MPEG mit zwei Tonspuren

SVCD / DVD mit zwei Tonspuren

Am Beispiel einer SVCD bzw. einer DVD will ich heute einmal zeigen, wie man zwei separate Tonspuren in einen MPEG-Stream bekommt. Ob Sie das nun für eine SVCD oder eine DVD machen, ist einerlei. Die Schritte bzw. die Idee, die dahinter steht, ist exakt die gleiche.

Erlauben Sie mir vorab eine kleine Einführung:

Im Kapitel "Maximale Datenrate für eine SVCD" haben Sie vermutlich schon einmal ein paar Ansätze zu diesem Thema gelesen.

Bei einer SVCD sind, ausgehend vom Layer II, im Prinzip zwei Audiostreams möglich. Jeder Stream kann dabei zwei Kanäle beinhalten. Sie können also in einen Audiostream 2 Mono- oder zwei Stereokanäle integrieren. Und zwar mit einer Bitrate von 32 - 192 kbps (mono) bis zu 64 - 384 kbps (stereo).

Damit ist es möglich, z.B. eine deutsche und eine englische Fassung Ihres eigenen Videofilms zu produzieren. Die Umschaltung zwischen den Tonkanälen erfolgt direkt am Player.

Denkbar ist auch ein MPEG-2 MultiChannel 5.1 (ISO 13818-3) Stream.

Bei einer DVD hingegen sind bis zu acht Tonspuren möglich. Dabei kann jede der Tonspuren ein anderes Format benutzen. Damit können Sie nicht nur die Datenrate, sondern auch die Anzahl der Kanäle, die Abtastfrequenz und das Kompressionsverfahren individuell festlegen.

Wer mehr zu den einzelnen DVD-Audio-Formaten wissen will, findet im Internet reichlich Informationen. Eine ganz gute Einführung finden Sie bei der Firma Denon. Noch besser zu diesem Thema ist die Website von Michael Neuhold.

Zu beachten ist nur, dass die max. mögliche Datenrate -also die Summe der einzelnen Datenraten- des jeweiligen Mediums nicht überschritten wird.

Bei einer SVCD haben wir eine Muxrate von max. 348.600 Byte/s. 'Maximal' deshalb, weil bei der SVCD ja eine variable Datenrate erlaubt ist.

Rechnet man z.B. die Muxrate einer SVCD in Bits pro Sekunde um, so ergibt sich daraus ein Wert von 2.788,8 kbps.

Wenn Sie wissen wollen, wo diese Zahlen herkommen, sei Ihnen mein Tipp zum Thema "max. Datenrate" bzw. der Beitrag "Video Buffering Verifier" empfohlen.

Dort haben wir gelernt, dass die Hersteller die Geschwindigkeit eines Laufwerkes in "X" angeben, wobei das X bei CD und DVD eine unterschiedliche Bedeutung hat. Es bezieht sich auf die ursprüngliche Geschwindigkeit, mit der die jeweils erste Laufwerksgeneration des betreffenden Gerätetyps arbeitete. Bei CD-ROMs sind dies bescheidene 150 KByte/s (1X_CD). Das ist auch die Geschwindigkeit, mit der Musik-CDs heute noch laufen.

Bei einer DVD hingegen bedeutet 1X_DVD = 1,35 MByte/s.

Zieht man von dieser Datenrate die "Zusatzinformationen", wie z.B. Fehlerkorrektur und Kontrollinformationen ab, so bleibt eine Netto-Datenrate von 1.260.000 Byte/s übrig - also die max. Muxrate einer DVD.

Umgerechnet sind das 10.080 kbps oder 10,08 Mbps (bei 1000 kBit pro MBit) bzw. 9,84 Mbps (bei 1024 KBit pro MBit). Sie finden in der Literatur immer wieder beide Werte, darum habe ich sie hier auch entsprechend aufgelistet.

Bei der SVCD haben Andreas Riel und ich mal ermittelt, dass rund 2.718 kbps für den eigentlichen Film (kpl. mit Ton) übrig bleiben.

Sie können nun von diesen 2.718 kbps für den Ton einen Anteil von 128 kbps nehmen und dann bleiben Ihnen für das eigentliche Video 2590 kbps übrig. Sie können aber auch für das Video 2494 kbps einplanen und dann haben Sie für den Ton noch 224 kbps.

Wollen Sie nun zwei Tonspuren verwenden, reduziert sich bei einer SVCD sehr schnell die für den Video-Stream zur Verfügung stehende Datenrate unter 2300 kbps. Im Bild werden immer mehr Artefakte sichtbar. Die Qualität leidet.

Wer also mit mehreren Tonspuren arbeiten will, sollte sich darüber im Klaren sein.

So richtig empfehlen kann ich einen MPEG-Stream mit zwei Tonspuren für eine SVCD also nicht. Für eine DVD ist diese Technik jedoch ideal.

Das Problem der Artefakte ist bei der DVD aufgrund der höheren Datenraten deutlich minimiert. Bei einer handelsüblichen Kauf-DVD beträgt die Video-Datenrate im Durchschnitt so rund 3,5 MBits/s. Wobei natürlich theoretisch die Datenrate zwischen 1,5 und 9,8 Mbps schwanken kann.

Das digitale Fernsehen DF1 hingegen sendet meines Wissens MPEG-2 mit bis zu 6,8 MBit/s. Sie können daran einmal die Qualität einer SVCD (mit rund 2,5 Mbps) im Vergleich zu einer DVD bzw. zu MPEG für den TV-Empfang ermessen.

Ich persönlich nehme bei Interlace-Material für die miniDVD 4500 kbps (passt gut zum YAMMI) und zwischen 5.000 und 6.000 kbps (VBR) für eine echte DVD.

Für jede Tonspur benötigt man je nach Komprimierung und Zahl der Kanäle zwischen 32 kbps (1 Kanal [mono] in MPEG-Audio) und 448 kbps (5.1 Dolby Digital).

Die Gesamtdatenrate für alle Audio-Streams ist jedoch bei der DVD auf maximal 6.144 kbps beschränkt.

Um Ihnen nicht nur ein Gefühl für die Bildqualität, sondern auch für die Tonqualität zu geben, sei ein Blick auf die Rundfunklandschaft erlaubt.

Die Toncodierung nach MPEG-1 Layer II wird z.B. auch für Digital Broadcast Audio (DBA) genutzt und zwar mit einer Datenrate von 256 kbit/s.

Die Fachliteratur sagt aber, dass bereits bei 0,19 MBit/s gute sendefähige Radioqualität zu erreichen sei. Geht man von 1024 Kilobit/Megabit aus, so sind das 194,56 KBit/s. Geht man von 1000 Kilobit/Megabit aus, so sind das 190 kbit/s (kbps).

Ich selbst arbeite beim Ton für meine SVCD bzw. DVD überwiegend mit MPEG-1 Layer II.

Dabei nutze ich bevorzugt eine Datenrate von 192 kbps und eine Sampling Frequenz von 44.100 Hz bei einer SVCD, bzw. 48.000 Hz bei einer DVD. Habe ich Platz zur Verfügung, so sind 224 kbps hinsichtlich der Qualität auch mehr als ausreichend.

Doch was macht man mit einem zusätzlichen Ton - wo kommt er hin?

Schauen wir uns das Verzeichnis einer (mini)DVD einmal im Vergleich zu einer SVCD an, so stellen wir fest, dass ein Stream mit zwei Tonspuren so ohne weiteres nicht auffällt.

DVD (erstellt mit VP 5.0)	SVCD (erstellt mit WinOnCD 3.8)

Wer glaubt, bei der DVD im Verzeichnis AUDIO_TS fündig zu werden, hat sich getäuscht. Dieser Ordner ist für den DVD-Audio-Standard vorbehalten und bei der von uns produzierten Video-DVD leer.

Und auch das SVCD-Verzeichnis ist unauffällig.

Die Erklärung ist ganz einfach. Die zusätzliche Tonspur befindet sich im jeweiligen VOB-File einer DVD bzw. in der MPG-Datei der SVCD.

Wenn wir getrennte Ton- und Videofiles hätten, müsste der Lesekopf eines DVD-Players immer hin- und herspringen und es würde dabei zu ungewollten Unterbrechungen im Datenstrom kommen. Aus diesem Grunde packt man alle Informationen in einen einzigen Programmstream.

Also, Video-Stream und alle gewünschten Audiostreams werden in einem einzigen neuen Stream mittels "multiplexen" zusammengefasst. Beim Auslesen des Datenstroms kommen damit abwechselnd eine Bild-, Ton- und Steuer-Information beim Mikroprozessor des DVD-Players an. Dieser speichert sie zunächst in einem Puffer zwischen und gibt sie, sobald ausreichend Daten vorhanden sind, auf Bildschirm und Lautsprecher aus.

Die entsprechenden Einzelheiten finden Sie im Beitrag "Video Buffering Verifier".

Kommen wir jedoch nun zur praktischen Umsetzung:

Stellen Sie sich einmal einen "normalen" Filmschnitt vor. Ich arbeite bevorzugt mit dem Video Editor 6.0 von Ulead aus dem Ulead MediaStudio 6.0.

Hier habe ich zum Schnitt meine Video- und Audio-Tracks auf der Time-Line angeordnet.

Nach erfolgreichem "Arrangement" wandle ich den Film in eine AVI - Datei um, um ihn anschließend mittels TMPGEnc zu einem MPEG-Stream zu formen.

Wenn Sie damit fertig sind, ordnet man auf der Time-Line eine zweite zusätzliche neue Tonspur an:

Das kann entweder ein Kommentar sein, oder ein sep. Musik, oder eine Mischung aus Original mit Musik, oder, oder, oder...

Damit der zweite Sound auch die gleiche Länge hat wie der erste, kürze ich ihn am Ende passend zum Bild ab:

Nachdem ich das Projekt so gesichert habe, lösche ich im nächsten Schritt die nicht benötigten Ton- und Bild-Spuren heraus. Übrig bleibt dann nur noch die zusätzliche Tonspur:

Über "Datei", "Erstellen", "Audiodatei"

erstelle ich ein WAV-File mit der Einstellung passend zur SVCD bzw. zur DVD

und speichere sie unter einem beliebigen Namen ab.

Denkbar ist es auch, direkt aus MSP heraus anstelle einer WAV-Datei eine MPEG-Datei zu erzeugen. Da mein Vertrauen in die Wandlerqualität von MSP aber sehr beschränkt ist, nutze ich -wie gesagt- TMPGEnc.

Nun rufen Sie also TMPGEnc auf, um die WAV-Datei in eine MPEG-Datei zu wandeln.

Sie können das -wenn Sie wollen- in einem sep. Task machen. Also, während ein TMPGEnc Ihren AVI-Stream in einen MPEG-Stream umwandelt, können Sie TMPGEnc ruhig nochmals aufrufen. Sie starten dadurch das Programm in einem sep. Task.

[Ein Task ist übrigens ein Prozess (zum Beispiel ein Programm), der auf der untersten Systemebene läuft. Multitasking nennt man allgemein die Technik mehrere Prozesse (oder halt eben Tasks) gleichzeitig laufen zu lassen. Da aber ein Prozessor zu einer Zeit immer nur einen Task bearbeiten kann - er kann also nicht mehrere Dinge gleichzeitig tun, schaltet das System ständig zwischen den verschiedenen Tasks hin und her und täuscht so eine gleichzeitige Bearbeitung vor. Das führt zwar dazu, dass sich alle Tasks den Prozessor teilen und damit der Task im Hintergrund langsamer wird - doch die Wandlung von WAV zu MPEG dauert nicht sehr lange.]

Und in diesem Task können Sie dann die WAV-Wandlung machen. Dazu wandeln Sie die WAV-Datei einfach in eine MP2-, also eine MPEG-1 Layer 2 Audio-Datei um.

Wenn TMPGEnc mit seiner Arbeit fertig ist, haben Sie eine MPEG2-Datei mit dem Original-Sound und eine MP2-Datei mit dem alternativen Sound.

Im nächsten Schritt "De-Multiplexen" (demuxen) wir den fertigen - mit TMPGEnc - erstellten Stream mit dem Originalsound.

Mein Ausgangs-File heißt übrigens "strip_48.mpg"

Für die folgenden Schritte nutze ich die Tools von Brent Beyeler, downloadbar über http://members.cox.net/beyeler/bbmpeg.html.

Wir nehmen dazu bbDMUX und rufen das Programm im DOS-Modus wie folgt auf:

bbdmux strip_48.mpg

Sie können das Programm auch so aufrufen.

bbdmux strip_48.mpg > inhalt.txt

Dann wird die Bildschirmausgabe in die Datei "Inhalt.txt" umgeleitet.

Als Ergebnis sehen wir etwa u.a. folgender Inhalt:

Wir wissen damit, dass sich in unserem MPEG-File ein Video-, ein Audio- und ein Padding-Stream befinden und zwar kennen wir auch die jeweilige "ID" dazu.

Nähere Einzelheiten finden Sie auch in dem Kapitel über den VBV.

Mit den DOS-Befehlen:

bbdmux strip_48.mpg 0xe0 video.m2v (in meinem Beispiel: "strip_48.m2v")
bbdmux strip_48.mpg 0xc0 audio.mp2 (*.mp2 oder *.mpa - in meinem Beispiel: "lukas2.mpa")

isolieren wir die jeweiligen Dateien zu einem sep. Videofile mit dem Namen "video.m2v" und einer Audio-Datei als "audio.mp2" (oder auch: "audio.mpa").

Wir haben damit in meinem Beispiel folgende Dateien:

strip_48.m2v (reiner Videostream)
lukas2.mpa (MP2-Stream, Audio-Stream aus dem original MPEG-Stream)
lukas.mp2 (MP2-Stream, Audio-Stream aus der WAV-MP2-Umwandlung [siehe oben])

Mit AVI2MPG2 multiplexen wir nun die drei Streams zu einem neuen Stream zusammen. Wir rufen dazu AVI2MPG2 auf - ohne allerdings ein File auszuwählen.

Über "Start Encoding" kommen wir zur folgenden Maske:

Über "Settings" wählen wir unter "Program Stream Settings" für unser Beispiel die SVCD aus. Wer eine DVD oder miniDVD erstellen will, nimmt die Einstellung "^~DVD^". Alle damit vorgegebenen Einstellungen übernehmen wir unverändert.

Unter SVCD bekommen wir damit eine "Forced mux rate" von 6.972 x 50 = Byte/sec bzw. 25.200 x 50 Byte/sec für eine DVD und damit die oben bereits angesprochenen Muxraten.

In der Karteikarte "Input and Output files" wählen Sie nun die entsprechenden Streams aus.

Unter "MPEG Program Stream file" wählen Sie den Namen Ihrer fertigen Datei aus. Über den Button "Open VS" wählen Sie den Video-Stream, über "Open AS1" wählen Sie die erste Sounddatei und über "Open AS2" den zweiten Sound aus.

An dieser Stelle sollte nicht unerwähnt bleiben, dass Sie alternativ auch den TMPGEnc zum Multiplexen einsetzen können. Schauen Sie dazu unter "File" und "MPEG Tools". Dort steht Ihnen eine Reihe von "Mux-Möglichkeiten" zur Verfügung.

Den so erstellten Stream brennen Sie wie gewohnt mit einem Brenn- oder Authorenprogramm auf eine CD oder DVD.

Zur Kontrolle schauen wir uns bei der DVD einmal die so produzierte DVD an. Dazu können Sie klassische Ripping-Tools, wie z.B. FlasKMPEG einsetzen.

Laden Sie sich dazu die Datei VIDEO_TS.VOB bzw. die zugehörige IFO-Datei.

Im Audioplayer von FlasKMPEG finden Sie dann die Detailinformation zu Ihren Audiofiles:

Über das Menü "Available tracks" können Sie dann zwischen den einzelnen Tonspuren hin- und herschalten und den Ton auch direkt hören.

An Ihrem Standalone-DVD-Player können Sie dann z.B. über die Taste "Language" den jeweiligen Ton-Kanal "C0" oder "C1" (oder entsprechend) auswählen.

Der hier vorgestellte Lösungsweg ist ein möglicher Lösungsweg. Er soll nur das Prinzip mehrerer Tonspuren aufzeigen und Verständnis für die Technologie schaffen.

Sie können je nach genutzter Software auch direkt mit AVI und WAV-Dateien oder einer beliebigen Kombination arbeiten.

Im Gegensatz zu VP5 erwarten einige Authorenprogramme einen getrennten MPEG-Stream. Also einen einzelnen Video- bzw. einen oder zwei Audiostreams. Richten Sie sich dabei also nach den Vorgaben Ihrer Software.

Als weiterführende bzw. ergänzende Information zum Thema MP2, AC-3 und auch zum Thema Wandlung von 44,1 auf 48 kHz sehen Sie bitte DVD-Ton selbstgemacht.

Hier finden Sie nicht nur weitere Grundlageninformationen, sondern auch wichtige Hinweise, wie Sie ggf. die Qualität Ihrer Tonaufnahmen verbessern können.