Multimediainformationen auf einer Meta-Ebene zu vereinheitlichen. Beschreibung und Inhalt sind miteinander verbunden, um schnelles und leistungsfähiges Suchen nach Material zu erlauben. MPEG-7 wird daher auch formal als Multimedia Content Description Interface (Schnittstelle zur Beschreibung multimedialer Inhalte) bezeichnet.

       Schon beim MPEG-4 Standard ist die Verwaltung der von multimedialen Daten möglich. Der MPEG-7 Standard versieht jedoch Datenströme mit Meta-Daten, welche den einzelnen Objekten die Eigenschaft verleihen, sich eindeutig zu identifizieren. Bei den Meta-Daten (Descriptoren) handelt es sich um eine strukturdefinierende Sprache, die auf dem XML-Schema basiert.

       Mithilfe der Description Definition Language ist der Autor von MPEG-7 Datenstreams in der Lage, jeden Medientyp inhaltlich eindeutig festzulegen. Das Ergebnis ist eine um ein Vielfaches erleichterte Suche nach bestimmten Multimediadaten. Anders gesagt: Multimediadaten können nun in einem Ausmass spezifiziert werden, wie dies sonst nur bei der Textobjekten der Fall ist, was bedeutet, dass man durch MPEG-7 in der Lage ist, Objekte jedeweder Art eindeutig und einheitlich (nämlich gemäss der Description Definition Language) zu identifizieren. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Suche im Internet, den Jugendschutz usw.

MPEG-21 ist eine Entwicklung der MPEG, um mediale Daten zu verwalten und zu organisieren. Mit MPEG-21 soll ein Rahmen definiert werden, der transparentem und wachsendem Gebrauch medialer Recourcen in unterschiedlichen Netzen, Gemeinschaften und Technologien gerecht wird. Dieser Rahmen soll alle Arten multimedialer Daten und Prozesse (Herstellung, Veränderung, Speicherung, Suche und Lieferung) umfassen. Er beschreibt, wie diese vorhandenen Bestandteile zusammen benutzt werden können und sorgt für einen besseren Schutz geistigen Eigentums. Unabhängig von bestimmten technischen Gegebenheiten, etwa der Funktionalität eines Bildschirms oder einer Datenverbindung, sollen die Daten auf einheitliche Weise zugänglich sein. Zudem soll die Darstellung der Inhalte vereinheitlicht werden. Wo noch keine Normierungen bestehen, werden neue Standards von MPEG entwickelt, um auch den Anforderungen in der Zukunft gerecht zu werden.

       (Weiteres zum Thema MPEG z.B. unter: "Moving Pictures Experts Group". Spezielles zum Thema MPEG Audio Layer unter: "Frauenhofer Institut")