Codecs und Formate

Sobald Filme digitalisiert werden stellt sich die Frage des Formats und damit auch des Codecs. Deshalb werden hier die gängigsten Formate und Codecs vorgestellt und Unterschiede aufgezeigt.

Codecs

Ein Codec bezeichnet das Verfahren zum transformation von Datenströmen und Signalen. Dabei kann ein Codec sowohl Codieren als auch Decodieren, also ein Signal z.B. komprimieren um es anschließend bei der Wiedergabe wieder zu dekomprimieren. Codecs sind sozussagen die Regeln nach denen diese Vorgänge ablaufen. Besonders die Kompression ist für Videocodecs interessant, da sich so die enorme Datenmenge von Filmen reduzieren lässt, was natürlich mit einem Qualitätsverlust der Bilder verbunden ist. In diesem Zusammenhang ist vor allem die Datenrate (Bitrate) als Maß für die Kompression zu nennen. Ein unkomprimiertes Fernsehsignal kommt z.B. auf eine Bitrate von 166 Mbit/s wohingegen das komprimierte DVD Signal zwischen 4-6 Mbit/s liegt. Bei der genauen Betrachtung der Codecs wird jedoch sehr schnell deutlich, dass eine klare Abgrenzung zum Format nicht zu schaffen ist. Deshalb wird hier die Grenze wwischen Codec und Format bei den Container-Formaten gezogen, dazu nachher mehr. Die bekanntesten Codecs bzw. deren Spezifikationen kommen von der Motion Picture Expert Group, die für MPEG-1,2 und 4 verantwortlich ist. Weitere bekannte Codecs kommen von RealNetworks, Microsoft und Sorenson. Die meisten nun besprochenen Codecs haben auch Spezifikationen für Audiosignale, diese werden bei der Betrachtung hier außen vor gelassen.

MPEG-1 Part 2

Der MPEG-1 Codec wurde von der Moving Picture Experts Group 1993 verabrschieded und ist speziell für VideoCDs spezifiziert. Er komprimiert Filme auf Bitraten von 1,5 Mbit/s und zu einer Standardauflösung von 352×240 Pixeln. Der Nachteil dieses Codecs ist, dass er nur Vollbilder darstellen kann und damit für eine Fernsehwiedergabe ungeeignet ist. Die Komprimierung erfolgt über Blockbildung, Zusammenfassung mehrerer Bilder, Farbreduktion und Redundanzreduktion.

MPEG-2

MPEG-2 ist der wohl am weitesten verbreitet Codec zurzeit. Er wird bei DVDs, DVB-T, HDTV und Kabelbetreibern eingesetzt. Anders als MPEG-1 bietet MPEG-2 auch eine Unterstützung für Interlaced-Signale, was ihn besonders für Sendeanstalten interessant macht. Die MPEG-2 Spezifikation von 1994/5 ist im Vergleich zum einzer Standard erst ab einer Bitrate von 3 Mbit/s effektiver und erlaubt auch variable Bitraten. Die Kompression der Bilder basiert auf MPEG-1 wird jedoch erweitert und verbessert. Nach einer Aufspaltung der Bilder in 8×8 Blöcke werden Bilder in Kategorien eingeteilt, die darauf basierend zum Teil in reine Datenblöcken gewandelt werden. Die Datenblöcke beinhalten nur noch die Veränderungen zu einem andern Bild. (Genauer hier). Daraus ergibt sich, dass MPEG-2 z.B. zum Schneiden schlecht geeignet ist, da nur alle paar Bilder ein Schlüsselbild (Intra-Frame) mit allen Informationen erscheint und der Rechner erst aufwändig alle Bilder rekonstruieren muss.
Für die Verwendung des MPEG-2 Codecs in einer Anwendung fallen Lizenzgebühren an. Dies ist der Grund warum lange Zeit für das Abspielen von DVDs auf dem Computer Zusatzprogramme benötigt wurden.

MPEG-4 Part 2

MPEG-4 Part 2 ist wiederum eine Fortentwicklung von MPEG-2 und hierbei ist besonders das Advanced Simple Profile von Bedeutung. Daraus wurden eine Vielzahl von Videokompressionstools wie DivX, XviD und FFmpeg erstellt. Generell erlaubte dieses Profil eine höhere Kompressionsrate bei gleichzeitig besserer Bildqualität, was sicher der Hauptgrund ist warum sich DivX so schnell verbreitete. Besondere Aufmerksamkeit wurde bei der MPEG-4 Spezifikation auf die Analyse der Bildinhalte gelegt, damit statischen und dynamische Objekte unabhängig voneinander verarbeitet werden können. Für eine Qualitativ hochwertigere Kompression wurden Features wie die Motion Compensation (Vorhesage von Bewegungen) in Blöcken und im Ganzen Bild eingeführt.

MPEG-4 Part 10 oder H.264

Der vorerst letze relevante MPEG Codec soll im im Vergleich zu MPEG-4 Part 2 die gleiche Bildqualität bei einer halbierten Datenrate liefern, so das Ziel. Besonderes Augenmerk wurde bei diesem Codec auf highend Qualität gelegt, damit er auch bei High Definition Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Deshalb wurde der Codec auch bis zur HDTV Auflösung von 1.920×1.080 Pixel ausgelegt. Die höhere Effektivität und bessere Qualität geht allerdings auf Kosten der Rechenleistung, die zum erstellen und abspielen des Codecs benötigt wird. H.264 nutzt eine flexiblere Blockbildung sowie eine bessere Handhabung der Motion Compensation um die verbesserte Kompression zu erreichen. Allgemein werden alle Verfahren der vorhergehenden Standards gezielter und flexibler eingesetzt. H.264 soll in Zukunft bei HDTV, bei der HD-DVD, bei DVB und verschiedenen anderen Anwendungen eingesetzt werden.

RealVideo

Der Codec RealVideo wurde von RealNetworks speziell für Streaming-Inhalte entwickelt. Daraus resultiert auch die Stärke des RealVideo Codecs, die starke Komprimierung von Videodaten bei einer akzeptablen Bildqualität. Bei geringerer Kompression erreicht RealVideo allerdings nur ähnliche Qualität wie andere Codecs. RealVideo ist ein proprietärer Standard der von RealNetworks entwickelt wird.

Sorenson 3

Sorenson 3 ist ein Codec der duch Quicktime eine weite Verbreitung erhielt. Eine Vielzahl von Quicktime Filmen wurde mithilfe dieses Codecs komprimiert und ins Internet gestellt. Eine Wiedergabe war lange Zeit nur mit Quicktime möglich. Der Sorenson Codec wird von der Firma Sorenson Media vertrieben, die Spezifikationen des Codecs wurden bisher nicht veröffenltlicht. Neuerdings werden auch in Flash eingebundene Videos mit dem Sorenson-Codec verarbeitet.

Windows Media Video

Microsoft hat auch eine Reihe von Videocodecs unter dem Label Windows Media Video entwickelt. Aktuell ist die Version 9, die auf dem VC-1 basiert, den Mircosoft zu einem internationalen Standard machen will. Windows Media Video bietet eine breite Unterstützung von verschiedensten Datenraten und Qualitätstufen. Nach Auskunft von Mircosoft soll die 9er Version bei der Komprimierung MPEG-2 in Bitraten von 4-19 Mbit/s mindestens um den Faktor Zwei überlegen sein. VC-1 wiederum soll der Nachfolger von MPEG-2 auf der HD-DVD bzw. der Blu-Ray DVD werden. Laut Microsoft soll VC-1 den auf MPEG-4 basierenden Lösungen überlegen sein. Genauere Spezifikationen und Arbeitsweisen der Codecs stellt Mircosoft nicht zur Verfügung.

Formate

Im Gegensatz zu den Codecs haben Formate keinen unmittelbaren Einfluss auf das digitale Bild sondern interagieren mit dem Player und kombinieren Ton und Bild. Als Container-Format werden Formate bezeichnet die unterschiedliche Video- und Audiocodecs sowie meist noch Extras wie Untertitel, Menüstrukturen und Metainformationen aufnehmen können.

Audio Video Interleave (.avi)

AVI ist ein Container-Format von Microsoft und wurde bereits 1992 eingeführt. Es erlangte durch die Einbettung von DivX codierten Videodateien eine breite Beliebtheit. AVI Dateien können nicht gestreamt werden und Untertitel können nur über Hacks eingefügt werden. Im Container können fast alle gängigen Audio- und Videocodecs verwendet werden.

QuickTime (.mov)

Das Quicktime Format war das erste, das es erlaubt Filmclips auf Heimcomputern abzuspielen und wurde 1991 von Apple eingeführt. Durch die Architektur von Quicktime können über Plug-Ins alle Video- und Audiocodecs in den Container gepackt und abgespielt werden. Des Weiteren ist es möglich Quicktime Filme zu streamen, was allerdings einen Streamingserver voraussetzt. Quicktime diente als Grundlage für das MPEG-4 Container-Format *.mp4 und besitzt seit der Version 7 eine native H.264 Unterstützung. Der Quicktime-Container erlaubt sämtliche Zusatzfeatures, wie z.B. Links, Kapitel und Untertitel. Das Quicktime-Format ist vor allem bei der Präsentation von Filmclips im Internet sehr beliebt.

MPEG-4 Part 14 (.mp4)

In der Spezifikation von MPEG-4 wurde auch ein eigenes Container-Format das *.mp4 vorgesehen, das sich auch über das Internet streamen lässt. Obwohl es auf dem Quicktime-Format basiert lässt es jedoch im Gegensatz zu den Formaten der Softwarehersteller nur bestimmte Codecs zu, dies soll zu einer höheren Kompatibilität führen. Zu den unterstützten Codecs gehören die Videocodecs MPEG 1-4 sowie die Audiocodecs AAC und MP1-3. Der Container bietet außerdem die Möglichkeit Bilder und Grafiken einzubinden. Kapitel und Untertitel sind nur über Umwege zu realisieren. Mittlerweile unterstützen bereits einige DVD-Player das MP4 Format und auch der iPod Video bedient sich dieses Formats.

Advanced Streaming/Systems Format (.asf)

Ist wiederum ein Format von Mircosoft, das speziell auf Streaminginhalte zugeschnitten wurde. Ähnlich wie das AVI-Format erlaubt ASF alle Codecs und bietet darüber hinaus noch die fehlenden AVI-Features, wie Untertitel, Kapitel und die Streaming-Möglichkeit. Meist werden in diesem Format die Microsoft Codecs Windows Media Video und Audio verwendet. Außerdem erlaubt ASF das Digital Rights Managment dieser Codecs zu nutzen.

Windows Media Video (.wmv)

Ist eine Sonderform des ASF-Formats und soll laut Spezifikation nur verwendet werden, wenn die Inhalte mit Windows Media Audio und Video komprimiert wurden.

RealMedia (.rm)

RealMedia ist das Format für den RealVideo Codec und ist kein Containerformat, da nur mit RealVideo/Audio codierte Datenströme verarbeitet werden. Das RealMedia Format wird meist für Streaminganwendungen im Internet verwendet.

Player

Ein Beitrag über die Medienplayer, die die verschiedenen Formate und Codecs abspielen können, folgt demnächst.


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