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Videokompression
FACHHOCHSCHULE HEIDELBERG STUDIENGANG ELEKTROTECHNIK Studienprojekt: Telelearning Teilprojekt: Videokompression Karsten Nohl [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 2 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg VIDEOKOMPRESSION TEILPROJEKT DES STUDIENPROJEKTES TELELEARNING Fachhochschule Heidelberg Fachbereich Informatik Studiengang Elektrotechnik bearbeitet durch: betreut von: betreut von: Karsten Nohl Prof. Dr. Peter Schmidt Dipl.-Ing. Jan Maltry Elektrotechnik Gruppe 41740101 Studiengansleiter Elektrotechnik Dozent Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 3 von 26 FH Heidelberg 1 EINLEITUNG ............................................................................................................ 4 1.1 2 Teilprojekt: Videokompression Motivation........................................................................................................................................................ 4 GRUNDLAGEN........................................................................................................ 5 2.1 Codec................................................................................................................................................................. 5 2.2 Abgrenzung zur Dateikompression.......................................................................................................... 5 2.3 Datenreduktion............................................................................................................................................... 6 3 2.3.1 RGB à YUV...............................................................................................................................................6 2.3.2 Quantisierung...............................................................................................................................................8 2.3.3 Motion Compensation ................................................................................................................................8 2.3.4 Variable Bitrate............................................................................................................................................9 CODECS.................................................................................................................. 10 3.1 Quicktime 5 ...................................................................................................................................................10 3.2 WindowsMedia 8 .........................................................................................................................................10 3.3 RealVideo 8....................................................................................................................................................11 3.4 MPEG 1 und 2 ..............................................................................................................................................12 3.5 MPEG 4 ..........................................................................................................................................................12 3.6 DivX 5.0.2 .......................................................................................................................................................13 3.7 Vergleich ........................................................................................................................................................14 4 PROGRAMME ........................................................................................................ 15 4.1 Quicktime Pro 5.1 ........................................................................................................................................15 4.2 Windows Media Encoder 8 .......................................................................................................................16 4.3 FlaskMPEG ...................................................................................................................................................17 4.4 TmpENC ........................................................................................................................................................18 5 ANLEITUNGEN...................................................................................................... 20 5.1 DVD auf CD ..................................................................................................................................................20 5.1.1 Benötigte Software ....................................................................................................................................20 5.1.2 Rippen .........................................................................................................................................................20 5.1.3 Einstellungen in FlaskMPEG ..................................................................................................................21 5.1.4 Einstellungen im Codec............................................................................................................................21 5.2 DV auf ISDN (Streaming) .........................................................................................................................23 5.3 DV auf DivX..................................................................................................................................................24 6 DOKUMENTATIONS-CD ..................................................................................... 25 7 LITERATURVERZEICHNIS UND INTERNET-LINKS..................................... 26 Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 4 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 1 Einleit ung Das Teilprojekt Videokompression besteht vor allem aus einem Vergleich der bestehenden Möglichkeiten der Videokompression. Zum einen werden einzelne Codecs (à 2.1) im Kapitel 3 verglichen. Zum anderen ein Überblick über die während des Projekts hauptsächlich eingesetzten Programme gegeben (Kapitel 4). Anleitungen zu typischen Kompressionsaufgaben finden sich im fünften Kapitel. Vorangestellt findet sich eine Erläuterung wichtiger Begriffe und Techniken im zweiten Kapitel. Die Hintergründe des Gesamtprojektes werden in den Dokumentationen der anderen Teilprojekte ausführlich beschreiben und werden an dieser Stelle nicht noch einmal aufgeführt. 1.1 Motivation Der Bedarf an Videokompression steigt unaufhaltsam. Und dass, obwohl Speicherung und Übertragung von Information immer kostengünstiger wird. Gerade Breitbandanschlüsse wir DSL und optische Speicher wie die DVD erlauben bisher undenkbare Datenraten. Gegenläufig steigt aber auch der Anspruch an Qualität. So mussten sich Videos noch vor wenigen Jahren am VHS -Standard messen lassen. Heute ist die DVD Maas aller Dinge. Zudem dringen digitale Videos in immer mehr Bereiche vor, die vormals von analogen Videos oder sogar nur von Bild - oder Tondokumenten dominiert waren. Nehmen wir zum Beispiel das Fernsehen, das im Grunde nicht viel Digitales an sich hat. Technik aus der Mitte des letzten Jahrhunderts – und doch: die meisten Schritte bis zum Empfang zu Hause laufen digital ab. Die Aufnahme, das Schneiden, die Verbreitung in die Kabelnetze und manchmal – wie bei Premiere - auch der Empfang zu Hause. Einen ähnlich digitalen Weg haben die allermeisten Kinofilme hinter sich. Und auch die Kinos selber werden in der nächsten Zeit auf digitale Beamer- Technik umsteigen. Netzwerke wie das Internet, um ein letztes Beispiel zu nennen, sind ein weiteres Anwendungsgebiet digitaler Videoinhalte. Gerade über das Internet lassen sich die Pay-per- view Videotheken der Zukunft realisieren. Alle diese Anwendungen müssen die Datenraten schon aus Kostengründen begrenzen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 5 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg Eine besonders interessante Anwendung findet sich beim Telelearning. Die didaktische Qualität von Telelearninganwendungen lässt sich durch den Einsatz von Videodokumenten sicherlich steigern. Um niemanden nur aufgrund seiner schmalbandigen Internetanbindung auszuschließen, muss gerade in diesem Bereich stark komprimiert werden. Die Motivation, Videokompressionsverfahren einzusetzen, besteht darin, neue Möglichkeiten zu eröffnen oder schon bestehende Anwendungen preisgünstiger zu machen. Es gibt kaum eine digitale Videoanwendung, bei der Kompression nicht sinnvoll wäre. 2 Grundlagen 2.1 Codec Die Software, die sich um die Kompression und Dekompression kümmert, heißt Codec. Das Wort Codec setzt sich zusammen aus Kodierer und Dekodierer. Bei selbst komprimierten Videos ist immer darauf zu achten, dass es sich entweder um ein Standardfo rmat handelt oder der entsprechende Codec mitgeliefert wird. Unter Windows stehen Codecs nach der Installation allen Anwendungen zur Verfügung. Zu jedem Videoformat kann es immer nur einen zuständigen Codec geben. Dies führt dazu, dass die schon einmal installierten Codecs eventuell erneut installiert werden müssen, da ein anderes Programm ihren Platz eingenommen hat. Viele Programme haben einen eigenen Ansatz für die Integration von Kompressionsverfahren. Das bekannte Adobe Premiere zum Beispiel setzt auf Plug-Ins – also extra für Premiere geschriebene Zusatzmodule, die einen entsprechend hohen Preis haben. 2.2 Abgrenzung zur Dateikompression Zwischen der herkömmlichen Dateikompression (z.B. WinZip) und Videokompressionen gibt es einige entscheidende Unterschiede: • Karsten Nohl Videokompression ist verlustbehaftet, d.h. der Originalzustand kann nicht wieder hergestellt werden. Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 6 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg • Komprimierte Dateien sind abspielbar, ein dekomprimieren des gesamten Videos entfällt. • Die Kompression ist quellenbezogen, d.h. der Kodierer ist immer nur auf eine Art von Informationen ausgelegt (Bilder, Video, Audio, ...). Die Quellenkompression ist das eigentliche Herzstück einer jeden Medienkompression. 2.3 Datenreduktion Die zweite im Vergleich zur Größenreduzierung mindestens gleichwertige Aufgabe eines Codecs besteht in Erhalten der Qualität. Der Codec muss also von vorneherein über das Wissen verfügen, an welchen Stellen Informationen gestrichen werden können, ohne dass der Mensch den Verlust bemerkt. Diese Einsparungsmöglichkeiten bauen überwiegend auf psycho visuellen Modellen auf. Der Codec versucht das Sehempfinden des Menschen zu simulieren, um entscheiden zu könne n, welche Daten die wenigste Information enthalten. Im Folgenden werde ich drei der wichtigsten Reduzierungsmöglichkeiten erklären. Die mathematischen Hintergründe werden in dieser Dokumentation nicht behandelt. Informationen bieten die im Anhang erwähnten Quellen – allen voran SlachcamVideoX. 2.3.1 RGB à YUV Ein grundlegendes Verfahren, dass auch in der Einzelbildkompression (JPEG) Verwendung findet, besteht in der Umwandlung der Farben in Helligkeits- und Farbwerte. Da das menschliche Auge wesentlich empfindlicher auf Kontraste, als auf Farbennuancen reagiert, werden die Helligkeitswerte in höherer Auflösung abgespeichert. So fallen im Vergleich zum RGB-Bild schon einmal gut 50 % der Daten weg – und das ganz ohne komplizierte Berechnungen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 7 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg - Originalbild - - Reduktion auf 4:1:1 - Von diesen beiden Bildern ist das linke in RGB gespeichert, es enthält also gleich viele Informationen über rote, grüne und blaue Farbkomponenten. Das rechte Bild vernachlässigt die Farbkomponenten gegenüber der Helligkeit und spart so 50 %. Das Verhältnis des Helligkeitszeigers (Y) zu den Farbzeigern (U und V) wird in der Form 4:1:1 angegeben. Das bedeutet, dass die Auflösung der Helligkeit in x- und yRichtung jeweils doppelt so hoch ist, wie die der Farbzeiger. Selbst professionelle Videoanwendungen arbeiten mit einer Reduktion auf 4:2:2. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 8 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg 2.3.2 Quantisierung Ähnlich schlecht registriert das Auge minimale Farbänderung. Sehr ähnliche Farben in unmittelbarer Nähe werden kurzerhand zu einfarbigen Flecken gemacht. Der Grad dieser Angleichung bestimmt etwa den Kompressionsfaktor beim herkömmlichen JPEG-Bild. Ab einer von Quelle zu Quelle unterschiedlichen Stufe der Angleichung fängt das Bild an, äußerst fleckig zu werden. - Originalbild - - Quantisierung (90%) - 2.3.3 Motion Compensation Diese zwei Bilder seien Standbilder des gleichen Filmes. Man sieht direkt, dass sich vom gesamten Bild nur ein kleiner Ausschnitt ändert. Außer einem Streifen am Himmel bleibt die Szene identisch. Eine gute Kompression speichert den Hintergrund nur ein einziges Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 9 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression Mal und fortan nur noch die Unterschiede zum jeweils vorangegangenen Bild. Es reicht also im zweiten Bild einen Teil des Himmels abzuspeichern und über das erste Bild zu legen. Die Intelligenz des Kodierers geht aber häufig noch weiter. Er erkennt die Taube als bewegtes Objekt und analysiert ihre Bewegung im Film. So muss auch die Taube kein zweites Mal abgespeichert werden. Die Taube wird jediglich im Bild verschoben. 2.3.4 Variable Bitrate Die meisten Kodierer hatten oder haben nach wie vor das Problem, an den wirklich entscheidenden Stellen zu wenig Bitrate zur Verfügung zu haben. So enthält ein Vorspann zum Beispiel nur äußerst wenig Daten. Die Bilder bleiben oft über mehrere Sekunden identisch. An dieser Stelle ist die vorgegebene Datenrate häufig nicht ausgeschöpft. Andere Szenen, die viel Bewegung enthalten – schnelle Kameraschwenks etwa – enthalten viele wichtige Daten, die aufgrund der beschränkten Datenrate nicht mitgesendet werden können. Nun gehen die allermeisten modernen Kompressionen einen sehr viel intelligenteren Weg als die Datenrate der Leitung auch im Video zu verwenden. In statischen Szenen ist die Datenrate niedriger, in actionreichen höher. Die Datenrate der Leitung wird nur im zeitlichen Mittel erreicht. Bei der Direktübertragung von Videos über Datennetze ist darauf zu achten, dass immer ausreichend zwischengespeichert wird, da die tatsächliche Datenrate die der Verbindung oft über- und unterschreitet. Beim Komprimieren benötigt der Kodierer die Information, an welcher Stelle der Film statisch und wo er actionreich ist. Daher wird der Film ins gesamt zweimal durchlaufen – einmal zur Analyse der Bildkomplexität und einmal zum eigentlichen Komprimieren. Da ein einziger Durchlauf bei einem Spielfilm schon mehrere Stunden dauert, ist die Kompression mit variabler Bitrate äußerst langwierig. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 10 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 3 Codecs So einfach die Grundlagen der Videokompression scheinen, so unterschiedlich fallen die verfügbaren Produkte aus. Im Folgenden werden die zur Zeit (Mitte 2002) verfügbaren Versionen der am meisten verbreiteten Codecs vorgestellt. Alle vorgestellten Programme sind auf der Dokumentations -CDs enthalten. 3.1 Quicktime 5 Quicktime von Apple ist eine Multimed iaerweiterung für Apple-Computer. Diese ermöglicht – ähnlich wie DirectX unter Windows – verschiedene Medienformate ohne Zusatzprogramme abzuspielen. Quicktime beschränkt sich jedoch nicht auf das Abspielen vorhandener Standards, sondern definiert eine ganze Reihe eigener Verfahren. Teile von Quicktime sind auch für Windows verfügbar. Die Integration von Quicktime geht soweit, dass nur der Quicktime-Player selber die Videos (.mov) abspielen kann. Dies ist sicher eines der Hauptargumente gegen Quicktime, da der eigene Player weit davon entfernt ist gut zu sein – eine Vollbildfunktion etwa fehlt. Der wahrscheinlich einzige Grund, weshalb Quicktime recht verbreitet ist, ist der Kopierschutz. Dieser schützt etwa Kino-Trailer, die zwar kostenlos angeschaut, nicht aber herunter geladen werden dürfen. Der Quicktime-eigene Video-Codec beschränkt sich auf eine Einzelbildkompression. Er lässt viele der im vorigen Kapitel besc hriebenen Einsparungsmöglichkeiten außer Acht. So ist es nicht verwunderlich, dass in der aktuellen Quicktime Version der Codec einer anderen Firma eingesetzt wird. Dieser Sorensen-Codec sollte eigentlich schon durch die Quicktime-Version 6 abgelöst werden. Apple befindet sich jedoch in Lizenzstreitigkeiten um das verwendete MPEG-4Format (à 3.5). Daher darf die schon fertige 6. Version nicht veröffentlicht werden. 3.2 WindowsMedia 8 Windows Media aus dem Hause Microsoft ist mittlerweile schon in der achten Version verfügbar. Microsoft versucht den zukunftsträchtigen Markt mit Druck zu besetzen. So ist der „Windows Media Player“ fester Bestandteil von Windows geworden. Der Verbreitungsgrad liegt entsprechend hoch. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 11 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression Neben diesem Abspielprogramm ist das Kompressionsprogramm (Windows Media Encoder) kostenlos über das Internet zu beziehen. Dies ist absolut nicht selbstverständlich. Vergleichbare Programme kosten oft mehrere hundert Euro. Das Programm kann jedoch nur wenige (Microsoft-)Formate erstellen und akzeptie rt viele Konkurrenzformate nicht einmal als Quelle. Für das nächste Jahr ist die nächste Version unter dem Namen „Corona“ angekündigt. Diese verspricht 20% höhere Kompression bei gleicher Qualität. Den Fokus legt Microsoft aber auf das so genannte „Streaming“, d.h. das Abspielen von Videos direkt über das Internet. So sollen Webseiten in Zukunft noch bewegter werden. Vor allem der leichte Umgang mit allen Komponenten macht Windows Media für Einsteiger optimal. Der ebenfalls kostenlose „Movie Maker“ von Microsoft bietet zusätzliche Schnittfunktionen für einfache Videobearbeitung. Die Gefahr, dass Microsoft wie beim Internet Explorer „hintenherum“ den Markt für Videokompression übernimmt, ist nicht gegeben. Die gebotene Funktionalität reicht nur für einfachste Kompressionsaufgaben. Jeder Anwender mit höheren Ansprüchen, muss auf Konkurrenzprogramme ausweichen. 3.3 RealVideo 8 RealVideo von RealNetworks hat sehr große Ähnlichkeiten mit Quicktime. Auch bei ihm handelt es sich um das Produkt einer großen Firma, die vom Codec bis zum Player alles in der Hand hält. Zum Abspielen wird wieder das proprietäre Abspielprogramm benötigt, das einen zudem mit einer Flut von Werbung bombardiert. RealVideo ist auffällig kommerziell aufgebaut. So ist die Erstellung der Videos nur mit teueren Spezialprogrammen möglich (z.B. RealProducer Plus, ca. 300 Euro). Das Abspielprogramm ist in mehreren, meist auch kostenpflichtigen Versionen verfügbar. Sogar beim Abspielen lokaler Dateien, stellt der Player eine Verbindung zum Internet her und lädt einige Werbevideos. Die Kompression zeigt vor allem bei niedrigen Bitraten Schwächen. Die Qualität kann gerade mit der von Konkurrenzprodukten mithalten. Eine schwache Leistung, wenn man bedenkt, dass Medienkompression das einzige Geschäftsfeld von RealNetworks ist. Apple und Microsoft vertreiben ihre Produkte im Grunde nebenbei. Aber auch die nächste Version von RealVideo steht in den Startlöchern – auch hier mit MPEG-4-Kompression. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 12 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 3.4 MPEG 1 und 2 Den größten Marktanteil hat eine Codec-Familie, die es immer wieder schafft neue Impulse zu setzen: die MPEG-Standards. Alle MPEG-Standards stammen von einer gleichnamigen Arbeitsgruppe, die sich aus Vertretern der ISO (weltweiter Zusammenschluss von Normierungsgremien) und der Industrie zusammensetzt. Der erste Standard wurde schon 1993 verabschiedet. Und Obwohl in den letzten Jahren in Bezug auf Computer etliche Produktzyklen durchlebt wurden, ist der Codec noch recht ansehnlich. Aufgrund des Erfolges des ersten Standards, wurde auf diesem aufbauend, bald ein zweiter verabschiedet. MPEG 1 und 2 unterscheiden sich von der Kompression im Grunde nur geringfügig. Beim zweiten Standard erlaubt MPEG nun auch höhere Bitraten. Dies einer der Gründe, weshalb er in vielen Bereichen Verwendung gefunden hat. So ist etwa die gesamte digitale Fernehausstrahlung MPEG-2 komprimiert. Und bis zum Jahre 2010 müssen alle Haushalte, die ihr Fernsehprogramm nach wie vor über die Dachoder Zimmerantenne empfangen, auf MPEG-2 umsteigen. Dann wird die terrestrische Ausstrahlung analoger Inhalte eingestellt. Eine heute schon wesentlich höhere Verbreitung hat MPEG-2 auf DVDs gefunden. Der Videospeicher der nächsten Jahre darf nur auf dieser Kompression aufbauen. Aufgrund der hohen Verbreitung, gibt es auch hardwareseitig eine sehr gute Unterstützung für MPEG-2. Kodier- und Dekodierchips sind für wenige Dollar zu erhalten. Moderne Grafikarten bieten die Unterstützung standardmäßig. 3.5 MPEG 4 Nachdem der MPEG-3 Standart nie verabschiedet wurde, wird wohl MPEG-4 den Erfolg der zweiten Version versuchen fortzusetzen. MPEG-4 ist in seiner Definition sehr frei gehalten. So gleicht er eher einem Sammelsurium von Möglichkeiten als einem festen Standart. MPEG versucht so in immer mehr Bereiche vorzudringen. Zurzeit gibt es Streitigkeiten zwischen MPEG und potenziellen Lizenznehmern. Das MPEG-Gremium hat also noch eine letzte Chance den absoluten Durchbruch seines Standards zu verhindern. Sollte das Gremium einlenken, wird sich MPEG-4 schnell durchsetzen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 13 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression MPEG-4 ist erstmals objektorientiert aufgebaut. So ist es möglich je nach Bandbreite verschiedene Komponenten einer Übertragung wegzulassen oder in einer niedrigeren Bandbreite zu senden. Aber auch eine Trennung der eigentlichen Handlung vom Hintergrund ist möglich – muss aber schon beim Erstellen der Videos berücksichtigt werden. Es sind also noch einmal erhebliche Einsparungen möglich. Bis heute gibt es leider keine Möglichkeit, 100%-MPEG-4 konforme Videos zu erstellen – vor allem, da ein Kompressor für den verwendeten Soundcodec AAC bisher fehlt. Der am weitesten gehende Ansatz ist das im Folgenden beschriebene DivX. 3.6 DivX 5.0.2 DivX steht für eine Vielzahl von Projekten meist freier Programmierer. Der bekannteste und mittlerweile auch kommerzielle Codec stammt von DivxNetworks. Der Codec wird ständig weiterentwickelt (aktuell 5.0.2) und hat sich so von seinen Mitstreitern knapp absetzen können (Vergleich verschiedener DivX-Codecs unter www.doom9.org). Der Codec ist nicht wirklich MPEG-4 kompatibel, arbeitet aber mit dessen Techniken. Er zeigt also, was wir in Zukunft zu erwarten haben. DivX 5 ist mein absoluter Favorit – auch für das Telelearning. Endlich ist es mö glich, über herkömmliche Modemanbindungen Multimediainhalte aus dem Internet abzurufen – bei durchaus akzeptabler Qualität. Dem multimedialen Telelearning steht in Bezug auf die Videos also nichts mehr im Wege. Das einzige Manko ist bislang, dass Dateien immer komplett herunter geladen werden müssen – dass man das Video also nicht streamen kann. Diesen Umstand werden die bald verfügbaren Versionen von Quicktime und Real bese itigen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 14 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg 3.7 Vergleich Folgende Bilder wurden aus Videos mit der gleichen Bitrate entnommen. Alle Videos hatten volle DVD-Auflösung mit 25 Bildern pro Sekunde. Die Bitrate war auf 128 kbit pro Sekunde begrenzt. Die Codecs unterscheiden sich aber nicht nur durch die Qualität der Einzelbilder. Gerade bei der Darstellung von Bewegungen zeigen sich erhebliche Unterschiede. Der Kurzfilm „Geris Game“ findet sich in jeder Kompression auf der Dokumentations-CD. Karsten Nohl - MPEG 1 - - MPEG 2 - - Windows Media Video 8 - - DivX 5 Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 15 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 4 Programme Alle beschriebenen Programme befinden sich auf der Dokumentations-CD. 4.1 Quicktime Pro 5.1 Die Standardversion von Quicktime ist kostenlos übers Internet erhältlich. Der enthaltene Player spielt eine ganze Reihe von Formaten ab. Die entsprechenden Codecs sind speziell auf Quicktime angepasst und werden bei Bedarf automatisch aus dem Internet nachgeladen. Ein Codec für die beliebten DivX-Formate existiert nicht. Web-Inhalte spielt der Player direkt im Fenster des Internet-Explorers. Auch größere Videos lassen sich leider nur im Fenster abspielen. Die kostenpflichtige Pro-Version (ca. 30$) bietet neben der Abspielfunktionalität die Möglichkeit, Videos ins Quicktime-Format zu exportieren. Als Quelldatei kann grundsätzlich jedes Video benutzt werden, dass Quicktime auch abspielen kann. Hat man das Video geladen, klickt man im Datei-Menü auf Export… Im erscheinenden Fenster kann entweder eines von mehreren festen Profilen gewählt oder unter Options … jede Einstellung angepasst werden. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 16 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression Zu empfehlen sind folgende Einstellungen: • Compressor: Sorensen Video 3 • Colours: Millions of Colours • Quality: Best (braucht am meisten Zeit) • Limit Data rate to: gewünschte Datenrate durch Faktor 8 (Byte statt Bit!) 4.2 Windows Media Encoder 8 Der kostenlose Media Encoder ist der am einfachsten zu bedienende Encoder. Alle Einstellungen werden von einem Assistenten abgefragt. Die Einstellungen sind überwiegend selbsterklärend. Für die meisten Einsatzgebiete sind schon fertige Profile erstellt. Mann kann aber auch leicht ein neues Profil anlegen: Karsten Nohl • Als Video- und Audiocodec sollte man die aktuelle achte Version des WindowsMediaVideo-Codecs wählen. • Auflösung und Bildwiederholrate sollten möglichst denen des Ausgangsmaterials entsprechen. Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 17 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg • Es wird nur die Gesamtbitrate und die Audiobitrate angegeben. Die Differenz ist die Videobitrate. Höhere Qualitäten werden mit 2pass erreicht (à 2.3.4) • WindowsMedia setzt immer eine Audiospur voraus. Soll diese nicht mitgespeichert werden, so muss die Audiobitrate auf 0,1 kbps stehen. 4.3 FlaskMPEG FlaskMPEG war ursprünglich – wie der Name schon sagt - ein Programm zur Erstellung von MPEG-Videos. Diese Funktion ist aber nicht weiterentwickelt worden und mittlerweile veraltet. Es lassen sich dafür Videos in allen in Windows installierten Codecs speichern. Diese Möglichkeit macht es optimal für eine Vielzahl von Kompressionen. Das Programm wird im Kapitel 5.1 genauer beschrieben. FlaskMPEG wird ständig weiterentwickelt und ist kostenlos übers Internet zu beziehen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 18 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 4.4 TmpENC Mit TmpENC lassen sich MPEG-1 und -2 Videos erstellen. Die Software hat Einstellmöglichkeiten für nahezu jede an MPEG variable Komponente. (Für Kenner: Es lassen sich sowohl die GOP-Struktur als auch das Zig-Zag-Schema modifizieren). Für die besten Kompressionsergebnisse bieten sich folgende Einstellungen an: Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 19 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression Die Werte für Size, Aspectec Ratio (Seitenverhältnis) und Frame Rate müssen an das Eingangsformat angepasst werden. Außerdem ist unter Settings neben 2-pass VBR die gewünschte Bitrate anzugeben. Die Plus-Version der Software ist mittlerweile kostenpflichtig. Dafür wird sie ständig weiterentwickelt und bietet eine bessere Qualität als die meisten wesentlich teureren Programme. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 20 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg 5 Anleitungen Bei der konkreten Benutzung der Programme fällt auf, dass immer nur ganz bestimmte Quellformate unterstütz werden. Im Falle von Microsoft etwa werden alle MPEG-2Formate unterstützt mit Ausnehme derjenigen auf der DVD. Somit kommt Microsoft wohl der Filmindustrie entgegen, die Raubkopien verhindern möchte. Durch dieses und andere Probleme kommt man oft um mehrfaches Umwandeln nicht herum. Im Folgenden finden sich einige dennoch leicht nachvollziehbare Anleitungen – auch für wichtige Anwendungen des Telelearnings. 5.1 DVD auf CD 5.1.1 Benötigte Software • FlaskMPEG (aktuelle Version: 0.6-preview) • Thunder-PlugIn für FlaskMPEG • DivX-Codec (aktuelle Version: 5.0.2) • CladDVD (aktuelle Version: 1.5 XP) • Evtl. Bitraten-Rechner (z.B. Gordian Knot) Zuerst müssen alle Programme installier werden. Das Thunder-PlugIn muss nur ins FlaskMPEG-Verzeichnis kopiert werden. 5.1.2 Rippen Unter dem Rippen der DVD versteht man das Kopieren der Videodaten auf die Festplatte. Da die Dateien auf der DVD verschlüsselt sind, muss ein Ripper eingesetzt werden. Diese Software (z.B. CladDVD) bietet die Möglichkeit den Hauptfilm der DVD in ein beliebiges Verzeichnis auf der Festplatte zu kopieren – fertig. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 21 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression 5.1.3 Einstellungen in FlaskMPEG FlaskMPEG kann die DVD-Dateien mit der Endung „.vob“ nur lesen, wenn auch das Thunder-PlugIn installiert ist. Als erstes öffnen wir also die Indexdatei des Filmes (Endung .ifo) und wählen im folgenden Fenster die gewünschte Sprache. Mehrsprachige CDs wären auch möglich, sind aber äußerst kompliziert zu erstellen. Als nächstes müssen unter Optionen einige Parameter kontrolliert werden. Wichtig sind auch hier die richtigen Werte für Bildwiederholrate, Seitenverhältnis usw., die aber meistens richtig erkannt werden. Unter Nachbearbeitung ist darauf zu achten, dass links die unterste Option (HQ Bikubisch) gewählt ist. Bei eventuell vorhandenen schwarzen Streifen müssen diese weg geschnitten werden. Dazu klickt man im folgenden Fenster auf Zeige Ausgabe-Pfad. Das Schneidefenster ist selbsterklärend. Unter Dateien müssen wir noch den gewünschten Ausgabepfad und –dateinamen wählen. 5.1.4 Einstellungen im Codec Nach klicken auf OK landen wir wieder im Hauptbildschirm. Dort ist unter Select Output die Option AVI Output zu wählen. Klickt man nun noch einmal auf Select Output und wählt Configure Output Module erscheint das folgende linke Fenster. Klickt man auf das obere Select Codec, erscheint das rechte Fenster Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 22 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression In diesem Fenster wählen wir den gewünschten Codec. In unserem Fall DivX 5.0.2. Klickt man dort auf Configure erhält man folgendes Fenster: Die einzigen Einstellungen, die in diesem Fenster gewählt werden müssen, sind die Kompressionsmethode und die Bitrate. Als Kompressionsmethode sollte man auf jeden Fall 2pass, first pass wählen. Nur so kann man die unter 2.3.4 beschriebenen Vorteile nutzen. Die Bitrate kann man am einfachsten mit einem der vielen Bitrate-Calculator errechnen lassen. Sie lässt sich aber auch relativ einfach selber ausrechnen: Zuerst teile man die Größe des CDRohlings in KByte (typisch 700*1024 oder 650*1024) durch die Länge des Filmes in Sekunden. Vom Ergebnis muss man noch die gewünschte Bitrate für die Tonspur (typisch 64, 96 oder 128 – je nach gewünschter Qualität) abziehen. Das Ergebnis ist die Bitrate des Videos. Annähernd DVD-Qualität wird mittlerweile schon bei 800 erreicht. Tragen wir nun die Bitrate ein und wechseln durch klicken auf OK wieder in das vorige Fenster. Dort klicken wir auf das untere Select Codec. Im nun erscheinenden Fenster müssen wir uns für eine Audiokompression entscheiden. Im mittleren Auswahlfeld wäh- Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 23 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression len wir den Codec. Sollte ein MP3-Codec installiert sein, so entscheiden wir uns für diesen. Ansonsten tut es auch der „Windows Media Audio V2“-Codec. Im unteren Auswahlfeld wählen wir noch die Bitrate, für die wir uns vorher entschieden haben. Durch zweimaliges klicken auf OK landen wir wieder im Hauptfenster. Dort können wir durch Flask es! die Kompression starten. Da wir 2pass als Kodiermethode gewählt haben, müssen wir nach Abschluss der ersten Runde (kann einige Stunden dauern!), die Einstellungen des Codecs (Select Output à Configure Output à oberes Select Codec à Configure) auf 2pass, second pass abändern und die Kompression noch einmal starten. Nach etwa der gleichen Zeit sollte das Video fertig sein, das sich zum Beispiel mit dem Windows Media Player abspielen lässt. 5.2 DV auf ISDN (Streaming) Möchte etwa ein Dozent selbst aufgenommene Videoinhalte einem größeren Kreis von Studenten zur Verfügung stellen, müssen die Daten übers Internet verschickt werden. Die Datenrate sollte dabei die eines Modems nicht überschreiten. So sind Direktvideos ohne langwieriges Herunterladen denkbar. Die Arbeit mit DV-Kameras ist vor allem unter Windows Me und XP sehr einfach gehalten. Wir schließen die Kamera bei laufendem Computer an die FireWire-Schnit stelle an und die benötigten Treiber werden automatisch im Hintergrund installiert. Zusätzlich fragt uns Windows, was wir mit dem angeschlo ssenen Gerät machen möchten. Wir wählen Video aufzeichnen und erhalten folgendes Fenster des Microsoft Movie Makers: In diesem Fenster müssen wir einzig die Bandbreite wählen. Typisch für Webanwendungen, die auch mit äußerst besche idenen Modemanbindungen nachgefragt werden Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 24 von 26 FH Heidelberg Teilprojekt: Videokompression können, ist die Einstellung Video für Webserver (28.8 kbps). Nun können wir mit einem Klick auf Record die Aufnahme samt gleichzeitiger Kompression starten. Die erstellte Datei lässt sich direkt über das Internet nachfragen – und das von nahezu jeder Windowsversion. 5.3 DV auf DivX Die Kombination der zwei beschrieben Kompressionen sieht wie folgt aus: Ein Dozent wird gefilmt und der Film komprimiert entweder übers Internet oder auf CDs verteilt. Wert wird diesmal vor allem auf Qualität und weniger auf Echtzeitfähigkeit gelegt. Wir komprimieren den Film erst einmal wie im vorigen Kapitel beschrieben, wählen als Profil aber diesmal DV-AVI (25 Mbps). Die entstehende Datei kann sehr groß werden (190 MB pro Minute). Um diese Datei nun im MediaPlayer oder in FlaskMPEG öffnen zu können, müssen wir zuerst einen DV-Codec installieren. Ein solcher findet sich auf der Dokumentations-CD oder auch bei Google, wenn man nach den Stichworten DV-Codec und download sucht. Die Testversion reicht vollkommen aus. Nun verfahren wir genau wie in 5.1 beschrieben. Satt der DVD-Datei öffnen wir unsere erstellte avi- Datei. Die Installation des Thunder-PlugIns sowie die Sprachauswahl entfallen. Karsten Nohl Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 25 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg 6 Dokumentations-CD Die Dokumentations-CD hat folgende Struktur: • o Ausgangsdateien „Geris Game“ Dateien o Clips nachher Kurzclips für Präsentation o Clips vorher Quellen für Kurzclips o Fehlversuche Kompressionsfehler o Nachher „Geris Game“ komprimiert • Bilder • Programme • Karsten Nohl Beispielvideos Bilder der Dokumentation o Codecs DivX und DV-Codec o Kompression Kompressionstools o Umwandlungen Formatumwandlungen Quellen Informationsdokumente Studiengang Elektrotechnik [email protected] Studienprojekt: Telelearning Seite 26 von 26 Teilprojekt: Videokompression FH Heidelberg 7 Literaturverzeichnis und Internet-Links Anhand des folgenden Buches habe ich die erste Einarbeitung in das Thema vorgeno mmen. Es deckt gegenüber den anderen Quellen verstärkt den mathematisch technischen Hintergrund ab: • Multimediatechnologie von Ralf Steinmetz, 3. Auflage erschienen 2000 im Springer-Verlag, ISBN 3-540-67332-6 Die mit Abstand meisten Informationen habe ich dem Internet entnommen. Vor allem zu konkreten Problemen führt die Google-Suchmaschine schnell zu einer Antwort. Folgende Seiten enthalten besonders viele und gut ausgearbeitete Informationen: • SlashCam-VideoX: große Artikelsammlung zu Hintergründen, Codecs und DV. http://www.slashcam.de/ • Introduction to Quicktime: Hintergrundinformationen zu Quicktime (für Programmierer). http://developer.apple.com/quicktime/qttutorial/index.html • MPEG-Seiten der Universität Berkeley: Hintergrund von MPEG-1, -2 und -4 http://bmrc.berkeley.edu/frame/research/mpeg/mpeg_overview.html • MPEG-Homepage: inoffizielle Seite mit viel technischem Hintergrund zu allen MPEG-Standards http://mpeg.telecomitalialab.com/ • DigiVIDEO Web: viele Anleitungen zu Kompression und Bearbeitung http://digilander.iol.it/digivideoweb/homegb.htm • NickyGuides: BESTE Sammlung von Anleitungen für DivX und VideoCD http://nickyguides.digital-digest.com • DivX-Digest: BESTE Fundquelle http://www.divx-digest.com für Software rund um Video Spezielle Fragen rund um DivX sowie das Kopieren von DVDs beantworten engagierte Anwender in den Newsgroup -Foren: • Karsten Nohl alt.video.divx • alt.video.dvd(.tech) Studiengang Elektrotechnik • rec.video.dvd(.tech) [email protected]
