Videodateiformate im Vergleich

von Paul Arnote

Übersetzer: angel02_de
Korrekturleser: leiche

In meiner Serie von Artikeln über den Vergleich von verschiedenen Dateiformaten (Juli, 2009: Grafikdateiformate im Vergleich, August 2009: Audiodateiformate im Vergleich), bekommen nun die Videodateiformate meine Aufmerksamkeit. Obwohl wir sie häufig als Videodateiformate bezeichnen, sind sie in wirklich Container für die Kombination von separaten Video- und Audio-Informationen in einem synchronisierten Daten-Strom.

Bei meinen vorangegangenen beiden Artikeln Sprachen wir über Grafik und Audio-Formate und über ihre entweder verlustreiche oder verlustfreie Komprimierung. Da Video Dateien so groß sind, ist es nicht üblich oder praktisch sie ohne Komprimierung zu verwenden. Somit verwenden fast alle der Video-Formate eine Art von Komprimierung, und zum größten Teil können alle diese Komprimierung-Techniken als verlustreich betrachtet werden.

Bevor wir über die verschiedenen Video-Dateiformate sprechen können, gibt es ein paar Gegebenheiten, mit denen wir uns vertraut machen müssen. Beachten Sie, das über dieses Kapitel ganze Bücher geschrieben wurden, um diese Gegebenheiten und Formate zu erklären. In diesem Beitrag werde ich versuchen, meist eine so einfach wie mögliche Erklärung abzugeben, vor allem, müssen wir nicht alle enthaltenen Einzelheiten wissen, um zu verstehen, was sie bedeuten.

Die erste davon ist die Bitrate. Bitraten geben an, wie viele Bits pro Sekunde verwendet werden, um den Videoteil der Datei darzustellen. Diese können variieren von einem niedrigen Wert wie 300 Kbit/s (Kilobit pro Sekunde) für eine geringe Bildqualität, zu hohen Bitraten wie 8.000 Kbit/s für eine sehr hohe Bildqualität. Gerade auch mit Sound-Dateien, führt eine höhere Bitrate zu einer besseren Qualität des Video.

Der nächste Schritt, der erörtert werden muss, ist wie das Bild angezeigt wird. Wir haben zwei Begriffe, die das Video-Image beschreiben: interlaced und progressiv. Interlaced ist ein Weg, um die beste Verwendung bei einer begrenzten Bandbreite für die Übertragung von Video, vor allem in den älteren Tagen der analogen NTSC-Übertragung. Der Empfänger (Ihr Fernseher) "überlistet" Ihre Augen indem er zuerst die ungeraden Zeilen auf dem Bildschirm 30 Mal pro Sekunde (25 Mal pro Sekunde in Europa) anzeigt und dann geraden Zeilen auf dem Bildschirm 30 Mal pro Sekunde anzeigt, dies ganze abwechselnd in einem Muster von – gerade Zeilen – ungerade Zeilen – gerade Zeilen – ungerade Zeilen..... Das progressive Video zeigt die ungeraden Zeilen und die geraden Zeilen gleichzeitig an, anstatt sie abwechselnd darzustellen. Dadurch wirkt das angezeigte Bild, schärfer und lebendiger.

Das nächste ist die Auflösung. In den Tagen des analogen Videos, war Video häufig das Äquivalent von 352 x 240 Pixel für NTSC in Nordamerika und 352 x 288 für PAL/SECAM für den Rest. Die heutigen digitalen Fernsehgeräte können bis zu 1920 x 1200 Pixel Bilder anzeigen. Computermonitore verfügen über viel höheren Auflösung als konventionelle analoge Fernsehgeräte. Der Wechsel zu digitalen Fernsehgeräten machte es möglich, den Fernseher der Familie als doppelt so großen Computermonitor zu verwenden. Die Standard Auflösung für die DVD-Qualität eines Video ist 720 x 480 für NTSC, und 720 x 576 für PAL/SECAM-Systeme. Die Standard Auflösung für die neuen hochauflösenden Fernsehsendungen sind sogar höher, und liefern BluRay-Qualität, dadurch ist eine Darstellung Pixel für Pixel in der höchsten Spezifikation des hochauflösenden Fernsehen mit 1920 x 1200 Pixel möglich.

Formate oder Behälter

Theora

Wir beginnen mit dem Behälter Theora, weil es quelloffen ist. Und da dies eine Linux-Publikation ist, mögen wir die quelloffenen Lösungen besonders. Von der Xiph.org Foundation entwickelt, und Teil des OGG Projekts, wurde es von dem On2 Technologies' VP3-Video-Codec abgeleitet. Es ist nach Theora Jones benannt, dem Leiter von Edwin Carter in der alten Max Headroom Show aus dem Fernsehen.

Da es von der Xiph.org Foundation entwickelt und aufrechterhalten wird, ist es häufig als Vorbis Audio-Stream formatiert und in einem OGG-Container platziert. Da On2 Technologie den VP3-Codec und seinen Quellcode der Öffentlichkeit unter einer quelloffenen und freien Software-Lizenz veröffentlicht und alle Rechte und Patente auf die Technologie im September 2001 abgelegt hatte, erlaubte dies Theora und anderen aus VP3 abgeleiteten Codecs für jeden Zweck zu verwenden. Im Jahr 2002 traf On2 mit der Xiph.org Foundation eine Vereinbarung, um VP3 als Grundlage für einen neuen und freien Theora Video-Codec zu machen und erklärte Theora zum Nachfolger von VP3.

Die erste stabile Version 1.0 von Theora gab es im November 2008. Da es sich um ein relativ neues Format, handelt, das nur sehr wenig kommerzielle Unterstützung hat, kämpfte Theora für Akzeptanz von Distributoren, vor allem im Web. Bis jetzt ist es der einzige ausgereifte lizenzfreie Video-Codec, und Theora etabliert sich als ein grundlegendes Videoformat für moderne freie Software und ist das Format der Wahl für viele andere Organisationen (z. B. Wikipedia) geworden.

Theora verwendet keine Hardware-Beschleunigung, aber da sein Algorithmus weniger komplex als H.264 ist, der vom konkurrierenden MP4-Format verwendet wird, wird die Notwendigkeit für die Hardwarebeschleunigung als nicht relevant angesehen.

Es gibt mehrere Anwendungen im PCLinuxOS Repository, die Theora Video Dateien spielen, streamen und bearbeiten können. Für die Codierung sind VLC und HandBrake verfügbar. Cinelarra kann Theora Video Dateien bearbeiten, während VLC Sie streamen kann.

MPEG-1

Während die Entwicklung des MPEG-1-Standards im Jahr 1988 begann, war es bis 1992 nicht als endgültiger Standard genehmigt bis endlich der erste MPEG-1-Decoder zur Verfügung gestellt wurde. Komprimieren von Video 26:1 und Audio 6: 1, das MPEG-1-Format wurde zur Kompression von rohem digitalen Video in VHS Qualität und Audio in CD Qualität mit möglichst wenig Qualitätsverlust entwickelt.

Heute ist es das kompatibelste verlustreiche Komprimierung-Format der Welt. Der MPEG-1-Standard ist ein Teil des selben Standards des MP3-Audio-Format. Glücklicherweise kann man das MPEG1-Video und die Audioschicht I / II verwenden, ohne das dafür Lizenzgebühren fällig sind, da die Patente im Jahr 2003 abgelaufen sind. Nur das MPEG-1 Format mit Audioschicht 3 (besser bekannt als MP3) unterliegt noch immer Patenten und Lizenzeinschränkungen.

Die "standard" MPEG-1-Video-Bitrate beträgt 1150 Kbit/s, mit Audio von 224 Kbit/s und einer Abtastrate von 44,1 kHz. Das Video wird bei einer Bildschirmgröße von 352 x 240 Pixel für NTSC und einer Bildschirmgröße von 352 x 288 Pixel für PAL/SECAM-Systeme aufgezeichnet. Ein Format für die breite Verwendung des MPEG-1-Formats ist die Video-CD, besser bekannt als VCD. Obwohl es sich in den USA nicht halten konnte, fand das Format in anderen Teilen der Welt große Akzeptanz, und zwar aufgrund seiner relativ preiswerten Produktionskosten, gepaart mit der Fähigkeit, dass VCD, Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit (wie sie in Südostasien vorhanden ist) besser standhalten können als VHS-Bänder.

MPEG-1 formatierte Videodateien werden von den meisten Video Programmen die in den PCLinuxOS-Repository enthalten sind gelesen.

MPEG-2

Das MPEG-2-Format entstand aus den Unzulänglichkeiten des MPEG-1-Formats. Das MPEG-1-Format hat insbesondere eine weniger effiziente Audio Komprimierung, ein Mangel an Flexibilität, wenn es um die Akzeptanz der empfangenen Paket-Typen geht, und es bietet keine Unterstützung für interlaced-Video. MPEG-2 ist auch das Format der Wahl für die digitale Fernsehübertragung.

Die Arbeit am MPEG-2-Format begann im Juli 1990 – noch bevor der erste Entwurf von MPEG-1 überhaupt geschrieben wurde. Beabsichtigt war, das MPEG-1-Format, um die vollständige übertragene Bildqualität bei hohen Bitraten, zwischen 3 – 5 Mbit/s zu erweitern und die Unterstützung für interlaced-Video hinzuzufügen.

MPEG-2 ist das entsprechenden Format für Filme und andere Programme, die auf DVD, SuperVCD, und BluRay Discs ausgegeben werden. Das Resultat sind die Fernsehgeräte in unseren Wohnzimmern, sie wurden zusammen mit den TV Sendern und den DVD-Spielern für den MPEG-2-Standard entwickelt.

Da MPEG-2 aus dem MPEG-1-Format entwickelt wurde, können alle Standard kompatiblen MPEG-2 Decoder auch MPEG1-Video-Streams abspielen. Also, obwohl Sie es nicht realisieren können, können Sie VCDs in den meisten home DVD-Player wiedergeben.

Derzeit gibt es über 640 Patente, die im Besitz von mehr als 20 Unternehmen und einer Universität sind und die gesamten Patente werden durch die MPEG Lizenzierungs Behörde verwaltet. Dies belastet das MPEG-2-Format. In den Rechtsordnungen, in denen die Software-Patente aufrechterhalten und durchgesetzt werden (derzeit ist die USA in diesen Rechtsordnungen enthalten). Die Verwendung des MPEG-2-Format erfordert die Zahlung von Gebühren an die Eigentümer der Patent-Lizenzierung. Es ist das Beste sie überprüfen die Gesetze Ihrer Zuständigkeit, da diese recht unterschiedlich sind. z. B. sind die Software-Patente in Indien und den Philippinen nicht zulässig, jedoch in Japan und Korea, in begrenztem Umfang sind sie in Europa und Australien gültig. Dies ist einer der Gründe dafür, dass bei PCLinuxOS die Software für die DVD-Wiedergabe in den Standardeinstellung nicht aktiviert ist; vielmehr müssen die Endbenutzer die nötigen Bibliotheken und Abhängigkeiten, basierend auf den Gesetzen ihrer entsprechenden Zuständigkeit selbst installieren.

MPEG-4

MPEG-4 repräsentiert eine patentierte Auflistung von Methoden, zur Komprimierung von Video und Audio, sie definieren einen Standard für eine Gruppe von festgelegten Audio- und Videocodecs. MPEG-4 umfasst viele der Funktionen von MPEG-1 und MPEG-2, dabei wurde die Unterstützung für das 3D Rendering, Digital Rights Management (DRM) und verschiedene Arten von Interaktivität hinzugefügt.

MPEG-4-Dateien werden häufig mit Codecs wie DivX, XviD, 3ivx und X 264, um nur einige zu nennen codiert und dürfen von BluRay Discs verwendet werden. Die meisten Funktionen der MPEG-4-Norm verbleiben dem Ermessen der einzelnen Entwickler zur Implementierung. Welche Teile des MPEG-4 Format implementiert werden, ist frei wählbar. Somit ist eine "vollständige Implementierung" im MPEG-4-Format nicht vorhanden, und wird wahrscheinlich auch nie existieren.

Seit der Einführung gegen Ende 1998 behaupten mehr als zwei Dutzend Unternehmen Eigentümer der Patente in Bezug auf MPEG-4 zu sein. Die Lizenzen für die Verwendung des MPEG-4 Formats (in Gerichtsbarkeiten, in denen Software-Patente verteidigt und durchgesetzt werden) wird durch die MPEG Lizenzierungs Behörde verwaltet.

MPEG-4-Dateien können bei PCLinuxOS in der Regel leicht mit VLC oder MPlayer angezeigt werden.

QuickTime

Anfang Dezember 1991, wird das QuickTime-Format unter einer proprietären Lizenz von Apple freigegeben, um Microsoft´s „Video für Windows“ nach fast einem Jahr vom „Markt“ zu fegen. Entwickelt als ein Multimedia-Framework von Apple, Inc., ist es in der Lage, verschiedene Formate von digitalem Video, Medien-Clips, Sound, Text, Animation, Musik und interaktive Panorama Bilder wiederzugeben. Die aktuelle stabile Version ist QuckTime 7.6.2 und ist für Mac-Betriebssysteme und Windows-Computer verfügbar. Obwohl keine formale Implementierung für Linux besteht, gibt es eine Reihe von Programmen in Linux welche (mit unterschiedlichem Erfolg), die Wiedergabe von QuickTime-Video verarbeiten kann. Möglicherweise sind die besten Linux Programme für die Wiedergabe von den meisten QuickTime Dateien VLC und MPlayer, beide sind in den Repository von PCLinuxOS enthalten.

Im Februar, 1998 genehmigt der International Standards Organization das QuickTime-Datei-Format als Grundlage für das MPEG-4-Dateiformat. Der Vorteil ist, dass MOV- und MP4-Dateien (die Container) auf einer QuickTime-Umgebung austauschbar sind (d.h. Wenn sie in einem "offiziellen" QuickTime-Player, wie QuickTime für Mac OS X oder QuickTime für Windows ausgeführt werden), da beide die gleichen MPEG-4-Codecs verwenden.

AVI

AVI, offiziell bekannt als Audio Video Interleave, wurde im November, 1992 von Microsoft als Teil seiner Video für Windows-Technologie veröffentlicht. Es ist im Grunde ein Datei-Container der die synchronisierte Audio- und Video-Wiedergabe ermöglicht.

Da AVI-Dateien keine Pixel Aspekt Ration Informationen enthalten und viele Multimediaplayer AVI-Dateien mit quadratischen Pixeln rendern, kann das Bild (Image) bei der Wiedergabe gestreckt oder horizontal gestaucht angezeigt werden. VLC und MPlayer haben allerdings die meisten Probleme im Zusammenhang mit der Wiedergabe von AVI-Dateien gelöst.

Obwohl eine "ältere" Technologie, besitzen AVI-Dateien einen Vorteil. Aufgrund das es so lange besteht was im Zusammenhang mit dem vorherrschenden Markt von Microsoft steht, können AVI-Dateien häufig auf den verschiedensten Systemen und Software wiedergegeben werden, wie ansonsten nur MPEG-1. Es verzeichnet eine weit verbreitete Akzeptanz und Annahme in der Computerbranche und kann, solange der Benutzer den richtigen Codec installiert hat um das Video korrekt zu decodieren, erfolgreich abgespielt werden. Darüber hinaus ist das AVI-Format gut dokumentiert, nicht nur von Microsoft, sondern auch von vielen weiteren.

Matroska

Matroska-Dateien erkennt man häufig an Ihrer Dateierweiterung *.mkv, sie repräsentieren einen Multimedia Container, der ein standardisiertes offenes und freies Containerformat darstellt. Es kann eine unbegrenzte Anzahl von Video, Audio Bildern oder Untertitel in einer einzigen Datei enthalten. Das Matroska-Format wird meist auf quelloffener Software ausgeführt.

Das Wort, matroska, ist ein englisches Wort, abgeleitet von dem russischen Wort matroyshka, dem Namen für die verschachtele Puppe, wo eine Ei-förmige Puppe in einer anderen steckt, die wiederum in einer weiteren u.s.w.

Matroska-Video-Dateien (*.mkv) können in PCLinuxOS auf einer Vielzahl von Software, einschließlich von MPlayer, OHP, Avidemux und MythTV wiedergegeben werden. Und weil Matroska ein Projekt von offenen Standards, ähnlich wie Theora ist, wurde auch der Quellcode der Bibliotheken unter der GNU LGPL entwickelt. Es hat unlängst an Popularität zugenommen, vor allem auch in der Warez-Szene beim Kopieren und Verbreiten von hochauflösenden Inhalten wie HDTV und BluRay Discs.

WMV

WMV oder Windows Media Video, ist ein komprimiertes Video-Datei-Format, das sich aus mehreren verschiedenen proprietären Codecs zusammensetzt und von Microsoft entwickelt wurde. Ursprünglich war es im Jahre 2003 als Alternative zur Konkurenz von RealVideo für das Streaming Video gedacht, hat es seit der Einführung der BlueRay Disk wieder an Bedeutung gewonnenen.

Die WMV-Dateien werden häufig im ASF oder Advanced Streaming Format gepackt. Die WMV-Dateien selbst, werden nicht codiert. Vielmehr ist der ASF-Wrapper oft für die Bereitstellung der Unterstützung und für die Verwaltung der digitalen Rechte oder DRM verantwortlich. Basierend auf Windows Media 9, können WMV-Dateien auch in einem AVI- oder Matroska Container platziert werden. In diesem Fall beansprucht die WMV-Datei die AVI oder MKV Dateierweiterungen.

WMV-Dateien können in PCLinuxOS auf einer Vielzahl von Software, einschließlich von MPlayer, OHP, oder fast von jedem anderen Programm, das die FFmpeg-Implementierung der WMV Codecs verwendet, wiedergegeben werden.

3GP

Das 3GP-Format ist genau genommen zwei sich ähnelnde Formate. Das erste, 3GPP, dient als Container-Format für GSM-Telefone (in den USA sind hauptsächlich AT&T und T-Mobile GSM Netzbetreiber in Deutschland hingegen T-Mobile, Vodafone, e-plus und O2 ). Das zweite, 3GPP2, dient als Container-Format für CDMA-Mobiltelefonen (in den USA sind hauptsächlich Verizon und Sprint CDMA Netzbetreiber, in Deutschland wiederum T-Mobile, Vodafone, e-plus und O2). 3GPP Dateien verwenden oft die Dateierweiterung 3GP, während 3GPP2 Dateien oft die Dateierweiterung 3G2 Dateierweiterung verwenden.

3GP und 3G2 Dateien speichern ihre Video-Streams unter Verwendung von MPEG-4 Teil 2, H.263 oder AVC/H.264 Codecs. Einige Mobiltelefone verwenden auch die Dateierweiterung MP4 um 3GP Videos darzustellen. Beide Formate wurden entwickelt um den Speicherbedarf zu verringern und den Anforderungen an die Bandbreite von Mobiltelefonen gerecht zu werden.

Softwareunterstützung finden Sie unter PCLinuxOS wieder einmal mit dem VLC und MPlayer. Darüber hinaus können die 3GP Dateien (und die meisten 3G2 Dateien) mit FFmpeg kodiert und dekodiert werden.

FLV

FLV-Dateien, auch bekannt als Flash Video, ist ein Container-Dateiformat, das in erster Linie zur Bereitstellung von Videos über das Internet verwendet wird. In der Tat ist es das de-facto-Format für Webseiten wie YouTube, Google Video, Yahoo! Video, Metacafe und viele Nachrichtenkanäle verwenden dieses Format.

Während das FLV-Format ein offenes Format ist, sind die Codecs die verwendet werden, um FLV-Dateien zu produzieren meist patentiert. Die gängigsten Codecs die verwendet werden, sind die Sorenson Spark (H.263 -Codec-Variante) und der On2's VP6. FLV-Dateien können auch in den neueren Versionen von Adobe Flash als H.264 codiert werden.

Meistens wird das Audio in einer FLV-Datei als MP3 aufgezeichnet, gleichwohl können ein paar proprietäre Audiocodecs verwendet werden. Unkomprimiertes ADPCM (Audio-Digital Pulse Code Modulation) kann ebenfalls für die Aufzeichnung von Audio in einer FLV-Datei verwendet werden. Neuere Versionen (von Flash 9, und höher) können für die Aufzeichnung von Audio auch das Format AAC (Advanced Audio Coding) unterstützen.

Unter PCLinuxOS unterstützen der VLC und MPlayer die Wiedergabe von FLV-Dateien. Man kann auch FLV-Dateien mit FFmpeg encodieren. Darüber hinaus ist es in der Regel eine einfache Angelegenheit, mit Avidemux FLV-Dateien in ein universelles lesbares Format wie z. B. AVI oder MPEG-1 zu konvertieren. Außerdem können Sie Avidemux auch zum bearbeiten von FLV-Dateien verwenden.

Und übrigens – das ändern der Dateierweiterung von FLV zu AVI macht daraus keine AVI-Datei. Es ist vielmehr nur eine FLV-Datei mit der Dateierweiterung AVI. Ändern einfach die Datei-Erweiterung bewirkt nichts im Dateiheader der Video-Datei, der festlegt um was für eine Video-Datei es sich tatsächlich handelt. Ich betone dies, aufgrund eines Beitrags im Forum der vor einiger Zeit (vielleicht vor einem Jahr?), diese falsche Behauptung aufgestellt hatte. Der Verfasser erreichte die Ergebnisse nur dadurch, weil das System erkannt hatte, wie eine Datei mit der Dateinamenerweiterung AVI zu verarbeiten ist, und wie sie im VLC oder MPlayer wiedergegeben wird. Tatsächlich können die Programme die FLV-Datei, keine AVI-Datei wiedergeben – es sei denn, sie besitzen bereits die Fähigkeit dies zu tun.

Zusammenfassung

Ich hoffe, dass ich auf diese Weise ein bisschen dazu beitragen konnte um die Unübersichtlichkeit bezüglich der Video-Dateiformate etwas überschaubarer zu machen. Dazu ist ein grundlegendes Verständnis der verschiedenen Video-Dateiformate hilfreich, wenn Sie versuchen wollen, wie man von einem Format in ein anderes konvertiert. Während dies nicht mehr als nur ein umfassenden Überblick oder eine Erörterung der Materie bedeutet – es wurden ganze Bücher darüber geschrieben, die versuchen, dieses Thema abzudecken – sollte es genug sein, um Ihnen wenigstens den Start in die richtige Richtung zu weisen. Und es gibt noch viele weitere Dateiformate, über die ich noch nicht gesprochen habe. Vielmehr habe ich von denen einige sorgfältig ausgewählt, die Ihnen wahrscheinlich häufiger begegnen werden oder mit denen Sie häufiger "arbeiten müssen".