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Komprimierungsarten von Videosystemen Drucken

Komprimieren bedeutet das Verkleinern/Verdichten/Reduzieren der Videodaten, um den benötigten Festplattenplatz/Bandplatz zu verringern. Dabei entsteht je nach Kompressionsart und Dichte ein Qualitätsverlust des Videomaterials, da feine Strukturen im Bild verlorengehen.
Es wird zwar versucht, Anteile des Bildes wegzulassen, die für das Auge nicht relevant sind, bei vielen Kompressionsverfahren muss aber, um einen entsprechend hohen Komprimierungsgrad zu erreichen, auch relevante Information weggelassen werden.
Bei Grafiken gibt es auch verlustfreie Kompressionen, wie das LZW-Kompressions-Verfahren für das Tiff-Format.
Audio wird dabei bei Video- und Audioschnittsystemen nicht komprimiert, da es für den Datenumfang nicht relevant ist und auch ohne Komprimierung sehr schnell darauf zugegriffen werden kann.

Rechenbeispiel:
PAL Bilder (in Europa) bestehen aus 25 Bildern/Sekunde (50 Halbbilder/Sekunde), bei einer Auflösung von 720x576 Bildpunkten. Diese Qualität würde zu einem Datendurchsatz von fast 27MB/sek. auf der Festplatte führen. Diese hohe Datenrate würde aber Standard PCs und Festplatten vor große Probleme stellen, u.a. da sehr viele Schnittsysteme mehr als einen Videostrom gleichzeitig abspielen können.
Deshalb wird das einkommende Material im Normalfall stark komprimiert, um das Bearbeiten auf PCs zu ermöglichen (Ausnahme sind manche professionelle Videoschnitt-Systeme).
Wenn Sie DV aufzeichnen, haben Sie mit der Komprimierung kein Problem, da das DV Format schon in 5:1 komprimiert (3,6MB/sek.) wurde und auch so aufgezeichnet werden kann (daher kein weiterer Qualitätsverlust).

Typische Kompressionsraten bei Videoformaten sind:

  • 2:1 bei Digi Beta
  • 3,3:1 bei Digital S
  • 5:1 bei DV Systemen
  • 10:1 bei Beta SX (Mpeg)

Als Faustregel: Je geringer die Kompressionsrate ist, umso mehr Speicherplatz wird für das Video benötigt, aber umso besser sieht es aus (zumindest kann der Qualitätsverlust nicht auf die Komprimierung geschoben werden).

Kompressionsverfahren

Wie komprimiert wird, entscheidet das verwendete Verfahren. Dabei gibt es genormte Komprimierungstechniken, die bei den meisten Schnittsystemen angewandt werden, aber auch speziell entwickelte Verfahren für einzelne Softwareprodukte und Anforderungen. So setzt z.B. Avid ein leicht abgeändertes M-JPEG Verfahren ein.

Dabei sucht der Kompressionscodec innerhalb des Bildes/Clips nach sich wiederholenden Mustern. Wenn z.B. ein Nachrichtensprecher vor einer Bluebox sitzt und spricht, kann das blaue Hintergrundbild sehr gut in große blaue Blöcke eingeteilt werden.
Je nach Kompressionsverfahren kann dabei auch gespeichert werden, dass dieser blaue Block auch noch bei den nächsten Bildern verwendet werden kann.

M-JPEG
Steht für (Motion Joint Photographic Experts Group) und ist eine Erweiterung des JPEG Standards.

Ein Großteil der Videoschnittlösungen (auch professionelle) setzt auf diese Komprimierungsmethode. Bei M-JPEG wird jedes Bild einzeln komprimiert und je nach Komprimierungsverhältnis stark verkleinert. Dieser Methode hat den Vorteil, dass sofort auf jedes einzelne Bild im Schnittsystem zugegriffen werden kann (da sie einzeln komprimiert werden), und den Nachteil, dass dabei auch starke Verluste der Bildqualität auftreten können (Artefakte).

Grundsätzlich gibt es zwei Arten:

  • Fixe Datenrate (häufiger eingesetzt)
    Bei dieser Methode wird jedes einzelne Bild gleich stark komprimiert, unabhängig vom Bildinhalt.
    Vorteil: bessere Videoqualität, besser berechenbarer Speicherplatzbedarf
  • Flexible Datenrate
    Bei dieser Methode wird je nach Bildinhalt die Stärke der Komprimierung geändert, z.B.: ein Nachrichtensprecher vor einer Bluebox wird viel stärker komprimiert als ein Kameraschwenk über eine Blumenwiese.
    Vorteil: u.U. kleinere Datenrate

DV (Digital Video)
Die Kompression liegt bei DV konstant bei 3,5 MB/sec, und ist mit dem freien Auge normalerweise nicht erkennbar. Ausnahmen bilden hier sehr komplexe Bildinhalte wie z.B. der oben schon erwähnte Kameraschwenk über eine Blumenwiese.
Dieses Verfahren wird, wie der Name schon vermuten lässt, bei allen DV-Kameras angewendet und wird auch bei sehr vielen semiprofessionellen Videoschnittsystemen „native“ verwendet. Wenn ein Schnittsystem auf den DV-Codec setzt, kann DV-Material ohne weitere Qualitätsverluste hin- und herkopiert werden.

Als Schnittstelle kommt dabei Firewire zum Einsatz und kann in verschiedenen Formaten wie DV, DVCam, DVCPro vorliegen (Achtung DVCPro komprimiert nicht gleich wie DV!).

MPEG (Moving Picture Experts Group)
Jeder spricht von MPEG, denn dieses Format hat die Audioindustrie zum Zittern gebracht. Mpeg gibt es in drei verschiedenen Formaten, die sich gravierend voneinander unterscheiden.

MPEG1
Sei nur erwähnt, weil mit diesem Codec Audiomaterial sehr oft als MP3 komprimiert wird (MPEG1-Layer3)
MPEG1 wurde entwickelt, um Video bildschirmfüllend bei der kleinst-möglichen Datenrate auf allen Geräten zu erlauben. Diese alte Norm erreicht aus Kompatibilität mit alten Geräten nicht ganz VHS Qualität (200:1) und ist somit durch moderne Hardware vom Aussterben bedroht.
MPEG1 kann aber immer noch für Internet oder für Multimedia-Anwendungen Verwendung finden. Bei digitalen Videoschnittlösungen sollte es auf jeden Fall gemieden werden.

MPEG2
MPEG2 wurde als Nachfolger des MPEG1 Standards eingeführt und wird vor allem bei DVD’s sowie bei der digitalen Satelliten-Übertragung eingesetzt und erlaubt dabei Datenraten bis zu 12 Mbit/sec.
Der Vorteil bei dieser professionellen und fortschrittlichen Kompressionsart ist, dass trotz hoher Kompression noch immer eine gute Bildqualität vorliegt (S-VHS).
Man kann dieses Datenformat bei einer Übertragung von 15-20 Mbit/sec für HDTV einsetzen.
Der Nachteil ist der sehr hohe Aufwand, mit dem komprimiert wird und die relativ hohe Zugriffzeit auf einzelne Bilder innerhalb des Materials. Derzeit ist dieses Format aber die erste Wahl für stark komprimiertes Video.

MPEG3
Wurde ausgelassen

MPEG4
Dieses Format wird (gerade) speziell für das Web und Anwendungen entwickelt, die eine so klein wie möglich gehaltene Datenrate benötigen. Derzeit ist noch nicht ganz abzusehen, ob dieses Format die Zukunft beherrschen wird, da es verschiedene konkurrierende Entwicklungen in diesem Bereich gibt.

Aber es werden vor der Komprimierung schon Tricks angewandt - siehe 4:4:4 vs 4:2:2 vs 4:2:0 vs 4:1:1

 
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