Video

Videos sind in der altertumswissenschaftlichen Forschung vergleichsweise wenig verbreitet und dienen vor allem der Dokumentation von Arbeitsabl├Ąufen, Visualisierung von Ergebnissen oder publikumswirksamen Medienauftritten.

Eine digitale Videodatei enth├Ąlt sowohl visuelle als auch auditive Inhalte. Diese sind jeweils in einem eigenen Format, dem sogenannten Codec, gespeichert und werden in einem Containerformat zusammengef├╝hrt. Je nachdem welches Containerformat verwendet wird, k├Ânnen weitere Informationen, wie Metadaten oder Untertitel gespeichert werden. Zu beachten ist, dass es sich bei manchen Containerformaten gleichzeitig um Codecs handeln kann. Die Digitalisierung von analogem Film- und Videomaterial ist nicht Gegenstand dieser Empfehlungen.

Langzeitformate

Bei der Auswahl f├╝r die Langzeitarchivierung von digitalen Videos muss nicht nur ein passendes Format, sondern auch ein geeigneter Codec gefunden werden. Dabei gelten f├╝r die Auswahl des Codecs und des Containerformats die Kriterien, die f├╝r die Wahl von Dateiformaten beschrieben werden: Es sollte sich um einen weit verbreiteten, m├Âglichst nicht propriet├Ąren und offen dokumentierten Standard handeln, der verlustfreie oder gar keine Kompression anwendet. Au├čerdem sollte darauf geachtet werden, dass das gew├Ąhlte Format die Speicherung aller relevanten Elemente des Videos, wie beispielsweise Untertitel, unterst├╝tzt.

Das Containerformat Matroska (MKV) erf├╝llt alle Anforderungen an ein Archivformat. Es wird seit 2003 explizit als offenes Containerformat entwickelt, das modernen Anspr├╝chen gen├╝gt und viele verschiedene Codecs enthalten sowie zus├Ątzliche Elemente, wie Untertitel, speichern kann. Das Format basiert auf einer bin├Ąren Variante von XML, n├Ąmlich EBML (Extensible Binary Meta Language), was eine zuk├╝nftige flexible Erweiterung erlaubt, jedoch auch sicherstellt, dass ├Ąltere Programme weiterhin damit umgehen k├Ânnen. Zus├Ątzlich ist das Format fehlertolerant und kann bis zu einem gewissen Grad auch besch├Ądigte Dateien wiedergeben. Zusammen mit den Codecs FFV1 f├╝r Video und FLAC f├╝r Audio wird eine Standardisierung bei der IETF angestrebt, weshalb diese Kombination empfohlen wird.

Motion JPEG 2000 (MJ2) ist ein speziell f├╝r die Archivierung entwickeltes Containerformat, das unter ISO/IEC 15444-3:2007 zertifiziert und als MIME-Type video/mj2 registriert ist. Es verwendet einen eigenen Codec, JPEG 2000, der jedes Einzelbild verlustfrei mit JPEG 2000 komprimiert. Zugeh├Ârige auditive Inhalte werden von Motion JPEG 2000 ebenfalls unterst├╝tzt. Das Format ist rechenintensiv und nicht vollst├Ąndig lizenzfrei, weshalb es besser sein kann den JPEG 2000 Codec in einem anderen Containerformat, wie beispielsweise MXF zu verwenden. Au├čerdem ist zu Beachten, dass MJ2 auch verlustbehaftete Varianten kennt, die f├╝r die Archivierung nicht verwendet werden sollten. Motion JPEG 2000 darf nicht mit dem MPEG-Containerformat oder dem verlustbehafteten Motion JPEG (M-JPEG) verwechselt werden.

Die Familie der MPEG-Containerformate wird von der Moving Picture Experts Group (MPEG) entwickelt und ISO/IEC zertifiziert. Es gibt mehrere Generationen von Standards, darunter MPEG-1 (MPG), MPEG-2 (MPG) oder MPEG-4 (MP4), die entsprechend unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Standards beschreiben nicht nur Containerformate, sondern auch Codecs f├╝r Video und Audio. MPEG-1 ist seit 1991 unter ISO/IEC 11172 zertifiziert und beschreibt einen Standard f├╝r verlustbehaftete Komprimierung von Audio- und Videodaten, der eine gute Qualit├Ąt und weite Verbreitung hat. MPEG-1 ist insbesondere f├╝r das Audioformat MP3 bekannt, eignet sich aber nicht f├╝r die Langzeitarchivierung. Der ebenfalls verlustbehaftete Nachfolger, MPEG-2, ist unter ISO/IEC 13818 zertifiziert und hat eine weite Verbreitung in dem Containerformat MPEG-TS (TS) f├╝r Rundfunk├╝bertragungen oder auf DVDs gefunden. MPEG-2 kann nur als Langzeitformat f├╝r Dateien verwendet werden, die urspr├╝nglich in diesem Format entstanden sind und nicht mehr bearbeitet werden.

Der unter ISO/IEC 14496 zertifizierte MPEG-4-Standard weist eine h├Âhere Effizienz in der Komprimierung und eine h├Âhere Qualit├Ąt der Videodaten als seine Vorg├Ąnger auf. Er verwendet den Codec H.264/MPEG-4 AVC, der meistens verlustbehaftet verwendet wird, jedoch auch eine kaum verwendete verlustfreie Variante hat. Dieser Codec bietet eine hohe Bildqualit├Ąt, weshalb er eine weite Verbreitung auf Blu-ray Discs, als Aufnahmeformat oder f├╝r das Streaming ├╝ber das Internet gefunden hat. Teil 14 der MPEG-4-Spezifikation definiert das Containerformat MP4, das auch als MIME-Type video/mp4 registriert ist. Wird dieses Format mit dem H.264-Codec verwendet, kann es zur Langzeitarchivierung verwendet werden, wenn dies entweder dem Ursprungsformat der Videodatei entspricht oder verlustfreie Kompression verwendet wird.

Das Containerformat Material eXchange Format (MXF) ist ein offenes Format, das f├╝r den Austausch von auditiven und visuellen Inhalten entwickelt wurde und durch eine Reihe von Standards der Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) beschrieben wird. MXF wird vor allem im Bereich Kino und Fernsehen verwendet, wo jeweils spezialisierte Varianten verwendet werden, die nicht immer vollst├Ąndig untereinander kompatibel sind. MXF ist als MIME-Type application/mxf registriert. Zusammen mit der verlustfreien Variante des Codecs JPEG 2000 stellt MXF eine f├╝r die Langzeitarchivierung geeignete Variante dar.

Es gibt eine gro├če Zahl an weiteren Containerformaten, wie etwa MOV und ASF/WMV. Sie eignen sich aber nicht f├╝r die langfristige Videoarchivierung, da es sich dabei um propriet├Ąre Formate handelt. Bei Audio Video Interleave (AVI) handelt es sich ebenfalls um ein propriet├Ąres Format, es wird jedoch von einigen Archiven als Archivformat verwendet, da es sich um ein einfaches und robustes Format mit einer gro├čen Verbreitung handelt. Die Formate Ogg und Flash wurden vor allem f├╝r das Streaming von Videos entwickelt und sind aufgrund der verwendeten verlustbehafteten Codecs nicht als Langzeitformate geeignet.

Die Wahl des Containerformates h├Ąngt von dem zu verwendenden Codec ab, da nicht jeder Codec in jedem Container verwendet werden kann. Bekannte und verbreitete Codecs werden nachfolgend beschrieben.

Der Nachteil bei unkomprimierten Videodateien ist, dass sie sehr viel Speicherplatz (teilweise mehrere GB pro Filmminute) beanspruchen und auch f├╝r die Wiedergabe entsprechend leistungsf├Ąhige Hardware ben├Âtigen. Eine Alternative ist die Verwendung von Codecs mit verlustfreier Kompression, wie etwa FFV1, oder HuffYUV und Lagarith. Der FFmpeg Video Codec 1 (FFV1) wurde im Rahmen des FFmpeg-Projektes entwickelt, ist offen dokumentiert, hat eine weite Verbreitung gefunden und komprimiert sehr gut und schnell. Diese Eigenschaften machen ihn zu einem empfehlenswerten Codec f├╝r die Langzeitarchivierung. HuffYUV und dessen Abspaltung Lagarith wurden eigens f├╝r Windows-Systeme entwickelt, weshalb diese nicht f├╝r die langfristige Archivierung empfohlen werden k├Ânnen.

Einige Codecs k├Ânnen sowohl verlustfrei als auch verlustbehaftet komprimieren. Dazu geh├Âren: Dirac/Schroedinger, JPEG 2000, H.264/MPEG-4 AVC und H.265/MPEG-H (HEVC). Dirac/Schroedinger wurde beim BBC entwickelt, ist jedoch nicht sehr performant und wird von nur wenigen Programmen unterst├╝tzt, weshalb er aktuell nicht f├╝r die Archivierung empfohlen werden kann. Bei der Verwendung von JPEG 2000 muss darauf geachtet werden, dass die verlustfrei komprimierende Variante verwendet wird, da dieser Standard auch verlustbehaftet komprimieren kann. H.264/MPEG-4 AVC kann in einer verlustfreien Variante verwendet werden, wenn das entsprechende Programm dies unterst├╝tzt. Die verlustbehaftete Variante von H.264/MPEG-4 AVC kann nur f├╝r die Archivierung von Dateien verwendet werden, die in diesem Codec entstanden sind und nicht mehr bearbeitet werden. Seit 2013 gibt es den Codec High Efficiency Video Coding (HEVC, auch H.265/MPEG-H), der als Nachfolger f├╝r H.264 gedacht ist, jedoch noch nicht vollst├Ąndig spezifiziert ist. Daher und aus patentrechtlichen Gr├╝nden ist dieser Codec nicht f├╝r die Archivierung zu empfehlen.

Neben den oben erw├Ąhnten Codecs gibt es weitere, jedoch verlustbehaftete Codecs, wie M-JPEG, Theora und DV. Im Gegensatz zu JPEG 2000 ist der Codec Motion JPEG (M-JPEG) nicht f├╝r die langfristige Archivierung von Videodaten geeignet, da dieser keine verlustfreie Komprimierung unterst├╝tzt. Theora ist der f├╝r Ogg-Dateien entwickelte Codec. DV ist ein Codec f├╝r digitale Videos auf Videokasetten, der mit der Abl├Âsung von Kasetten durch andere Speichermedien obsolet wird. Theora und DV sind keine geeigneten Codecs f├╝r die Langzeitarchivierung.

Hinweise auf geeignete Audioformate und dazugeh├Âriger Metadaten sind in dem Kapitel Audio zu finden.

Format Begr├╝ndung
┬á Matroska (MKV) Ein offenes Containerformat, das eine gro├če Bandbreite von Codecs und erg├Ąnzenden Inhalten unterst├╝tzt. F├╝r die Archivierung k├Ânnen die Codecs FFV1 f├╝r Video und FLAC f├╝r Audio empfohlen werden. Weitere geeignete Codecs f├╝r Matroska sind H.264/MPEG-4 AVC und MPEG-2.
  Motion JPEG 2000 (MJ2) Motion JPEG 2000 verwendet den Codec JPEG 2000 und ist unter ISO/IEC 15444-3:2007 zertifiziert.
MP4 Der unter ISO/IEC 14496 zertifizierte MPEG-4-Standard verwendet den Codec H.264/MPEG-4 AVC, der meistens verlustbehaftet verwendet wird, jedoch auch verlustfrei komprimieren kann. Das Containerformat MP4 ist als MIME-Type video/mp4 registriert. Wird dieses Format mit dem H.264-Codec verwendet, kann es zur Langzeitarchivierung verwendet werden, wenn dies entweder dem Ursprungsformat der Videodatei entspricht oder verlustfreie Kompression verwendet wird.
MXF Das Containerformat Material eXchange Format (MXF) ist ein offenes Format, das durch eine Reihe von Standards der SMPTE beschrieben wird. MXF ist als MIME-Type application/mxf registriert. Zusammen mit der verlustfreien Variante des Codecs JPEG 2000 stellt MXF eine f├╝r die Langzeitarchivierung geeignete Variante dar.
MPEG-2 MPEG-2 ist unter ISO/IEC 13818 zertifiziert und komprimiert verlustbehaftet. MPEG-2 kann nur als Langzeitformat f├╝r Dateien verwendet werden, die urspr├╝nglich in diesem Format entstanden sind und nicht mehr bearbeitet werden.
┬á MPEG (weitere Varianten) Mit Ausnahme von MPEG-4 und MPEG-2 k├Ânnen andere MPEG-Varianten nicht f├╝r die Langzeitarchivierung empfohlen werden.
AVI Audio Video Interleave ist ein von Microsoft entwickeltes propriet├Ąres Format mit einer weiten Verbreitung. Es eignet sich nicht f├╝r die Langzeitarchivierung.
MOV Ein verbreitetes propriet├Ąres Format von Apple, das in QuickTime verwendet wird und nicht f├╝r die Langzeitarchivierung geeignet ist.
ASF/WMV Ein propriet├Ąres Format von Microsoft, das nicht f├╝r die Langzeitarchivierung geeignet ist.
Ogg Ein von Xiph entwickeltes und offenes Format f├╝r das Streaming von Videos, das jedoch nicht f├╝r die Archivierung geeignet ist.
Flash Ein von Macromedia und dann von Adobe entwickeltes Format f├╝r das Streaming von Videos. Es ist nicht f├╝r die Langzeitarchivierung geeignet.

Dokumentation

Neben den allgemeinen minimalen Angaben zu Einzeldateien, wie sie in dem Abschnitt Metadaten in der Anwendung gelistet sind, werden f├╝r Videos weitere Angaben ben├Âtigt, die insbesondere technische Details dokumentieren.

Die technischen Angaben zu Bildformat, Seitenverh├Ąltnis, Bildfrequenz, Bitrate und Codec werden zur korrekten Wiedergabe der Datei ben├Âtigt. Angaben zu L├Ąnge, Tonkan├Ąlen, Profilen und weiteren Inhalten sind zur Pr├╝fung auf Vollst├Ąndigkeit der Datei erforderlich.

Bereits eingebettete Metadaten, wie beispielsweise Exif, oder Bestandteile im Containerformat sollten behalten und archiviert werden. Am besten werden sie in eine eigene Text- oder XML-Datei transferiert und getrennt gespeichert.

Metadatum Beschreibung
L├Ąnge Dauer des Videos. Diese Angaben sollten konform zu ISO 8601 erfolgen. Beispiel: P3Y6M4DT12H30M5S (3 Jahre, 6 Monate, 4 Tage, 12 Stunden, 30 Minuten und 5 Sekunden) oder T2H2M (2 Stunden und 2 Minuten)
Bildgr├Â├če und Seitenverh├Ąltnis Ma├če des Bildes gemessen in Pixeln, z.B. $1280px \times 720px$, und Angabe des Seitenverh├Ąltnisses f├╝r die korrekte Darstellung im Verh├Ąltnis Breite zu H├Âhe, z.B.: 16:9
Bildfrequenz Angabe der Bildfrequenz in Bildern pro Sekunde, z.B. 25
Bitrate Video Angabe der Datenrate in Bits pro Sekunde, z.B. 863 kbps
Farbraum Angabe des verwendeten Farbraums, z.B. YUV
Farbtiefe z.B. 8 bit oder 10 bit
Farbunterabtastung Angabe der verwendeten Farbunterabtastung, z.B. 4:2:0
Videocodec Name und Version des verwendeten Videocodecs und welche Kompression verwendet wird
Audiostreams Anzahl der enthaltenen Audiostreams
Audiocodec Angaben zu den verwendeten Audiocodecs je enthaltenen Audiostreams
Bitrate Audio Angabe der Datenrate in Bits pro Sekunde je enthaltenen Audiostreams, z.B. 666 kbps
Abtastrate Angabe der Abtastrate in Hertz je enthaltenen Audiostreams, z.B. 44.1 kHz
Tonkan├Ąle Angabe ├╝ber Anzahl der Tonkan├Ąle je enthaltenen Audiostreams
Profil Wenn ein bestimmtes Videoprofil f├╝r ein Containerformat verwendet wurde, bitte angeben.
Weitere Inhalte Angabe ├╝ber weitere Inhalte, die in dem Containerformat enthalten sind oder als zus├Ątzliche Datei vorliegen, wie beispielsweise Untertitel
Aufnahmeger├Ąt Herstellername und Modell des Aufnahmeger├Ąts (z.B. eine Kamera)
Software Name und Versionsnummer der Software, mit der das Video aufgenommen, erstellt oder bearbeitet wurde, wie z.B. Adobe Premiere Pro CC (2015.1)

Weitere Metadaten sind methodenabh├Ąngig und k├Ânnen in den jeweiligen Abschnitten nachgelesen werden.

Weitere Inhalte

Aufnahme ┬Ě Bildgr├Â├če ┬Ě Bitrate ┬Ě Chroma, Chrominanz ┬Ě Codec ┬Ě Containerformat ┬Ě Datenrate ┬Ě Demultiplexing, Demuxing ┬Ě Digitalisierung ┬Ě Farbkanal ┬Ě Farbmodelle ┬Ě Farbraum ┬Ě Farbtiefe ┬Ě Farbunterabtastung (chroma subsampling) ┬Ě FourCC ┬Ě Interframe-Kompression ┬Ě Intraframe-Kompression ┬Ě Luma, Luminanz ┬Ě Metadaten ┬Ě Multiplexing, Muxing ┬Ě Pillarboxing ┬Ě Seitenverh├Ąltnis ┬Ě Transcodierung (Praxis) ┬Ě Transcodierung (Theorie) ┬Ě Wiedergabeprogramme

Die Informationen f├╝r Bild und Ton von Videos werden jeweils in einem eigenen Format gespeichert, dem sogenannten Codec, welche in einem Containerformat zusammengef├╝hrt werden.

Das Bildformat von Videodateien ist nicht nur von der Anzahl der Pixel, sondern auch von dem Seitenverh├Ąltnis abh├Ąngig. Analog zu Rastergrafiken werden Videos in einem Farbraum mit einer bestimmten Farbtiefe gespeichert. Eine Besonderheit dabei ist die Farbunterabtastung, die zur verlustbehafteten Reduzierung der Datenmenge angewendet werden kann. Die Datenmenge ist au├čerdem von der Bitrate abh├Ąngig, die variabel oder konstant sein kann.

Containerformat

video_container.png

Das Containerformat Matroska enth├Ąlt einen Video- und zwei Audiostreams. Die Punkte deuten an, dass weitere Inhalte m├Âglich sind. Der verwendete Codec f├╝r den Film ist FFV1, der f├╝r beide Tonspuren FLAC.
Das Containerformat Matroska enth├Ąlt einen Video- und zwei Audiostreams. Die Punkte deuten an, dass weitere Inhalte m├Âglich sind. Der verwendete Codec f├╝r den Film ist FFV1, der f├╝r beide Tonspuren FLAC.
In der Regel handelt es sich bei Multimediaformaten, zu denen Videodateien z├Ąhlen, um Containerformate, die mehrere verschiedene Inhalte zusammenfassen. Zu den Inhalten geh├Ârt neben dem eigentlichen Bildinhalt auch begleitender Ton. Zus├Ątzlich k├Ânnen Untertitel, strukturierende Angaben, wie etwa Kapiteleinteilungen, oder allgemeine Metadaten enthalten sein. Dabei wird jeder dieser Inhalte in einem eigenen Format gespeichert. Formate f├╝r die visuellen und auditiven Inhalte werden Codecs genannt. In der nebenstehenden Abbildung ist ein Videocontainer mit einem Video- und zwei Audiostreams veranschaulicht.

Es gibt eine gro├če Zahl an Containerformaten, die f├╝r unterschiedliche Anforderungen entwickelt wurden und daher auch jeweils einen unterschiedlichen Funktionsumfang aufweisen. Beispielsweise k├Ânnen manche Formate, wie beispielsweise Motion JPEG 2000, nur mit einem oder wenigen Codecs umgehen, w├Ąhrend andere Formate, wie etwa Matroska (MKV), so gut wie jeden existierenden Video- und Audiocodec speichern k├Ânnen. Das bedeutet auch, dass eine MKV-Datei nicht gleich einer anderen MKV-Datei ist, da sie unterschiedliche Codecs enthalten kann.

Ob eine Mediendatei ge├Âffnet und wiedergegeben werden kann h├Ąngt nicht nur davon ab, ob das verwendete Wiedergabeprogramm mit dem Containerformat umgehen kann, sondern auch, ob die verwendeten Codecs unterst├╝tzt werden. Die Dateiendung gibt dabei nur ├╝ber das Containerformat Auskunft, w├Ąhrend die darin enthaltenen Codecs erst durch ├ľffnen der Datei oder mittels Analyseprogrammen ermittelt werden k├Ânnen.

Das Zusammenf├╝hren der einzelnen Komponenten in ein Containerformat wird als Multiplexing oder Muxing bezeichnet, w├Ąhrend das Aufsplitten der Inhalte eines Containers Demultiplexing oder Demuxing genannt wird.

Codec und Kompression

video_transcodierung.png

Ablauf einer Transcodierung. Die Quelldatei wird entpackt (Demultiplexing). Die einzelnen Video- und Audioinhalte werden zun├Ąchst decodiert und anschlie├čend im Zielcodec codiert. Schlie├člich werden die Einzelinhalte in der Zieldatei verpackt (Multiplexing).
Ablauf einer Transcodierung. Die Quelldatei wird entpackt (Demultiplexing). Die einzelnen Video- und Audioinhalte werden zun├Ąchst decodiert und anschlie├čend im Zielcodec codiert. Schlie├člich werden die Einzelinhalte in der Zieldatei verpackt (Multiplexing).
F├╝r die Speicherung der eigentlichen Film- und Toninhalte von Videos in den Containerformaten gibt es eigene Codecs, die definieren wie die Datenstr├Âme gespeichert und gelesen werden.

Der Begriff Codec setzt sich aus den englischen W├Ârtern coder (Codierer) und decoder┬á (Decodierer) zusammen. Die Konvertierung von einem Codec in einen anderen wird Transcodierung genannt und wird schematisch in der nebenstehenden Abbildung dargestellt.

Codecs bieten immer eine Kompression der Daten, die entweder verlustbehaftet oder verlustfrei erfolgen kann. Dabei verwenden die Codecs unterschiedliche Verfahren an, die grob in Intraframe- und Interframe-Kompression unterteilt werden k├Ânnen. Intraframe-Kompression beschr├Ąnkt sich auf die Komprimierung der Daten eines Einzelbildes, w├Ąhrend bei der Interframe-Kompression ├╝ber eine ganze Videosequenz hinweg komprimiert wird. Letzteres hat den Nachteil, dass eventuell auftretende Fehler nicht nur ein Einzelbild, sondern eine ganze Sequenz an Bildern korrumpieren.

Die einzelnen Codecs werden durch einen FourCC (Four Character Code) im Header der Datei oder des Dateiteils identifiziert. Es handelt sich dabei um einen vier Byte langen Bezeichner, der aus ASCII-Zeichen besteht und somit auch f├╝r Menschen lesbar und erkennbar ist, wie beispielsweise FFV1 f├╝r FFV1 oder MJ2C f├╝r Motion JPEG 2000.

Videodaten k├Ânnen auch unkomprimiert in einem Container gespeichert werden, jedoch muss dabei beachtet werden, dass es verschiedene Varianten gibt, die nicht unbedingt untereinander kompatibel sind und im schlechtesten Fall sogar nur von spezifischen Programmen verarbeitet werden k├Ânnen. Daher sind zumindest weitere Angaben ├╝ber Farbtiefe, Aufl├Âsung und Bildfrequenz erforderlich. Der Nachteil von unkomprimierten Videodateien ist, dass sie sehr viel Speicherplatz (teilweise mehrere GB pro Filmminute) beanspruchen.

Da nicht jeder Codec in jedem Container verwendet werden kann, h├Ąngt die Wahl des Codecs von dem zu verwendenden Containerformat ab.

Bildgr├Â├če und Seitenverh├Ąltnis

F├╝r die Bildgr├Â├če von digitalen Videos gilt im Prinzip das Gleiche, wie f├╝r die Bildgr├Â├če von Rastergrafiken, die in dem Abschnitt Bildgr├Â├če und Aufl├Âsung beschrieben wird.

Zusammen mit der Bildgr├Â├če sollte immer das Seitenverh├Ąltnis angegeben werden, da aufgrund des analogen Ursprungs von einigen Videoformaten die Pixel nicht in jedem Fall quadratisch sind und f├╝r die Darstellung entsprechend umgerechnet werden m├╝ssen. Das Seitenverh├Ąltnis bezieht sich auf die Darstellung des Bildes und wird als Verh├Ąltnis von Breite zu H├Âhe angegeben, wie beispielsweise 4:3 f├╝r SD PAL.

Wenn ein analoges Video digitalisiert wird, muss darauf geachtet werden, dass das urspr├╝ngliche Bild nicht verzerrt oder beschnitten wird, also das Seitenverh├Ąltnis gleich bleibt. Bei der Wiedergabe kann das Bild in das Format des Wiedergabemediums durch sogenanntes Pillarboxing eingef├╝gt werden, wobei schwarze R├Ąnder in Kauf zu nehmen sind. Ein typisches Beispiel hierf├╝r ist die Wiedergabe von Videokassetten mit dem Verh├Ąltnis 4:3 auf Breitbildmonitoren mit einem Seitenverh├Ąltnis von 16:9.

video_4-3zu16-9.png

Das Bild links im Seitenverh├Ąltnis 4:3 wurde rechts mittels Pillarboxing in das Seitenverh├Ąltnis 16:9 ├╝bertragen, wodurch links und rechts davon schwarze Balken zu sehen sind. (Blender Foundation)
Das Bild links im Seitenverh├Ąltnis 4:3 wurde rechts mittels Pillarboxing in das Seitenverh├Ąltnis 16:9 ├╝bertragen, wodurch links und rechts davon schwarze Balken zu sehen sind. (Blender Foundation)

Farbinformationen

Was Farbtiefe und Farbraum bedeutet, wird in dem Kapitel ├╝ber Rastergrafiken in dem Abschnitt Farbtiefe und in dem Abschnitt Farbmodell und Farbraum erl├Ąutert.

Speziell f├╝r die Farbdarstellung auf selbstleuchtenden Ger├Ąten wurden eigene Farbmodelle entwickelt, zu denen YUV, YCbCr und YPbPr mit jeweils drei Kan├Ąlen geh├Âren. Dabei beschreibt der erste Kanal, das Y, die Helligkeit der einzelnen Bildpunkte (Luma oder auch Luminanz). Der Y-Kanal wird somit f├╝r die ├ťbertragung eines Schwarz-Wei├č-Bildes verwendet. Der Farbanteil (Chroma oder Chrominanz) wird jeweils mit den zwei ├╝brigen Kan├Ąlen (U & V, Cb & Cr oder Pb & Pr) repr├Ąsentiert.

video_YUV-YCbCr.png

Links die Aufteilung eines Bildes in die drei Kan├Ąle Y, U und V. Auf der rechten Seite wurde das Bild in die drei Kan├Ąle Y, Cb und Cr aufgeteilt. (Wikimedia Commons)
Links die Aufteilung eines Bildes in die drei Kan├Ąle Y, U und V. Auf der rechten Seite wurde das Bild in die drei Kan├Ąle Y, Cb und Cr aufgeteilt. (Wikimedia Commons)

Da das menschliche Auge Farben im Vergleich zu Helligkeiten schlechter aufl├Âsen kann, wird eine Reduzierung in der Aufl├Âsung von Farbanteilen schlechter wahrgenommen. Wenn also der Y-Kanal vollst├Ąndig ├╝bertragen wird, w├Ąhrend die beiden Farbkan├Ąle jeweils reduziert ├╝bertragen werden, ist optisch f├╝r den Menschen kein Unterschied in der Sch├Ąrfe feststellbar. Diesen Umstand macht sich die Farbunterabtastung (engl. chroma subsampling) zunutze, die im Folgenden und in der untenstehenden Abbildung kurz erl├Ąutert wird.

Farbunterabtastung wird meist durch drei Zahlen dargestellt, die jeweils mit einem Doppelpunkt voneinander getrennt werden, wie beispielsweise 4:2:0. Die erste Ziffer bezieht sich auf die Luminanz, die als Referenz f├╝r die weiteren Ziffern verwendet wird. Es handelt sich dabei ├╝blicherweise um eine Vier.

Die zweite Ziffer beschreibt die horizontale Abtastung beider Farbkan├Ąle im Verh├Ąltnis zur Luminanz. Handelt es sich dabei um eine Vier, wird die Chrominanz vollst├Ąndig abgetastet, w├Ąhrend eine Zwei bedeutet, dass die Chrominanz in der Horizontalen nur halb so oft, wie die Luminanz abgetastet wird.

Die dritte Ziffer bezieht sich auf die vertikale Abtastung. Wenn die dritte Ziffer gleich der zweiten Ziffer ist, wird keine vertikale Farbunterabtastung angewendet. Wenn die dritte Ziffer eine Null ist, findet eine vertikale Farbunterabtastung im Verh├Ąltnis 2:1 beider Farbkan├Ąle statt.

Eine vierte Ziffer, die immer den gleichen Wert der ersten Ziffer hat, wird verwendet, wenn zus├Ątzlich Transparenz kodiert werden soll.

video_farbunterabtastung.png

Schematische Darstellung der Farbunterabtastung. Bei 4:4:4 werden die Informationen aller drei Kan├Ąle vollst├Ąndig abgetastet. Bei 4:2:2 wird der Y-Kanal vollst├Ąndig und im U- und V-Kanal jeweils nur jeder zweite Pixel jeder Zeile gelesen. Bei 4:2:0 wird der Y-Kanal ebenfalls vollst├Ąndig gelesen, w├Ąhrend die Farbkan├Ąle U und V jeweils nur zur H├Ąlfte in der Horizontalen und in der Vertikalen gelesen werden, also nur jeder zweite Pixel in jeder zweiten Zeile. Werden die drei Kan├Ąle zusammengerechnet, weisen die Gesamtbilder optisch kaum sichtbare Unterschiede auf.
Schematische Darstellung der Farbunterabtastung. Bei 4:4:4 werden die Informationen aller drei Kan├Ąle vollst├Ąndig abgetastet. Bei 4:2:2 wird der Y-Kanal vollst├Ąndig und im U- und V-Kanal jeweils nur jeder zweite Pixel jeder Zeile gelesen. Bei 4:2:0 wird der Y-Kanal ebenfalls vollst├Ąndig gelesen, w├Ąhrend die Farbkan├Ąle U und V jeweils nur zur H├Ąlfte in der Horizontalen und in der Vertikalen gelesen werden, also nur jeder zweite Pixel in jeder zweiten Zeile. Werden die drei Kan├Ąle zusammengerechnet, weisen die Gesamtbilder optisch kaum sichtbare Unterschiede auf.

Datenrate

Die Datenrate, gibt an wie viele Daten in einer bestimmten Zeitspanne ├╝bertragen oder gelesen werden. Bei digitalen Videos wird die Datenrate in Bits pro Sekunde gemessen, weshalb hier auch von Bitrate gesprochen wird.

Wenn eine konstante Bitrate (constant bitrate, CBR) angewendet wird, wird pro Sekunde immer die gleiche Datenmenge ├╝bertragen, was zur Folge haben kann, dass komplexe Bildinhalte an Qualit├Ąt verlieren. Bei der Anwendung einer variablen Bitrate (variable bitrate, VBR) variiert die Menge der ├╝bertragenen Daten je nach Komplexit├Ąt des Bildinhaltes, was eine h├Âhere Bildqualit├Ąt zur Folge hat. Da bei der VBR ruhige und einfache Bild├╝berg├Ąnge und -inhalte mit einer niedrigen Datenrate gespeichert werden, kann der Speicherplatzverbrauch verringert werden.

In den meisten Codecs wird eine variable Bitrate verwendet.

In diesem Abschnitt sind Hinweise zum Umgang mit Videodateien gesammelt. Es gibt Erl├Ąuterungen mit Literatur- und Programmhinweisen ├╝ber die Ansicht und Extraktion von Metadaten, die Wiedergabe und die Transcodierung von Videos. Zur Digitalisierung von Filmmaterial k├Ânnen nur allgemeine Hinweise gegeben werden.

Metadaten

video_mediainfo.png

Die ├ťbersichtsseite von MediaInfo f├╝r eine analysierte MKV-Datei.
Die ├ťbersichtsseite von MediaInfo f├╝r eine analysierte MKV-Datei.
Die technischen Metadaten der Containerdatei sind in der Regel in dessen Header gespeichert. Weitere Metadaten k├Ânnen in den Video- und Audiostreams gespeichert sein. Diese Daten k├Ânnen von verschiedenen Programmen ausgelesen werden. Ein Programm, das mit vielen Formaten umgehen kann und auch den Export von Metadaten in eine gesonderte Datei erlaubt ist MediaInfo.

Zu den Exportformaten geh├Âren PBCore und EBUCore. Es handelt sich dabei um Metadatenschemata, die speziell f├╝r Film und Ton von Public Broadcasting in den USA, beziehungsweise von der European Broadcasting Union (EBU) entwickelt wurden. Die Moving Pictures Experts Group (MPEG) hat MPEG-7 f├╝r die Dokumentation von Multimediadateien entwickelt, der insbesondere zur Erweiterung der anderen MPEG-Standards gedacht ist.

Wiedergabeprogramme

video_vlc.png

VLC media player
VLC media player
Jedes Betriebssystem hat meist schon ein Programm f├╝r die Wiedergabe von Videodateien vorinstalliert. Jedoch k├Ânnen diese Programme nur mit einer begrenzten Auswahl von Containerformaten und Codecs umgehen. Codecs k├Ânnen nachtr├Ąglich installiert werden, wobei aber auf Kompatibilit├Ąt mit dem Wiedergabeprogramm geachtet werden muss.

Ein Programm, das mit allen hier vorgestellten Formaten und Codecs umgehen kann, ist der VLC media player. Unter der einfach gehaltenen Oberfl├Ąche verbirgt sich eine Vielzahl an Funktionalit├Ąten und das Programm gibt es f├╝r alle g├Ąngigen Betriebssysteme.

Transcodierung

F├╝r die Transcodierung von einem Codec in einen weiteren gibt es einige frei verf├╝gbare Programme, wie beispielsweise der bereits vorgestellt VLC media player, der eine leicht verst├Ąndliche grafische Oberfl├Ąche anbietet. Auch das frei verf├╝gbare Programm Handbrake ist f├╝r mehrere Betriebssysteme verf├╝gbar und bietet eine grafische Oberfl├Ąche, ist jedoch im Gegensatz zu VLC nur auf die Transcodierung spezialisiert.

F├╝r fortgeschrittene Anwender ist das ebenfalls frei verf├╝gbare FFmpeg zu empfehlen, das komplexere und detailliertere Transcodierungsoptionen erlaubt und auch von der Kommandozeile aus gesteuert werden kann.

Digitalisierung und Aufnahme

Die Digitalisierung von Film- und Videomaterial ist angesichts der beinahe un├╝berschaubaren Menge an analogen Film- und Videoformaten nicht Gegenstand dieser Empfehlungen.

Im Allgemeinen sollte darauf geachtet werden, dass das originale analoge Material weiterhin erhalten bleibt. Bei der Digitalisierung muss auf gr├Â├čtm├Âgliche Qualit├Ąt und Originaltreue geachtet werden, wobei vor allem Farbwiedergabe und Seitenverh├Ąltnis unver├Ąndert bleiben sollten. Die Konsultierung eines darauf spezialisierten Archivs oder Dienstleisters ist hierbei ratsam.

Die Aufnahmen neuer Videos sollten digital erfolgen, da diese die Analogtechnik inzwischen an Qualit├Ąt meist ├╝bertrifft. Dabei sollten die Audiodaten in linearem PCM oder FLAC aufgenommen werden und die Videodaten entweder unkomprimiert, als FLAC oder in m├Âglichst hochqualitativem H.264/MPEG-4 AVC gespeichert werden. Von der DFG gibt es weitere Hinweise in der Handreichung Empfehlungen zu datentechnischen Standards und Tools bei der Erhebung von Sprachkorpora.

Archaeology Data Service, Digital Video: A Guide to Good Practice
http://guides.archaeologydataservice.ac.uk/g2gp/Video_Toc

W. Bergmeyer, Multimedia/Komplexe Applikationen, in: H. Neuroth -- A. O├čwald -- R. Scheffel -- S. Strathmann -- K. Huth (Hrsg.) nestor Handbuch. Eine kleine Enzyklop├Ądie der digitalen Langzeitarchiverung. Version 2.3 (2010) Kap. 17.4
http://www.nestor.sub.uni-goettingen.de/handbuch

G. Blood, Refining Conversion Contract Specifications: Determining Suitable Digital Video Formats for Medium-term Storage. (2011)
http://www.digitizationguidelines.gov/audio-visual/documents/IntrmMastVi...

P. Bubestinger -- H. Lewetz -- M. Jaks, The archivist's video codec and container FAQ (2013)
http://download.das-werkstatt.com/pb/mthk/info/video/FAQ-digital_video_a...

P. Bubestinger -- H. Lewetz -- M. Jaks, Comparing video codecs and containers for archives (2015)
http://download.das-werkstatt.com/pb/mthk/info/video/comparison_video_co...

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http://www.ebu.ch/en/technical/trev/trev_291-devlin.pdf

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What is a FOURCC? (englisch, 04. 2016)
http://www.fourcc.org/fourcc.php

Wikipedia Bitrate (deutsch, 04. 2016)
https://de.wikipedia.org/wiki/Bitrate

Wikipedia MPEG-4 (englisch, 04. 2016)
https://en.wikipedia.org/wiki/MPEG-4

Filmausschnitte aus Big Buck Bunny von der Blender Foundation (2008)
http://www.bigbuckbunny.org/

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Letzte Änderung: 12. September 2016