Die Kompression von Videodaten

Videos, insbesondere hochauflösende Filme, erzeugen riesige Datenmengen. Damit diese Videodaten auf herkömmliche Speichermedien wie Video-DVDs oder Blu-Rays passen, werden sie komprimiert.

Ein Video ist eine aufeinanderfolgende Reihe von Einzelbildern. Damit die auf den Einzelbildern gezeigten Bewegungen flüssig erscheinen, muss das Video aus mindestens 25 Einzelbildern pro Sekunde bestehen. Die einfachste Speicherart für ein Video ist also, die Einzelbilder hintereinander in eine Datei zu schreiben. Ein Abspielprogramm zeigt dann lediglich jedes Bild eine fünfundzwanzigstel Sekunde an und springt zum nächsten Bild.

Das Problem ist die entstehende Datenmenge. Ein Video auf einer DVD hat eine Auflösung von 720 x 576 Bildpunkten. Außerdem stehen drei Farbkanäle mit je einer Farbtiefe von 8 Bit zur Verfügung. Jedes Einzelbild ist deshalb 1,19 MByte groß. Eine Sekunde besteht aus 25 Einzelbildern. Für eine Sekunde Video fallen also schon 30 MByte Daten an. Ein typischer Hollywood-Film ist durchschnittlich 75 Minuten lang. Das ergibt eine Datenmenge von 131 GByte. Und der Ton ist dabei noch nicht enthalten.

Nur wenige Datenträger und Geräte bieten so viel Speicherkapazität. Kompression reduziert die Datenmenge eines Videos so stark, dass auf eine zweischichtige DVD mit lediglich 8,4 GByte Kapazität bequem ein zwei Stunden langer Film Platz findet – inklusive zahlreicher Tonspuren und unterschiedlichem Bonusmaterial.

Es gibt zwei Arten von Kompression. Die verlustfreie Kompression versucht, Daten so zu verringern, dass keine Informationen verloren gehen. Dabei werden in der Regel wiederkehrende Muster und Serien von exakt gleichen Informationen durch Kurzformen ersetzt. Beispiel: Hundert Buchstaben „B“ werden durch ein „B“ und den Hinweis ersetzt, diesen Buchstaben hundert Mal zu wiederholen. Bereits diese Maßnahme kann zu einer deutlich reduzierten Datenmenge führen.

Die verlustbehaftete Kompression hingegen löscht ganz gezielt Informationen. Was für das menschliche Auge oder Ohr nicht wahrnehmbar ist, wird ersatzlos gestrichen. Das können etwa sehr feine Farbunterschiede sein oder bestimmte unhörbare Tonveränderungen.

Aktuelle Codecs kombinieren geschickt verlustfreie und verlustbehaftete Kompressionsmethoden, um eine maximale Datenreduktion bei möglichst wenig Qualitätsverlust zu erreichen. Codecs suchen also den optimalen Kompromiss zwischen geringstmöglichem Datenvolumen und bestmöglicher Qualität von Bild und Ton.

Durch die Verwendung von Containern lassen sich zudem jeweils für Audio und Video unterschiedliche Codecs verwenden. So können die jeweils besten Codecs für Video und Audio kombiniert werden.