H.264 ist der neue Standard für die digitale Videowiedergabe in High Definition-Qualität – und das aus gutem Grund. Ein auf dem H.264-Standard basierender Codec komprimiert eine digitale Videodatei, sodass sie nur noch halb so groß wie MPEG-2 (dem DVD-Standard) ist - und das bei gleicher Videoqualität. Du kannst also eine atemberaubende HD-Videowiedergabe in der Form genießen, für die sie ausgelegt ist – ohne dabei Kompromisse hinsichtlich Geschwindigkeit oder Leistung eingehen zu müssen.
Was ist H.264?
Video for DivX Plus basiert auf dem H.264-Standard, einem hochmodernen digitalen Format für die effiziente Codierung von High Definition-Videos. Warum ist H.264 so toll? Kurz gesagt: H.264 umfasst eine Sammlung leistungsstarker Features, die eine qualitativ hochwertige Videowiedergabe bei äußerst niedrigen Datenübertragungsraten ermöglichen. Mit der DivX Plus Software kannst du atemberaubende HD-Videos erstellen, genießen und mit anderen teilen – und das auf dieselbe Weise wie mit DivX®-Videos in Standard-Definition. Dies umfasst die Erstellung von persönlichen Bibliotheken auf Deiner Festplatte, das Brennen von Dateien auf Disk oder deren Übertragung per USB-Laufwerk auf Ihre DivX Plus-Geräte oder sogar die Bereitstellung für Besucher auf Deiner Webseite mit dem DivX Plus Web Player.
Der H.264-Standard ist bereits dabei, einige der heute gängigen Formate zu überrunden, wie beispielsweise DV, dem von vielen haushaltsüblichen Videokameras verwendeten Standard, und MPEG-2, dem Standard für DVD-Videos sowie einigen Formen des Kabelfernsehens und der digitalen Rundfunksendungen.
Warum DivX Plus?
Der H.264-Standard unterstützt das Konzept, dass verschiedene Decoder-Gerätekategorien über individuelle Anforderungen und Fähigkeiten verfügen können. Im Vergleich zu einem Desktop-Computer können mobile Geräte beispielsweise über eine geringere Bildschirmauflösung, weniger Arbeitsspeicher und Prozessorleistung verfügen, jedoch darauf ausgelegt sein, den Akku zu schonen. Durch Auswahl der H.264-Bitstream-Features, die bei der Inhaltserstellung verwendet wurden, können wir die Wiedergabeanforderungen maßgeblich beeinflussen. DivX Plus HD stellt ein sorgfältig ausgewähltes Gleichgewicht der Features dar, die in Zusammenarbeit mit unseren Fertigungspartnern entwickelt wurden und die sowohl eine starke Komprimierung als auch Interoperabilität über eine große Bandbreite von Gerätekategorien, wie u. a. DVD-Playern, Blu-ray-Playern, digitalen Fernsehern, Digitalempfängern uvm., ermöglichen.
Mach dich bereit – wir bieten einige Aufsehen erregende Details
Ein Wort der Warnung, bevor Du fortfährst: Wenn Du dich nur für eine grobe Übersicht darüber interessierst, was H.264 ist und warum wir es für so toll halten, hast Du hoffentlich in den Abschnitten oben einige Antworten gefunden. Wenn Dich aber andererseits nach einer technischeren Diskussion der integralen Merkmale der Videokomprimierung und den Fortschritten, die H.264 der dunklen Kunst der Videoverschlüsselung bringt, dann sind die nächsten 900 Wörter genau für Dich gedacht.
Digitale Videokomprimierung: die Grundlagen
Digitale Videos werden komprimiert, um Platz zu sparen, sei es an Bandbreite oder in Bezug auf das entsprechende Medium. Ein Codec (Compressor/Decompressor) übernimmt das Ver- und Entschlüsseln. In unserem Fall wird dazu eine Rohvideosequenz genommen und in eine Reihe von Bits transformiert, die wir als den Bitstream bezeichnen. Dieser Bitstream wird dann wieder in eine Rohvideosequenz zurückverwandelt. Durch die Verbesserung der Verfahren, auf denen der Codec basiert, können unter Verwendung derselben Bandbreite wie zuvor Videos von höherer Qualität übertragen. Üblicherweise werden sowohl der Encoder als auch der Decoder immer komplexer, aber das ist ok, da ja auch die Computer immer schneller werden.
Ein H.264-Encoder verringert die Datenmenge, die zur Wiedergabe des Eingangsvideos erforderlich ist. Dazu wird die Redundanz der zu codierenden Bildern genutzt, sowohl räumlich (innerhalb desselben Bildes) als auch zeitlich (von einem Bild zum anderen). Zeitlich verarbeitet ein Encoder jedes Einzelbild (Frame). Dazu unterteilt er das Bild somit in ein Raster aus Blöcken und sucht vorherige oder künftige Frames eines jeden Blocks nach einer passenden Struktur ab, ein Verfahren, das als Bewegungsabschätzung bezeichnet wird. Wenn eine geeignete Übereinstimmung gefunden wurde, kann ein Decoder die Textur dieses Blocks später nur mithilfe eines Vektors, der auf die passende Referenztextur verweist, sowie einigen wenigen Informationen zur Korrektur möglicher kleinerer Texturdifferenzen reproduzieren. Räumlich kann – wo die Bewegungsabschätzung keine passende Übereinstimmung findet – ein Encoder die Textur von in der Nähe befindlichen Blöcken innerhalb desselben Frames zur Prognose der Blocktextur nutzen und nur die Differenzen zwischen der Prognose und der tatsächlichen Blocktextur speichern. Dies ist zwar effizienter als das direkte Speichern der kompletten Textur, jedoch dennoch kostenintensiver als die Bewegungsabschätzung. H.264 Encoder fungieren als „verlustreiche“ Kompressoren; ihr Ziel ist nicht die Reproduktion des exakten Originalbildes, sondern stattdessen die Auswahl der optimalen Mittel zur Verringerung der Datenrate, bei gleichzeitiger bestmöglicher Bewahrung der visuellen Qualität. Mit den passenden Einstellungen können die Differenzen nicht wahrnehmbar sein, selbst wenn sich die Kompression des Rohdateneingangs einer Rate von 100:1 nähert.
Der H.264 Standard bietet gegenüber seinen Vorgängern maßgebliche Leistungsverbesserungen. Beispiel: Eine DVD kann einen zweistündigen Film, der mit der MPEG-2-Verschlüsselung (typisch für DVD-Videos) komprimiert wurde, fassen, mit einem H.264 Codec jedoch eine Videowiedergabe von 4 Stunden. Die H.264 Verschlüsselung mit DivX Plus ist sogar noch effizienter als der beliebte DivX 6 Codec, der auf dem Vorgänger von H.264, dem MPEG-4 ASP Standard, basiert.
Was ist neu beim H.264?
H.264, wie vom DivX Plus-Format verwendet, bietet eine Vielzahl neuer Features, die die Bildqualität und die Komprimierung gegenüber dem DivX 6 (ASP)-Codec optimieren:
In-Loop-Deblocking:
Deblocking ist ein CPU-intensives Verfahren, bei dem versucht wird, blockierende Artefakte aus dem dekodierten Bild zu entfernen. Der DivX ASP Decoder nutzt das Deblocking als optionale Nachverarbeitungstechnik zur Qualitätsoptimierung während der Wiedergabe; es wird üblicherweise je nach Verfügbarkeit freier CPU-Zeit angewendet. Dadurch kann auf schnellere Computer das bestmögliche Bild angezeigt werden, langsamere Computer können zurück zur Nachverarbeitung schalten, um eine reibungslosere Wiedergabe zu erreichen. Bei H.264 wird das Deblocking auf jeden Frame zwangsangewendet, sowohl bei der Ver- als auch bei der Entschlüsselung. Dies hat zur Folge, dass die Verschlüsselung effizienter wird, da in den Referenzbildern weniger Rauschen vorhanden ist. Es gibt jedoch demzufolge auch keine Option zur Deblocking-Deaktivierung, um die Wiedergabeleistung auf langsameren Systemen zu verstärken.
Mehr Referenzbilder:
Sowohl der Standard ASP als auch der Standard H.264 verwenden die Bewegungsabschätzung zur effizienten Verschlüsselung eines jeden Frames, und rekonstruieren so neue Frames durch die Bewegung der Textur von bereits verschlüsselten Bildern. Beim ASP-Standard sind die einzigen zulässigen Inter-Frame-Referenzen die zum nächsten oder zum vorherigen Frame; und Frames mit beiden Referenzen können nicht selber als Referenzen dienen. Diese Einschränkungen sind für ältere Geräte wichtig, da sie den zur Dekodierung eines beliebigen Streams erforderlichen Arbeitsspeicher beschränken und die Anzahl der Referenzframes, für deren Suche ein Encoder bei der Bewegungsabschätzung Zeit aufwändet, verringern. Der H.264 Standard erweitert das System der Referenzbilder maßgeblich, indem er einem Einzelframe den Verweis auf viele vergangene und künftige Frames gestattet und zulässt, dass alle Frame-Arten als Referenzbilder dienen. Viertelpixel-Bewegungsabschätzung: Wenn der DivX ASP Encoder in vergangenen und künftigen Blöcken sucht, evaluiert er Bewegungsvektoren mit Halbpixel-Präzision. Halbpixel-Suchen können während der Verschlüsselung schnell durchgeführt werden und die Rekonstruierung der Textur anhand von Bewegungsvektoren mit einer Halbpixel-Präzision ist ebenfalls äußerst schnell. H.264 geht zur Bewegungssuche mit Viertelpixel-Präzision vor und dies führt bei der Verschlüsselung sowie bei der komplexeren Texturrekonstruktion bei der Wiedergabe zu längeren Suchzeiten. Obgleich die Verarbeitungsanforderungen höher sind, führt die präzisere Prognose zu schärferen Bildern und einer optimierten Verschlüsselungseffizienz.
Quarter-pixel motion estimation
When the DivX ASP encoder searches for blocks in past and future frames it evaluates motion vectors down to a half-pixel precision. Half-pixel searches can be performed quickly during encoding and reconstructing the texture from motion vectors with half-pixel precision during playback is also very fast. H.264 uses quarter-pixel precision for motion search and this leads to longer search times during encoding as well as more complex texture reconstruction during playback. Although the processing requirements are higher, more accurate prediction leads to sharper pictures and improved encoding efficiency.
Kleinere Blockgrößen, optimierte Prognose
Sowohl ASP als auch H.264 nutzen 16x16 Pixelblöcke als fundamentale Blockgrößen. Unter ASP lassen sich die Blöcke in vier 8x8 Partitionen unterteilen, H.264 ermöglicht jedoch Blockteilungen bis zu 4x4 Pixel. Kleinere Blockgrößen sind in Bereichen mit einer geringen räumlichen Auflösung vorteilhaft und daher besonders für die Standarddefinition und mobile Inhalte von Nutzen. H.264 bietet zudem eine viel größere Flexibilität bei der Intra-Frame-Prognose, wenn daher die Bewegungsabschätzung fehlschlägt oder Schlüsselframes verschlüsselt werden, lässt sich die Blocktextur mit höherer Effizienz speichern als es der ASP-Standard zulässt.
Was ist so besonders an der DivX Plus-Implementierung von H.264?
Es ist ein gängiger Irrtum, dass es sich bei H.264 um ein Format mit nur einer einzigen Form handelt. Viele H.264-Profile bieten verschieden Feature-Sätze, die keine strengen Untersätze voneinander sind. Dies führt zu Interoperabilitätsproblemen. Wir wollen das H.264-Format in eine Form bringen, sodass die Benutzer ihre digitalen Medien auf ihren Videokameras, mobilen Media Playern und Fernsehern erstellen und wiedergeben können – und das nahtlos. Mithilfe der leistungsstarken Komprimierung und Skalierbarkeit des H.264-Formats können wir unser Versprechen eines wahrhaft cineastischen visuellen Erlebnisses auf Deinem Computer, im Wohnzimmer und unterwegs halten. Du hast bis hierher gelesen? Besuche DivX Labs, um Dich mit der DivX-Community auf dem Laufenden zu halten.
