CODECS. CODEC = COmpressor - DECompressor beziehungsweise COdieren-DECodieren

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1 CODECS CODEC = COmpressor - DECompressor beziehungsweise COdieren-DECodieren Ein Codec wird benutzt, um einen unkomprimierten Video- und/oder Audiostrom nach einem definierten Algorithmus zu komprimieren und wieder entschlüsseln zu können. Verschiedene Codecs Bei der Komprimierung wird festgelegt, in welches Dateiformat das fertige Material umgewandelt werden soll (AVI, QuickTime..) - das bedeutet, dass Dateien gleichen Formats nicht unbedingt mit dem gleichen Codec komprimiert sein müssen. Hard-Codecs Sie können als separate Hardware erworben werden, die man in einen Steckplatz (meistens PCI) oder an einen externen Port (meistens Parallel- oder USB-Port) steckt (Hardware-Codec). Vorteil dieses Verfahrens ist, dass ein solcher Codec keinen starken Prozessor benötigt, da die gesamte Umrechnung der Filme vom Hardware-Codec übernommen wird. Soft-Codecs Viele Kompressionsverfahren werden durch den Computer in Echtzeit berechnet. Hierfür benötigt man nur schnelle Programme, die sogenannten Soft-Codecs. Anwenderfehler liegt darin, Dateiformate mit Codecs zu verwechseln. Ein AVI-File sagt beispielsweise noch nichts über die verwendete Kompression aus, sondern allenfalls etwas über die verwendete Multimedia-Architektur. Es gibt vier gängige Multimedia-Architekturen: VideoforWindows (VfW), DirectShow, Quicktime und RealVideo. Diese Architekturen stellen den Schnittprogrammen und anderen Applikationen wie Videoplayern oder Präsentationsprogrammen Möglichkeiten zur Verfügung, um Videos aufzunehmen, abzuspielen oder zu bearbeiten DV-Codecs Sie dienen in erster Linie zur verlustfreien Bearbeitung von DV-Videos, welche über Firewire in den Computer übertragen wurden. Bei diesen Codecs wird jedes Bild einzeln komprimiert, wodurch sich dieses Format vorzüglich zum Schnitt eignet. Zur Distribution von fertigen Filmen eignet sich das Format allerdings weniger, da es hierfür weitaus effektivere Codecs (MPEG, DivX) gibt. M-JPEG-Codecs kommen häufig bei älteren Schnittkarten zum Einsatz, die Videosignale noch über die analoge Schnittstelle einlesen. Leider ist dieses Format nicht genormt, so dass jeder Hersteller hier sein eigenes Süppchen kocht. Diese Codecs spielen momentan noch in professionellen, analogen Lösungen eine grosse Rolle. MPEG-Codecs (Motion Picture Expert Group) Diese Gruppe entwickelt internationale Kompressionsstandards, die auch den Namen dieser Gruppe tragen (MPEG, MPEG-2, MPEG-4 etc.). Je höher die Zahl hinter dem MPEG-Kürzel, desto neuer ist der Standard. Sie sind in erster Linie dazu geeignet, fertige Filme platzsparend zu speichern. Sie machen sich dabei das Prinzip zu nutze, auch Unterschiede zwischen mehreren Bildern zu komprimieren. Da bei vielen Szenen der Hintergrund über mehrere Sekunden gleich bleibt erreichen diese Verfahren eine weitaus höhere Kompression als beispielsweise DV- oder MJPEG-Codecs, indem sie nur die

2 Unterschiede zwischen den Bildern speichern. Dafür eigenen sich diese Verfahren eher weniger zum digitalen Schnitt. MPEG1 ist ein relativ alter Codec, der sich vor allem durch seine ausgesprochene Kompatibilität auszeichnet. MPEG1-Ströme laufen auf fast allen PC s und MACs ab 100 MHz als auch auf DVD- Playern (VCD). Die Bildqualität ist allerdings im Vergleich zu den neueren MPEG-Varianten 2 und 4 relativ schlecht (etwa mit VHS zu vergleichen). Auf einen 650 MB-CD-Rohling passen dabei bis zu 74 Minuten Video. MPEG2 findet gerade grosse Verbreitung, da alle DVD s in diesem Format gespeichert werden. Es bietet bei guter Codierung eine sehr gute Bildqualität, die auf normalen Fernsehern oft kaum von unkomprimiertem Material zu unterscheiden ist. Zur reinen Software-Dekomprimierung benötigt man allerdings mindestens einen 500 MHz Prozessor. MPEG2 ist der Codec, der für DVD-Komprimierung benützt wird (relativ grosse Datenrate). wurde ursprünglich zur Übertragung von Filmen über das Internet entwickelt. Dabei bedient es sich noch ausgeklügelterer Algorithmen, die eine weitaus stärkere Kompression ermöglichen. Sowohl Microsoft als auch DivX, sowie diverse andere, ähnliche Codecs beruhen oft auf. Gerade etabliert sich dieses Format besonders zum (meist illegalen) Tauschen von Kinofilmen, weil diese dank auf einem einzigen CD-Rohling Platz finden. Die Qualität ist dabei weitaus besser als MPEG1. CODIERUNG MPEG-VIDEO Elementare MPEG-Dateien enthalten einen Datenstrom, entweder Video oder Audio Multiplex MPEG-Dateien sind System- oder Programmdateien, d.h. Audio und Videodaten sind in einer Datei enthalten MPEG-1 Format liefert im Allgemeinen kleinere Dateigrössen, verminderte Bildqualität, da ein den halben Bildschirm füllendes Bild auf die Grösse des gesamten Bildschirms skaliert wird wird normalerweise für Titel verwendet, bei denen die Dateigrösse von Bedeutung ist und die auf einem Computer wiedergegeben werden MPEG-2 Format bietet eine bessere Bildqualität, erzeugt aber grössere Dateien wird im Allgemeinen für DVD-Titel auf DVD-Speichermedien verwendet Wahl einer Bitrate Die Bitrate hat Einfluss auf die Dateigrösse und bestimmt, wieviel Material auf der DVD untergebracht werden kann, Video-Bitrate = max. 9,8MBit/Sek. DVD-Player unterstützen kombinierte Bitraten von bis zu 10,08 Megabit pro Sekunde (MBit/Sek.), bei denen allerdings auch die Audiodaten und Untertitel berücksichtigt werden müssen. Einige DVD-Player haben Probleme mit dem Abspielen von Videos, die kontinuierlich hohe Bitraten verwenden. Bei diesen Playern kann es vorkommen, dass während der Wiedergabe Bilder ausgelassen werden (Dropped Frames). Die maximale Bitrate für Video liegt allgemein bei 8 MBit/Sek. Die maximale MPEG-1-Bitrate liegt allgemein bei 1,856 MBit/Sek. 2

3 Methoden für die MPEG-Codierung CBR (1-Pass)-Codierung Wahl einer Bitrate, unabhängig vom Inhalt für das gesamte Video. Vorteil: Die endgültige Grösse der codierten Datei ist bekannt. Es muss sichergestellt werden, das das Video auf eine DVD passt. Nachteil: Dieselbe Bitrate wird auf das ganze Video angewendet, unabhängig vom animierten Inhalt. Das Wählen einer ausreichend hohen Bitrate für animierten Inhalt ist für gute Qualität notwendig. 1-Pass-VBR-Codierung Wahl einer Basis-Bitrate und einer maximalen Bitrate. Der Encoder prüft während des Codierens den Bewegungsanteil innerhalb des Videos und passt die Bitrate entsprechend an. Für Szenen mit viel Bewegung wird eine höhere Bitrate (bis hin zu der festgelegten maxi malen Bitrate) und für Szenen mit wenig Bewegung die niedrigste Basis-Bitrate verwendet. Nachteil: Die Qualität erreicht nicht den Standard der 2-Pass-VBR-Codierung und die endgültige Dateigrösse des codierten Video kann nie genau bestimmt werden, sodass es sein kann, das die codierte Videodatei nicht auf eine DVD passt. 2-Pass-VBR-Codierung Wahl einer Basis-Bitrate und einer maximalen Bitrate. Der Encoder codiert das Video in zwei Schritten: Schritt 1: Analyse der gesamten Videodatei, wieviel Bewegung enthalten ist, Schritt 2: Codierung, wobei die Bitrate variiert wird, um für Szenen mit einem grossen Bewegungsanteil bessere Ergebnisse und eine bessere prognostizierte Grösse der codierten Videodatei zu erzielen. Nachteil: nimmt doppelt soviel Zeit in Anspruch. Formate MPEG-1, SIF (Standard Interface Format): 352 x 240 (NTSC), 352 x 288 (PAL) MPEG-2, Full D-1: 720 x 480 (NTSC), 720 x 576 (PAL) Bildrate: Pal: NTSC: 25 fps 29,97 fps ACHTUNG: Es ist nicht möglich, NTSC-MPEG-Medien und PAL-MPEG-Medien in einem Projekt zu mischen.

4 Arbeiten mit GOP Einstellungen I-Bilder (Intra-Frames, unbewegte Bilder), Referenzbilder oder Keyframes, enthalten gesamtes Bild P-Bilder (Predicted Frames, prädiktiv codierte Bilder), P-Bilder werden prädiktiv codiert, d. h. es wird die Differenz zu einem vorangegangenen I- oder P-Bild codiert, benötigen wenig Speicherplatz B-Bilder (Bi-directional Frames, bidirektional codierte Bilder) B-Bilder werden auf der Basis einer Interpolation von vorangegangenen oder nachfolgenden I- und P-Bildern codiert, benötigen den geringsten Speicher Codierung Die Qualität der MPEG-Codierung bestimmt die Qualität des gesamten Titels. Quellmaterial sollte die bestmögliche Qualität haben. Unkomprimierte digitale Quelldaten eignen sich dabei am besten, gefolgt von DV-Quelldaten und analogen Quelldaten im Component-Format. Video mit starkem Rauschen Die Leistungsstärke der MPEG-Komprimierung hängt grösstenteils von der Fähigkeit ab, die Bildbereiche aufzufinden, die sich zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern nicht ändern. Ein Video mit starkem Rauschen kann die Effizienz der MPEG-Codierung reduzieren. Enthalten die einzelnen Bilder eines Videos unterschiedliche Störeffekte, so werden diese als Veränderung zwischen zwei Bildern registriert, obwohl die eigentlichen Bilder identisch sind. Aus diesem Grund sind für die Codierung mehr Bits erforderlich. Ein Video mit starkem Rauschen führt zu wenig zufrieden stellenden Codierungen, da wichtige Codierungsressourcen durch die exakte Reproduktion der Störgeräusche gebunden sind. 4

5 CODECS - Ein Überblick 3iviX Kompressionsrate: 1:100 bis 1:160 (ab >2MBit/s) Exzellente Kompression Völlig ungeeignet für Videoschnitt, wenig verbreitet. Archivierung von Filmen und Übertragung im Internet Alpaysoft Losless VideoCodec YUV Kompressionsrate: 1:5 bis 1:7 (ca. 40MBit/s) Schnell und verlustfrei schlechte Kompressionsrate analoges Videocapture DivX 3.11 Kompressionsrate: 1:100 bis 1:160 (ab > 2MBit/s) Exzellente Kompression, weit verbreitet (auch für Mac und Linux verfügbar), unterstützt von einigen Hardwareplayern. Rechtlich bedenklich, da das Microsoft -PlugIn verändert wird Archivierung, Übertragung und Vorführungen DivX 4.12 Kompressionsrate: 1:100 bis 1:140 (ab >1,5MBit/s) Vorgänger von DivX5, Plattform-unabhängig. wird nicht weiterentwickelt Archivierung, Übertragung von Vorführungen DivX 5.1 Kompressionsrate: 1:100 bis 1:200 (ab >1,0MBit/s bis 1,2MBit/s) Bringt neben den Vorteilen von DivX3 und 4 auch Profile für Streaming mit Multipass-Encoding für bessere Qualität, kann auch echte -Konforme Videos erzeugen, von meisten Hardware DivX-Playern unterstützt. Kommerziell Alles ausser Videoschnitt Huffyuv YUV Kompressionsrate: 1:3 bis 1:5 (ca. 40MBit/s) Verlustfrei und schnell schlechte Kompression führt zu riesigen Datenmengen Videoschnitt und Pre-Production, Auch für langsamere Systeme gut geeignet. 5

6 Intel Indeo5 Indeo5 Kompressionsrate: 1:3 bis 1:5 (ca. 40MBit/s) schwaches Bild, schwache Kompression Kostenlos und schnell, Veraltet, aber eine Alternative zu Huffyuv. MPEG1 MPEG1 Kompressionsrate: 1:40 bis 1:60 (ab 4-5MBit/s) Von DVD-Playern unterstützes VCD-Format, Erzeugt relativ kleine Dateien, Plattformübergreifend. mittelmässige Kompression, mittelmässige Qualität, in Auflösung und dank CBR sehr eingeschränkt Für Videos die auch im DVD-Player laufen sollen, bei denen es aber nicht unbedingt auf Bildqualität ankommt. MPEG2 MPEG2 Kompressionsrate: 1:40 bis 1:60 (ab 4MBit/s) von DVD-Playern unterstützte DVD und SVCD, Einschränkungen von MPEG1 fallen weg, sehr videoschnittfreundlich, komprimiert etwa halb so effizient wie annehmbare Kompression bei guter Bildqualität; aber zu -Formaten vergleichsweise gross, hoher Rechenaufwand, jeder MPEG2-Codec kostet Geld. DVD- Authoring, Videoschnitt und Vorführung. Ungeeignet für Videoübertragung per Internet. Kompressionsrate: 1:100 bis 1:200 (ab 1,5MBIt/s) Effektiver als MPEG2 aber nicht so verlustfrei, exzellent für Videoübertragung, Standardkonformes sollte von allen -Decodern wiedergegeben wer den können. Kaum Encoder die standardkonformes erzeugen Steht Pate für alle Hardware- und Software--Encoder, die in dieser Liste NICHT aufgeführt sind. Quicktime & RealMedia Kompressionsrate: 1:100 bis :140 (ab 2MBit/s) Stark auf Streaming ausgelegtes -Format Vergleichsweise schlecht zum Archivieren, proprietär; Bindung an den Hersteller und nicht Plattformübergreifend zu haben. Für Videoübertragung per Internet gut geeignet. Da allerdings kein bekannter Hardware-Player damit was anfangen kann, besser nicht für Vorführungszwecke nutzen. 6

7 VSS H.264 H.264 Kompressionsrate: 1:150 bis 1:250 (ab 1,5MBit/s) Extrem starke Kompression bei sehr guter Bildqualität insbesondere in niedrigen Bitraten. Vanguard Software haben ein erstes Beta des Codecs VSS H.264 (langsam) Für die Archivierung geeignet, extrem gut für Videoübertragung, da auch bei kleiner Bitrate gutes Bild, leider noch nicht auf allen Plattformen zu haben. VP6 (On2) VP6 Kompressionsrate: 1:150 bis 1:200 (ab 1,5MBit/s) ähnlich gut wie, vergleichbare Eigenschaften nur unter Windows zu haben VP6 ist genauso gut oder schlecht wie die meisten -Codecs und als direkte Konkurrenz zu WM9 und RM gedacht, So eignet es sich gut für Videobearbeitung und liefert ordentliches Bild bei geringer Bitrate, leider ist unter Linux und MacOS noch nichts davon zu finden, da es sich an keinen bekannten Standard hält ist es höchst proprietär Wavecodecs Wavelet Kompressionsrate: 1:5 bis 1:8 (ab 40MBit/s) gutes Bild dank Wavelet-Verfahren, Videoschnittfreundlich schwache Kompression, wenig verbreitet Ein JPEG abweichendes Verfahren und leider nicht Plattformübergreifend zu haben. Recht mittelmässige Kompression und wenig Verbreitung machen es höchstens als Zwischenschritt bei der Digitalisierung von analogem Material brauchbar WM8 (9) Kompressionsrate: 1:100 bis 1:160 (ab 1,5MBit/s) Proprietär da nur unter Windows zu haben Der Microsoft Codec liegt jeder WindowsXP-Version uneingeschränkt bei und hat so eine grosse Verbreitung. Ein Einsatz unter Linux ist nicht absehbar. Der Encoder ist schnell und hat eine marginal bessere Bildqualität. Erste Hardware-WM9-Player sind unterwegs. XVid Kompressionsrate: 1:100 bis 1:160 (ab 1,5-2MBit/s) klassischer -Codec kann auch Standard-Konforme s abspielen, Decoder spielt auch alle Arten von DivX ab bietet verhältnismässig wenig Features für Streaming, keine Hardware-Player verfügbar Archivierung und Videoübetragung (mit Einschränkungen)