„Wir eliminieren den Flaschenhals für IPTV“ - Interview mit Thomas Kramer (Rovi) zum neuen Videokomprimierungsstandard HEVC
Thomas Kramer, Experte in Sachen Codecs und Produktmanager für MainConcept-Lösungen beim Technologie-Konzern Rovi, erläuterte im Interview mit IPTV-Anbieter.info unter anderem das Prinzip von HEVC, die Möglichkeiten und Vorteile des neuen Codecs und wer von ihnen profitiert und in welchem Zusammenhang HEVC mit Ultra HD genau steht.
Thomas Kramer: HEVC ist ein Videokomprimierungsstandard, auch Codec genannt und ein Nachfolder von AVC/H.264. Aus diesem Grund wird dieser oft als HEVC/H.265 bezeichnet. Ein früherer Codec war MPEG-2, der ebenfalls immer noch im Einsatz ist.
Digitale Videokomprimierung wird heutzutage in allen Bereichen des Fernsehens und bei Internetvideos verwendet, um die Datenmenge bei der Übertragung von Bildsignalen zu verringern. Würde man keine Komprimierung anwenden, wäre die Datenmenge eines Films so hoch, dass kein vernünftiger Transport über Satellit, Kabel oder Internet möglich wäre. Auch für die Komprimierung von Audiodaten gibt es Standards, dort sind MP3 und Dolby Digital die wohl bekanntesten.
Zur Videokomprimierung gehört sowohl ein Codierer als auch Decodierer. Der Codierer befindet sich oft auf der Seite des Senders, also z.B. der Fernsehstation oder des Internetvideoanbieters wie YouTube oder Maxdome.
Der Decodierer befindet sich meist auf der Seite des Empfängers, also zu Hause im Fernseher, im Satellitenempfänger oder im PC/Laptop. Somit wird gewährleistet, dass vom Sender zum Empfänger über die oft teure Leitung des Satelliten oder über die geringe Bandbreite des Internets möglichst wenig Daten für die Übertragung des Signals verwendet werden.
Als Eingangssignal dient stets eine Reihe unkomprimierter Bilder, welche meist von einer Videokamera aufgezeichnet und in einer Rate von beispielsweise 25 Bildern pro Sekunde (Framerate) an den Codierer übergeben und komprimiert werden. Auf der Seite des Empfängers ergeben diese Bilder nach der Dekomprimierung ein für das menschliche Auge flüssiges Videobild.
Codecs wie HEVC und dessen Vorgänger, beachten nicht nur Ähnlichkeiten und Unterschiede innerhalb eines Bildes (Intra-Frame), sondern untersuchen auch Bildverschiebungen zwischen aufeinander folgenden Bildern (Inter-Frame). Sie machen sich dabei einer Eigenschaft des menschlichen Auges zunutze, Bildbereiche mit viel Veränderung oder schneller Bewegung weniger detailreich wahrzunehmen. Diese Bereiche werden dann vom Codec auch mit weniger Daten übertragen.
Thomas Kramer: Das Prinzip ist sowohl bei MPEG-2, MPEG-4 Teil 2, als auch bei MPEG-4 Teil 10 (H.264) ähnlich wie bei HEVC: Jedes Bild wird in kleinere Teile, sogenannte Macroblöcke, aufgegliedert. Zu jedem Macroblock werden dann Ähnlichkeiten (Redundanzen) oder Bewegungen (Motion) aus anderen Bildern gesucht. MPEG-2 hat dabei immer nur wenige, zeitlich vorherige Bilder beobachtet, wobei MPEG-4 die Suchweite auf mehr Bilder vergrössert hat und auch in zukünftige Bilder schaut.
H.264 und HEVC/H.265 untersuchen zudem auch noch das aktuelle Bild nach Redundanzen zwischen Macroblöcken. HEVC führt die flexible Macroblockgröße ein, die sogenannte Coding Unit. Damit werden Redundanzen und Bewegungen auch zwischen unterschiedlich grossen Bildbereichen oder Objekten gefunden, was besonders bei grösseren Bildauflösungen (HD und Ultra HD) einen Vorteil bei der Komprimierungseffizienz zur Folge hat.
Thomas Kramer: Die effizientere Komprimierung von HEVC gegenüber bisherigen Komprimierungsstandards erlaubt drei unterschiedliche Sichtweisen der Vorteile.
Da wäre zum ersten die Übertragung eines Videos in besserer visueller Bildqualität oder höherer Bildauflösung bei gleicher Datenmenge. Zum zweiten wäre da die Verringerung der Datenmenge für die Übertragung eines Videos mit gleicher visueller Bildqualität. Der dritte Vorteil wären mehr Videoangebote trotz gleichbleibender Übertragungskosten oder Internetbandbreite.
Welcher der drei Fälle zum Tragen kommt, hängt vom Fernsehanbieter bzw. des Internetvideo-Providers ab. Allerdings kann man leicht erkennen, dass der Anwender, also der Video-Konsument, in allen drei Fällen am meisten von der effizienteren Komprimierung des HEVC-Standards profitiert.
Thomas Kramer: Ein neuer Komprimierungsstandard wie HEVC bedeutet eine enorme technische Umstellung auf der Seite des Fernseh- und IPTV-Anbieters, wo alle Arbeitsabläufe den neuen Komprimierungsstandard „verstehen“ müssen. Zudem werden entsprechende neue Endgeräte für das Decodieren auf der Seite des Konsumenten benötigt, also Fernseher oder Satelliten-/Kabelreceiver. Das heißt, bevor solche kostenintensiven Investitionen getätigt werden, wartet die Industrie meist mehrere Jahre, bis sich vorherige Investitionen armortisiert haben oder der neue Standard tatsächlich von mehreren Seiten gefordert wird. Letzteres erfolgt über ausgeprägte Verbreitung des neuen Codecs in Form von Videomaterial, welches in diesem Format codiert wurde.
Thomas Kramer: Nein, nicht direkt. Ultra-HD-Auflösungen sind unabhängig vom verwendeten Codec. Es gibt bereits jetzt 4K-Videos, die mit dem H.264 Standard codiert worden sind. Auch professionelle Kameras arbeiten mit dieser hohen Auflösung. Allerdings ist die Übertragung des Videomaterials in Ultra-HD-Auflösung sehr teuer im Bezug auf Übertragungsbandbreite für IPTV oder Satellitenfernsehen. Genau diesen Flaschenhals versucht HEVC durch die effizientere Komprimierung zu eliminieren. Wir gehen davon aus, dass es trotzdem 4K-Angebote geben wird, die noch nicht auf HEVC basieren werden, da der Druck der Fernsehanbieter enorm ist, die neuen Ultra-HD Geräte für Konsumenten schmackhaft zu machen.
Thomas Kramer: Im Laufe dieses Jahres (2013), erwarten wir erste Internet-basierte Videoservices, die HEVC als Komprimierung verwenden. Allerdings können das nur solche Anbieter durchführen, die auch die Endgeräte oder Playersoftware beim Anwender mitliefern. Hinzu kommen die sich bereits formierenden Partnerschaften aus Videoanbietern, Service-Providern und Endgeräteherstellern, um ein geschlossenes System, basierend auf HEVC, anbieten zu können. Solche Angebote erwarten wir allerdings erst in der ersten Hälfte 2014.
HEVC als de facto Standard in neuen Endgeräten erwarten wir nicht vor 2014/2015, da die Chip-Hersteller bisher nur Prototypen zeigen und diese dann auch noch in Endgeräte wie Fernseher, Set-Top Boxen oder mobile Geräte eingebaut werden müssen.
Thomas Kramer: Infrastruktur ist für HEVC bisher lediglich in geschlossenen Systemen verfügbar. Dazu bietet beispielsweise Rovi einen DivX Videoservice an, der sowohl das professionelle Encoding als auch das Streaming und Playback auf manchen Endgeräten unterstützt. Weitere Services werden im Laufe des Jahres 2013 und zur CES im Januar 2014 angekündigt.
Thomas Kramer: Wie bereits beschrieben, wird HEVC dort zuerst eingesetzt, wo der Anbieter Kontrolle über den Sender, das Streaming und die Endgeräte hat. Das findet man bei Anbietern wie Netflix, manche Multi-Service Internet Provider mit eigener Receiverbox oder auch in geschlossenen Videokonferenzsystemen.
Herkömmliches Kabelfernsehen wird den neuen Standard als letztes übernehmen, da diese durch die hohen Datenraten des Kabels am wenigsten von HEVC profitieren.
Thomas Kramer: Es ist kein Ende der Fahnenstange erreicht. Wir werden auf jeden Fall weitere Verbesserungen sehen. Neue CPUs und GPUs erlauben immer bessere Such- und Optimierungsmethoden in akzeptabler Rechenzeit. Dadurch können bisher kaum umsetzbare Algorithmen zur Bild- und Bewegungserkennung eingesetzt werden.
Allerdings werden auch in bereits vorhandenen Encodingstandards wie MPEG-2 und H.264 immer weitere Verbesserungen bei der Encodierung zu sehen sein, weswegen wir im Laufe der nächsten Jahre auch bei HEVC die Effizienz der vorhandenen Encoder immer weiter verbessern können.
Eine weitere Art der visuellen Bildoptimierung ist das Filtern bestimmter Farbsignale, die für das menschliche Auge nicht direkt erkennbar sind. Das Herausnehmen dieser Informationen kann ebenfalls zur verbesserten Komprimierung von Videomaterial beitragen. Auch dazu werden wir in den nächsten Jahren weitere Fortschritte sehen.