Die videokomprimierung

Die Videokomprimierung Das wichtigste bei der Digitalen Videoaufnahme und Speicherung ist die Komprimierung ohne die wären Videodateien sogar zu groß um auf eine DVD zu passen. Eine Stunde unkomprimiertes Video wären über 75 Gigabyte groß. Und um das zu verhindern benutzt man Video Decoder die Videos verkleinern z.B. mpeg 1 bis 4 hier werden Bewegungen nicht in Aufnahmequalität dargestellt sondern stärker gepixelt und dadurch wird die Datei kleiner. Ein Videostandart "Phase Alternation Line" kurz PAL ist 25 Bilder pro Sekunde und einer Auflösung von 768*576 das entspricht einer Datenübertragung von 21 MB pro Sekunde.

Da sich aber nicht auf jedem dieser Bilder alles bewegt, sondern Stellen im Film gleich bleiben, wir bei der Komprimierung der Unterschied der Pixel vom vorigen Bild genommen und nur die unterschiede abgespeichert so werden ganze 97 Prozent überflüssige Daten gelöscht. Würde man einen 1 Stündigen Film nicht so Komprimieren hätte man 90000 Einzelbilder die  fast alle den gleichen Speicherplatz verbrauchen. Im durchschnitt wäre dann ein Bild 900 KB groß und die Anzahl der Einzelbilder mal die Große von einem Bild ergibt die ungefähre große eines unkomprimiertem Video, hier wären das 81000000 KB oder 80 GB. Zu diesen angaben kommen jeweils noch 500 MB Tondaten hinzu. Neben der Norm PAL mit 768*576 Bildpunkten gibt es auch noch die Norm "Nation Television Systems Committee" kurz NTSC die in Amerika benutzt wird, hier sind es nur 640 mal 480 Bildpunkte aber 29,97 Bilder pro Sekunde und somit liegt die Datenübertragung nur bei 17,6 MB pro Sekunde. Um nun einen solchen Film auf eine DVD oder CD zu bekommen muss man in komprimieren.

Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: 1. der MPEG Standard der für die DVDs benutzt wird, mit der Dateiendung ....mpeg.

2. DivX mit der Dateiendung ....avi, den Privat Benutzer für eigene Videos benutzen und diese dann auf CDs brennen.

Auf einer DVD mit dem NTSC Format wird der Ton in dem Format AC-3 komprimiert, das ist ein Dolby Digital Surround Sound System. Bei PAL Formaten wird der MPEG-2 Audio Komprimierungsstandard benutzt. Um eine eigene Video-CD zu erstellen muss man den MPEG Standard benutzen, damit ein DVD-Spieler diese auch abspielen kann. Man kann zwischen Video-CD (VCD) mit einer maximalen Auflösung von 320*200 oder Super Video CD (SVCD) mit einer Auflösung über 640*480 wählen, bei VCD kann man nur den MPEG-1 Standard benutzen und bei SVCD nur den MPEG-2 Standard. Bei der Videokomprimierung ist die Datenrate wichtig, mit einer hohen Datenrate muss das Video nicht start Komprimiert werden, die Videodatei fällt größer aus. Bei einer kleineren Datenrate Muss das Video stärker komprimiert werden, die Videodatei wird kleiner.

Bei Videos die man selber aufnimmt kann  man diese Datenrate bestimmen. Bei einer Datenrate von 3000 Kilobit pro Sekunde und einer mp3 Audiokomprimierung kann man eine Stunde Video mit einer Auflösung von 640*460 auf eine CD brennen. In der Videokomprimierung ist der MPEG ein Guter Standart Decoder der am meisten benutzt wird, trotz das er noch einige Mängel hat, MPEG steht für "Moving Picture Experts Group". Das ist eine Internationale Gruppe von Experten, die sich mit der Speicherung von Videos- und Audiodaten beschäftigt, die Gruppe wurde 1988 gegründet. Die entwickelten Standards für die Verschlüsselung von audio-visuellen Informationen als digital komprimierte Daten werden ebenfalls MPEG-Standart genannt. Die Vorteile von MPEG ist das es durch sehr gute Kompressionsverfahren sehr viele kleine Dateien erzeugt, ohne dabei die Qualität zu beeinflussen.

Es gibt verschiedene MPEG-Standards MPEG-1,MPEG-2 und MPEG-4. Ein MPEG-3 Standard wurde ursprünglich angestrebt, es stellte sich aber heraus das die Bilder eben so gut waren wie mit dem MPEG-2 Standart. MPEG-1 Der MPEG-1 Standart besteht aus 5 Abschnitten: System, Video, Audio, Conference Testing und Software Simulation. System: Hier wird das Problem beseitigt das Bild und Ton zusammen passen. Erreicht wird es dadurch, dass die verschiedenen Datenströme (Video und Audio) Zeitmarken erhalten, die es ermöglichen, sie zu synchronisieren. Video: Verschiedene Techniken sorgen für eine hohe Kompressionsrate.

Als erstes wird eine angemessene räumliche Aufteilung des Bildes vorgenommen. Es werden in aufeinanderfolgenden Bildern die Blöcke ausgewählt, die sich verändern. Diese Veränderungen werden kodiert und komprimiert gespeichert. So muss nicht das gesamte Bild jeweils neu übertragen werden, sondern nur die Informationen über die Veränderungen. Audio: In dem Teil der Spezifikation ist die Darstellung von Audio-Informationen festgelegt. Daher kommt auch die Bezeichnung "MP3" für MPEG-Dateien, die nur Audiodaten enthalten.

Sowohl Mono- als auch Stereoaufnahmen können dadurch effizient gespeichert werden. Eins der Verfahren, wodurch die Audiodaten stark komprimiert werden können, nimmt die Frequenzen, die außerhalb des für den Menschen hörbaren Bereiches liegen, heraus und berücksichtigt beim Kodieren nur den Rest. Conformance Testing: Dieser Bereich ist nur für die Herausgeber von MPEG-1kodierten Videosequenzen und für Hersteller von Software und Hardware für die Verschlüsselung interessant. Hier wird z.B. festgelegt das der Datenstrom eine bestimmte vorgegebene Größe nicht überschreitet.

Software Simulation:Beinhaltet einen Enkoder und einen Dekoder. Die Simulation war lediglich für interne Testzwecke des MPEG-Komitees vorgesehen. MPEG-2 Der MPEG-2 Standart ist eine Erweiterung und Anpassung des MPEG-1 Standards. Eine Erweiterung deshalb, weil neue Eigenschaften und Fähigkeiten hinzugefügt wurden. Ziel der Entwicklung war den MPEG-2 Standart mit dem Vorgänger so kompatibel zu machen, dass Abspielgeräte, die MPEG-2 unterstützen, auch MPEG-1 kodierte Daten abspielen können. Der MPEG-2 Standart wurde 1994 anerkannt.

Auch der MPEG-2 Standart hat mehrere Abschnitte die sich aber vom MPEG-1 Standart nicht groß unterscheiden. System: Der MPEG-2 Standart bietet wesentlich mehr Möglichkeiten als der MPEG-1 Standart. Dabei gibt es im MPEG-2 Standart zwei Formen. Der Program StreamundDer Transport Stream Jeder dieser beiden formen ist für ihren jeweiligen Bestimmungszweck optimiert. Er ist die Kombination eines oder mehrerer "Packetised Elementary Streams" kurz PES, die eine gemeinsamen Zeitbasis haben in einem einzelenen Datenstrom. Diese Methode ist besonders gut geeignet für Umgebungen, in denen kaum Übertragungsfehler auftreten.

Die zweite Form. Der "transport Stream" kombiniert mehrere PES mit einem oder verschiedenen Zeitbasen. Einzelne Ströme mit gemeinsamen Zeitbasis formen ein Programm. Diese Methode ist gut geeignt für die Speicherung oder Übertragung, wenn man mit einigen Datenverlusten rechen muss. Jedes "Transport Stream" -Paket ist 188 Bytes lang. Video: Dieser Abschnitt stützt sich auf die starken Video-Komprimierungs-Fähigkeiten des MPEG-1 Standards.

Das "Multiview profil" kurz MVP wurde 1996 anerkannt und dem Standard nachträglich hinzugefügt. MVP erlaubt es, mehrere Bilder in dem Datenstrom zu integrieren und, je nach Bedarf, übereinander zu legen, oder dem Betrachter die Möglichkeit zu geben, zwischen verschiedenen Ansichten zu wählen. Es ist auch damit möglich stereoskopische Bilder zu erzeugen. Audio: Die Audiokomprimierung verläuft genauso wie im MPEG-1 Standard. MPEG-4 Der MPEG-4 Standart ist die neuste Entwicklung des MPEG-Komitees. MPEG-4 ermöglicht es dem Anwender, mit der Szene zu interagieren, z.

B. Objekte darin zu bewegen. Videodateien mit der Endung AVI AVI steht für "Audio Video Interleave" . Audio/Videoformat von WINDOWS (Video für WINDOWS )."Audio Video Interleave" heißt nichts anderes, als dass Audio- und Videodaten ineinander verzahnt, also "interleaved" abgespeichert werden. Die erste Definition von AVI ist so alt wie die Multimedia-PCs. Das Format wurde von Microsoft als einheitliche Lösung für die Wiedergabe von kurzen Videoclips geschaffen.

Die ursprünglichen Festlegungen aus den Jahren 1992/93 lesen sich dabei fast vorsintflutlich: 15 Bilder pro Sekunde bei einer maximalen Auflösung von 160 x 120 Pixeln stellten damals die Obergrenze von AVI dar. Im Gegensatz zu anderen damals üblichen Animationsformaten wurde bei AVI die sogenannte Keyframe-Technik eingesetzt. Dabei wird lediglich jedes 12. bis 17. Bild (abhängig vom Bildinhalt) als Vollbild gespeichert. Für die dazwischen liegenden Fames werden nur die Unterschiede zum jeweils vorhergehenden Bild angegeben.

Auch wenn diese ersten Definitionen alles andere als zukunftsträchtig klingen, gelang dem AVI-Format doch sehr schnell ein beachtlicher Siegeszug. Ein Grund dafür ist sicherlich die Tatsache, dass AVI als Bestandteil von "Video für Windows" bald fest mit Windows verknüpft war. Die entsprechenden Treiber standen und stehen für Endbenutzer kostenlos zur Verfügung. DivX Mittels dieser Technologie lassen sich nämlich Videodateien so stark komprimieren, dass sie - auch unautorisiert - relativ bequem über das Internet verschickt werden können. DivX basiert strukturell auf dem MPEG-4 Video Standard und entsprechend kodierte Filme (in der Regel AVI-Dateien) können mit Hilfe eines passenden Codes in gängigen Video-Bearbeitungs- und Wiedergabe-Programmen editiert und angezeigt werden. Es gibt Codes für alle wichtigen Betriebssysteme wie Windows, Linux, MacOS und BEOS.

Mit DivX ist vermutlich die größte Hürde für die Videobearbeitung am PC genommen worden, denn mit DivX steht ein ausreichend gutes Kompressionsverfahren zur Verfügung, um einen kompletten MPEG-2-DVD-Film auf eine CD-R zu brennen, um einen Zwei-Stunden-Kinofilm in passabler Qualität über normale CDs zu betrachten. Durch DivX kann die Dateigröße eines DVD-Films um das Zehn- bis Zwölffache reduziert werden, so dass sich ein sechs Gigabyte großer Film auf relativ schlanke 700 Megabyte (und weniger) schrumpfen läßt. Die Qualität bleibt dabei deutlich über den VHS-Standard.Die Erfinder von DivX behaupten, einen Microsoft-Codec für MPEG-4 geknackt zu haben. Darum ist der DivX-Code auch Illegal. Microsofts erste Implementierung von MPEG-4 ist seit Windows 98 auf jedem Windows-PC installiert und beschränkt die maximale Datenrate auf 256 Kilobit pro Sekunde.

Für ein ruckelfreies Video in ansprechender Qualität ist das zu wenig. Durch den Hack wurde die Erhöhung der Bitrate auf bis zu 6000 Kilobit pro Sekunde möglich. Doch eine so hohe Bitrate ist gar nicht notwendig: 600 Kilobits pro Sekunde sind völlig ausreichend. Zudem wird vor der eigentlichen Frame-Codierung ein Weichzeichner eingeschaltet. Dieser ist nötig, da MPEG-Verfahren bei hohen Kontrastsprüngen für ein scharfes Bild mehr hochfrequente Signale und damit hohe Datenraten benötigen. Stehen diese nicht zur Verfügung, entstehen im Bild unansehnliche Artefakte, denen der Weichzeichner entgegen wirkt.

Für die Weiterentwicklung von DivX will der französische Hacker Jérome Rota (alias Gej) verantwortlich sein. Der nächste DivX-Nachfolger - "DivX Deux" - soll noch leistungsfähiger sein.Dazu gesellen sich Entwickler, die an weiteren Video-Komprimierungsverfahren arbeiten. Besonders erwähnenswert ist (Anfang 2001) z.B. "3ivX": Diese DivX-Weiterentwicklung soll bei bis zu 60% höherer Kompression eine noch bessere Bildqualität zu erzielen.

Allerdings müssen DivX-Dateien immer mit der Version abgespielt werden, mit der sie komprimiert wurden, da auch die neueren DivX-Codecs nicht mit ihren älteren Versionen kompatibel sind. Mit DivX lassen sich übrigens nur die Bilder einer Videos bearbeiten - nicht jedoch der Ton. Dafür wird meist das bewährte MP3-Format hinzugezogen. Es gibt bereits (Anfang 2001) einige Programme, die sich DivX bedienen, um DVD-Filme in DivX-Dateien umzuwandeln. Ein weit verbreitetes heißt FlaskMPEG. Der Grund für die Benutzung von DivX, bei den Meisten Anwendern, ist das dieser Decoder Benutzerfreundlicher ist fast jedes Videobearbeitungsprogramm unterstützt DivX.

Diese Möglichkeiten bietet auch  MPEG-1, was sich aber durch die schwächere Komprimierung nicht lohnt. Bei der Codierung und Dekodierung Benötigt man noch sehr leistungsfähige PCs. Um sich ein DivX Codiertes Video anzugucken sollte man mindestens 20 Mhz haben. Um Videos zu codieren brauch man schon etwas Leistungsfähigeres, mit einer CPU von 800 Mhz kann man schon eigene Videos gestalten und aufnehmen. Der Nachteil ist das man bei 800 Mhz sehr lange warten muss bis es Gerändert ist (in ein anderes Format umgewandelt oder stärker komprimiert wird). Videoaufnahmen sind sehr abhängig von der Mhz Zahl, darum sollte man sich beim kauf eines neuen PC, um Videos vernünftig zu bearbeiten mindestens einen 1,6 Ghz getakteten PC kaufen.

Da der PC sonst bei zu hohen Auflösungen Bilder in der Sekunde verliert oder Bild und Ton bei der fertigen Aufnahme Asinkron laufen.     Programme zur Videokomprimierung und Bearbeitung: Ein gutes kostenloses Programm zur Videokomprimierung ist VirtualDub, es bittet neben der normalen Videokomprimierung auch noch eine Komprimierung des Tones (in MP3) an, wodurch eine noch stärkere Komprimierung zustande kommt. Eine der besten Funktionen ist das man eine Direkt stream Kopie von Video oder Ton machen kann, dass ermöglicht einen besseren Umgang mit Video und Ton da man bei einer Änderung nicht alles neu komprimiert werden muss. So kann man auch Filme Splitten ohne Qualitätsverlust. VirtualDub unterstütz MPEG-1 und DivX mit MP3 Ton. Ulead MediaStudio Pro 6.

0 ist das leistungsstärkste Videokomprimierungs- und Bearbeitungsprogramm was es für den Privaten Benutzter gibt. Es können 6 Video und 5 Ton Spuren benutzt werden. Für den Übergang Zweier Videospuren, stehen mehrere Übergangseffekte zur Verfügung z.B. ausblenden, ausschwenken und noch viele mehr. Auch kann man über Video und Ton Spuren Filter legen z.

B. Wind, Kreisel, Rauschen, Echo. Leider bittet das Programm keinen Funktion um einen Direkt stream Kopie zu machen von Video oder Ton, bei einer Bearbeitung muss also immer neu Komprimiert werden und so erhöht sich ständisch der Qualitätsverlust. MediaStudio unterstützt MPEG-1 und DivX aber keine MP3 Ton komprimierte Videos. FlashMPEG Unterstützt fast alle Formate, auch DVD. Bittet eine Direkt stream Kopie des Tones an.

Um überflüssige schwarze Ränder von einem Film zu endfernen, damit man Speicherplatz sparen kann, bittet FlashMPEG das Trimmen an. Auch kann man zwischen Pal und NTSC wählen.  

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