MPEG-4: määritelmä, ominaisuudet ja historia

Tutustu MPEG-4:ään — selkeä määritelmä, keskeiset ominaisuudet ja historia: tehokas pakkaus, parempi kuvanlaatu, objektipohjainen video ja käyttötapojen kehitys.

MPEG-4 on laajakirjoinen video- ja äänistandardiperhe, jonka tarkoituksena on tehokas pakkaus ja monimuotoisen multimediasisällön kuvaaminen, siirto ja esitys. MPEG-4-muotoiset elokuvat vievät yleensä vähemmän tilaa tietokoneelta verrattuna vanhempiin ratkaisuihin, mutta voivat silti saavuttaa DVD-laatuisia tai parempia tuloksia riippuen käytetyistä profiileista ja bittinopeudesta. MPEG tulee sanoista Moving Picture Experts Group, ja standardiperheen kehitystyöhön osallistui satoja tutkijoita ja insinöörejä eri puolilta maailmaa. Standardin työstäminen päättyi käytännössä vuonna 1998, jonka jälkeen MPEG-4 otettiin laajasti käyttöön eri sovelluksissa.

Historia ja organisointi

MPEG-4 on kehitetty ISO/IEC:n alaryhmän (Moving Picture Experts Group, WG11) puitteissa. Työ käynnistyi 1990-luvulla tarpeesta saada aiempia, kuten MPEG-1:n ja MPEG-2:n, monipuolisempi ja tehokkaampi korvike erityisesti tietoverkkoihin, mobiililaitteisiin ja interaktiiviseen multimediasisältöön. MPEG-4 ei ole yksi ainoa määrittely, vaan joukko osastandardeja (part), jotka kattavat mm. järjestelmät, video-, ääni- ja säilömuodot sekä interaktiivisen kohtauskuvauksen.

Tekniset ominaisuudet

• Objektiperusteinen koodaus: MPEG-4 tukee erillisten visuaalisten objektien (video objects, VO) ja niiden kohdemaista käsittelyä. Tämä mahdollistaa esimerkiksi auton käsittelyn erillisenä objektina muuttumattoman taustan päällä — parantaa pakkaustehokkuutta ja mahdollistaa interaktiivisuutta.
• Monipuoliset profiilit ja tasot: Standardissa on useita profiileja (esim. Simple Profile, Advanced Simple Profile) ja tasoja, jotta eri laitteet ja sovellukset (matkapuhelimet, web-streaming, HDTV) voivat käyttää sopivia ominaisuuksia ja laskentatehoa.
• Video- ja äänikoodekit: MPEG-4 kattaa useita videon ja äänen koodausmenetelmiä. Tunnettuja osia ovat mm. MPEG-4 Visual (Part 2) ja AAC-audio (Advanced Audio Coding, osa MPEG-4 Audio, Part 3). Lisäksi H.264/AVC on teknisesti MPEG-4 Part 10 (AVC) ja on saavuttanut laajan suosion tehokkuutensa ansiosta.
• Kohtauskuvaus ja interaktiivisuus: MPEG-4 sisältää mekanismeja kohtauksen kuvaamiseen ja interaktiivisuuden lisäämiseen, kuten BIFS (Binary Format for Scenes), joka mahdollistaa eri objektien sijoittelun, animaatiot ja käyttäjän vuorovaikutuksen.
• Skaalautuvuus ja virheenkorjaus: Standardissa on työkaluja eri laadun ja resoluution tasoille (scalability) sekä mekanismeja lähetysvirheiden hallintaan, mikä tekee siitä käyttökelpoisen muuttuvissa verkkoympäristöissä.

Tiedostomuodot ja yhteensopivuus

MPEG-4-ympäristössä syntyneistä säilömuodoista tunnetuin on MP4 (MPEG-4 Part 14), joka perustuu ISO Base Media File Format -rakenteeseen. MP4-tiedostot (.mp4, .m4a, .m4v jne.) voivat sisältää video- ja ääniraitoja, tekstityksiä, metatietoja ja muita elementtejä. Vaikka usein puhutaankin vain "MPEG-4:stä", on tärkeää erottaa eri osat: esimerkiksi MPEG-4 Part 2 (vanhempi videokoodekki) ja MPEG-4 Part 10 (H.264/AVC) ovat eri teknologioita, joilla on oma käyttötapansa ja tuen laajuus.

Käyttökohteet

• Internet-video- ja suoratoistopalvelut
• Digitaalinen televisio ja IPTV
• Videopuhelut ja konferenssit
• Mobiilivideot ja multimedia-sovellukset
• Digitaaliset säilöt, arkistointi ja mediatoisto eri laitteilla

Hyödyt ja rajoitukset

MPEG-4 tarjoaa paremman pakkaustehokkuuden ja monipuolisemmat ominaisuudet kuin aikaisemmat MPEG-versiot: enemmän säätömahdollisuuksia laadun, koon ja interaktiivisuuden suhteen. Toisaalta standardiperhe on laaja ja sisältää useita patentteja; eri koodekkeihin liittyy usein lisenssimaksuja ja patenttivaatimuksia, mikä on vaikuttanut joidenkin ratkaisujen käyttöönottoon ja avoimen lähdekoodin tukeen. Patentinhallinta ja lisensointikäytännöt kannattaa ottaa huomioon kaupallisissa projekteissa.

Nykytilanne ja seuraajat

MPEG-4 -perheen teknologioista monet, kuten AAC-ääni ja H.264/AVC, ovat yhä laajasti käytössä. Uudemmat jälkeläiset kuten HEVC (H.265) ja avoimet vaihtoehdot kuten AV1 tarjoavat edelleen parempaa pakkaussuhdetta, mutta MPEG-4-tekniikat pysyvät yhteensopivuuden ja laajan käytön takia merkittävinä monissa sovelluksissa.

MPEG-4:ssä otetaan huomioon tietokoneiden, televisioalojen ja televiestinnän erityistarpeet. Se voi olla suorakulmaisten tietokonetiedon kappaleiden lisäksi yksittäisiä kohteita tietyllä alueella — käytännössä tämä tarkoittaa mahdollisuutta nimetä, käsitellä ja pakata liikkuvia kohteita erillisinä elementteinä, mikä helpottaa esimerkiksi taustan ja etualan erottelua tai erillisiä efektejä.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on MPEG-4?

K: Mitä MPEG tarkoittaa?

K: Milloin MPEG-4:stä tuli maailmanlaajuinen standardi?

K: Mitä ominaisuuksia MPEG-4:llä on verrattuna MPEG-1:een ja MPEG-2:een?

K: Mihin erityistarpeisiin MPEG-4 on suunniteltu?

K: Voiko MPEG-4 tunnistaa yksittäisiä kohteita tietyllä alueella?

K: Kuinka monta suorakulmaista kuvaa MPEG-4 voi käsitellä samanaikaisesti?

Hae kirjaimella