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Einführung in Bandbreite und Streaming Media

Teil 4: Video-Kompression und Keyframes

So wie Dateien mit Standbildern komprimiert werden, z.B. mit dem JPG-Algorithmus, so werden auch Streaming Media-Dateien mit Video- und Audiodaten komprimiert. Dadurch wird die Zahl der Bytes für jedes Frame verringert, was wiederum den Bedarf an Bandbreite für die Datenübertragung vermindert. Zusätzlich zur Komprimierung wird noch ein weitere Methode eingesetzt, um die Dateigröße zu verkleinern.

Wie schon erwähnt, bestehen Videofilme aus vielen aneinandergefügten Einzelbildern. Jedes Frame wird kurz gezeigt, es entsteht ein fließender Eindruck. Aber oft gibt es keine Bewegung oder Veränderung im Video zwischen einem Frame und dem nächsten. Ein Video über ein Softwareprogramm zeigt z.B. die Benutzeroberfläche während der gesprochenen Erklärungen, z.T. über Minuten hinweg.

Wenn sich jedoch nichts verändert, müssen auch keine neuen Videodaten übertragen werden. Der Player kann einfach dasselbe Frame zeigen, wodurch natürlich die Bandbreite enorm reduziert wird.

Stellen Sie sich nun ein Video vor, bei dem nur der Mauszeiger über das Hintergrundbild wandert, während der Autor auf einzelne Punkte des Programms hinweist. Statt jetzt immer ein komplettes Frame zu schicken, werden nur die Veränderungen weitergegeben. Nur die Bildbereiche um den Mauszeiger werden ausgetauscht, nicht jedoch das gesamte Einzelbild. Der Cursor und die umgebenden Bildteile sind recht klein, so dass nur wenige Daten übermittel werden müssen, um die Änderungen darzustellen. Wird nur der Teild es Frames geschickt, der sich verändert hat, wird viel Bandbreite eingespart.

Andererseits wird aber auch klar, dass viele Bewegungen den Bedarf an Datenübertragung erhöhen, weil mehr und größere Bildbereiche ausgetauscht werden müssen. Bewegung erhöht die Anforderungen an die Bandbreite und die Internetverbindung.

Keyframes und Deltaframes

Es gibt zwei Typen von Video-Frames, genannt Keyframes (Schlüsselframe) und Deltaframe. Keyframes enthalten alle Pixel, aus denen sich das Einzelbild zusammensetzt. Deltaframes enthalten nur die Veränderungen zum vorherigen Frame. Keyframes mit den kompletten Daten werden in regelmäßigen Abständen in das Video eingefügt, entweder alle x Frames oder alle x Sekunden. Windows Media Encoder z.B setzt standardmäßig 1 Keyframe für alle 10 Frames. Die Abfolge sieht etwa so aus:

Key frame | delta frame | delta | delta | delta | key | ...

Gibt es keine Veränderungen von einem zu dem nächsten Frame, dann enthalten Deltas 0 Byte an Daten. Hat sich alles verändert, wäre ein Deltaframe so groß wie ein Keyframe, denn es müsste das gesamte Bild pixelgetreu enthalten.

Framerate und Bandbreite

Die Anzahl der Veränderungen von Einzelbild zu Einzelbild beeinflusst die geforderte Bandbreite u.U. mehr als eine erhöhte Aufnahmerate bei einem Video mit wenig Datenveränderung.

Die Framerate, d.h. die pro Sekunde aufgenommenen Bilder, hat einen unterschiedlichen Einfluss auf die geforderte Bandbreite für die Übertragung des Videos. Bei vielen Veränderungen zwischen den Frames kann eine hohe Framerate Aufnahme und Übermittlung belasten.

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