Hintergrundinfos zu MPEG und anderen Videoformaten und Codecs

Ein Blick auf das unten gezeigte Projektfenster von Premiere zeigt die Situation: eine Vielzahl von Videoformaten - und hier fehlen bereits die, welche Premiere sich zu importieren weigert
(und die HDV/AVCHD-Codecs ....):

Nachfolgender Artikel versucht ein wenig Klarheit zu verschaffen:

Vom Videofilm zur Videodatei
- und warum Video am Computer (wieder) so kompliziert ist

Die wenigsten werden sich noch erinnern.... es ist grade mal 15 Jahre her, da war die technische Seite des Videofilmens recht überschaubar: Internetvideo gabs noch nicht, Profitechnik war richtig teuer, und die Normalfilmer hatten VHS (Video Home System) bzw. Video8 bzw. VHS-C, semiprofessionelle Systeme waren S-VHS bzw. Hi8. Die Auflösung dieser analogen Videoformate wurde in Linien bezeichnet:
VHS = 240 Linien, S-VHS = 400 Linien. Ein normaler Fernseher konnte ungefähr 500 Linien darstellen.
Die Qualität war also meistens nicht berauschend (auch wegen der deutlichen Kopierverluste beim Schnitt), was sich mit dem DV-Videoformat änderte, welches über 500 Linien - genauer 720 x 576 Pixel (Maßstab für die Bildqualität waren jetzt Pixel statt Linien) - darstellen konnte (mehr als ein Fernseher).

Mit DV (Digitalvideo) änderte sich noch mehr:
die Videodaten werden bereits im Camcorder digital umgewandelt und digital auf Band gespeichert. Diese Daten kann der PC direkt einlesen - über ein spezielles Firewirekabel werden die Daten der aufgenommenen Videofilme auf den PC kopiert, und zwar verlustfrei.
Endlich konnten kostengünstig sendefähige Videofilme produziert werden (das ultimative Ziel ambitionierter Videofilmer!), da DV keine teure Hardware benötigte, und gleichzeitig immer mehr effiziente Software (Schnittprogramme) zur Verfügung standen.
Dieser Entwicklungsstand sorgte die letzten Jahre für nahezu reibungslosen Videoschnitt am PC – DV machte dies erst möglich!
Wird ein Videofilm in eine Videodatei geschrieben, ist das Ziel dabei bestmögliche Bild-/Tonqualität bei kleinstmöglicher Dateigröße, keine leichte Aufgabe angesichts der riesigen Datenflut von Videodaten:
rein rechnerisch und unkomprimiert (roh) benötigt eine Sekunde Video (incl. Ton) mit 25 Bildern (bzw. 50 Halbbildern) bei einer Vollbildauflösung von 768 x 576 Bildpunkten eine Datenübertragung von ca.
20 MByte pro Sekunde. Das schafft kein PC, also müssen die Daten geschrumpft = komprimiert werden. Und um das möglichst effizient zu erreichen, sind bis heute unzählige Verfahren entwickelt worden (... und ein Ende ist noch nicht absehbar). Diese Videoformate und Codecs komprimieren nach folgenden Parametern
1. Bilder pro Sekunde (Framerate, Bildfrequenz)),
2. Bildgröße/Bildpunkte (Auflösung/ Pixelverhältnis) und
3. Übertragungsrate/ Datenrate

Mit speziellen Videocodecs wird dabei das Video encodiert (umgewandelt) und dekodiert(zurückgewandelt), um abgespielt (auf PC oder DVD-Player) bzw. auf Band zurückgespielt zu werden
Auf dem PC ist das klassische Videoformat das AVI-Format mit der Dateiendung *.avi. Die Video- und Audiodaten werden dabei "verschränkt ineinander" abwechselnd übertragen, um ruckelnde Bilder zu vermeiden.
MJPEG ist also z. B. eine mit einem MJPEG-Codec komprimierte Videodatei mit der Dateiendung *.avi.
MJPEG ist nichts anderes als der bekannte Grafikkomprimierungscodec JPEG, angewendet auf Einzelbildfolgen - und mittlerweile veraltet.
DV hat ebenfalls die Dateiendung *.avi. Die Komprimierung wird hier allerdings bereits im Camcorder vorgenommen, das Video dann also nur auf den PC kopiert. Erst beim Schnitt und bei Neuberechnung wird auf dem PC ein DV-Codec benutzt, vorher wird er nur benötigt! Was heißt das? Die Aufnahme von einem DV-Camcorder braucht einen DV-Codec, um DV-Video überhaupt zu akzeptieren bzw. verstehen zu können. Erst beim Schnitt mit Effekten und anderen Manipulationen wird das DV-Videomaterial neu berechnet, wobei es auch auf die Qualität des DV-Codecs ankommt. WINDOWS stellte ab 98SE diesen Codec bereit.
Erschwerend kommt hinzu, dass auch einige MPEG 4-Codecs die Dateiendung *.avi besitzen; die Endung sagt aber nicht unbedingt etwas über den verwendeten Codec zur Komprimierung aus.
Und: die MPEG-Codecs gelten in der Regel nur für Video - für den Ton (Audio) benötigen wir eigene Codecs zur Komprimierung. Ensprechende Programme (Tools) erledigen die Komprimierung von Video und Audio in einem Rutsch (mehr dazu später).

Bei DV sind die oben angesprochenen Parameter unveränderlich fest: 25 fps, 720 x 576 pxl und ca. 3,5 MByte/s.
DV ist immer noch ein sinnvolles Videoformat (eigentlich ein Codec!) für einen qualitativ hochwertigen Schnitt, da in Einzelbilder komprimiert wird und somit einzelbildgenau geschnitten werden kann. Echtzeitvorschau, Kompatibilität und die günstigen Kosten für die Hardware sprechen (noch) für DV. Und das Endprodukt DVD schaut auf älteren (Röhren-)Fernsehgeräten gut aus. Allerdings ist die Qualität von DV ausgereizt. Und die aktuellen Flachbildfernseher sind für DV viel zu gut! Die Freude über diese unerwartete Übersichtlichkeit hielt also nicht lange an - im Gegenteil. Für mehr Qualität mussten neue Komprimierungscodecs her.

Die aktuellen Formate/ Codecs komprimieren nur Schlüsselbilder (Keyframes, I-Frames), aus denen die übrigen Bilder berechnet ("vorhergesagt") werden, das gilt vor allem für sämtlich MPEG- Formate/ Codecs!
Diese Formate bzw. Codecs komprimieren außerdem teilweise extrem effizienter - und das bei einer Erhöhung der Bildpunkte (Aulösung) auf bis zu 1920 x 1080pxl, der Framerate (Bilder pro Sekunde) und der Übertragungsrate, - und natürlich einer Menge vor allem mathematischer Tricks mehr.
Neben Datenrate, Pixelgröße und Bildfrequenz spielt jetzt die sog. GOP-Struktur eine große Rolle: es findet eine Interframe-Kompression statt, was bedeutet, dass z. B. nur jedes 12. Bild (von 25 Bildern im Pal-Format) mit kompletter Bildinformation gespeichert wird. Von den elf nachfolgenden Bildern werden lediglich Differenz-Informationen zu diesem Master-Frame (I-Frame, Schlüsselbild) gespeichert. Diese Bezugskette nennt man GOP (Group of Pictures).

Bevor das Durcheinander zu groß wird, eine Aufstellung wichtiger Codecs bzw. Formate incl. dem praktischen Nutzen bzw. Zweck. 3 „historische“ Codecs:
MJPEG - einzelbildkomprimiertes Video incl. Audio
fürs Umwandeln analoger Videos in verschiedenen Qualitätsstufen
mittels Hardware (Videokarte etc.)
qualitativ hochwertiger Schnitt ist möglich
praktisch veraltet

DV - Einzelbildkomprimierung im Camcorder
schnellste Möglichkeit für hochwertigen Schnitt, problemlos
Datenrate 3,5 Mbyte/s – Speicherbedarf pro Stunde Film: 13 Gigabyte
Speichermedium: Band (günstig & haltbar!!)
Codec bereits in WIN enthalten

MPEG1 - Komprimierung mit Schlüsselbildern und verkleinerten Parametern
für Video-CDs, die von DVD-Playern gespielt werden
Datenrate: 1,15 MBit/s
Encoder/ Decoder meist umsonst (weil veraltet)

Achtung: Digitale Bilderrahmen können mittlerweile auch Videos darstellen. Die schlechte Hardware der integrierten Mediaplayer führt zu dem grotesken Fall, dass oft nur in MJPEG oder MPEG1 gewandelte Videos darauf ruckelfrei laufen, also genau diese veralteten Videoformate plötzlich wieder benötigt werden! Das gilt auch für die "neuen" LED-Minibeamer mit integriertem Mediaplayer.

Aktuell verwendete Codecs:
MPEG2 - Sehr effiziente Komprimierung mit Schlüsselbildern (interframe, GOPs)
720 x 576 pxl, 25 fps, Datenrate bis 8 MBit/s
für Video-DVDs (meist ca. 6 MBit/s). Läuft dann auf fast allen DVD-Playern.
Das aktuelle DVB-T wird ebenfalls in verschiedenen MPEG2-
Encodierungen gesendet, Probleme sind zu erwarten, da es keine exakt einheitlichen
Parameter für die nun sog. Transport-Streams gibt...
Immer mehr Schnittprogramme können MPEG2 bzw. die VOB-Dateien von Video-DVDs verarbeiten.
Und natürlch Video-DVDs mit Menüs etc. erstellen.

Encoder/ Decoder kosten also fast immer, es gibt aber sehr gute Freeware.
MPEG2 wurde außerdem erstmals bei den DVD-Camcorder benutzt. Damit begann
das Durcheinander: Aufnahmeformate wie *-tod, *.mod, *.mpg, *.mts oder *.m2ts -
je nach Kamera mal als Program Stream oder Transport Stream . Alles klar?

Beste Qualität in MPEG2 bietet HDV = High Definition Video
DV/ MPEG2 für Video-DVD ist nur noch SD = Standard Definition.
Das hochauflösende HDV benutzt eine MPEG2-Codierung mit höherer
Pixelzahl (1440 x 1080pxl, seltener1280 x 720pxl)!!
Die Parameter sind jetzt:
Kompression: MPEG2, interframe, Long GOP 6 Frames
Bildgröße: 1440 x 1080pxl (oder 1280 x 720)
Bildfrequenz: 25p, 50i, 60i, 30p, 60i
Bildformat: 16 : 9 (wird von 1440 auf 1920 gestreckt = anamorphotisch)
Datenrate: 25 Mbps
Speicherbedarf pro Stunde Film: 11 Gigabyte
Aufnahmemedium: DV-Band (das letzte bandbasierte Aufnahmeformat!)

Wie es scheint, spielt HDV bald nur noch im Profibereich eine Rolle. Aktuell werden fast nur noch AVCHD-Videocamcorder verkauft (und billiges MPEG2 für Standardvideo).
AVCHD - genauer MPEG4 AVC/H.264 - ist die 2. hochauflösende Videovariante.

In jedem Fall ist MPEG4 das Videoformat mit der effizientesten Komprimierung mit Schlüsselbildern -
alle Parameter variabel!
Ziel: kleinste Dateien bei bester Qualität
wichtigste Codecs bislang: MPEG 4, DivX, Xvid etc. pp.
abspielbar am PC und von speziellen DVD-Playern.
Übertragung per Internet bei guter Qualität!
Encoder/ Decoder meist kostenlos, nur der neue DIVX kostet!
Details hier!

Für HD gibt es im MPEG4-Format nur noch den Standard AVCHD:
Das hochauflösende AVCHD nutzt einen MPEG4/H264 Codec, was
gewisse Probleme für den Videoschnitt bedeutet!!! - Warum?
Die Parameter von AVCHD:
Kompression: MPEG4 AVC/ H.264, interframe skalierbar Long GOP bis 15 Frames
Bildgröße: 1920 x 1080, 1440 x 1080, 1280 x 720
Bildfrequenz: je nachdem alles – 24p. 50i, 60i, 50p, 60p
Bildformat: 16 : 9
Datenrate: maximal 24Mbps
Speicherbedarf pro Stunde Film: 8 Gigabyte
Aufnahmemedium: SDHC-Card, Stick, Festplatte,

Für die Schnittprogramme bedeuten die MPEG-Codecs erhebliche Rechenarbeit, da außer den I-Frames (Schlüsselbildern) sämtliche anderen Einzelbilder beim exakten Schnitt möglichst in Echtzeit rekonstruiert bzw. wieder neu berechnet werden müssen (überdies mit 4 mal soviel Pixel). AVCHD – Schnitt läuft ungefähr so zeitaufwendig wie vor 10 Jahren – noch schnellere PCs müssen her. & neue Monitore. & neue Fernseher, um die gegebene Bildqualität im Breitbildformat genießen zu können. & neue Kabel (HDMI). & Zeit ..... die neuen "FullHD" - fähigen Fernsehgeräte haben sich bereits beim Konsumenten durchgesetzt.

Videoformate für das Web funktionieren da einfacher. Die entsprechenden Encoder lassen unzählige Einstellmöglichkeiten zu. Überdies gibt es sie in den meisten Schnittprogrammen.

Windows Media - Komprimierung mit Schlüsselbildern
Microsofteigenes Format
Dateiendung: *.wmv (veraltet: *.asf)
sehr gute Qualität ab 500kbit/s
ideal fürs Internet (Streaming!!)
Vorteil: Player (=Decoder) in WIN
Auch Windows Media stellt einen HDV-Codec zur Verfügung!
alles gratis
Details hier!

Real Video - Komprimierung mit Schlüsselbildern
beste Qualität ab 256 kbit/s plus Streaming
Basistools umsonst, aber beschränkt
Real Server unbezahlbar
für alle Computersysteme, ist fast schon verschwunden.
Details hier!

Quicktime - das MAC-eigene Videoformat (wie AVI für WIN)
Dateiendung: *.mov
gut fürs Internet, aber schlechtere Qualität
für MAC-User alles gratis (auch Media Server!!)
Quicktime stellt auch einige MPEG4-Codecs zur Verfügung. Immer viel
Spass ist garantiert auf WIN-PCs.....
Details hier!

Flashvideo – setzte sich in den letzten Jahren definitiv im Internet als Videoformat durch.
Benötigt den Flashplayer, nutzt den ON2-Codec. (eine MPEG4-Variante)
Dateiendung: *.flv, der benötigte FLV-Player wird mit dem Video herunter-
geladen – deshalb größte Kompatibilität.
Kostenlose Encoder nur mit dem veralteten Sorenson-Codec (Riva Encoder).
Videoportale wie vimeo lassen mittlerweile auch Videos in höchster Qualität zu.

Der im neuen html5-Webstandard verwendete Videostandard wird ein Flash-ähnlicher MPEG4-Codec sein. Im Moment sind die Lizenzstreitigkeiten noch nicht geklärt (es geht wie immer um viel Geld).
Die Videoeinbindung in Webseiten wird dann völlig neu sein. Abwarten.

Die Programme GSpot und AVICodec sind 2 Diagnosetools für Videodateien, deren Zusammensetzung/ Codec unklar ist.

Natürlich war das noch nicht alles an Unterschieden und möglichen Komplikationen beim PC-Video:
DV-Camcorder-Videos sind "Interlaced" (50 Halbbilder pro Sekunde basierend auf der 50 Hertz-Frequenz des TV), der PC zeigt nur Einzelbilder "Progressive". Mit den neuen hoch
auflösenden Videoformaten wird das Interlaced-Problem wieder ein Thema.
Irritationen gibt es bei der jeweiligen Monitordarstellung (der Halbbildreihenfolge), teilweise bieten Camcorder eine "Progressive"-Modus für die Aufnahme an usw. usw.
Und nicht zuletzt sorgen die Bildseitenverhältnisse von 4 : 3 bzw. 16 : 9 und die aktuellen Breitbildfernseher für neue Irritationen. Denn die gesamte Video- und Fernsehwelt befindet sich im Moment in einer Übergangsphase.
Auch der Unterschied von Square- und Nonsquarepixeln ist manchmal zu bedenken!

Und dann ist da noch der signifikante Unterschied unseres PAL-Systems zum amerikanischen NTSC-System. Lästig und leicht zu übersehen ist hier die Voreinstellung gängiger Videoprogramme auf NTSC, da sie zumeist von amerikanischen Firmen entwickelt wurden.
Immerhin wird diese Unterscheidung durch HD und die neuen Fernseher zukünftig obsolet – die Geräte erkennen dann automatisch das richtige Bildformat.

Die aktuelle typische Arbeitsweise eines Videofilmers:

1. Filmen mit dem AVCHD-Camcorder

2.Überspielen (Kopieren) des Videomaterials via USB oder ? auf
die Festplatte des PC
Dazu wird ein Videoschnittprogramm benötigt (oder Windows 7)
Wer mit HDV- oder AVCHD-Camcordern filmt – und diese Aufnahmen bearbeiten möchte –
sollte sich immer noch sehr gut informieren!! Die neuesten Versionen der Videoprogramme versprechen fast alle AVCHD-Schnitt - doch ohne einen schnellen PC ist endloser Frust angesagt.

3. Je nach Ausstattung des Videoprogramms und den eigenen
Ansprüchen wird der Videofilm bearbeitet und geschnitten

4. Sodann wird das fertige Video ausgegeben/ exportiert,
je nach Zweck mit den verschiedenen Codecs:
-auf Videoband (DV, HDV), machen nur noch Nostalgiker
- Video-DVD oder BlueRay-Disc, wenn das Videoprogramm keine DVD-Authoring-
Fähigkeit hat, ist hierzu ein spezielles Programm nötig!
- als Internetvideo (mittlerweile aus allen Programmen möglich).

Für AVCHD gilt: Das Überspielen der Videodateien auf Festplatte ist schneller und einfacher. Der PC sollte aber mindestens einen Quadcore-Prozessor haben. & das Videoprogramm sollte AVCHD flüssig schneiden können.

Natürlich gibt es außerdem jede Menge Variationen. Quellen wie TV-Karten, Webcams, Digitalfotokameras, Digital-TV, Handys etc. , über USB oder SD-Card usw. usw., selbstverständlich mit höchst unterschiedlichen Parametern.
Es gibt eine Unmenge von Programmen, welche die verschiedenen Formate auslesen und umwandeln (konvertieren) können, allerdings nur rudimentäre kostenlose Schnittprogramme.

Anmerkung: Der Verweis "Details hier" verweist auf die entsprechenden Seiten von www.dynamicmix2000.de, einer Website mit vielen Videotutorials.