Komprimierung

Bereits die umfangreichen Daten eines Videobandes mussten reduziert werden, um sie verbreiten zu können. Leider ist das komplexer, als gedacht.

So klein wie nur irgend möglich!

Das Problem ist schon ziemlich alt: Videos im Computer sind gewaltig große Datenbrocken. Nur eine Stunde Videomaterial in DV-Qualität benötigte ca. 10 bis 13 GB (GigaByte). Hatte man nur ein Filmprojekt mit wenigen Stunden Schnittmaterial war schon die Festplatte randvoll und man fand kaum noch Restplatz, um am Ende des Schnitts die Effekte zu rendern, einen Video/Audio-Mixdown zu machen oder ein Image für eine DVD-Erstellung anzulegen.

Heutzutage hängt der Bedarf an Speicherplatz bei HD-, UHD- und 4K-Produktionen sehr von Auflösung, Bildrate, Farbtiefe und Codec ab und reicht je nachdem von wenigen Gigabyte bis zu mehreren hundert Gigabyte pro Stunde.

Früher dachte man, wenn auf eine DVD bis zu zwei Stunden Film passen, warum nicht auch für den Schnitt auf der Festplatte in solchen Dimensionen denken. Warum also nicht das Videomaterial auf der Festplatte genauso verkleinern? Machen wir es doch so klein wie möglich! Aber Vorsicht! So einfach geht es nicht! Bringen wir Ordnung in das Gewirr der Fachbegriffe, Techniken und Möglichkeiten.

Kompression und Reduktion

Klar, hier geht es nur um digital vorliegendes Video- und Audio-Material, sprich das was wir etwa nach einer Digitalisierung im Computer haben. Videos bestehen ursprünglich aus aufeinander folgenden Einzelbildern. Klassische PAL-Videos haben häufig 25 Bilder bzw. 50 Halbbilder pro Sekunde (50i), NTSC-basierte Systeme haben hingegen 29,97 Bilder bzw. 59,94 Halbbilder in der Sekunde. Heutige Videoformate sind hingegen progressiv also ohne die historisch bedingten Halbbilder (non-interlaced), und haben 24, 25, 30, 50 oder 60 Vollbilder pro Sekunde. Bei neueren wie dem Long-GOP-Verfahren werden gar nicht sämtliche Bilder vollständig gespeichert. Man verwendet eher I-, P- und B-Frames und zwischen Bildern werden nur die Veränderungen vorhergesagt.

Will man das Video in seiner Speichergröße verringern muss man die Einzelbilder in ihren Bits und Bytes verkleinern. Allgemein spricht man hierbei von Kompression, wobei man fälschlicherweise eigentlich zwei Vorgänge unter diesen Begriff vermengt und dabei "Kompression" falsch erklärt.

Wird ein Video in seiner Speichergröße verkleinert, wird meist eine Kompression und(!) eine Reduktion durchgeführt. Dabei bedingt die Kompression nicht zwingend eine Verminderung der Qualität. Durch Mathematische Berechnungen und Umwandlungen werden die Informationen kleiner gepackt. Nach einer Dekompression stehen die ursprünglichen Informationen exakt wieder zur Verfügung. Die einzelnen Techniken die bei Kompressionen zur Verwendung kommen sind die selben wie man sie allgemein in der PC-Welt anwendet, z.B. mit den ZIP, RAR, ACE oder CAB-Packern. Leider führt Kompression aber bei Video im Gegensatz etwa zu einfachen Testdateien oder Tabellen zunächst nur zu sehr geringen Verminderungen der Dateigrößen.

In der Reduktion wird die Kompression erweitert um verschiedene Techniken bei denen je nach Variante auch Bildinformationen verloren gehen. Man unterscheidet hier die verlustfreie Kompression (lossless) und die verlustbehaftete Kompression (lossy). Die weit verbreiteten und auch bei den Movie-College Interviews und Videos verwendeten H.264, H.265/HEVC und AV1 etwa sind Kompressionsverfahren bei denen üblicherweise Informationen verloren gehen.

Es gibt also mathematisch umkehrbare Datenkompression bei der man alle Daten wiederherstellen kann und das Wegwerfen von Bildinformationen. Die einfachste Reduktion wäre die Verkleinerung der Auflösung. Die Einzelbilder des Videos werden kleiner und die Datengröße schrumpft entsprechend. Datenreduktionen bedeuten unwiderrufbaren Verlust. Oft gelingt dies, ohne das das menschliche Auge den Verlust bemerkt. Die einzelnen Techniken und Verfahren werden im ersten Teil dieser Artikelreihe näher dargestellt. Da es sich schon zu sehr eingebürgert hat, wird auch im Folgenden nur von "Kompression" gesprochen.

Codecs, AVIs und MOVs

Kompression und Reduktion erfolgt durch Programme, entweder der Schnittsoftware, der in diesen enthaltenen Tools oder einer speziellen zusätzlichen Software. Ein Codec ist vom Prinzip her ein Coder/Decoder, also eine Technik zur Codierung und Decodierung. Und diese Codecs wieder können sich in unterschiedlichen Datencontainern befinden. Wir unterscheiden hier Codecs wie: H.264/AVC, H.265/HEVC, AV1, ProRes, DNxHD/DNxHR usw. und Container wie: MP4, MOV, MXF, MKV, AVI usw.

Sie müssen auf den Rechnern installiert sein (=Encoder) und können dann z.B. von der Schnittsoftware dazu verwendet werden, Video und/oder Audio-Material zu komprimieren. In die verkleinerte Datei wird der Hinweis auf den Codec und alle nötigen Informationen zur angewandten Codierung abgespeichert. Ein Decoder wird dann auf jedem System benötigt, auf dem das Video/Audio später wiedergegeben werden soll. Player wie der VLC beherrschen eine Vielzahl an Codecs.

Häufig werden AVIs und MOVs als Codecs bezeichnet, was allerdings nicht ganz richtig ist. Genau genommen sind es eigentlich Dateiformate, bzw. Container für Video/Audio-Material in bestimmten Codecs. AVI steht für Audio Video Interleave und wurde Anfang der 90er von Microsoft eingeführt. Als "Video für Windows" sollte es eine Art Rahmen für verschiedene Video-Formate bieten, die auf Windows abgespielt werden konnten. Naben dem Windows Media Player von Microsoft können auch viele andere Programme AVIs verwenden. Das Format gibt grundsätzlich einen Rahmen mit z.B. zulässigen Auflösungen und Bildfrequenzen vor. Damit stellt es einen Standard dar. Erfüllen Codecs diesen und sind sie im System installiert, können diese zu AVI gewählt werden.

Ähnlich verhält es sich bei MOV. Dies ist ein Format das Apple ebenfalls Anfang der 90er herausgebracht hat. Auch MOV stellt einen Container für Audio- und Video-Material in verschiedenen Codecs und stellt einen Standard dar. AVIs und MOVs lassen sich an den Dateinamenerweiterungen *.avi und *.mov erkennen. Die frühen Microsoft-Formate WMV und WMA, die Nachfolger von AVI die genau genommen Codecs. waren, sind ebenfalls längst Geschichte und nicht mehr professionell im Einsatz.

Aktuelle Container

MPEG-2 - DVD/Broadcast-Historie
H.264/AVC - stark verbreitet
H.265/HEVC - anzutreffen bei UHD/4K
AV1 - aktuelle Web-/Streaming-Kompression

Außerdem gibt es reine Produktionscodecs wie Apple ProRes und Avid DNxHR, die dann wenn ein Film fertig ist in eines der Distributionsformate gewandelt werden.