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Tutorialbeschreibung

Grundlagen der Videokomprimierung

Grundlagen der Videokomprimierung

Komprimierung

Vorbereitung und Grundlagen

 

Dieses Tutorial soll euch dazu dienen, ein wenig die Kunst der Komprimierung zu lernen. Ich möchte euch hier keineswegs erzählen, welche Settings euch zu dem besten Ergebnis bringen, bzw. welche Einstellungen kleine Dateien mit spitzen Qualität machen.
Dieses soll ein einfacher Leitfaden sein, da jedes Video unterschiedliche Inhalte hat und somit auch bei der Komprimierung einen anderen Ausgabewert hervorbringt.
Ihr solltet euch alles genau durchlesen, es ist an sich nicht schwer, richtig Komprimieren zu lernen, doch ihr solltet euch zuerst einmal mit dem Vorgang selbst beschäftigen, bevor ihr einfach drauf los Komprimiert. Es erfordert schon ein gewissen Grundwissen, damit wir auch wissen, was wir tun. Nur derjenige, der weiß, was er tut, kann gute Ergebnisse erzielen.
Ihr solltet euch die Grundlagen einfach nur gut einprägen und dann experimentieren, damit ihr alles in euren Kopf bekommt und anständig komprimieren könnt. Es ist alles eine Frage der Zeit, doch jeder kann es lernen. Nur ohne Arbeit geht es nicht, das sollte jedem klar sein.

Dann fangen wir auch gleich mal an. Es wird hier in diesem Tutorial viel Theorie geben, da das der Anfang von allem ist ;)

1. Was ist ein Video?

Damit wir mit einem Video am besten umgehen können, müssen wir zuerst einmal wissen, was ein Video überhaupt ist. Als kleine Erklärung: Ein Video besteht im Grunde aus vielen Einzelbildern, die aneinander gereiht sind, so dass das Auge eine flüssige Bewegung wahrnimmt. Man kann es sich wie ein Daumenkino vorstellen. Man blättert die Bilder so schnell durch, dass man die einzelnen Bilder an sich nicht mehr wahrnimmt, sondern nur noch eine Bewegung.
Ein flüssiges Video sollte immer mindestens 25 Einzelbilder (Frames) haben. Dieses wird mit fps (Frames per Second) abgekürzt. Das bedeutet also, wir brauchen mindestens 25 Bilder die Sekunde, damit wir das Video als flüssig wahrnehmen. Gängige Größen sind übrigens 25/29,97 fps im deutschen PAL-TV System. Das amerikanische NTSC System (progressive/Vollbilder) benutzt 50/59,94 fps in Halbbildern (nennt man auch interlaced - Bilder mit halber Auflösung).
Im PC Bereich halten wir uns jedoch an die 25 fps und benutzen keine Halbbilder, da wir sonst schwarze Striche wahrnehmen würden. Halbbilder sind nur für die TV Ausgabe zu empfehlen, somit ist es ultra wichtig, sich im PC Bereich davon fern zu halten.

1.1. Die Auflösungen

Es gibt verschiedene Auflösungen, die wir verwenden können. Ich selbst verwende immer die Auflösung 640*480 oder 800*600. Das bezieht sich auf quadratische Pixel (Ausgabe für den PC). Ein Pixel hat dort demnach die Dimension 1:1. Ein Pixel ist ein Bildpunkt, woraus sich dann die Auflösung bildet. Sprich: 800 Bildpunkte * 600 Bildpunkte z.B. Auf dem Fernseher haben wir allerdings keine quadratischen Pixel, somit ändert sich dort auch die Auflösung. Wir sollten immer vorher entscheiden, für welches Medium wir ein Video ausgeben möchten. Dementsprechend müssen wir auch mit richtig gewählten Auflösungen arbeiten.
Hier ein paar gängige Auflösungen: (Auflösung, Anzahl der Pixel, Seitenverhältnis, Datenmenge (Größe) pro Einzelbild)

640x480,  307.200px,  4:3,  900kb
640x360,  230.400px,  16:9,  675kb
720x576,  414.720px,  5:4,  1,19MB
800x600,  480.000px,  4:3,  1,37MB
800x450,  360.000px,  16:9,  1,03MB
1280x720,  921.600px,  16:9,  2,64MB
1980x1080,  2.138.400px,  16:9,  6,12MB

Wie man schön erkennen kann, steigt bei der Erhöhung der Pixel auch die Größe. Je mehr Pixel, bzw. je höher die gewählte Auflösung ist, desto mehr Details werden wir erkennen. Wenn wir in die höheren Auflösungen gehen, werden wir komplexere Inhalte besser erkennen können und die Kanten sind glatter.
Die Größe des Einzelbildes ist auch abhängig von der Bandbreite, die wir verwenden. Diese bezeichnet die Datenrate, die wir brauchen, um etwas fehlerfrei darstellen zu können. Rendern wir also ein Video mit der Auflösung 640*480 und 25 fps, bekommen wir eine Größe von ca 24 MB/Sekunde, was dann ca 0,96 MB/pro Bild ist. Pro Minute hätten wir dann eine Größe von ca 1,44 GB. Man sieht, so ein Video ist schon ganz schön groß. Die Größe ist allerdings nur so, wenn das Video unkomprimiert, sprich, im Rohzustand gerendert wurde.
Um so ein Video auf eine akzeptable Größe zu bekommen, benötigen wir also....

1.2. Codecs

CoDec bedeutet im Grunde nur Code und Decode. Bei Videos in der Größenordnung haben sich einige Leute verschiedene Verfahren zur Komprimierung von Videos ausgedacht. Es sind kleine Zusatzprogramme, die durch mathematische Verfahren und Mechanismen Videos komprimieren (verkleinern) können.
Dabei kommen wir auch um Qualitätsverlust nicht vorbei. So ziemlich jeder Codec ist mit Qualitätsverlust behaftet, jedoch können wir so ein Video sehr klein bekommen, so dass es in keiner Relation mehr zu dem unkomprimierten Gegenstück steht.
Wenn man die Codierung gut genug beherrscht, dann kann man sehr schöne Kompromisse erzielen, was Größe und Qualität angeht.
Wichtig dabei ist, dass man bei einem codierten Video immer den selben Codec zum Decodieren (Abspielen) benötigt, sonst würde der PC die Strukturen des Videos nicht mehr erkennen und einfach ein schwarzes Bild ausgeben. Wir sollten demnach immer darauf achten, dass wir einen Codec wählen, der entweder bekannt ist oder den wir dem Video dann beilegen, damit jeder das Video sehen kann.

2. MPEG

Viel brauch man hier glaube ich nicht sagen, da jeder weiß, was gemeint ist. MPEG2 ist der DVD Codec, MPEG1 Layer3(mp3) ist doch dieser Musik Codec, doch es gibt seit einiger Zeit MPEG4. Es steht auf DVD Playern und man kann ihn auch auf dem PC verwenden. Doch was ist das für ein Codec?
Als MPEG4 wird z.b DivX, XviD, x264, h264 bezeichnet. Es sind alles Codecs zur Bildkompression nach dem MPEG4 Standard. Es gibt 2 Arten von Codecs in dem MPEG4 Bereich. Zum einen ist es der AVC/h.264 und der ASP/h.263.
Der AVC/h.264 (andvanced video coding) und der ASP/h.263 (advanced simple profile) bieten jeweils unterschiedliche Wege der Komprimierung. Der AVC ist in der Qualität/Größe wesentlich besser, jedoch ist er ziemlich Hardware lastig. Der ASP läuft viel schneller bei der Codierung, sowie auch bei der Decodierung, hat aber schlechtere Qualität.
XviD und DivX z.B. sind ASP Codecs und der etwas neuere x264 ist ein AVC Codec. Es gibt noch unzählige weitere Codecs, die teils auch kostenpflichtig sind, doch wir wollen uns hier mal auf den x264 und XviD beschränken, da sie kostenlos sind und sehr gute Dienste leisten.
Die späteren Tutorials zu den einzelnen Einstellungen werden sich dann auch auf diese beiden Codecs beziehen, also wird es auch mit den zweien ein praktischen Teil geben.
Nun die Frage, welchen Codec wir verwenden. Wenn wir kleine Dateien, bei guter Qualität haben möchten, dann verwenden wir selbstverständlich den x264 Codec, der läuft jedoch nicht auf älteren PCs, da er, wie schon vorher erwähnt, sehr Hardware lastig ist. Das Resultat sind meistens Ruckler oder Standbild, da der PC mit der Decodierung nicht hinterher kommt.
Wollen wir schonendere Videos machen, dann nehmen wir den XviD Codec. Wenn wir ein Video veröffentlichen, dann sollten wir Anfangs schon nachdenken ob wir nicht 2 Versionen veröffentlichen. Einmal eine "High Quality(x264)" und eine "Med Quality(XviD)". Möchten wir unser Video so weit verbreiten, wie es geht und somit auch "Normalusern" zugänglich machen, sollten wir eher davon ausgehen, dass Video in XviD zu rendern, da nicht jeder einen guten PC hat ;)

 
3. Die Komprimierung

Das wichtigste ist, dass wir wissen, was jeder Codec kann, damit wir abschätzen können, welchen wir verwenden. Es ist dringend erforderlich, sich über einen Codec zu informieren, bevor wir ihn verwenden, damit wir auch die gewünschten Erfolge erzielen. Wenn man erst einmal einen Codec beherrscht und sich damit auseinander gesetzt hat, dann kann man das Wissen auch ganz leicht auf andere übertragen, denn sie tun sich nicht allzu viel gegenseitig.
Zur Komprimierung selbst: Wenn wir ein Video erstellen, dann sollten wir nicht zwischendurch komprimieren, das heisst, wir sollten im Idealfall mit unkomprimierten Rohdaten arbeiten. Führt euch vor Augen, jede weitere Komprimierung verschlechtert die Qualität des Bildes und wir wollen ja das Beste rausholen und nicht ein Zwischending. Sollten wir mit komprimierten Daten arbeiten, werden sich diese stetig verschlechtern, genauer gesagt bei jedem einzelnen weiteren Komprimierungsvorgang.
Ich schlage vor, immer am Ende zu komprimieren und in allen anderen Schritten mit unkomprimierten Daten zu arbeiten, damit wir das bestmögliche an Qualität erzielen können.
Hier noch einmal eine kleine Übersicht der Datenraten, damit man auch weiß, was man da einstellt.
Wir werden irgendwann an einen Punkt kommen, wo wir eine Datenrate eingeben müssen, die unser Video einhalten soll. Wir sollten uns das Ganze einmal anschauen, damit wir später auch wissen, was wir tun und nicht eine vielleicht böse Überraschung erleben werden.
8 bit  = 1 byte
1 kbit = 128 byte
1024 kbit  = 1 MBit
2400 kbit  = 300 kb
3200 kbit  = 400 kb
Wenn wir ein Video produzieren, dann verfolgen wir meist ein Ziel, was die Größe angeht. Ich versuche mich immer an 20MB/min zu halten. Theoretisch können wir uns das ganz gut errechnen, indem wir die kb*Dauer nehmen. Z.B. 300kb*60sek=18MB/min (Datenstrom=2400kbit/min). Wenn ihr euch das merkt, dann könnt ihr später ganz leicht errechnen, wie Groß euer Video theoretisch werden wird. Verlasst euch jedoch nicht auf diese Angaben, denn es gibt immer Schwankungen, die sich auch nach dem Inhalt des Videos richten. Weiße Schrift auf schwarzem Hintergrund zieht nicht soviel Datenmenge, wie komplexe Grafiken ;)
Es gilt, je Komplexer und Detaillierter euer Video ist, desto größer wird es bei der Komprimierung.
Da ich aus dem Gamemovie Bereich komme, treffen die Angaben auf mich voll zu, ihr solltet jedoch bedenken, wenn ihr Echtzeit Filme dreht, bzw Komprimiert, dann werdet ihr mit erheblich kleineren Bitraten arbeiten können, da das Material anders aufgebaut ist. (Das nur am Rande, nicht, dass ihr euch wundert, wenn ihr Echtzeit Material verwendet und Abweichungen habt)

Wie ich schon in meinem Videoworkshop Rendering_und_Exportieren zu After Effects erwähnte, haben wir in vielen Videoschnitt/Compositingprogrammen die Möglichkeit, sofort zu komprimieren, wenn der Codec installiert ist. Dieses ist jedoch nicht zu empfehlen, da es wesentlich zeitaufwändiger ist.  Solltet ihr den nötigen Festplattenplatz zur Verfügung haben, dann würde ich an eurer Stelle das Video erst einmal unkomprimiert raus rendern und dann in einem kostenlosen Programm komprimieren.
Hintergrund ist folgender: Wir haben uns in After Effects eine schöne Animation gemacht, die über 1 Stunde zum rendern braucht. Machen wir den Rendervogang nun im Mehrpassverfahren (was wesentlich bessere Qualität gibt), dann müssen wir 2x den Komprimierungsvorgang machen und zu jedem das Video erneut mitrendern, was uns dann immer eine Stunde kostet. Rendern wir das Video jedoch komplett unkomprimiert raus, dann brauchen wir es in einem kostenlosen Programm wie z.B. VirtualDub nicht erneut rendern, sondern komprimieren es nur noch. Das ist viel zeitsparender, als die Variante direkt in After Effects. After Effects z.B. zieht sehr viel CPU Leistung und verschwendet so Ressourcen, die wir beim Komprimieren gebrauchen könnten. Machen wir es in einem kostenlosen Programm, dann haben wir alle Ressourcen, die wir nutzen können und sparen somit eine Menge Zeit. 

Nachdem ihr nun die Grundlagen der Komprimierung kennen gelernt habt, wird euch einiges sicherlich in einem anderen Licht erscheinen.
Ich werde in den nächstes Tagen dann noch ein weiteres Tutorial zu dem Xvid und x264 Codec machen, wo ich auf die einzelnen Einstellungen eingehen werde.
Bis dahin könnt ihr ein wenig rumprobieren und schauen, wie sich die Codecs verhalten. Beim XviD Codec habt ihr auch den Vorteil, dass er Pop-Up Fenster beinhaltet, die Informationen über die einzelnen Einstellung gibt.

Ich hoffe, ihr habt einiges gelernt und könnt dieses Tutorial gut gebrauchen. Wie schon erwähnt, es sind die Grundlagen. Das restliche (das eingemachte) werde ich dann die Tage erklären und hoffe, dass ihr dann auch zu Komprimierungsprofis werdet :)
 

Mit freundlichen Grüßen
Crusher


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Kommentare
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Portrait von l_u_p_o_
  • 27.03.2012 - 15:02

Super Tutorial ... hoffe auf eine Fortsetzung !

Portrait von janedde
  • 18.10.2011 - 07:42

Super Tutorial! vielen dank!

Portrait von preyerxlein
  • 03.09.2011 - 07:09

Brauchbares Tutorial, gut verständlich, wenn ich auch zu ein paar Abkürzungen noch deren Bedeutung vermisse. Gut;-)

Portrait von daveluke
  • 06.12.2010 - 13:05

Sehr gut geschriebener, kompakter Einstieg in das Thema "Video-Komprimierung"!

Herzlichen Dank!

Portrait von photoheini
  • 14.10.2010 - 09:11

Verständlich erklärt ! Vielen Dank dafür

Portrait von Ella90
  • 26.04.2010 - 16:42

Danke schön für die Hilfe

Portrait von cloudkraft
  • 24.03.2010 - 18:29

thx für die hilfe
das ist echt voll die hilfe gewessen

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 10.02.2010 - 01:11

Sehr gute und schnell Einleitung.Danke dafür.Bin gespannt auf die weiteren Tutorials des Autors

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 20.01.2010 - 16:35

gute einführung, wär vllt nützlich hier gleich die weiterführenden links anzugeben

Portrait von TomT
  • 11.01.2010 - 17:13

erstklassig und verständlich erklärt !

Vielen Dank dafür

Portrait von suizidmoehre
  • 08.12.2009 - 21:48

war gut erklärt... dankeschön!!!

Portrait von emretoptan
  • 17.11.2009 - 12:10

Prima, gut gemacht. Vielen dank!

Portrait von Fastelovend11
  • 13.09.2009 - 11:24

Prima Tut, informativ und gut zu verstehen.

Portrait von Turtone25
  • 20.08.2009 - 20:43

Gut zusammengefasst. Vielen Dank

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 04.06.2009 - 12:44

Danke schön für diese Hilfe, Ich find es super!!

Portrait von Kidstorm
  • 23.04.2009 - 00:52

cool^^ nu weiß ich endlich wie das alles geht hat mir sehr gefolen^^

Portrait von Luke122
  • 20.04.2009 - 19:20

super anleitung! sehr informativ und hilfreich

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 20.03.2009 - 16:26

Hat mir sehr geholfen! Vielen dank!

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 02.03.2009 - 22:00

Cool, thx! Echt geil dein Tut.

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-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)

  • 20.01.2009 - 13:06

Super Danke und wie Bliccer schon schrieb De. Tuts gibt es viel zu wenige

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