Fachbereich Medieninformatik Hochschule Harz 3GP Referat Dennis Klingner 9796 Abgabe:

Transkript

1 Fachbereich Medieninformatik Hochschule Harz 3GP Referat Dennis Klingner 9796 Abgabe: Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 1

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Third Generation Partnership Project GP Video Mpg4 Video H.263 Video Coding Audio AMR AAC Fazit Quellen 7.1 Literaturverzeichnis Internetquellen Bildquellen...9 Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 2

3 1. Einleitung Dieses Referat behandelt das Multimedia Containerformat 3gp und seine Codecs für Audio und Video. 2. 3GPP Das Third Generation Partnership Project, kurz 3GPP, ist eine 1998 gegründete globale Kooperative aus fünf verschiedenen Organizational Partners. 1 Zu diesen fünf Partnern gehören die Standardisierungsgremien: - ARIB, Association of Radio Industries and Businesses, Japan - ETSI, European Telecommunication Standarts Institute, Frankreich - ATIS, Alliance for Telecommunications Industrie Solutions, USA - TTA, Telecommunications Technology Association, Korea - TTC, Telecommunications Technology Committee, Japan Das Ziel von 3GPP ist die Erstellung von präzisen technischen Spezifi kationen in den Mobilfunkbereichen UMTS (Unversal Mobile Telecommunications System) und GSM (Global System for Mobile Communications), die ermöglichen sollen, dass die mobilen Endgeräte jeglicher Hersteller in allen Mobilfunknetzen problemlos arbeiten. 2 Diese Kooperative entwickelte das 3gp-Format. 3. 3GP 3gp ist ein Multimedia Containerformat für mobile Endgeräte und stellt eine vereinfachte Version des MPEG4-Formats dar. Vorrangig werden.3gp Dateien für MMS Multimedia Message Service genutzt, die stark komprimierte Videos beinhalten 3. Durch seine kompakte Gestaltung verringert 3gp die Anforderungen an die Bandbreite und den Speicher des Endgerätes. Die Speicherung und der Transfer von 3gp-Dateien erfolgt immer nach der Big-Endian -Byte-Reihenfolge 4, was bedeutet, dass sich die höchstwertigen Bytes an der niedrigsten Speicheradresse befi nden und somit immer zuerst gesendet werden 5. Das Format erlaubt je zwei Codecs für Video und Audio, die in den folgenden Punkten erläutert werden

4 4. Video Mögliche Bildgrößen in Pixeln sind: 128x96, 176x144, 300x180 und 640x MPG4 Video MPG4 sollte nach dem ursprünglichen Konzept bei der Übertragung von Bildtelefonie und Videoanwendungen bei Raten unter 64 kbit/s gute visuelle Resultate liefern. Während der Entwicklung stellte sich jedoch der H.263 Standard zur Videokodierung und -kompression als effi zient arbeitendes Format heraus und wurde mit geringen Änderungen in MPG4 integriert. 8 Das neue Aufgabengebiet dieses Standards konzentrierte sich dann nicht mehr auf qualitative Videokomprimierung, sondern auf die Analyse von Bild- und Toninhalten. In MPG4 wird das Bild in statische und aktive Elemente und in einzelne räumliche Ebenen aufgeteilt. Die sich so ergebenden Objekte werden in getrennten Kanälen verarbeitet und mit der MPEGKompression zeitgleich übertragen. 9 Beispiel: Grundmodell für die Kodierung einer Videosequenz in MPEG4 Abbildung1, Sprite Coding einer Videosequenz In Abbildung 1 wird der Tennisspieler als aktives Objekt vom Hintergrund segmentiert. Das Hintergrundpanorama defi niert über die gesamte Sequenz den Hintergrund und ist als Sprite im so genannten Sprite-Buffer gespeichert. Dieses Bild wird dem Empfänger als erstes gesendet, in jedem folgenden Frame werden nur noch Kamerakoordinaten gesendet, sofern eine für den Hintergrund relevante Bewegung stattfi ndet. So kann das Bild einfach aus dem Sprite- Buffer geladen werden. Der Tennisspieler wird als willkürliches Videoobjekt separat übertragen News&fi le=article&sid= /mpeg-4.htm# /mpeg-4.htm#10.9i Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 4

5 Die Videodekodierung: Abbildung 2, Blockschaltbild eines MPEG4-Dekoders - VLC (Variable Length Coding) basiert auf auf dem Verfahren nach Huffmann zur Redundanzreduktion. Die Codeworte werden mit Hilfe von Tabellen, sogenannten look-up-tables, dekodiert Aus dem VLC erhält man ein eindimensionales Datenfeld QFS[n], dabei kann n Werte von 0 bis 63 annehmen. Diese Ausgabe wird an dieser Stelle in ein zweidimensionales Datenfeld konvertiert mit dem Bezeichner aus dem Blockschaltbild oben PQF[v][u]. Sowohl [v] als auch [u] reicht von 0 bis Abbildung 3, inverses Abtasten, a) alternate-horizontal b)alternate-vertical c) Zig-Zag alternate - Inverse DC- und AC-Prädikation: Diese anpassungsfähige Auswahl von DC- und ACPrädiktionsrichtungen basiert auf einem Vergleich der horizontalen und vertikalen DC-Gradienten um den zu dekodierenden Block herum Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 5

6 - Inverse Quantisierung: Der Quantisierungsprozess an sich ist reversibel und somit ein Redundanz reduzierendes Verfahren. Allerdings stehen bei der Rekonstruktion der -Koeffi zienten eine beschränkte Anzahl von zur Verfügung. Somit ist die inverse Quantisierung verlustbehaftet. Die beiden Vorteiledes Quantisierungsprozesses sind: 1. Für den Betrachter signifi kante Koeffi zienten, also jene, die maßgeblich zum Qualitätserhalt des Bildes beitragen, bleiben trotz geringfügiger Abweichung erhalten. Nicht signifi kante Koeffi zienten werden gestrichen. Typischerweise resultiert dies darin, dass der überwiegende Anteil der 64 Koeffi zienten in der 8x8-Matrix nach der inversen Quantisierung Nullen ist. 2. Eine dünn besetzte Matrix mit einer beschräkten Anzahl von diskreten Werten kann effi zient komprimiert werden Inverse Diskrete Kosinustransformation Die Inverse Diskrete Kosinustransformation (IDCT) ist ein Verfahren zur Irrelevanzreduktion. 15 Abbildung 4,MPEG4 Architektur Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 6

7 4.2 H.263 Video Coding H.263 ist ein ITU-T-Standard (International Telecommunication Union) der 1995/1996 zur Videokodierung mit Kompression für Videotelefonie bei Bitraten unter 64kBit/s entwickelt wurde. H.263 ist eine Weiterentwicklung des H.261-Standards und wurde in den Bereichen Leistung und Fehlerbehandlung modifi ziert. Im Gegensatz zu H.261 der bei der Darstellung von Bewegung mit vollen Pixeln arbeitet, arbeitet H.263 mit halben Pixeln. Der Codec verfügt über Einstellparameter für niedrigere Datenraten oder bessere Fehlerbehandlung. Es gibt vier mögliche Einstellungen zur Performance-Verbesserung: unbeschränkte Bewegungsvektoren, syntaxbasierte arithmetische Codierung, Vorerkennung von Bildverhalten (wie im MPEG4-Beispiel in Bezug auf das Hintergrundbild) und die Vorerkennung von folgenden und vorhergangenen Frames. H.263 unterstützt 5 Aufl ösungen: CIF (Common Intermediate Format) 352x288px, QCIF 176x144px, SQCIF 128x96px, 4CIF 704x288px und 16CIF1408x

8 5. Audio Im Gegensatz zu MPEG4 unterstützt 3gp AMR (Adaptive Multi-Rate Codec), dies stellt einen der Hauptunterschiede zwischen den beiden Formaten dar AMR AMR ist ein Audiokompressionsverfahren für die Codierung von Sprache im GSM-Standard für Mobilfunknetze. 3GPP übernahm 1998 AMR als Standard-Codierung für Sprache. 18 Der AMR-Codec ist durch Parameter einstellbar und arbeitet mit 8 verschiedenen Codecs für Bitraten von 12,2 bis 4,75 kbit/s. Die Raten basieren auf Frames die 160 Samples beinhalten und je 20 Millisekunden lang sind. 19 Bei schlechter Verbindung im Netz wählt das Netz die beste Kodierung, so wird die Kodierung der Sprachdaten gesenkt und die Kanalkodierung erhöht, um die Fehlerkorrektur bei der Übertragung zu verbessern. Das bedeutet, je kleiner die Sprachkodierung desto besser die Übertragung AAC AAC (Advanced Audio Coding) ist ein Audiodatenkompressionsverfahren, entwickelt von der MPEG (Moving Picture Expert Group) als Weiterentwicklung des MP3-Formats. 21 Das Format arbeitet mit Übertragungsraten von 64 bis 320 kbit/s und einer Kompressionsrate von 95%, wobei bei 128 kbit/s eine hervorragende Klangqualität erreicht wird. Somit erreicht AAC bei gleicher Bitrate eine bessere Klangqualität und Kompression als MP3. 22 Die fünf folgenden Schritte zeigen die Arbeitsweise von AAC. 1. Signalkomponenten die merklich irrelevant sind, werden entfernt 2. Redundanzen im kodierten Audiosignal werden eliminiert 3. Das Signal wird nach der modifi zierten Kosinustransfomation in Abhängigkeit zu seiner Komplexität verarbeitet 4. Interne Codes zur Fehlerbearbeitung werden hinzugefügt 5. Das Signal wir gespeichert oder gesendet Fazit 3GP ist mit allen Vorzügen der gängisten Komprimierungsverfahren im Audio- und Videobereich ausgestattet. Die meisten MMS-fähigen mobilen Endgeräte sind heute in der Lage 3GP-Dateien abzuspielen, ein Zeichen dafür, dass sich dieses Format für diesen Markt fest etabliert hat. Viele Video-Player und Videoschnittprogramme wie Apple QuicktimePro oder Adobe Premiere unterstützen die Konvertierung zu 3GP, ansonsten fi nden sich im Internet zahlreiche kostenlose Konvertierungsprogramme z.b von Xilisoft Adaptive_Multirate_Codec_.28AMR nition/lexikon//_aacaac_aacadvanc ed%20audio%20coding%20aac_aacaac-kompression.html 22 nition/lexikon//_aacaac_aacadvanc ed%20audio%20coding%20aac_aacaac-kompression.html 23 Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 8

9 7. Quellenangaben 7.1 Literaturverzeichnis Topic, Michael: Streaming Media Demnzstifi ed 1. Aufl age McGraw-Hill TELCOM, New York Internet dia.org/wiki/3gp le=article&sid= nition/lexikon//_aacaac_aacadvanced%20audio% aac_aacaac-kompression.html Bildnachweise Abbildung 1: Abbildung 2: Abbildung 3: Abbildung 4: Topic, Michael: Streaming Media Demnzstifi ed, Seite 111 Abbildung 5: Stand: November 2006 Autor: Dennis Klingner 9