Antenne, Kabel, Satellit und Web TV: Die Transportwege der Fernsehbilder zum Zuschauer sind heute sehr vielfältig. Auch die Anzahl der Sender und die Übertragungsqualität steigen dank immer leistungsfähigerer Videocodierstandards kontinuierlich an. Dennoch wird auf so ziemlich allen Kanäle bereits seit mehr als 20 Jahren ein- und dasselbe Container-Format für den Transport der digitalen Videodaten genutzt: Der 1994 erstmals vorgestellte MPEG-2 Transportstrom Standard setzt auch heute noch Maßstäbe bei der Übertragung von bewegten Bildern mittels Blu-Ray, übers Internet und beim Mobil-TV. Für ihre herausragende Entwicklungsleistung wurde das MPEG-Team nun mit dem Technology-Emmy ausgezeichnet.

Weit mehr als die Hälfte aller Bits, die Sekunde für Sekunde rund um den Globus durchs Internet bewegt werden, sind Teil einer Videodatei. Ihr Ziel sind auch das TV-Gerät oder der Heim-PC im Wohnzimmer. Auf beiden Geräten kann man über das Internet das aktuelle Fernsehprogramm empfangen, Sendungen aus den Mediatheken abrufen oder über Online-Videotheken den großes Kino genießen. Vor allem aber wird die Vielfalt bewegter Bilder aus dem Internet von der Nachrichtensendung über Serienhighlights und Kinoblockbuster bis zu den Privatvideos der großen Videoportale immer häufiger auch mobil genutzt: auf Laptop, Tablet und Smartphone. Dass dies heute nahezu immer und überall möglich ist, ist nicht allein der Verdienst des kontinuierlichen Ausbaus der Kapazität der Internetanbindungen und der Mobilfunknetze. Technische Grundlage des Siegeszuges der bewegten Bilder bei der Internetnutzung weltweit sind vor allem zwei Technikbausteine: Ein sehr zuverlässiges und effizientes Format für den Transport digitaler Videopakete und immer leistungsfähigere Verfahren, mit denen die Videodaten vor dem Transport komprimiert werden.

Die »Moving Picture Experts Group (MPEG)« stellte im Jahr 1994 nicht nur das Verfahren zur Videokompression MPEG-2 vor. Gleichzeitig hatte das internationale Expertenteam auch ein neues Containerformat entwickelt: Den MPEG-2 Transportstrom Standard, mit dem sich die Fernseh- und Videosignale hochzuverlässig und besonders kapazitätssparend vom Sender zum Empfänger transportieren lassen. Der Standard wurde von Forschern am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI in Kooperation mit den internationalen MPEG-Partnern entwickelt. Der große Vorteil des Übertragungsstandards: Der »Containerdienst« lässt sich als universeller Standard für den Transportstrom auf den unterschiedlichsten digitalen Übertragungskanälen verwenden. Er ist für den Transport über die klassischen Verteilnetze der Fernsehanstalten wie Antennen-, Kabel- und Satellitenempfang ebenso geeignet wie für Kopien von Kinofilmen auf Speichermedien und für das Videostreaming im Internet. »Weltweit ‚beherrschen‘ heute die allermeisten Geräte vom Fernseher bis zum Smartphone den MPEG-2 Transportstrom Standard. Und jährlich kommen weitere 650 Millionen neue Geräte hinzu, die den Containerdienst für die Videoübertragung standardmäßig unterstützen«, betont Dr. Thomas Schierl vom Fraunhofer HHI.

Vor zwanzig Jahren waren allerdings weder Fernsehübertragung noch Blu-Ray-Filmgenuss in HD-Qualität noch mobiles Videostreaming in der täglichen Übertragungspraxis ein Thema. In der Entwicklungslinie der Videokompressionsverfahren fanden daher zwischenzeitlich gleich mehrere Generationswechsel statt. Als aktuell effizientester Standard hat sich derzeit das Verfahren des Advanced Video Codings »H.264/MPEG4-AVC« auf den Märkten durchgesetzt. Gleichzeitig ist bereits sein Nachfolgestandard verfügbar: Mit High Efficiency Video Coding erreicht das Verfahren »H.265/MPEG-HEVC« im Vergleich zum Vorgängersystem nochmals eine Reduzierung der Datenrate auf die Hälfte und schafft damit wichtige technische Voraussetzungen für eine Signalübertragung in Ultra-HD oder 4k Qualität, was der heute üblichen Auflösung im Kinosaal entspricht. An der Entwicklung beider Kompressionsverfahren waren die Forscher von Fraunhofer HHI ebenfalls maßgeblich beteiligt.

Zuständig für den Transport der Videosignale auf den jeweiligen Übertragungswegen ist jedoch seit 1994 gleichbleibend der MPEG2-Transportstrom Standard. Allerdings stehen hinter dieser zwanzigjährige Erfolgsgeschichte ebenfalls zahlreiche Innovationsleistungen. Kontinuierlich hat sein Entwicklerteam den Containerdienst auf dem neuesten technischen Stand gehalten. Dafür war es unter anderem notwendig, immer wieder die neuesten Komprimierungsverfahren und deren Features in den Standard zu integrieren. Dass die Branche für den Transport der Videodaten solange Zeit mit demselben Grundverfahren arbeiten konnte und kann, hat entscheidende Vorteile: »Die Arbeit mit dem Verfahren ist inzwischen gut eingespielt und alle an der Lieferkette beteiligten Akteure verfügen über bewährte Werkzeuge zur Nutzung des Datencontainerdienstes«, so Schierl. Mit der neuesten »Verjüngungskur« implementierte die internationale Expertengruppe nun die zukunftsweisenden Standards des High Efficiency Video Coding, kurz HEVC oder H.265. Der Transportstrom-Klassiker ist damit bereits für die Entwicklungen der kommenden Jahre gut gerüstet und hat damit beste Chancen, seine Erfolgsgeschichte als Unterstützungssystem für neue Innovationen in der Medienübertragung weiter zu schreiben.

"Gemeinsam mit den Kollegen der Moving Picture Experts Group (MPEG) nahm Dr. Thomas Schierl vom Fraunhofer HHI in LasVegas den Emmy 2014 in der Kategorie ""Technology and Engineering"" entgegen." Bild: Fraunhofer HHI

In diesem Jahr konnte die Moving Picture Experts Group einen weiteren Höhepunkt in der Geschichte des MPEG-2 Transportstrom Standards zu feiern: Ihre seit zwei Jahrzehnten erfolgreiche Technikleistung wurde in Las Vegas von der »National Academy of Telecision Arts & Sciences« mit einem Emmy ausgezeichnet. Für den Erfolg von Sendeanstalten und Programmmachern sind die Technikplattformen der Fernsehwelt nicht weniger entscheidend als die Leistung von Schauspielern, Moderatoren, Regisseuren, Autoren und Formatentwicklern vor und hinter den Kameras. Daher werden bereits seit 1948 regelmäßig auch Awards in den Kategorien »Technology and Engineering« verliehen. In diesem Jahr wurden bei der Preisverleihung während der Consumer Electronics Show in Las Vegas unter anderem Videoprotale wie Netflix, YouTube oder Amazon für ihre Techniksysteme zur Nutzerbewertung von Videoangeboten ausgezeichnet. Zu den gekürten Technikspezialisten zählte beispielsweise auch Garrett Brown für seinen Beitrag zur Entwicklung der »Steadycam«, einem schwebenden Kamerastativ, das gleichmäßig und ruhig bewegte Bilder bei Aufnahmen mit einer Handkamera ermöglicht. Den Emmy für den MPEG-2 Transportstrom Standard nahm in Las Vegas zusammen mit seinen Kollegen der Experts Group Dr. Thomas Schierl vom Fraunhofer HHI in Empfang. Für das Forscherteam des Fraunhofer HHI ist dies bereits der dritte Emmy für ihre Arbeit im Bereich Fernsehen und Video. Bereits in den Jahren 2008 und 2009 wurden die Berliner Forscher für ihren Beitrag zur Entwicklung besonders leistungsfähiger Verfahren der Videokompression mit einem Technik-Emmy geehrt. (stw)

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Dr. Thomas Schierl
  • Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut HHI
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