1. Was ist MPEG?

2. Grundlagen der Videokompression

3. MPEG-Formate

4. MPEG-Konzept

5. Einsatzgebiet: Transport Streams

6. Quellen



1. Was ist MPEG?

Die Moving Picture Experts Group.(MPEG), eine Gruppe von Experten, beschäftigt sich mit der Standardisierung von Videokompression, wie Audiokompressionen, oder Containerformaten. Diese Expertengruppe, deren erstes Treffen 1988 stattfand, erweitert und verbessert unter anderem, Ideen der ITU (International Telecommunication Union).
Offizielle Bezeichnung für MPEG ist IEC JTC1/SC29/WG11 (International Organization for Standardization / International Electrotechnical Commission, Joint Technical Committee 1, SubComittee 29, Working Group 11). (vgl. Wikipedia, OQ2)
Bei diesem Vefahren wird nicht jeder einzelne Pixel eines Bildes des Films einzeln gespeichert, sondern das Bild wird in den Keyframes komplett gespeichert, zwischen zwei Keyframes wird nur die Veränderung zum vorherigen Bild / Keyframe gespeichert. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders für ruhige Szenen ohne viel Bewegung. (Vgl. OQ6)


2. Grundlagen der Videokompression

Physiologische Grundlagen:
Auf physiologischen Erkenntnissen des menschlichen Sehens und Hörens beruhen die Kompressionsalgorithmen. Es kann bei Bildern, ähnlich wie bei Geräuschen, zu Schwingungsüberlagerungen kommen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind.
Beispiel: YUV-Farbmodell

Mathematische Grundlagen:
Die Redundanzreduktion und die Irrelevanzreduktion sind zwei Ansätze um eine Datenmenge zu reduzieren. Beide Ansätze stammen aus der Informationstheorie und greifen auf ein Modell zurück, bei dem von einer Quelle Information zu einer Senke übertragen wird.

Redundanzreduktion


Irrelevanzreduktion




3. MPEG-Formate

+ MPEG-1 (Video-CDs)
+ MPEG-2 (DVD-Videos und DVB)
+ MPEG-3 (HDTV)
+ MPEG-4 (3D-Sprache)
+ MPEG-7 (multimediale Inhalte)

Eine detaillierte Beschreibung aller o.g. MPEG-Formate ist auf Stephanie's Weblog zu finden.



4. MPEG-Konzept

MPEG-Gremien erarbeiten Richtlinien für Medien-Kodierung

Publikation als ISO/ITC-Standards

Standards definieren das Datenformat ("bitstream")

Referenzimplementierung für Decoder verfügbar

sichert Interoperabilität aller Decoder

aber Encoder nicht spezifiziert

erlaubt spätere Verbesserungen

erlaubt Wettbewerb/Konkurrenz

(Vgl. Website der Uni Hamburg, OQ5)

5. Einsatzgebiet: Transport Streams

MPEG und DVB (Digital Video Broadcasting) bilden gemeinsam die Basis für digitale Übertragungen von Fernsehsignalen.

Der DVB Transport Stream zeichnet sich durch Zeitmultiplex und hohe Zuverlässigkeit aus. Auch die Bandbreite ist konfigurierbar und variabel.



MPEG beschäftigt sich mit der Quellencodierung und -decodierung (ISO/IEC-Standards) und das Gebiet von DVB (ETSI-Standards) ist die Übertragungstechnik.

Der Syntax des übertragenen Datenstroms wird von MPEG standardisiert und damit auch die Funktionalität des Decoders. Es können einerseits sehr große Bilder mit hoher Datenrate codiert werden und es können auch verschiedene komplexe Algorithmen bei der Codierung (und Decodierung) verwendet werden, was zu sehr unterschiedlichen Strukturen in Coder und Decoder führen kann.

Daher werden im MPEG-Standard Einschränkungen sowohl für die zulässigen Parameter (Bildgröße, Bitraten etc.) als auch für die Komplexität der Algorithmen definiert.

"Profiles" ( -> Einschränkung der Komplexität der Algorithmen)

"Levels" ( -> Einschränkung der Parameter)

Merkmale des Transport Streams:
Multiplex mehrerer Services (Video, Audio etc.) zu einem Programm

Synchronisation dieser Services innerhalb des Programms

Multiplex mehrerer Programme zur Übertragung in einem Kanal bzw. Transport Stream

Übertragung zusätzlicher Systeminformation (z.B. welcher Service gehört zu welchem Programm ?)

feste Rahmenlänge von 188 (4x47) Bytes zur Übertragung über fehlerbehaftete Kanäle, sowie zur einfachen Implementierung eines blockorientierten Fehlerschutzes

Signalisierungsmöglichkeit für überforderte Fehlerkorrektur

Erweiterbarkeit für nahezu unbegrenzte, benutzerdefinierte Dienste

Nachzulesen ist dies auf der Website von IRT (OQ7), dem Mitentwickler von MHP, dem neuen interaktiven Standard für digitale TV- und Multimedia-Übertragung.

6. Quellen

OQ1:
http://www.itu.int/home/, aufgerufen am 09.01.05

OQ2
http://de.wikipedia.org/wiki/Mpeg, aufgerufen am 13.01.05


OQ3:
http://www.chiariglione.org/mpeg/, aufgerufen am 09.01.04

OQ4:
http://www.glossar.de/glossar/1frame.htm?http://www.glossar.de/glossar/z_mpeg.htm, aufgerufen am 15.01.05

OQ5:
http://tech-www.informatik.uni-hamburg.de/lehre/ss2004/vorlesungen/medientechnik/09-mpeg.pdf, aufgerufen am 15.01.05

OQ6:
http://www.computerhilfen.de/magazin_wasist_mpeg.php3, aufgerufen am 15.01.05

OQ7:
http://www.irt.de/IRT/FuE/dm/DMhome.htm, aufgerufen am 15.01.05

1.Was ist das TLS-Protocol?

2. Ziele des TLS-Protocol

3. Anwendungen

4.Quellen



1. Was ist das TLS-Protocol?

Das TLS-Protokoll (transport layer security protocol) wurde ursprünglich von Netscape entwickelt und ist ein applikationsunabhängiges Sicherheitsprotokoll, dass authentische und vertrauliche Kommunikation unterschiedlicher Client-Server-Anwendungen erlaubt. Dieses Protokoll ist zwischen der Anwenderschicht und der Transportschicht angesiedelt und generell von allen Diensten, die verbindungsorientiert sind (wie HTTP, FTP...) nutzbar.

Dieses Protokoll ist selbst in zwei Schichten aufgeteilt:

TLS Record Protocol
dient der Absicherung der Verbindung und ist die untere der beiden Schichten

TLS Handshake Protocol
baut auf dem TLS Record Protocol auf und erfüllt Funktionen, wie die Identifikation der Kommunikationspartner auf Basis asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren.
(vgl. OQ1)



2. Ziele des TLS-Protocol

Als das SSL (Secure Sockets Layer) als Standard festgelegt wurde, benannte man es 1999 um in TLS. Visa, MasterCard, American Express und viele weitere Finanzorganisationen förderten TLS als Standard zur Absicherung von Zahlungen über das Internet.




Eine genauere Beschreibung, bzw. ein Bericht über die Funktionsweise von SSL findet sich auf dem Weblog eines Kollegen aus Linz.

Folgende Ziele werden in absteigender Reihenfolge vom TLS-Protocol verfolgt:

a) Kryptographische Sicherheit
durch Authentisierung durch asymmetrische Krytographie; gesicherte Aushandlung gemeinsamer Geheimnisse vor Lauschen und Attack-in-the-middle-Angriffen; zuverlässige Aushandlung gemeinsamer Geheimnisse zum Schutz vor absichtlicher Verfälschung

b) Interoperabilität
Unabhängigkeit von proprietärer Implementierung

c) Erweiterbarkeit
für neue Public Key Verfahren; neue Massenverschlüsselungsverfahren

d) Relative Effizienz
durch optionale Sitzungssynchronisation; Wiederaufnahme einer Sitzung mit den gleichen Sicherheitsparametern.

(vgl. dazu OQ1)



3. Anwendungen

+ HTTPS
+ SMTP über TLS
+ NNTP über TLS
+ SIP über TLS

Mobiltelefonie:
Per WAP (Wireless Application Protocol) kann man auf mobile Internetdienste zugreifen. WTLS (Wireless Transport Layer Security) ermöglicht eine sichere Datenübertragung.


TLS: Sicherheit beim Mailen :
In den meisten Fällen geht die Übermittlung über einen oder mehrere Router. Dieser kann gegebenenfalls den gesamten Datenverkehr zwischen Client und Server mitprotokollieren und auswerten.
Um einen sicheren Mailversand zur gewährleisten, gibt es die Möglichkeit, eine SMTP-Verbindung per TLS-Verschlüsselung aufzubauen. TLS (Transport Layer Security) ist, wie bereits erwähnt, eine Weiterentwicklung des bekannteren SSL (Secure Sockets Layer). Über das ESMTP-Kennwort STARTTLS teilt der Server dem Client beim Verbindungsaufbau mit, dass die Verschlüsselung unterstützt wird. Wenn der Client Verschlüsselung nutzen möchte, sendet er den Befehl STARTTLS ohne Parameter. Beide Rechner starten dann die Verschlüsselung.

Beispiel für eine SMTP-Verbindung per TLS:

> S: 220 test.de SMTP server ready
> C: EHLO xyz.de
> S: 250-xyz.de, pleased to meet you
> S: 250 STARTTLS
> S: 220 Go ahead
> C: <Start der Verschlüsselung>
> S: + C: <Verschlüsselung wird abgesprochen>
> C: <Client sendet Kommandos zur Bearbeitung von Mails>
> ...

Auch bei POP und IMAP besteht das Problem, dass insbesondere die Authentifizierungsdaten offen über das Internet gesendet werden. Daher wurde TLS auch für POP und IMAP eingeführt (vgl. OQ4)

Unter Bezugnahme auf vorliegendes Thema möchte ich auf einen Bericht über kryptographische Verschlüsselungen von Michael Penkoff verweisen.

4. Quellen

OQ1:
http://einstein.informatik.uni-oldenburg.de/rechnernetze/tls.htm, aufgerufen am 06.12.04

OQ2:
http://www.gwdg.de/forschung/veranstaltungen/workshops/security_ws_2003/wlan_sec.pdf, aufgerufen am 25.12.04

OQ3:
http://www.tu-chemnitz.de/urz/lehre/rs/rs02/tls/ssl.htm, aufgerufen am 25.12.04

OQ4:
http://www.tecchannel.de/internet/819/24.html, aufgerufen am 02.01.05

Definition nach Brockhaus (1994): Ikonographie (v. Grch.: ikon Bild, graphein schreiben) ist die Wissenschaft von der Identifikation, Beschreibung, Klassifizierung und Interpretation von Symbolen, Themen und Inhalt in der Bildenden Kunst.

„Dass Bilder uns schneller einen Überblick über komplexe Situationen geben können als Texte zeigt sich z.B. bei der graphischen Darstellung von Zahlen. Zwar lässt sich mit Bildern nicht alles zeigen, was Worte sagen können, jedoch sind Bilder den Worten in mancher Hinsicht überlegen. Bilder haben eine Emotionalisierungsfunktion, sie können positive oder negative Gefühle wecken, erzeugen Aufmerksamkeit und helfen dem Gedächtnis. Ein Text bleibt besser in Erinnerung, wenn er von Bildern begleitet ist.

Die neue Macht der Bilder, die weltweite Omnipräsenz der elektronischen Bilder, bezeichnete McLuhan als "Global Village".

Ende der sechziger Jahre, als McLuhan seine Theorie über das Globale Dorf ausgearbeitet hatte, flimmerten bereits vor Millionen von Menschen Bilder über den Fernsehschirm, welche mit einer nie dagewesenen Symbolkraft die Einheit von Bild und sensationellem Ereignis vor Augen führte, wie z.B. die Live-Übertragung der Mondlandung (vgl. Sauerländer 2003, OQ)

Laut Frank Hartmann sind Fotografien, Gemälde, Filme und Zeichnungen in der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Auch im Bereich der modernen Naturwissenschaften ist das Bild ein unverzichtbares Element im Prozess der Wissensvermittlung geworden und neue Techniken der Erzeugung und Verbreitung von Bildern haben zu neuen Bildbegriffen wie, dem Iconic Turn, bzw. Pictorial Turn, geführt, der die zunehmende Bilderflut als Anzeichen für einen grundsätzlichen kulturellen Wandel versteht. Hartmann verweist auf die trügerische Funktion von Bildern und folgt den Ausführungen Flussers, dass alle technischen Bilder nur Einbildungen seien uns sich diese nur wirklich sehen lassen, wenn ihr Code bewusst gemacht wird. Das Problem dieser „Trugbilder“ ist, dass manche, für uns sichtbare Bilder nachträglich generiert werden. Es gibt unzählige Möglichkeiten sich ein Bild zu machen, dies hängt wiederum von der visuellen Vieldeutigkeit ab, die die Realität greifbar werden lässt. Es begegnen sich die verschiedensten Medien, wie z.B. Malerei, Film und Fotografie im Bild, dadurch lässt sich ein Bild aus verschiedenen Blickwinkeln sehen. (vgl. Hartmann 2003, S.49-88)

Der Kunsthistoriker Willibald Sauerländer (2003, OQ) plädiert in seinem Online-Bericht für einen „kritischen Ikonoklasmus“ der visuellen Wahrnehmung und widmet sich in seinem Beitrag dem von W.J.T. Mitchell stammenden Begriff „Pictoral Turn“. Als Symptome eines „Pictoral Turn“ können laut Mitchell sämtliche ikonoklastischen Bewegungen gelten, aber auch alle Anstrengungen, sich einmal mehr der Überlegenheit von Sprache und Diskurs gegenüber dem Visuellen zu versichern..

Literatur:

Brockhaus Enzyklopädie (1994). 19. Auflage, Band 24. Mannheim.

Hartmann, Frank (2003). Mediologie: Ansätze einer Medientheorie der Kulturwissenschaften. Wien: WUV.



Online-Quellen:

Sauerländer, Willibald (2003). Bescheidener Vorschlag, einen neue Ikonoklasmus betreffend. In: http://www.dada.at/wohngemeinschaft/stories/storyReader$828 ,aufgerufen am 26.05.2004

http://homepage.univie.ac.at/Frank.Hartmann/medio.html

http://www.ikon-magazin.de/aktuell/diskurs/autoren/mcluhan/, aufgerufen am 27.11.04

http://www.iconic-turn.de/deutsch/referenten_detail.php?referentid=64, aufgerufen am 27.11.04