Codecs, Formate und die Unterschiede

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Das Thema Codecs und Formate zählt sicherlich zu einem der wichtigsten, allerdings aber auch zugleich zu einem der missverständlichsten Themen im Bereich der Videoproduktion. Aus diesem Grund möchte ich die Gelegenheit nutzen und die Blogreihe mit diesem Thema beginnen. Da es allerdings vergleichsweise kompliziert und sehr weitläufig ist, behandle ich lediglich das Grundgerüst. Dies sollte trotz allem Hilfestellung genug sein um sich ggf. weitere und detailliertere Informationen zu beschaffen.

Dateiaufbau

Zuerst müssen wir aber verstehen wie eine Videodatei im Allgemeinen aufgebaut ist. Grundsätzlich besteht diese nämlich aus vier Teilen:

1. Videostream

Der Videostream beinhaltet alle Einzelbilder welche bei der Wiedergabe nacheinander erscheinen.

2. Audiostream

Im Audiostream befinden sich die akustischen Signale, welche bei der Wiedergabe abgespielt werden.

3. Metadaten

Hier liegen alle relevanten Informationen über den Video- und Audiostream wie z.B. Bildwiederholfrequenz, Bitrate und Formatierung.  Aber auch Informationen über das benutzte Kameramodell, GPS Daten oder Untertitel.

4. Container

All diese Datenmengen „lagern“ im sogenannten Container. Dieser präsentiert sich als Dateiendung oder als das sogenannte „Suffix“ einer Videodatei. Die wohl bekanntesten bzw. geläufigsten Endungen sind:

avi, wmv, asf (Microsoft)

Der avi Container ist wohl einer der Bekanntesten, allerdings ist er auch sehr alt und kann mit modernen Codecs wie z.B. H.264 nicht umgehen.

wmv und asf Container sind nicht sehr flexibel, wenn der Codec nicht ausschließlich von Microsoft entwickelt wurde. Falls das Video auf einem „nicht Windows System“ abgespielt werden soll, benötigt es hierzu meist ein extra Abspielprogramm.

mov (Apple)

Der von Apple entwickelte mov Container unterstützt nahezu alle Codecs. Bei manchen Betriebssystemen wird ein extra Abspielprogramm benötigt.

mkv, ogg (Open Source)

Die Open Source Container mkv und ogg sind sehr flexibel. Allerdings werden sie nicht gerne von Schnittprogrammen unterstützt und auf manchen Betriebssystemen wir ebenfalls ein extra Abspielprogramm benötigt.

AVCHD (Panasonic, Sony)

Der AVCHD Container wurde speziell für „Verbraucher Camcorder“ entwickelt. Er ist der einzige Container der die Informationen nicht in einer einzelnen Datei, sondern in einer kompletten Ordnerstruktur speichert. Einige Schnittprogramme haben damit Schwierigkeiten. Von Abspielprogrammen ganz zu schweigen.

mp4 (Moving Picture Expert Group)

Der mp4 Container unterstützt keine große Anzahl von Codecs aber er unterstützt die modernsten und wichtigsten. Darüber hinaus kann nahezu jedes moderne Schnittprogramm mit diesem Container umgehen. Weder Computer, noch Mobile Betriebssystemen haben Probleme mit der Wiedergabe dieses Formates und Online Plattformen wie z.B. Youtube, Vimeo und Facebook unterstützen es von Haus aus.

Da wir jetzt die allgemeine Struktur einer Videodatei kennengelernt haben, fällt natürlich sofort auf, dass wir anhand der Dateiendung bzw. des Containers nur sehr wenig Informationen über die Datei selbst erfahren. Aus diesem Grund ist es auch sehr schwer Lösungen bei evtl. auftretenden Wiedergabe- oder Importproblemen lediglich anhand des verwendeten Containers zu finden.

Der Codec

Wenn wir einen tieferen Blick in den Container / in die Datei werfen, finden wir unsere beiden Streams für Video und Audio wieder. Diese sind in einem sogenannten Codec komprimiert (zusammengepresst). Codec bedeutet nicht viel mehr als Compress – Decompress (komprimieren – dekomprimieren). Das Zusammenpressen der Streams ist durchaus sinnvoll, denn unkomprimierte Daten können bei einer Full HD Auflösung schnell 400GB per Stunde beanspruchen. Wobei der Audiostream, im direkten Vergleich mit dem Videostream, nur sehr wenig Daten beansprucht und somit erstmal nur eine untergeordnete Rolle bei der Komprimierung spielt. Allerdings ist es in manchen Bereichen der Video- und Filmproduktion durchaus üblich und sinnvoll, unkomprimiertes Datenmaterial zu verwenden. Denn eine Komprimierung bedeutet in den meisten Fällen immer auch ein Qualitätsverlust. Da die beiden Streams, zwecks Dateistruktur aber zwingend zusammengefasst werden müssen, gibt es spezielle Codecs die als „verlustfreie Komprimierung“ betitelt werden.

Welche Codecs stehen zur Verfügung?

Da sich das Datenmaterial vom Audio- und Videostream grundsätzlich unterscheiden, müssen auch entsprechende Codecs für die jeweiligen Streams zum Einsatz kommen.

Audiocodecs

Die mitunter geläufigsten im Bereich Audio sind:

verlustfreie Komprimierung

wav, aiff

Beide können mit nahezu jedem Schnittprogramm bearbeitet werden.

komprimiert

mp3, aac (= m4a) und ac3

Auch diese Codecs sind weit verbreitet und können mit fast jedem Schnittprogramm bearbeitet werden. Eine Bitrate von 96 Kilobits in der Sekunde (kb/s) pro Kanal (192 kb/s Stereo) sollte ausreichen um die Komprimierung nicht mehr wahrnehmen zu können.

Videocodecs

Im Bereich Video unterscheiden wir zwischen dem Intra-Frame und dem Inter-Frame Codec. Videos und Filme bestehen aus einer Aneinanderreihung von einzelnen Bildern, welche nacheinander eingeblendet werden. Wenn 24 Bilder innerhalb einer Sekunde auf das Menschliche Auge treffen empfinden wir das meist als flüssige Wiedergabe. Bei weniger als 24 Bildern in der Sekunde bemerken wir ein ruckeln oder stottern im gezeigten Material. Ein Bild wird als Frame bezeichnet. Die Bezeichnung 24FPS bedeutet demnach das in einer Sekunde 24 Frames abgespielt werden.

Intra-Frame

Hier wird jedes einzelne Frame separat komprimiert. Z.B. mit dem jpg Bildalgorithmus. Diese Methode weist eine sehr hohe Wiedergabequalität auf.

Beim Bearbeiten eines Videos welches mit der Intra-Frame Methode codiert wurde, fallen entsprechend eine Menge Daten an. Allerdings kann durch die hohe Bildqualität auch sehr präzise- und durch ggf. freie Computer Ressourcen auch sehr effizient gearbeitet werden.

Inter-Frame

Bei der Inter-Frame Methode werden hingegen nur in bestimmten Abständen ein kompletter Frame vollständig komprimiert. Zum Beispiel Frame 1 und Frame 14. Bei den „übersprungenen“ Frames 2 – 13 werden lediglich die Veränderungen zwischen Frame 1 und 14 komprimiert. Wenn wir uns ein Video vorstellen in dem z.B. ein Fußballspieler auf ein Tor zu rennt und die Kamera sich dabei nicht bewegt, besteht wohlmöglich in jedem einzelnen Frame ein sehr großer Bereich einfach nur aus grünem Rasen. Lediglich der Fußballspieler ändert seine Position. Diese Methode kann eine Menge Daten sparen. Allerdings sind die verwendbaren Algorithmen nicht perfekt wodurch es immer wieder zu Artefakten in den Bildern kommen kann.

Ein weiterer Nachteil dieser Methode ist das Bearbeiten eines mit dem Inter-Frame codierten Videos. Da nur sporadisch die vollständigen Einzelbilder vorhanden sind, muss der Computer beim Setzen eines Schnittes erst das nächstgelegene vollständige Einzelbild finden und dekomprimieren, alle Änderungen zum zu bearbeitenden Frame berechnen und entsprechend wieder komprimieren. Das bedeutet nicht, dass mit diesen Codecs nicht geschnitten werden kann. Lediglich das mehr Leistung des Computers benötigt wird. Auf der positiven Seite steht natürlich eine reduzierte Datenmenge. Heutige Computer sollten auch ohne größere Probleme mit der Mehrbelastung bei der Bearbeitung zurechtkommen.

Die vollständige Liste aller Video Codecs ist schier endlos. Ein großer Teil kann direkt bei Wikipedia nachgeschlagen werden. Hier möchte ich lediglich die bekanntesten bzw. geläufigsten Codecs aufzählen:

Videocodecs (Intra-Frame)

DV

Ein 1994 eingeführter Standard der die Kassettenformate DV, MiniDV, DVCAM, Digital8, HDV, DVCPro, DVCPro50 und DVCProHD umfasst.

DVCAM (Sony)

Ein Digitales Videoformat von 1996.

MJPEG

Ebenfalls ein sehr altes Format, welches gerne verwendet wurde. Allerdings löst seit 2010 der H.264 Codec dieses Format ab.

ProRes (Apple), DNxHD (Avid)

Das Film- und Videomaterial kann mit diesen beiden Codecs direkt beim Importieren in das Schnittprogramm konvertiert werden.

Videocodecs (Inter-Frame)

MPEG-2

Da der MPEG-2 Codec noch aus Zeiten der DVD’s stammt und meist mit den heutigen Online Streaming Diensten nur schwer zurechtkommt, sollte dieser vermieden werden.

DivX

DivX ist ebenfalls schon sehr betagt und bietet keinerlei Vorteile zum weit verbreiteten H.264(5) Verfahren.

H.264 (mpeg4)

Dieser Codec erreicht eine etwa dreimal so hohe Codiereffizienz wie MPEG-2. Ebenfalls ist er für hoch aufgelöste Bilddaten (z. B. DV) ausgelegt. Dies bedeutet, dass eine vergleichbare Qualität bei etwa einem Drittel der MPEG-2 Datenmenge erreicht werden kann.

H.265 oder HEVC (High Efficiency Video Coding)

Mit der wachsenden Beliebtheit von 4K Videos kommt ein neuer Industriestandard. HEVC (High Efficiency Video Coding) auch bekannt als H.265. So können Videos bis zu 40 % stärker komprimiert werden als mit H.264, dem aktuellen Standard für Videokompression.

Fazit

Zum Bearbeiten von Filmen und Videos sollte Apples ProRes oder DNxHD der Firma Avid verwendet werden. In Kombination mit dem Audiocodec wav oder aiff in einem mov Container lässt sich das Material in bester Qualität bearbeiten.

Für die Wiedergabe oder das Streamen auf Online Plattformen sollte auf die H.264, H.265 oder HEVC, in Kombination mit mp3/acc in einem mp4 Container gesetzt werden.