Leitfaden zu Web-Videocodecs

Die folgenden Videocodecs werden am häufigsten im Web verwendet. Für jeden Codec sind auch die Container (Dateitypen) aufgeführt, die sie unterstützen können. Jeder Codec bietet einen Link zu einem Abschnitt weiter unten, in dem zusätzliche Details zum Codec, einschließlich spezifischer Fähigkeiten und Kompatibilitätsproblemen, die Sie beachten sollten, gegeben werden.

Wie bei jedem Encoder gibt es zwei grundlegende Gruppen von Faktoren, die die Größe und Qualität des kodierten Videos beeinflussen: Spezifika über das Format und den Inhalt des Quellvideos sowie die Eigenschaften und Konfiguration des Codecs, der beim Kodieren des Videos verwendet wird.

Der einfachste Leitfaden lautet: Alles, was das kodierte Video mehr wie das originale, unkomprimierte Video aussehen lässt, wird allgemein auch die resultierende Datenmenge vergrößern. Daher ist es immer ein Kompromiss zwischen Größe und Qualität. In einigen Situationen ist ein größerer Qualitätsverlust, um die Datenmenge zu reduzieren, diesen Qualitätsverlust wert; in anderen Fällen ist der Qualitätsverlust inakzeptabel, und es ist notwendig, eine Codec-Konfiguration zu akzeptieren, die zu einer entsprechend größeren Datei führt.

Der Einfluss, den das Format des Quellvideos auf das Ausgangsmaterial hat, variiert je nach Codec und dessen Funktionsweise. Wenn der Codec die Medien in ein internes Pixelformat konvertiert oder das Bild auf andere Weise als durch einfache Pixel darstellt, macht das Format des ursprünglichen Bildes keinen Unterschied. Dinge wie Bildrate und offensichtlich die Auflösung haben jedoch immer einen Einfluss auf die Ausgangsgröße der Medien.

Zusätzlich haben alle Codecs ihre Stärken und Schwächen. Einige haben Probleme mit bestimmten Arten von Formen und Mustern oder sind nicht gut darin, scharfe Kanten nachzubilden, oder neigen dazu, Details in dunklen Bereichen zu verlieren oder jede beliebige Anzahl anderer Möglichkeiten. Es hängt alles von den zugrunde liegenden Algorithmen und der Mathematik ab.

Das Maß, in dem diese Faktoren das kodierte Endvideo beeinflussen, variiert je nach den genauen Details der Situation, einschließlich des verwendeten Encoders und dessen Konfiguration. Zusätzlich zu allgemeinen Codec-Optionen könnte der Encoder so konfiguriert werden, dass die Bildrate reduziert, das Rauschen bereinigt und/oder die Auflösung des Videos während des Kodierens reduziert wird.

Die zum Kodieren von Video verwendeten Algorithmen nutzen typischerweise eine oder mehrere allgemeine Techniken, um ihre Kodierung durchzuführen. Allgemein gesprochen, wird jede Konfigurationsoption, die dazu gedacht ist, die Ausgabegröße des Videos zu reduzieren, wahrscheinlich eine negative Auswirkung auf die Gesamtqualität des Videos haben oder bestimmte Arten von Artefakten im Video einführen. Es ist auch möglich, eine verlustfreie Kodierungsform zu wählen, die zu einer wesentlich größeren kodierten Datei führt, jedoch mit perfekter Reproduktion des ursprünglichen Videos nach der Dekodierung.

Darüber hinaus können bei jeder Encoder-Utility Unterschiede in der Verarbeitung des Quellvideos auftreten, die zu unterschiedlichen Ausgaben in Qualität und/oder Größe führen können.

Die verfügbaren Optionen beim Kodieren von Video und die zugewiesenen Werte für diese Optionen variieren nicht nur von einem Codec zum anderen, sondern auch abhängig von der verwendeten Kodierungssoftware. Die Dokumentation Ihrer Kodierungssoftware hilft Ihnen dabei, die spezifische Auswirkung dieser Optionen auf das kodierte Video zu verstehen.

Artefakte sind Nebenwirkungen eines verlustbehafteten Kodierungsprozesses, bei dem die verlorenen oder umgeordneten Daten zu sichtbaren negativen Effekten führen. Sobald ein Artefakt aufgetreten ist, kann es eine Weile bestehen bleiben, was auf die Art und Weise zurückzuführen ist, wie Video angezeigt wird. Jedes Bild eines Videos wird dargestellt, indem eine Reihe von Änderungen auf das aktuell sichtbare Bild angewendet werden. Das bedeutet, dass Fehler oder Artefakte sich im Laufe der Zeit häufen können, was zu Störungen oder anderweitig seltsamen oder unerwarteten Abweichungen im Bild führt, die für eine Zeit anhalten.

Um dies zu beheben und die Suchzeit durch die Videodaten zu verbessern, werden periodisch Schlüsselbilder (auch als Intra-Frames oder I-Frames bekannt) in die Videodatei eingefügt. Die Schlüsselbilder sind vollständige Bilder, die zur Reparatur von sichtbaren Schäden oder Artefaktrückständen verwendet werden.

Alias-Effekte sind allgemeine Begriffe für alles, was beim Wiederaufbau aus den kodierten Daten nicht mehr so aussieht wie vor der Kompression. Es gibt viele Formen von Alias-Effekten; die häufigsten, die Sie sehen könnten, umfassen:

Moiré-Muster Ein Moiré-Muster ist ein großflächiges räumliches Interferenzmuster, das entsteht, wenn ein Muster im Quellbild und die Art und Weise, wie der Encoder arbeitet, leicht räumlich nicht ausgerichtet sind. Die vom Encoder erzeugten Artefakte führen dann beim Dekodieren dazu, dass seltsame, wirbelnde Effekte im Muster des Quellbildes auftreten.
Treppeneffekt Der Treppeneffekt ist ein räumliches Artefakt, das auftritt, wenn diagonale gerade oder gekrümmte Kanten, die glatt sein sollten, ein gezacktes Erscheinungsbild annehmen und wie eine Treppe aussehen. Dies ist der Effekt, der durch "Antialiasing"-Filter reduziert wird.
Wagenradeffekt Der Wagenradeffekt (oder stroboskopischer Effekt) ist der visuelle Effekt, der häufig in Filmen zu sehen ist, wobei sich ein drehendes Rad mit der falschen Geschwindigkeit oder sogar rückwärtszufallen scheint, was auf die Wechselwirkung zwischen der Bildrate und dem Kompressionsalgorithmus zurückzuführen ist. Derselbe Effekt kann bei jedem sich wiederholenden Muster auftreten, das sich bewegt, wie Kreuzungen auf einer Eisenbahnstrecke, Pfosten entlang der Straße und so weiter. Dies ist ein zeitliches (zeitbasiertes) Aliasing-Problem; die Geschwindigkeit der Drehung beeinträchtigt die Frequenz der während der Kompression oder Kodierung durchgeführten Abtastung.

Farbränder sind eine Art von visuellem Artefakt, das als unerwünschte Farben auftritt, die entlang der Kanten von farbigen Objekten innerhalb der Szene eingeführt werden. Diese Farben haben keine beabsichtigte Farbbeziehung zu den Inhalten des Bildes.

Der Prozess des Entfernen von Daten beim Kodieren von Video erfordert, dass einige Details verloren gehen. Wenn ausreichend Kompression angewendet wird, können Teile oder potenziell das gesamte Bild an Schärfe verlieren, was zu einem leicht verschwommenen oder nebligen Erscheinungsbild führt.

Verlorene Schärfe kann es schwierig machen, Text im Bild zu lesen, da Text – insbesondere kleiner Text – sehr detailorientierter Inhalt ist, bei dem kleinere Änderungen die Lesbarkeit erheblich beeinträchtigen können.

Verlustbehaftete Kompressionsalgorithmen können Klingeln einführen, einen Effekt, bei dem Bereiche außerhalb eines Objekts mit farbigen Pixeln kontaminiert sind, die vom Kompressionsalgorithmus erzeugt werden. Dies geschieht, wenn ein Algorithmus verwendet wird, der Blöcke verwendet, die eine scharfe Grenze zwischen einem Objekt und seinem Hintergrund überlappen. Dies tritt besonders häufig bei höheren Kompressionsstufen auf.

Beachten Sie die blauen und rosa Ränder um die Kanten des Sterns oben (sowie die Stufenbildung und andere bedeutende Kompressionsartefakte). Diese Ränder sind der Klingeleffekt. Klingeln ist in gewisser Hinsicht ähnlich wie Moskito-Rauschen, außer dass das Klingeln mehr oder weniger konstant und unverändert ist, während Moskito-Rauschen schwindet und sich bewegt.

Klingeln ist eine weitere Art von Artefakt, das es besonders schwierig machen kann, Text in Ihren Bildern zu lesen.

Posterisierung tritt auf, wenn die Kompression zu einem Verlust an Farbdetails in Verläufen führt. Anstelle fließender Übergänge durch die verschiedenen Farben in einem Bereich wird das Bild blockig, mit Farbansammlungen, die das ursprüngliche Erscheinungsbild des Bildes nur annähernd darstellen.

Beachten Sie die Blockigkeit der Farben im Gefieder des Weißkopfseeadlers auf dem Foto oben (und der Schnee-Eule im Hintergrund). Die Details der Federn gehen aufgrund dieser Posterierungsartefakte weitgehend verloren.

Konturierung oder Farbabstufung ist eine spezifische Form der Posterisierung, bei der die Farbkacheln Bänder oder Streifen im Bild bilden. Dies geschieht, wenn das Video mit einer zu groben Quantisierungs-Konfiguration kodiert wird. Als Ergebnis zeigen die Inhalte des Videos ein "schichtweises" Aussehen, bei dem statt glatter Verläufe und Übergänge die Übergänge von Farbe zu Farbe abrupt sind, was das Erscheinen von Farbbändern verursacht.

Im obigen Beispielbild sehen Sie, wie der Himmel Bänder mit unterschiedlichen Blautönen aufweist, anstatt ein gleichmäßiger Verlauf zu sein, während sich die Farbe des Himmels in Richtung des Horizonts ändert. Dies ist der Konturiereffekt.

Moskito-Rauschen ist ein zeitliches Artefakt, das als Rauschen oder Kantenunruhe auftritt, die als flimmernde Unschärfe oder Schimmern erscheint, das grob außerhalb der Kanten von Objekten mit harten Kanten oder scharfen Übergängen zwischen Vordergrundobjekten und Hintergrund folgt. Der Effekt kann ähnlich dem Klingeln aussehen.

Das oben gezeigte Foto weist Moskito-Rauschen an verschiedenen Stellen auf, einschließlich des Himmels rund um die Brücke. In der oberen rechten Ecke zeigt ein Inset eine Nahaufnahme eines Teils des Bildes, das Moskito-Rauschen aufweist.

Moskito-Rausch-Artefakte kommen am häufigsten in MPEG-Video vor, können jedoch immer auftreten, wenn ein diskreter Kosinustransformationsalgorithmus (DCT) verwendet wird; dies schließt beispielsweise JPEG-Standbilder ein.

Videokompression funktioniert im Allgemeinen, indem zwei Frames verglichen und die Unterschiede zwischen ihnen aufgezeichnet werden, ein Frame nach dem anderen, bis zum Ende des Videos. Diese Technik funktioniert gut, wenn die Kamera an Ort und Stelle bleibt oder die Objekte im Bild relativ stationär sind, aber wenn im Bild viel Bewegung herrscht, können die Unterschiede zwischen den Frames so groß sein, dass die Kompression keinen Nutzen bringt.

Bewegungskompensation ist eine Technik, die Bewegung (entweder der Kamera oder der Objekte im Bild) erkennt und bestimmt, um wie viele Pixel sich das bewegende Objekt in jede Richtung bewegt hat. Diese Verschiebung wird dann gespeichert, zusammen mit einer Beschreibung der Pixel, die sich bewegt haben und nicht nur durch diese Verschiebung beschrieben werden können. Im Wesentlichen findet der Encoder die Bewegungsobjekte und erstellt dann eine Art internes Bild, das wie das Original aussieht, jedoch mit allen Objekten, die an ihre neuen Positionen verschoben wurden. Theoretisch approximiert dies das Erscheinungsbild des neuen Frames. Zur Vervollständigung der Arbeit werden die verbleibenden Unterschiede gefunden, dann werden der Satz von Objektverschiebungen und der Satz von Pixelunterschieden in den Daten gespeichert, die den neuen Frame darstellen. Dieses Objekt, das die Verschiebung und die Pixelunterschiede beschreibt, wird als Residual-Frame bezeichnet.

Originalbild	Inter-Frame-Unterschiede	Unterschied nach Bewegungskompensation
Das erste Vollbild, wie es vom Betrachter gesehen wird.	Hier sind nur die Unterschiede zwischen dem ersten Bild und dem folgenden Bild zu sehen. Alles andere ist schwarz. Bei genauerem Hinsehen können wir feststellen, dass die Mehrheit dieser Unterschiede von einer horizontalen Kamerabewegung herrührt, was dies zu einem guten Kandidaten für die Bewegungskompensation macht.	Um die Anzahl der unterschiedlichen Pixel zu minimieren, berücksichtigen wir hier die Schwenkbewegung der Kamera, indem wir zuerst das erste Bild um zwei Pixel nach rechts verschieben und dann die Differenz nehmen. Dies kompensiert die Schwenkbewegung der Kamera und ermöglicht mehr Überlappung zwischen den beiden Bildern.
Bilder von Wikipedia

Es gibt zwei allgemeine Arten der Bewegungskompensation: globale Bewegungskompensation und Blockbewegungskompensation. Die globale Bewegungskompensation gleicht im Allgemeinen Kamerabewegungen wie Tracking, Dolly-Bewegungen, Schwenken, Neigen, Rollen sowie Auf- und Abbewegungen aus. Die Blockbewegungskompensation kümmert sich um lokalisierte Veränderungen und sucht nach kleineren Abschnitten des Bildes, die mithilfe der Bewegungskompensation kodiert werden können. Diese Blöcke haben normalerweise eine feste Größe in einem Raster, aber es gibt Formen der Bewegungskompensation, die variable Blockgrößen und sogar überlappende Blöcke ermöglichen.

Es gibt jedoch Artefakte, die aufgrund der Bewegungskompensation auftreten können. Diese treten an Blockgrenzen in Form von scharfen Kanten auf, die falsche Klingelen und andere Kanten-Effekte hervorrufen. Diese sind auf die Mathematik bei der Kodierung der Residual Frames zurückzuführen und können leicht bemerkt werden, bevor sie vom nächsten Schlüsselbild repariert werden.

In bestimmten Situationen kann es nützlich sein, die Abmessungen des Videos zu reduzieren, um die endgültige Größe der Videodatei zu verbessern. Während der unmittelbare Verlust an Größe oder Flüssigkeit der Wiedergabe ein negativer Faktor sein mag, kann eine sorgfältige Entscheidungsfindung zu einem guten Endergebnis führen. Wenn ein 1080p-Video vor dem Kodieren auf 720p reduziert wird, kann das resultierende Video viel kleiner sein und dennoch eine weitaus höhere visuelle Qualität aufweisen; selbst nach dem erneuten Hochskalieren bei der Wiedergabe kann das Ergebnis besser sein, als das ursprüngliche Video in voller Größe zu kodieren und den Qualitätsverlust zu akzeptieren, der erforderlich ist, um Ihre Größenanforderungen zu erfüllen.

Ebenso können Sie Bilder aus dem Video vollständig entfernen und die Bildrate anpassen, um dies auszugleichen. Dies hat zwei Vorteile: Es macht das gesamte Video kleiner, und diese kleinere Größe ermöglicht es der Bewegungskompensation, noch mehr für Sie zu leisten. Zum Beispiel könnte das Überspringen jedes zweiten Bildes anstelle des Vergleichs von zwei Bildern, die aufgrund zwischen-frame Bewegungen zwei Pixel voneinander entfernt sind, zu einer Berechnung führen, die eine Verschiebung um vier Pixel der Bewegung ergibt. Dadurch kann die Gesamtbewegung der Kamera mit weniger Residual-Frames dargestellt werden.

Die absolute Mindestbildrate, die ein Video haben kann, bevor seine Inhalte vom menschlichen Auge nicht mehr als Bewegung wahrgenommen werden, beträgt etwa 12 Bilder pro Sekunde. Weniger als das, und das Video wird zu einer Reihe von Standbildern. Kinofilme laufen typischerweise mit 24 Bildern pro Sekunde, während das Standard-Definition-Fernsehen etwa 30 Bilder pro Sekunde beträgt (etwas weniger, aber nahe genug) und das High-Definition-Fernsehen zwischen 24 und 60 Bildern pro Sekunde liegt. Alles von 24 FPS aufwärts wird im Allgemeinen als ausreichend flüssig angesehen; 30 oder 60 FPS sind ein ideales Ziel, abhängig von Ihren Bedürfnissen.

Am Ende liegen die Entscheidungen darüber, welche Kompromisse Sie in Kauf nehmen können, allein bei Ihnen und/oder Ihrem Designteam.

Der AOMedia Video 1 (AV1) Codec ist ein offenes Format, das von der Alliance for Open Media speziell für Internetvideos entwickelt wurde. Es erreicht höhere Datenkompressionsraten als VP9 und H.265/HEVC, sowie bis zu 50 % höhere Raten als AVC. AV1 ist vollständig gebührenfrei und sowohl für das <video>-Element als auch für WebRTC vorgesehen.

AV1 bietet derzeit drei Profile: main, high und professional, mit zunehmender Unterstützung für Farbtiefen und Chroma-Subsampling. Darüber hinaus ist eine Reihe von Levels spezifiziert, die jeweils Grenzen für eine Reihe von Attributen des Videos definieren. Diese Attribute umfassen Bildabmessungen, Bildfläche in Pixeln, Anzeige- und Dekodiergeschwindigkeiten, durchschnittliche und maximale Bitraten sowie Begrenzungen für die Anzahl der bei der Codierung/Dekodierung verwendeten Kacheln und Kachelspalten.

Zum Beispiel bietet AV1-Level 2.0 eine maximale Bildbreite von 2048 Pixeln und eine maximale Höhe von 1152 Pixeln, aber die maximale Bildgröße in Pixeln beträgt 147.456, sodass Sie tatsächlich kein 2048x1152-Video auf Level 2.0 haben können. Es ist jedoch zu beachten, dass zumindest für Firefox und Chrome die Levels derzeit beim Softwaredecoding ignoriert werden und der Decoder einfach sein Bestes gibt, um das Video mit den angegebenen Einstellungen abzuspielen. Aus Gründen der Kompatibilität sollten Sie jedoch stets innerhalb der Grenzen des von Ihnen gewählten Levels bleiben.

Der Hauptnachteil von AV1 ist derzeit, dass es sehr neu ist und die Unterstützung noch in den meisten Browsern integriert wird. Darüber hinaus werden Encoder und Decoder noch in Bezug auf die Leistung optimiert, und Hardware-Encoder und Decoder befinden sich überwiegend noch in der Entwicklung und nicht in der Produktion. Aus diesem Grund dauert die Codierung eines Videos im AV1-Format sehr lange, da die gesamte Arbeit in Software erledigt wird.

Derzeit ist AV1 aufgrund dieser Faktoren noch nicht bereit, Ihre erste Wahl als Videocodec zu sein, aber Sie sollten darauf achten, dass es in Zukunft einsatzbereit ist.

Der MPEG-4-Spezifikationssuite Advanced Video Coding (AVC) Standard ist in der identischen ITU H.264 Spezifikation und der MPEG-4 Teil 10 Spezifikation festgelegt. Es ist ein auf Bewegungskompensation basierender Codec, der heute weit verbreitet für alle Arten von Medien verwendet wird, einschließlich Rundfunkfernsehen, RTP-Videokonferenzen und als Videocodec für Blu-Ray-Discs.

AVC ist hochflexibel mit einer Reihe von Profilen mit unterschiedlichen Fähigkeiten; Beispielsweise ist das Constrained Baseline Profile für den Einsatz in Videokonferenzen und mobilen Szenarien konzipiert und verwendet weniger Bandbreite als das Main Profile (das in einigen Regionen für digitales Fernsehen in Standardauflösung verwendet wird) oder das High Profile (das für Blu-Ray-Disc-Video verwendet wird). Die meisten Profile verwenden 8-Bit-Farbkomponenten und 4:2:0 Chroma-Subsampling; Das High 10 Profile unterstützt 10-Bit-Farben, und erweiterte Versionen von High 10 fügen 4:2:2 und 4:4:4 Chroma-Subsampling hinzu.

AVC hat auch besondere Merkmale wie die Unterstützung mehrerer Ansichten derselben Szene (Multiview Video Coding), was unter anderem die Produktion von stereoskopischem Video ermöglicht.

AVC ist jedoch ein proprietäres Format und zahlreiche Patente werden von mehreren Parteien bezüglich seiner Technologien gehalten. Die kommerzielle Nutzung von AVC-Medien erfordert eine Lizenz, obwohl der Via LA-Patentpool keine Lizenzgebühren für das Streaming von Internetvideos im AVC-Format verlangt, solange das Video für Endbenutzer kostenlos ist.

Nicht-Webbrowser-Implementierungen von WebRTC (jede Implementierung, die die JavaScript-APIs nicht enthält) sind verpflichtet, AVC als Codec in WebRTC-Anrufen zu unterstützen. Während Webbrowser nicht verpflichtet sind dies zu tun, tun es einige.

In HTML-Inhalten für Webbrowser ist AVC weitgehend kompatibel und viele Plattformen unterstützen die Hardwarecodierung und -decodierung von AVC-Medien. Beachten Sie jedoch die Lizenzanforderungen, bevor Sie sich entscheiden, AVC in Ihrem Projekt zu verwenden!

Der H.263 Codec der ITU wurde primär für den Einsatz in Situationen mit niedriger Bandbreite entwickelt. Insbesondere liegt der Fokus auf Videokonferenzen über PSTN (öffentliche Telefonnetze), RTSP und SIP (IP-basierte Videokonferenzsysteme). Obwohl er für Netzwerke mit geringer Bandbreite optimiert ist, beansprucht er recht intensive CPU-Ressourcen und kann auf leistungsschwächeren Computern möglicherweise nicht zufriedenstellend funktionieren. Das Datenformat ähnelt dem von MPEG-4 Teil 2.

Auf dem Web wurde H.263 nie weit verbreitet verwendet. Varianten von H.263 dienten als Grundlage für andere proprietäre Formate, wie Flash-Video oder den Sorenson-Codec. Jedoch hat kein bedeutender Browser jemals standardmäßig H.263-Unterstützung integriert. Bestimmte Medien-Plugins haben die Unterstützung für H.263-Medien ermöglicht.

Anders als die meisten Codecs definiert H.263 die Grundzüge eines codierten Videos in Bezug auf die maximale Bitrate pro Frame (Bild) oder BPPmaxKb. Während der Codierung wird ein Wert für BPPmaxKb ausgewählt, und das Video kann diesen Wert für jedes Bild nicht überschreiten. Die endgültige Bitrate hängt von diesem, der Bildrate, der Kompression und der gewählten Auflösung sowie dem Blockformat ab.

H.263 wurde mittlerweile von H.264 abgelöst und gilt daher als ein altes Medienformat, das Sie vermeiden sollten, wenn möglich. Der einzige wirkliche Grund, H.263 in neuen Projekten zu verwenden, wäre die Unterstützung sehr alter Geräte, bei denen H.263 die beste Wahl darstellt.

H.263 ist ein proprietäres Format, mit Patenten, die von einer Reihe von Organisationen und Unternehmen gehalten werden, darunter Telenor, Fujitsu, Motorola, Samsung, Hitachi, Polycom, Qualcomm und andere. Um H.263 zu verwenden, sind Sie gesetzlich verpflichtet, die entsprechenden Lizenzen zu erwerben.

Der High Efficiency Video Coding (HEVC) Codec wird von der ITU als H.265 sowie von MPEG-H Teil 2 (der noch in Entwicklung befindliche Nachfolger von MPEG-4) definiert. HEVC wurde entwickelt, um effiziente Codierung und Decodierung von Videos in Größen einschließlich sehr hoher Auflösungen (einschließlich 8K-Video) zu unterstützen, mit einer Struktur, die speziell entwickelt wurde, um Software die Nutzung moderner Prozessoren zu ermöglichen. Theoretisch kann HEVC komprimierte Dateigrößen erreichen, die halb so groß wie die von AVC sind, jedoch bei vergleichbarer Bildqualität.

Jede Coding Tree Unit (CTU)—ähnlich wie der Makroblock, der in vorherigen Codecs verwendet wurde—besteht aus einem Baum von Luma-Werten für jedes Sample sowie einem Baum von Chroma-Werten für jedes Chroma-Sample, das in derselben Coding Tree Unit verwendet wird, sowie allen notwendigen Syntaxelementen. Diese Struktur unterstützt die einfache Verarbeitung durch mehrere Kerne.

Ein interessantes Merkmal von HEVC ist, dass das Hauptprofil nur 8 Bit pro Farbkomponente mit 4:2:0 Chroma-Subsampling unterstützt. Auch interessant ist, dass 4:4:4 Video speziell gehandhabt wird. Anstatt die Luma-Samples (die die Pixel des Bildes in Graustufen darstellen) und die Cb- und Cr-Samples (die angeben, wie die Grautöne in Farb-Pixel umgewandelt werden) zu behandeln, werden die drei Kanäle stattdessen als drei Monochrombilder behandelt, eines für jede Farbe, die dann bei der Wiedergabe kombiniert werden, um ein vollfarbiges Bild zu erzeugen.

HEVC ist ein proprietäres Format und wird durch eine Reihe von Patenten abgedeckt. Lizenzen werden von Via LA verwaltet; Gebühren werden an Entwickler statt an Inhaltsproduzenten und -vertreiber erhoben. Stellen Sie sicher, die neuesten Lizenzbedingungen und -anforderungen zu prüfen, bevor Sie eine Entscheidung treffen, ob Sie HEVC in Ihrer App oder Website verwenden!

Das MPEG-4 Video Elemental Stream (MP4V-ES) Format ist Teil des visuellen MPEG-4 Teil 2 Standards. Während im Allgemeinen, MPEG-4 Teil 2 Video wird von niemandem verwendet wegen seiner mangelnden überzeugenden Wert im Zusammenhang mit anderen Codecs, hat MP4V-ES einige Verwendung auf mobilen Geräten. MP4V ist im Wesentlichen H.263-Codierung in einem MPEG-4-Container.

Sein Hauptzweck ist, zum Streaming von MPEG-4-Audio und -Video über eine RTP-Sitzung verwendet zu werden. MP4V-ES wird jedoch auch verwendet, um MPEG-4-Audio und -Video über eine mobile Verbindung mittels 3GP zu übertragen.

Sie wollen dieses Format fast sicher nicht verwenden, da es von keinem großen Browser in einer sinnvollen Weise unterstützt wird und es ziemlich obsolet ist. Dateien dieses Typs sollten die Erweiterung .mp4v haben, sind jedoch manchmal fälschlicherweise mit .mp4 bezeichnet.

MPEG-1 Part 2 Video wurde zu Beginn der 1990er Jahre vorgestellt. Im Gegensatz zu den späteren MPEG-Videostandards wurde MPEG-1 ausschließlich von MPEG erstellt, ohne dass die ITU beteiligt war.

Da jeder MPEG-2-Decoder auch MPEG-1-Video abspielen kann, ist er mit einer Vielzahl von Software- und Hardwaregeräten kompatibel. Es gibt keine aktiven Patente mehr im Zusammenhang mit MPEG-1-Video, daher kann es ohne Lizenzierungsbedenken verwendet werden. Allerdings unterstützen nur wenige Webbrowser MPEG-1-Video ohne die Unterstützung eines Plugins, und da die Verwendung von Plugins in Webbrowsern nicht mehr empfohlen wird, sind diese im Allgemeinen nicht mehr verfügbar. Dies macht MPEG-1 zu einer schlechten Wahl für die Verwendung auf Websites und in Webanwendungen.

MPEG-2 Part 2 ist das Videoformat, das durch die MPEG-2-Spezifikation definiert ist und wird gelegentlich auch durch die ITU-Bezeichnung, H.262, bezeichnet. Es ist dem MPEG-1-Video sehr ähnlich—tatsächlich kann jeder MPEG-2-Player automatisch MPEG-1 ohne spezielle Anpassungen abspielen—außer dass es erweitert wurde, um höhere Bitraten und verbesserte Codierungstechniken zu unterstützen.

Das Ziel war es, MPEG-2 in die Lage zu versetzen, Standardauflösungsfernsehen zu komprimieren, sodass auch interliniertes Video unterstützt wird. Die Kompressionsrate der Standardauflösung und die Qualität des resultierenden Videos erfüllten die Anforderungen so gut, dass MPEG-2 der primäre Videocodec ist, der für DVD-Videomedien verwendet wird.

MPEG-2 hat mehrere verfügbare Profile mit unterschiedlichen Fähigkeiten. Jedes Profil ist dann in vier Level verfügbar, von denen jedes die Attribute des Videos, wie Bildwiederholungsrate, Auflösung, Bitrate und so weiter, erhöht. Die meisten Profile verwenden Y'CbCr mit 4:2:0 Chroma-Subsampling, aber fortgeschrittene Profile unterstützen auch 4:2:2. Darüber hinaus gibt es vier Level, die jeweils Unterstützung für größere Bilddimensionen und Bitraten bieten. Beispielsweise unterstützt die ATSC-Spezifikation für Fernsehen in Nordamerika MPEG-2-Video in hoher Auflösung unter Verwendung des Main Profile at High Level, das 4:2:0-Video bei 1920 x 1080 (30 FPS) und 1280 x 720 (60 FPS) bei einer maximalen Bitrate von 80 Mbit/s erlaubt.

Allerdings unterstützen nur wenige Webbrowser MPEG-2 ohne die Unterstützung eines Plugins, und aufgrund der Abkehr von Plugin-Nutzung in Webbrowsern sind diese im Allgemeinen nicht mehr verfügbar. Dies macht MPEG-2 zu einer schlechten Wahl für die Verwendung auf Websites und in Webanwendungen.

Theora, entwickelt von Xiph.org, ist ein offener und freier Videocodec, der ohne Lizenzgebühren oder -anforderungen verwendet werden kann. Theora ist vergleichbar in Bezug auf Qualität und Kompressionsraten mit MPEG-4 Teil 2 Visual und AVC, was es zu einer sehr guten, wenn auch nicht erstklassigen Wahl zur Video-Kodierung macht. Aber sein Status als frei von jeglichen Lizenzierungsbedenken und seine relativ niedrigen CPU-Ressourcenanforderungen machen es zu einer beliebten Wahl für viele Software- und Webprojekte. Der geringe CPU-Bedarf ist besonders nützlich, da es keine Hardware-Decoder für Theora gibt.

Theora basiert ursprünglich auf dem VC3-Codec von On2 Technologies. Der Codec und seine Spezifikation wurden unter der LGPL-Lizenz veröffentlicht und Xiph.org anvertraut, das ihn dann zum Theora-Standard entwickelte.

Ein Nachteil von Theora ist, dass es nur 8 Bit pro Farbkomponente unterstützt, ohne Möglichkeit 10 oder mehr zu verwenden, um Farbbanding zu vermeiden. Das gesagt, 8-Bit pro Komponente ist immer noch das am häufigsten verwendete Farbformat heutzutage, so dass dies nur in den meisten Fällen ein kleines Ärgernis darstellt. Auch kann Theora nur in einem Ogg-Container verwendet werden. Der größte Nachteil von allen ist jedoch, dass es von Safari nicht unterstützt wird, so dass Theora nicht nur auf macOS sondern auf all den Millionen von iPhones und iPads nicht verfügbar ist.

Das Theora Cookbook bietet zusätzliche Details über Theora sowie das Ogg-Container-Format, in dem es verwendet wird.

Der Video Processor 8 (VP8) Codec wurde ursprünglich von On2 Technologies erstellt. Nach dem Kauf von On2 durch Google veröffentlichte Google VP8 als offenes und gebührenfreies Videoformat unter einer Zusicherung, die entsprechenden Patente nicht durchzusetzen. In Bezug auf Qualität und Kompressionsrate ist VP8 mit AVC vergleichbar.

Wenn es vom Browser unterstützt wird, ermöglicht VP8 Video mit einem Alphakanal, was das Abspielen des Videos mit einem Hintergrund ermöglicht, der durch das Video in einem zu jedem Pixel durch seinen Alphakomponente spezifizierten Grad gesehen werden kann.

Es gibt eine gute Browser-Unterstützung für VP8 in HTML-Inhalten, insbesondere innerhalb von WebM-Dateien. Dies macht VP8 zu einer guten Wahl für Ihre Inhalte, obwohl VP9 eine noch bessere Wahl ist, wenn es Ihnen zur Verfügung steht. Webbrowser sind verpflichtet, VP8 für WebRTC zu unterstützen, jedoch unterstützen nicht alle Browser, die dies tun, es auch in HTML-Audio- und -Videoelementen.

Der Video Processor 9 (VP9) ist der Nachfolger des älteren VP8-Standards, der von Google entwickelt wurde. Wie VP8 ist VP9 vollständig offen und gebührenfrei. Die Codierungs- und Decodierungsleistung ist mit der von AVC vergleichbar oder leicht schneller, jedoch bei besserer Qualität. Die codierte Videoqualität von VP9 ist mit der von HEVC bei ähnlichen Bitraten vergleichbar.

Das Hauptprofil von VP9 unterstützt nur eine Farbtiefe von 8 Bit bei 4:2:0-Chroma-Subsampling-Levels, aber seine Profile umfassen Unterstützung für tiefere Farben und das vollständige Spektrum von Chroma-Subsampling-Modi. Es unterstützt mehrere HDR-Implementierungen und bietet erhebliche Freiheit bei der Auswahl von Bildwiederholraten, Seitenverhältnissen und Bildgrößen.

VP9 wird von Browsern weitgehend unterstützt, und Hardwareimplementierungen des Codecs sind ziemlich weit verbreitet. VP9 ist einer der beiden Videocodecs, die im WebM erforderlich sind (der andere ist VP8). Beachten Sie jedoch, dass Safari-Unterstützung für WebM und VP9 erst in Version 14.1 eingeführt wurde. Falls Sie sich entscheiden, VP9 zu verwenden, sollten Sie in Erwägung ziehen, ein alternatives Format wie AVC oder HEVC für iPhone-, iPad- und Mac-Nutzer anzubieten.

VP9 ist eine gute Wahl, wenn Sie einen WebM-Container verwenden können (und gegebenenfalls ein alternatives Video bereitstellen können). Dies gilt besonders, wenn Sie einen offenen anstatt eines proprietären Codecs verwenden möchten.

Die Entscheidung, welchen Codec oder welche Codecs Sie verwenden möchten, beginnt mit einer Reihe von Fragen zur Vorbereitung:

• Möchten Sie ein offenes Format verwenden, oder sollen auch proprietäre Formate in Betracht gezogen werden?
• Haben Sie die Ressourcen, um mehr als ein Format für jedes Ihrer Videos zu produzieren? Die Fähigkeit, eine Fallback-Option anzubieten, vereinfacht den Entscheidungsprozess erheblich.
• Gibt es Browser, bei denen Sie bereit sind, auf die Kompatibilität zu verzichten?
• Wie alt ist die älteste Version des Webbrowsers, die Sie unterstützen müssen? Müssen Sie beispielsweise auf jedem in den letzten fünf Jahren ausgelieferten Browser arbeiten, oder nur auf den aus dem letzten Jahr?

In den folgenden Abschnitten bieten wir empfohlene Codec-Auswahlen für spezifische Anwendungsfälle an. Für jeden Anwendungsfall finden Sie bis zu zwei Empfehlungen. Wenn der Codec, der als der beste für den Anwendungsfall angesehen wird, proprietär ist oder Lizenzzahlungen erfordern könnte, werden zwei Optionen angeboten: zuerst eine offene und lizenzfreie Option, gefolgt von der proprietären.

Wenn Sie nur eine einzige Version jedes Videos anbieten können, können Sie das Format wählen, das für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist. Die erste wird als eine gute Kombination aus Qualität, Leistung und Kompatibilität empfohlen. Die zweite Option ist die am weitesten kompatible Wahl, auf Kosten einer gewissen Qualität, Leistung und/oder Größe.

Zunächst schauen wir uns die besten Optionen für Videos an, die auf einer typischen Website präsentiert werden, wie etwa einem Blog, einer Informationsseite, einer Website eines kleinen Unternehmens, auf der Videos zur Demonstration von Produkten verwendet werden (aber nicht, wenn die Videos selbst ein Produkt sind), und so weiter.

1. Ein WebM-Container, der den VP9-Codec für Video und den Opus-Codec für Audio verwendet. Diese sind alle offene, lizenzfreie Formate, die allgemein gut unterstützt werden, obwohl nur in ziemlich aktuellen Browsern, weshalb ein Fallback eine gute Idee ist.

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2. Ein MP4-Container und der AVC (H.264)-Videocodec, idealerweise mit AAC als Audiocodec. Das liegt daran, dass der MP4-Container mit AVC- und AAC-Codecs innerhalb eine weit verbreitete Kombination ist – tatsächlich von jedem großen Browser unterstützt – und die Qualität für die meisten Anwendungsfälle typischerweise gut ist. Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie die Einhaltung der Lizenzanforderungen überprüfen.

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Wenn Ihr Ziel darin besteht, Videos in höchstmöglicher Qualität zu präsentieren, werden Sie wahrscheinlich von der Bereitstellung möglichst vieler Formate profitieren, da die Codecs, die die beste Qualität bieten können, tendenziell die neuesten sind und somit am ehesten Lücken in der Browser-Kompatibilität haben.

1. Ein WebM-Container, der AV1 für Video und Opus für Audio verwendet. Wenn Sie das High- oder Professional-Profil beim Codieren von AV1 verwenden können, auf einem hohen Level wie 6.3, können Sie sehr hohe Bitraten bei 4K- oder 8K-Auflösung erzielen und gleichzeitig eine ausgezeichnete Videoqualität beibehalten. Das Codieren Ihres Audios mit dem Fullband-Profil von Opus bei einer Abtastrate von 48 kHz maximiert die erfasste Audio-Bandbreite und erfasst nahezu den gesamten Frequenzbereich, der im menschlichen Hörvermögen liegt.

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2. Ein MP4-Container mit dem HEVC-Codec unter Verwendung eines der erweiterten Main-Profile, wie z.B. Main 4:2:2 mit 10 oder 12 Bit Farbtiefe oder sogar das Main 4:4:4-Profil mit bis zu 16 Bit pro Komponente. Bei einer hohen Bitrate bietet dies eine hervorragende Grafikqualität mit bemerkenswerter Farbwiedergabe. Zusätzlich können Sie optional HDR-Metadaten einfügen, um Videos mit hohem Dynamikbereich bereitzustellen. Für Audio verwenden Sie den AAC-Codec bei einer hohen Abtastrate (mindestens 48 kHz, idealerweise 96 kHz) und codieren mit komplexer Codierung statt schneller Codierung.

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Derzeit gibt es keine verlustfreien – oder auch nur nahezu verlustfreien – Video-Codecs, die allgemein in Webbrowsern verfügbar sind. Der Grund dafür ist einfach: Video ist riesig. Verlustfreie Komprimierung ist definitionsgemäß weniger effektiv als verlustbehaftete Komprimierung. Zum Beispiel benötigt unkomprimiertes 1080p-Video (1920 mal 1080 Pixel) mit 4:2:0-Chroma-Subsampling mindestens 1,5 Gbps. Mit verlustfreier Komprimierung wie FFV1 (das von Webbrowsern nicht unterstützt wird) könnte dies möglicherweise auf etwa 600 Mbps reduziert werden, abhängig vom Inhalt. Das ist immer noch eine enorme Anzahl von Bits, die jede Sekunde durch eine Verbindung gepumpt werden müssten, und ist derzeit für keinen realen Anwendungsfall praktisch.

Dies ist der Fall, obwohl einige der verlustbehafteten Codecs einen verlustfreien Modus verfügbar haben; die verlustfreien Modi sind in keinem aktuellen Webbrowser implementiert. Das Beste, was Sie tun können, ist, einen hochwertigen Codec auszuwählen, der verlustbehaftete Komprimierung verwendet, und ihn so zu konfigurieren, dass so wenig Komprimierung wie möglich durchgeführt wird. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist, den Codec so zu konfigurieren, dass er "schnelle" Komprimierung verwendet, was inhärent bedeutet, dass weniger Komprimierung erreicht wird.

Video extern vorbereiten

Um Video zu Archivierungszwecken außerhalb Ihrer Website oder App vorzubereiten, verwenden Sie ein Dienstprogramm, das die Komprimierung der ursprünglichen unkomprimierten Videodaten durchführt. Beispielsweise kann das kostenlose x264-Dienstprogramm verwendet werden, um Video im AVC-Format bei einer sehr hohen Bitrate zu codieren:

x264 --crf 18 -preset ultrafast --output out-file.mp4 in-file

Während andere Codecs möglicherweise bessere Qualitätsniveaus beim Komprimieren des Videos mit einem signifikanten Abstand bieten, neigen ihre Encoder dazu, so langsam zu sein, dass die nahezu verlustfreie Codierung, die Sie mit dieser Komprimierung erreichen, weitaus schneller ist und etwa das gleiche Qualitätsniveau hat.

Video aufnehmen

Angesichts der Einschränkungen, wie nah an verlustfrei Sie kommen können, sollten Sie vielleicht AVC oder AV1 in Betracht ziehen. Wenn Sie beispielsweise die MediaStream Recording API verwenden, um Video aufzuzeichnen, könnten Sie bei der Erstellung Ihres MediaRecorder-Objekts einen Code wie den folgenden verwenden:

const kbps = 1024;
const Mbps = kbps * kbps;

const options = {
  mimeType: 'video/webm; codecs="av01.2.19H.12.0.000.09.16.09.1, flac"',
  bitsPerSecond: 800 * Mbps,
};

let recorder = new MediaRecorder(sourceStream, options);

Dieses Beispiel erstellt einen MediaRecorder, der konfiguriert ist, AV1-Video mit BT.2100 HDR in 12-Bit-Farbe mit 4:4:4-Chroma-Subsampling und FLAC für verlustfreies Audio aufzuzeichnen. Die resultierende Datei wird eine Bitrate von höchstens 800 Mbps verwenden, die zwischen den Video- und Audiotracks aufgeteilt wird. Sie müssen diese Werte wahrscheinlich je nach Hardwareleistung, Ihren Anforderungen und den spezifischen Codecs, die Sie verwenden möchten, anpassen. Diese Bitrate ist offensichtlich nicht realistisch für die Netzwerkübertragung und würde wahrscheinlich nur lokal verwendet.

Die Zerlegung des Werts des codecs-Parameters in seine punktabgetrennten Eigenschaften ergibt Folgendes:

Die Dokumentation für Ihre Codec-Auswahl wird wahrscheinlich Informationen enthalten, die Sie verwenden, wenn Sie Ihren codecs-Parameter zusammenstellen.

• Leitfaden für Web-Audio-Codecs
• Mediencontainerformate (Dateitypen)
• Umgang mit Medienunterstützungsproblemen bei Webinhalten
• Codecs, die von WebRTC verwendet werden
• RFC 6381: Die Parameter "Codecs" und "Profiles" für "Bucket"-Medientypen
• RFC 5334: Ogg-Medientypen
• RFC 3839: MIME-Typ-Registrierungen für 3GPP-Multimedia-Dateien
• RFC 4381: MIME-Typ-Registrierungen für 3GPP2-Multimedia-Dateien
• RFC 4337: MIME-Typ-Registrierungen für MPEG-4
• Video- und Audiocodecs in Chrome