Was ist H.264?

DivX® 7 basiert auf dem H.264-Standard, dem modernsten digitalen Encoding-Format für hochauflösende Videos. Warum ist H.264 so großartig? Nun, um es kurz zu machen, H.264 bietet eine leistungsstarke Komprimierungstechnologie für ein anspruchsvolles Videoerlebnis bei niedriger Bit-Rate.

Wenn Dir das noch nicht reicht, sollten wir Dir sagen, dass H.264 durch seine flexible Bit-Stream-Kontrolle hochwertige Videos auf einer Vielzahl von Geräten wiedergeben kann - vom einfachen Handy bis zu leistungsstarken Blu-Ray-Geräten. Aus diesem Grund wird der H.264-Standard einige der heute gängigen Formate ablösen, wie etwa DV, das von vielen Videokameras im Verbrauchersektor genutzt wird, oder MPEG-2, den Standard für DVD-Videos und manches Kabel- und Digital-Fernsehen. Kurz und gut, H.264 ist für alle Plattformen geeignet - von unterwegs bis hochauflösend.

Ein Warnhinweis bevor Du fortfährst: Wenn Du nur an einem generellen Überblick zu H.264 interessiert bist und wissen möchtest, warum wir glauben, dass dieser Standard so großartig ist, hast du dies hoffentlich in den oberen Abschnitten erfahren. Wenn Du jedoch mehr technische Details zu den Feinheiten der Videokomprimierung und den Fortschritten, die H.264 dem Video-Encoding bringt, erfahren möchtest, sind die nächsten 900 Wörter für Dich bestimmt.

Ein digitales Video wird komprimiert, um Platz zu sparen - ob nun Bandbreite oder auf dem Datenträger. Ein Codec (compression-decompression oder auf Deutsch Komprimierung-Dekomprimierung) kümmert sich um das Kodieren und Dekodieren. Das Verbessern der Komprimierungsstandards, auf denen ein Codec basiert, ermöglicht es, dass Videos höherer Qualität unter Ausnutzung der gleichen Bandbreite wie in der älteren Version übertragen werden können.

Der H.264-Standard vermindert die Menge an Informationen, die zur Wiedergabe eines Videos benötigt werden. Encoder verarbeiten jeden Frame, indem sie jedes Bild in ein Block-Gitter unterteilen und für jeden Block die Textur mit den vorhergehenden oder folgenden Frames abgleichen. Diese Technik ist auch als Motion Estimation bekannt. Sobald ein passender Block gefunden wurde, kann ein Decoder die Textur im aktuellen Frame reproduzieren. Hierzu wird nur ein Vektor als Verweis auf die passende Referenzstruktur sowie einige ergänzende Informationen, um kleine Texturunterschiede zu korrigieren benötigt. Wenn die Motion Estimation keine Übereinstimmungen finden kann, verwenden Encoder die Textur nahegelegener Blöcke des gleichen Frames, um die Blocktextur vorherzusagen und den Unterschied zwischen Vorhersage und aktueller Textur zu speichern. Dies ist zwar effizienter als ein direktes Speichern der Textur aber auch aufwendiger als eine Motion Estimation. Encoder sind “verlustbehaftete” Kompressoren. Ihr Aufgabe besteht nicht darin, das ursprüngliche Bild exakt zu reproduzieren, sondern die optimalen Mittel zu wählen, um die Datenrate zu reduzieren und die Videoqualität so gut wie möglich zu erhalten. Unter Verwendung der passenden Einstellungen sind die Unterschiede kaum wahrnehmbar, selbst wenn das Verhältnis von Komprimierung zu Rohmaterial 100:1 beträgt.

Der Standard H.264 bietet gegenüber seinen Vorgängern eine wesentliche Leistungssteigerung. Zum Beispiel: Eine Standard-DVD kann einen 2 Stunden langen Film enthalten, wenn er mit dem MPEG-2-Codec (dem bekannten Standard für DVD-Filme) komprimiert wurde. Unter Verwendung des H.264-Codecs passen 4 Stunden Film auf die gleiche DVD. Der neue DivX 7-Codec mit H.264 ist sogar noch effizienter als der DivX 6-Codec, der seinerseits auf dem Vorgänger von H.264, dem MPEG-4 ASP-Standard, basiert.

H.264 hat eine Vielzahl von neuen Funktionen, die, im Vergleich zum DivX 6-Codec (ASP), für eine bessere Bildqualität und Komprimierung sorgen.

• In-loop deblocking: Deblocking ist eine CPU-intensive Technik, mit der versucht wird, Blockartefakte aus dekodierten Bilder zu entfernen. Der DivX ASP-Decoder verwendet Deblocking als optionale Nachbearbeitungstechnik, um die Qualität während der Wiedergabe zu verbessern. Dieser Vorgang ist abhängig von der Verfügbarkeit der CPU. Dadurch können schnelle Computer das bestmögliche Bild anzeigen und langsamere Computer eine Nachbearbeitung stoppen, um somit ein gleichmäßigere Wiedergabe zu erreichen.
  
  H.264 erzwingt sowohl während des Enkodierens als auch während des Dekodierens ein Deblocking für jedes Frame. Dadurch wird das Encoding effizienter, da in den Referenzbildern weniger Störungen vorhanden sind. Es ist jedoch nicht möglich, das Deblocking zu deaktivieren, um die Wiedergabe auf älteren Systemen zu verbessern.
• Viertel-Pixel-Motion Estimation: Wenn der DivX ASP-Encoder nach Blöcken in vorhergegangenen und zukünftigen Frames sucht, legt er Bewegungsvektoren mit einer Genauigkeit von einem halben Pixel fest. Halb-Pixel-Suchen können während des Encodings auf schnelle Weise durchgeführt werden. Die Rekonstruktion der Textur von Bewegungsvektoren mit einer Genauigkeit von einem halben Pixel lässt sich während der Wiedergabe ebenso schnell realisieren.
  
  H.264 verwendet für die Bewegungssuche eine Genauigkeit von einem Viertel-Pixel, was während des Encodings zu einer längeren Suchdauer und während der Wiedergabe zu einer komplexeren Texturrekonstruktion führt. Obwohl die an die Bearbeitung gestellten Anforderungen höher sind, führt eine genauere Vorhersage zu schärferen Bildern und verbesserter Effizienz.
• Kleinere Blockgrößen, verbesserte Vorhersage: Sowohl ASP als auch H.264 verwenden 16x16-Pixelblöcke als Standard-Blockgröße. Unter ASP können Blöcke in 4 je 8x8 große Makroblöcke unterteilt werden. H.264 hingegen erlaubt eine Blockunterteilung bis zu 4x4-Pixeln. Kleinere Blockgrößen sind in Bereichen mit geringer räumlicher Auflösung von Vorteil und aus diesem Grunde insbesondere für Standard-Definitionen und Mobile Content von Nutzen. Des Weiteren bietet H.246 eine größere Flexibilität bei der Intraframe-Vorhersage. Wenn die Motion Estimation fehlschlägt oder Keyframes kodiert sind, kann die Blocktextur mit einer höheren Effizienz gespeichert werden, als mit dem ASP-Standard.
• Mehr Referenzbilder: Sowohl ASP- als auch H.246-Standard verwenden Motion Estimation, um jedes Frame auf effiziente Weise zu kodieren. Neue Frames werden rekonstruiert, indem die Textur bereits decodierter, benachbarter Bilder verschoben wird. Die einzigen erlaubten Interframe-Referenzen unter ASP sind die vorherigen oder folgenden Frames. Frames die beide Beziehungen darstellen, können nicht als Referenz selbst verwendet werden. Diese Einschränkungen sind wichtig, da sie den benötigten Arbeitsspeicher für die Dekodierung von Streams beschränken und die Anzahl der Referenz-Frames verringern, mit der sich ein Encoder während der Bewegungssuche befasst. Der H.264-Standard erweitert das System von Referenzbildern erheblich, indem ein Einzel-Frame als Referenz für viele vorherigen und weiteren Frames dienen kann und alle Framearten als Referenzbilder verwendet werden können. Encoder können so eine höhere Effizienz erreichen, da sie während der Motion Esimation bessere Übereinstimmungen finden können, was jedoch auch zu einer längeren Suchdauer führt. Decoder müssen ebenfalls mehr Arbeitsspeicher zur Verfügung stellen, um Referenzbilder zu speichern. Wenn ein Video mit 1080p wiedergegeben wird, wird pro Referenzbild 6-mal mehr Arbeitsspeicher benötigt als bei einem Video in Standard-Qualität.

Es ist ein gängiges Missverständnis, dass das H.264-Format in nur einer festen Variante existiert. Die verschiedenen Profile von H.264 beinhalten verschiedene Funktionen, die nicht unbedingt aufeinander aufbauen. Dies führt zu Kompatibilitätsproblemen. Wir möchten das H.264-Format in einer Form vereinheitlichen, damit Benutzer ihre digitalen Medien nahtlos erstellen und wiedergeben können - auf Videokameras, tragbaren Media-Player und Fernsehern. Die leistungsstarke Komprimierung und Skalierbarkeit des H.264-Formats ermöglicht ein wahres Kinoerlebnis auf Deinem Computer, in Deinem Wohnzimmer und unterwegs.

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