Aus Winfwiki

1 Einleitung

Die Bedeutung von Videotranscoding hat vor allem in den letzten Jahren sehr stark an Bedeutung und Wichtigkeit gewonnen. Das liegt größtenteils daran, dass sich immer neue Videoformate mit den Jahren im Computer-Bereich etabliert haben. Die Hersteller verschiedener PC (Personal Computer) Hardware verwenden andere Formate als die Konkurrenz um sich abgrenzen zu können. Weiter werden auf Grund von besseren neu entwickelten Transcodierungsmethoden neue Formate entwickelt. Alle diese vielen unterschiedlichen Formate machen es schwierig, einen wirklichen Überblick zu behalten, wo die Vor- und Nachteile der einzelnen Formate liegen und wofür sich welches Format am besten eignet. In dieser Hausarbeit werden deshalb die gängigsten Videoformate und ihre Spezifikationen kurz vorgestellt. Im weiteren Verlauf der Hausarbeit, wird speziell darauf eingegangen, wie die Formattranscodierung beim Einsatz spezieller Hardware und auch Software bestmöglich umgesetzt werden kann. Entwickler neuer Hardwarelösungen legen heutzutage großen Wert darauf, Videosignale in Echtzeit umwandeln zu können, was bei hoher Qualität eines Videos eine hohe Rechenleistung des Systems erfordert. Auf Grund des weiten Feldes im Bereich Videotranscodierung ist zu beachten, dass mit dieser Hausarbeit nur ein kleiner Teilbereich von dem abgedeckt wird, was im Bereich der Videoranscodierung und dem Einsatz spezieller Hardware möglich ist.

2 Grundlagen

2.1 Was sind Videoformate

Unter dem Begriff Videoformat versteht man in erster Linie ein Verfahren zur Aufzeichnung von Videodateien. Einzuteilen sind Videoformate in die Grupppe der Videobandformate sowie die zweite Gruppe der dateibasierten Formate. Die Videobandformate werden in der weiteren Erklärung der Videoformate allerdings außer Acht gelassen, da sie hier nicht weiter relevant sind. Im dateibasierten Videoformat erfolgt die Kodierung einer Videodatei ausschließlich digital. In der Regel gibt es anfangs ein analoges Videosignal, dass durch PCM (Puls-Code-Modulation) in ein digitales Videosignal umgewandelt wird. Durch verschiedene Kodierungs- und auch Komprimierungsverfahren werden die analogen Videosignale in ein entsprechendes Format gebracht und gespeichert. Weiter besteht allerdings auch die Möglichkeit die Videodateien in Formaten zu speichern ohne sie zu komprimieren, was jedoch in der Regel einen deutlich größeren Speicherbedarf erfordert. Da eine Vielzahl an Komprimierungstechniken die Qualität einer Videodatei nur sehr geringfügig verschlechtert, den Speicherplatz jedoch deutlich reduziert, werden in der Regel immer Komprimierungsverfahren eingesetzt. Zur Speicherung dieser Dateien dienen bekannte Medien wie Festplatten, CDs (Compact Discs)/DVDs (Digital Versatile Discs) und weitere. Ein großer Vorteil digitaler Videodateien gegenüber analoger Videoformate ist die mögliche Nachbearbeitung mit speziellen Videoprogrammen. Zur Bearbeitung der Videodateien ist neben der Software auch der Einsatz spezieller Hardware nötig, die z.B. durch höhere Rechnerleistung eine schnellere Umsetzung der Konvertierung analoger in digitale Signale ermöglicht. Zur Speicherung der Videodateien in verschiedenen Containerformaten werden sogenannte Codecs verwendet. Diese beinhalten die Verfahren zur digitalen Kodierung nach denen bei der Umsetzung vorgegangen wird. ^[1]

2.2 Bedeutung verschiedener Formate

Videobandformate: Bei den Videobandformaten werden die Videodateien auf Magnetbändern gespeichert. Durch den Einsatz verschiedener Spannungen werden bestimmte Magnetmuster auf das Band übertragen die später wieder in bewegte Bilder umgesetzt werden können.

Digitale Formate: Heutzutage weiter verbreitet sind die digitalen Videoformate. Sie kommen heute üblicherweise öfter zum Einsatz als Videobandformate. Sie werden auf Festplatten, DVDs etc. gespeichert, wodurch ein schnellerer Zugriff gewährleistet ist. Bei den auf Band gespeicherten Videodateien kann immer nur auf die jenige Stelle zugegriffen werden an der das Band derzeit steht. Durch Laserleseköpfe, die bei der Abspielung von Festplatte oder DVD zum Einsatz kommen, ist hier der Zugriff auf alle Daten innerhalb weniger ms (Millisekunden) möglich. ^[2]

2.3 Spezielle Hardware

Im Bereich der Videotranskodierung gibt es verschiedene Bereiche, in denen spezielle Hardware zum Einsatz kommt. Zum einen dient spezielle Hardware zur Formatumwandlung, um für bestimmte Geräte wie zum Beispiel einen MAC (Macintosh) lauffähige Formate zu erzeugen. Zum anderen dient spezielle Hardware auch beim handelsüblichen Rechner dazu, Formatumwandlungen zu beschleunigen. Hier gibt es zum Beispiel die Formatumwandlung mittels der GPU (Graphical Processing Unit) anstatt der üblichen Umwandlung über die CPU (Central Processing Unit). Außerdem gibt es spezielle Neuentwicklungen, bei denen GPU und CPU in direkter Verbindung stehen. Dies ist vor allem für Systeme wie Notebooks interessant, bei denen keine externe Grafikkarte verbaut ist, sondern sich der Grafikchip auf der gleichen Platine wie die CPU befindet.

3 Videotranscoding

3.1 Allgemeine Bedeutung

Unter Videotranscodierung versteht man die Umwandlung eines Videoformates in ein anderes. Gründe für Videotranscodierung ist in der Regel die Erzeugung eines lauffähigen Formates. Bei der Umwandlung kommen verschiedene Algorithmen zum Einsatz die die Umwandlung der Videodateien steuern. Auf Grund der vielen verschiedenen Videoformate und der Unterschiede in Qualität und Auflösung kommt es oftmals zu Problemen bei der Wiedergabe von Videodateien. Durch die Umwandlung kann zum Einen das Format oder aber auch die Qualität verändert werden, wenn z.B. Speicherplatz eingespart werden soll oder das Video z.B. über einen Video-Livestream im Internet wiedergegeben werden soll. Auch beim Einsatz spezieller Hardware, wie z.B. EyeTV (TV (Television)-Software für den Mac) am kommt Videotranscodierung zum Einsatz. Hier werden die DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) Signale in lauffähige Formate für den MAC umgewandelt. Dies geschieht alles zur Laufzeit, was einen permanenten Recheneinsatz erfordert, der durch den Decoder ausgeführt wird. ^[3]

3.2 Kompressionsformate

Da es heutzutage eine Vielzahl vieler verschiedener Kompressionsformate, auch Videoformate genannt, gibt, bei denen oftmals nicht klar ist, wo die Unterschiede liegen und welches im speziellen Fall am besten genutzt werden kann, finden sie hier eine kurze Übersicht über einige der derzeit wichtigsten Kompressionsformate von verschiedenen Herstellern. Auch werden hier einige kurze Vor- und Nachteile der genannten Formate angesprochen.

AVI (Audio Video Interleaved *.avi): Ist eines der ältesten heutzutage noch vorkommenden Videoformate. Eingeführt wurde dieses Format von Microsoft zusammen mit der Einführung von Windows 3.1. In der ersten Version wurde bei diesem Videoformat eine Auflösungen von maximal 160x120 Pixel bei 15 Bildern pro Sekunde unterstützt. Heute sind, wie auch bei einem Großteil anderer Videoformaten, Auflösungen im HD (High Definition) Bereich möglich. Ein großer Vorteil des Formates liegt in seiner weitläufigen Verbreitung, weswegen nahezu jedes gängige Multimediaprogramm in der Lage ist, Dateien dieses Formates wiederzugeben. Nachteile liegen hier hauptsächlich im sehr hohen Speicherbedarf. Der Speicherplatz einer Videodatei kann im AVI-Format im Vergleich zu anderen Formaten wie WMV (Windows Media Video) oder MPEG (Moving Pictures Experts Group) bis zu 20x größer sein. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich die Indexdateien, die zum Abspielen einer Filmdatei benötigt werden, am Ende der Datei befinden. Somit ist es nur möglich die Datei wiederzugeben, wenn sie komplett vorhanden ist. ^[4]

WMV (Windows Media Video *.wmv): Dieses Format wurde ebenfalls von Microsoft zur Benutzung unter Windowsbetriebssystemen entwickelt. Im Gegensatz zum AVI Format ist es mit diesem Format möglich, durch hohe Kompression verhältnismäßig kleine Dateien zu erzeugen, die dennoch eine gute Qualität besitzen. Filmdateien im WMV-Format können eine Auflösung von 176x144 bis hin zu 1920x1080 Pixel besitzen. Durch diese hohe Variabilität ist dieses Format sowohl für Internetvideostreams als auch für Aufnahmen im HD Bereich sehr gut geeignet. ^[5]

MPEG I und II (Moving Pictures Experts Group *.mpg): Ähnlich wie beim WMV-Format ist das MPEG Format auf Grund seiner von Experten entwickelten Komprimierung ein Format, das relativ kleine Dateien erzeugt, die dennoch eine gute Bildqualität besitzen. Mit dem MPEG II Format ist es gegenüber dem MPEG I Format möglich, Filme mit besserer Qualität und Auflösung zu betrachten. Durch seine spezielle Codierung ist es in diesem Format sehr gut möglich, auf bestimmte Positionen in der Videodatei zu springen oder sich sogar die komplette Datei rückwärts anzusehen. Da in diesem Format ein Einzelbildzugriff bei der Bearbeitung möglich ist, lässt sich eine MPEG Video Datei sehr gut Editieren. ^[6]

MPEG IV (Moving Pictures Experts Group *.mp4): Bei dem MPEG IV Format handelt es sich nochmals um eine Erweiterung bzw. Verbesserung des MPEG II Formats. Es besitzt ein standardisiertes Komprimierungsverfahren, welches in der Lage ist, Dateien bei noch besserer Qualität noch stärker zu komprimieren. Nachteil hierbei ist allerdings, dass zum Betrachten dieser Dateien eine höhere Rechnerleistung benötigt wird, da die Datei während des Ansehens entpackt werden muss. Durch das MPEG IV Format ist es möglich, auch schnelle Bewegungen sowie Überblendungen bei z.B. Videodateien aus dem Internet flüssig und ohne Ruckeln darzustellen. Schwierigkeiten vieler anderer Formate lagen bei schnellen Bewegungen in der Zerlegung des Bildes in einzelne Pixel, was im MPEG IV Format nicht mehr stattfindet. ^[7]

MOV (Movie *.mov): Bei diesem Videoformats handelt es sich um das Videostandard von Appel. Abzuspielen sind diese Videodateien mit dem Quicktimeplayer. Das Format weißt Ähnlichkeiten in der Größe und Bildqualität mit dem MPEG IV Format auf, womit es auch eine etwas höhere Rechnerleistung beim Abspielen benötigt. In der Regel kommt dieses Format im professionellen Bereichen der Videobearbeitung eher selten zum Einsatz. Dies ist hier auf seine speziellen Eigenschaften und seine eher schlechte Variabilität zurückzuführen.

FLV(Flash Video *.flv / *.swf): Bei Flash Dateien handelt es sich um ein von Adobe Systems entwickeltes Containerformat, welches größtenteils zur Übertragung von Videodateien im Internet genutzt wird. Eine Flashdatei bietet den Vorteil, dass sie in als SWF (ShockWave Flash)-Datei auf Internetseiten zum direkten Abspielen eingebettet werden kann. Zum Abspielen dieser Datei ist dann kein separater Download mehr nötig, sondern nur der als Browser-Addon installierte Flashplayer. Zum Abspielen von Flash-Dateien auf dem PC wird der Adobe Flash Player ab Version 6 benötigt. Auf Grund des einfachen Umgangs bei der Einbettung dieses Formates ist es eines der am häufigsten verwendeten Formate im Netz.

RM (Real Media *.rm): Hierbei handelt es sich um eine Sammelbezeichnung für Dateiformate. Hersteller dieses Formates ist der Software-Hersteller RealNetworks. Zusammengefasst werden in diesem Format in der Regel die Datentypen Real Audio und Real Video. Auch dieses Format ist von seiner Qualität und seinem Speicherplatzbedarf vergleichbar mit dem MPEG IV Format. Die Videodateien sind hier zwar verlustbehaftet, jedoch immer noch im Vergleich mit anderen Videoformaten auf Grund von Speicherplatzbedarf und Auflösung recht gut.

H.264: Bei H.264 handelt es sich um ein relativ neues Format, das eigentlich zum MPEG IV Format gehört und deshalb auch unter der Bezeichnung MPEG IV/AVG bekannt ist. Es unterstützt HDTV (High Definition Television). Allerdings werden auch niedrigere Bandbreiten unterstützt, was das Format sehr flexibel in seinen Einsatzbereichen macht. Von der Qualität her bietet dieses Format verglichen mit dem MPEG II Format einer Standard-DVD dreifach so hohe Auflösung. Einziger Nachteil ist, dass auf Grund des ebenfalls zwei bis dreimal so hohen Rechenaufwands ebenfalls bessere Hardware zur Transcodierung benötigt wird. ^[8]

3.3 GPU-beschleunigtes Videotranscoding

3.3.1 Elemental Accelerator/RapiHD-Plug-In

Abbildung 3.3.1: Vergleich der Geschwindigkeit bei der Transcodierung im Vergleich GPU moderner Grafikkarten zur CPU

Elemental Accelerator ist ein Video Plugin, das in Verbindung mit dem Videobearbeitungsprogramm Premiere Pro von Adobe zum Einsatz kommt. Hierbei handelt es sich um den Nachfolger des RapiHD-Plugins. Im Gegensatz zu RapiHD ist es mit Elemental Accelerator möglich, nicht nur die Quadro-CX Grafikkarten zu verwenden, sondern auch weitere Grafikkarten von NVIDIA . Das Tool benutzt die Rechenleistung der aktuellen Quadro-Profigrafikkarten von Nvidia. Es wird vor allem bei der Encodierung von hochauflösenden Videos im H.264 benutzt. Im Gegensatz zur normalen Encodierung, die über die CPU stattfindet, läuft der Vorgang bei der Benutzung der GPU laut Nvidia mit etwa elf-facher Geschwindigkeit statt. Das Elemental Accelerator Plugin läuft unter den derzeitigen Windows-Betriebssystemen so wie unter Mac-OSX (Operating System X). Bei Mac-OSX wird derzeit allerdings nur die Quadro FX 4800 Grafikkarte unterstützt, wobei die zu verwendenden Features identisch sind. ^[9]

3.3.2 Badaboom

Abbildung 3.3.2: Screenshot der Badaboom Software

Badaboom Media Converter: Bei Badaboom handelt es sich um eine von Nvidia entwickelte Konvertierungssoftware. Bei der Konvertierung von Musik und Filmen wird hier auf die GPU und nicht wie üblich auf die CPU zugegriffen. Mit dem Tool ist es möglich, Formate in andere zu konvertieren. All dies geschieht über die GPU der Grafikkarte, wodurch die Konvertierung mit deutlich höherer Geschwindigkeit möglich ist. Hauptsächlich soll das Tool dazu genutzt werden, H.264 Formate in lauffähige Formate für iPad, iPhone, Playstation Portable oder andere Endgeräte umzuwandeln. Um das Programm benutzen zu können ist allerdings eine moderne Grafikkarte von Geforce notwendig, die zusätzlich die Programmierschnittstelle CUDA (Compute Unified Device Architecture) unterstützt. Dadurch, dass die CPU nicht mehr mit der Konvertierung ist, wird deutlich Last vom System genommen. Außerdem ist die Konvertierung laut NVIDIA mittels der GPU 10x schneller als die Umwandlung bei Benutzung der CPU. Die ersten Karten, die diese Technik unterstützen, gehören der GeForce-8 Serie an. ^[10]

4 Betrachtung ausgesuchter Hardwarelösungen

4.1 El Gato

4.1.1 Eye TV

Ansehen:

Abbildung 1/3 4.1.1: Fernsehen mit Eyetv 3

Mit der EyeTV 3 Software ist es möglich einen Windows-PC oder Mac zum Fernseher zu machen. Mit der speziell entwickelten Software ist es möglich, das laufende Programm wann immer man will zu unterbrechen und zu einem anderen Zeitpunkt wieder fortzusetzen. So ist es zum Beispiel möglich, zu einem späteren Zeitpunkt die Werbung zu übergehen. Weitere Zusatzfunktionien sind zum Beispiel die gleichzeitige Ansicht anderer geöffneter Programme auf dem Rechner oder die PiP (Picture in Picture) Funktion, die es ermöglicht mehrere Sendungen zur gleichen Zeit anzusehen. EyeTV 3 ermöglicht den Einsatz von Fernbedienungen zum Ansehen von Fernsehsendungen z.B. über ihren normalen Fernseher im Wohnzimmer. Durch die elektronische Programmzeitschrift EPG (Electronic Program Guide) besteht außerdem die Möglichkeit, digital in Erfahrung zu bringen, welche Sendungen in den nächsten Tagen ausgetrahlt werden. Durch "Progressiv Scan" ist Eye-TV in der Lage, Sendungen in Full HD Qualität auf dem Mac wiederzugeben, wofür allerdings spezielle Hardware erforderlich ist. Zur besseren Übersicht ist es möglich, die Sender in frei definierbaren Gruppen per Drag and Drop zu sortieren und somit so anzuordnen, wie es am besten gefällt. Sollte ein Rechner oder Laptop an verschiedenen Orten benutzt werden, ist es zusätzlich möglich über die EyeTV-Option die Senderlisten so abzuspeichern, dass es beim nächsten Ortswechsel nicht mehr nötig ist den Sendersuchlauf erneut durchzuführen.

Aufnehmen:

Abbildung 2/3 4.1.1: Programmguide im Eyetv 3

Wenn gerade eine Sendung angesehen wird und sich diese im Live-Puffer befindet, ist es möglich, diese noch rückwirkend aufzunehmen um sie später noch einmal betrachten zu können. Weiter ist die planmäßige Aufnahme mit Hilfe der Aufnahmefunktion von EPG möglich. Hierzu ist lediglich die Box vor der im EPG gefundenen Sendung zu markieren und das Programm führt die Aufnahme wie gewünscht durch. Durch die zusätzliche Funktion "Alle aufzeichnen" zeichnet die Software automatisch die ganze Staffel der entsprechenden Serie auf. Weiter ist EyeTV 3 in der Lage bei der Überschneidung zweier Aufnahmen automatisch die im TV Programm verzeichneten Wiederholungen einer Sendung aufzunehmen. Wenn eine Sendung im Dolby Digital 5.1 Format ausgestrahlt wird, kann dieses Soundformat ebenfalls von Eye-TV übernommen und aufgenommen werden. Um die Übersicht über all ihre aufgezeichneten Sendungen zu behalten, ist es möglich, Playlisten ihrer Sendungen zu erzeugen. Das intelligente System ist dann in der Lage die Sendungen nach bestimmten Kriterien der erstellten Playlisten selbsständig zuzuordnen. Bei Aufnahme von Staffeln wird die Playlist sogar automatisch erstellt.

Bearbeiten:

Abbildung 3/3 4.1.1: Bearbeiten von Videos mit Eyetv 3

Integriert in die Eye-TV Software befindet sich ein Editor, mit dem es möglich ist, die aufgenommenen Sendungen zu bearbeiten um z.B. Werbung oder den Nachspann zu entfernen. Weiter ist der Editor in der Lage, aufgenommene Clips einer Sendung so umzuwandeln, dass sie auf iPhone oder iPad anzusehen sind. Um die Kompabilität zu anderen Programmen zu gewährleisten, ist Eye-TV in der Lage, aufgenommene Sendungen in andere Videoformate zu exportieren. Zusammen mit der ebenfalls von elGato entwickelten Video Encoder Hardware Turbo.264 HD ist EyeTV in der Lage, beschleunigt über dessen Co-Prozessor die Videodateien in das H.264-Format für iTunes zu exportieren. ^[11]

4.1.2 Hardware Features

Abbildung 1/2 4.2.1: Eyetv DTT deluxe von elgato

EyeTV DTT Deluxe: Bei EyeTV DTT (Digital Terrestrial Television) Deluxe handelt es um einen von elgato entwickelten DVB-T TV-Empfänger. Der Eye-TV Stick ist in erster Linie für den Einsatz am Mac entwickelt worden. Trotz seiner minimalen Größe, die vergleichbar mit der eines USB (Universal Serial Bus)-Sticks ist, bietet er eine Rundumausstattung und ist auf Grund seiner Größe optimal für den Einsatz unterwegs an portablen Rechnern abgestimmt. Er besitzt eine Mini-Teleskopantenne, was für ausreichende Flexibilität in der Benutzung sorgt. Zusammen mit dem TV Stick ist die Software EyeTV 3 enthalten. Mit dieser speziellen Software ist es möglich, Sendungen am Mac anzuschauen, aufzunehmen und zu bearbeiten. Auch der Einsatz unter Windows ist möglich, da zusätzlich die TV-Software THC (TerraTec Home Cinema) mitgeliefert wird. Hiermit ist der optimale Einsatz auch unter Windows 7 und zusätzlich auch im Windows Media Center möglich. Weiter ist es mit EyeTV Deluxe möglich, HDTV zu empfangen, was jedoch auf Grund der derzeit noch eingeschränkten Sendegebiete von HDTV standortabhängig ist. ^[12]

EyeTV Netstream DTT:

Abbildung 2/2 4.2.1: Eyetv netstream DTT von elgato

Mit dem EyeTV Netstream DTT ist der Empfang von unverschlüsseltem DVB-T möglich. Er besitzt einen Netzwerk Dual-Tuner, der verbunden mit der TV-Antenne und einem Netzwerk-Switch oder -Router, digitales Fernsehen auf ihren Windows Rechner oder Mac streamt. Über eine WiFi (WIreless FIdelity) Netzwerkverbindung ist es sogar möglich, ohne Kabel das TV Signal auf portablen Computern wiederzugeben. Je nach Empfangsgebiet ist der Empfänger sogar in der Lage, HDTV auf einem Rechner wiederzugeben. Hiermit wird hochauflösendes Fernsehen ermöglicht, das in Echtzeit betrachtet werden kann. Weiter ist die gleichzeitige Nutzung mehrerer Endgeräte möglich. Hierbei ist es egal, ob es sich um Mac und Windows Rechner handelt. Durch das Einbringen des Gerätes im Netzwerk ist es nicht nötig, das Gerät direkt am Rechner anzuschließen. Für den störungsfreien Empfang muss allerdings gewährleistet werden, dass die Funkverbindung über genügend Bandbreite verfügt und es keine weiteren Störquellen gibt. Mit der enthaltenen Software EyeTV 3 ist es zusätzlich möglich während des Liveempfangs Sedungen vor-, zurückzuspulen oder auch zum späteren Ansehen aufzunhehmen. Durch die EPG-Funktion ist es möglich das TV Programm der nächsten 14 Tage einzusehen und entsprechende Aufnahmen automatisch durchführen zu lassen. Zusätzlich ist es mit einer entsprechenden App (Application) möglich, das TV-Programm auf iPhone oder iPad wiederzugeben. ^[13]

4.2 Hera 4000i von Media Excel

Abbildung 4.2: Abbildung des Hera 4000i Multichannel Transcoder

Beim Hera 4000i handelt es sich um einen von der Firma Media Excel entwickelten Multi-Channel SD (Standard Definition) und HD IPTV (Internet Protocol Television) Transcoder. Mit dem Transcoder ist der Empfang von Satelliten oder Kabelfernsehen möglich. Der Transcoder ist in der Lage, das empfangene Videosignal in Echtzeit zur Benutzung in IP (Internet Protocol) Netzwerken umzuwandeln. Er wurde speziell entwickelt um dem schnell wachsenden Markt im Bereich IPTV gerecht zu werden. Bereitgestellt wird hier ein qualitativ hochwertiges komprimiertes Videosignal, dass sowohl im SD- als auch im HD-Bereich ausgegeben werden kann. Das Gerät ist so konzipiert, dass es im späteren Gebrauch den Bedürfnissen angepasst und auch neu konfiguriert werden kann. Das Internet Protokoll (IPTV) baut auf dem internationalen Kompressions-Standard H.264 auf. Dieser bietet den Vorteil, dass er im Gegenteil zu dem bei DVDs üblichen MPEG II Standard eine Einsparung von 40-70% an Bandbreite einspart, wodurch er sich optimal zum Einsatz in IPTV Bereich eignet. Nachteil dieser Kompression liegt allerdings darin, dass die Anforderung an die Rechenleistung zur Formattranscodierung deutlich höher als z.B. die bei MPEG II liegt. Dennoch ist der Einsatz des Formates durch spezielle Hardware wie dem erwähnten Hera 4000i problemlos und in Echtzeit möglich. ^[14]

4.3 Sandy Bridge, die neue Generation der Core-i-Prozessoren

Abbildung 4.3: Sandy Bridge, die neuste Generation der Core-i-Prozessoren

Ab 2011 soll es neue Core-i-Prozessoren von Intel geben. Die Prozessoren sollen 32 nm (Nanometer) groß sein und werden derzeit mit dem Codenamen Sandy Bridge bezeichnet. Zum ersten mal soll sich bei dieser Prozessorgeneration der Grafikprozessor auf dem selben Chip wie die CPU befinden. Bei den Vorgängermodellen wie Clarkdale/Arrandale (Core i3/i5) befand sich der Grafikprozessor auf einem benachbarten separaten Chip. Somit soll es nun möglich sein, auch bei onboard Grafik eine Performance zu erreichen, die zumindest in der Lage ist mit billigeren Grafikkarten mitzuhalten. Nicht klar ist bis jetzt jedoch, ob Intel wirklich in der Lage ist, die für Spiele benötigten DirectX-Treiber ähnlich gut wie Nvidia oder AMD (Advanced Micro Devices) zu optimieren. Zumal die Konkurrenten ebenfalls an neuen Produktentwicklungen unter der Anwendung von DirectX-11 Grafik arbeiten. Zusätzlich besitzt Sandy Bridge eine neue Hardware-Beschleunigung, die für die HD-Videotranscodierung zum Einsatz kommen soll. Weiter hat Intel auch die Leistungsfähigkeit der CPU-Kerne gegenüber der Vorgängermodelle verbessert. Durch die Verbesserung von Turbo Boost und dem neuen Ring Interconnect werden GPU- und CPU-kerne zur Interaktion untereinander verknüpft. Cache und Speicher-Controller sind hier ebenfalls mit angebunden. ^[15], ^[16]

4.4 Quadro Digital Video Pipeline

Abbildung 1/4 4.4: Quadro Digital Video Pipeline

Quadro Digital Video Pipeline Bei der Quadro Digital Video Pipeline hadelt es sich um eine von NVIDIA entwickelte Plattform zur Bearbeitung, Aufnahme und Ausgabe von Videoinhalten mit hochauflösenden Formaten. Es handelt sich hierbei um die erste Plattform, bei der die Verarbeitung der Videoinhalte komplett über die GPU erfolgt. Die Plattform basiert auf der NVIDIA-CUDA-Architektur und eignet sich vor allem für den Einsatz in professionellen TV Bereichen, wie z.B. der Filmproduktion. Der Vorteil dieser Technik liegt in ihrer schnellen Verfügbarkeit bei der Videoproduktion und Bearbeitung. Außerdem ist der Einsatz recht kostengünstig und kann sowohl bei einer Serverplattform, als auch auf bei einem normalen Arbeitsplatzrechner zum Einsatz kommen. Alle über die Plattform produzierten Videodateien lassen sich mit einer sehr hohen Qualität erzeugen, wobei auch grafikintensive Effekte schnell zu realisieren sind. Durch die GPU-Beschleunigung lassen sich Videokonvertierungen in Echtzeit vornehmen, wodurch die Plattform sich auch zur Anwendung bei Broadcasts optimal eignet.

Im professionellen Einsatz ermöglicht es die Plattform, zur selben Zeit bis zu vier Kameras mit HD-Qualität über nur eine Arbeitsstation zu betreiben. Hierdurch lassen sich virtuelle Umgebungen virtualisieren, die Dank der hohen Grafik Power der Quadro Digital Video Pipeline bis zu fünf mal detaillierter als übliche Virtualisierungen sind.

Durch die schnelle Videotranscodierung lässt sich die Technik auch optimal für den Einsatz bei Internetstreams nutzen und bietet auch hier eine hocheffiziente Umsetzung der Videodateien zur Echtzeit.

Bestandteile:

Abbildung 2/4 4.4: Quadro SDI Capture Karte

Abbildung 3/4 4.4: Quadro SDI Karte

Abbildung 4/4 4.4: Quadro SDI Output Karte

Quadro SDI Capture Karte Die Karte ermöglicht ein unkomprimiertes Videostreaming und die gleichzeitige Erfassung von bis zu vier HD-SDI (Super Data Interchange) Quellen. Unterstützt werden alle SMPTE Standardformate (3G (3rd Generation), 2K, HD und SD).

Quadro SDI Karte Die GPU dieser Karte bietet hohe Leistung und eignet sich durch bis zu 4GB (GigaByte) integrieten Arbeitsspeicher optimal zur professionellen Grafikbearbeitung. Sie besitzt einen CUDA-Grafikprozessor, der sie kompatibel zu allen Programmen macht die mit CUDA arbeiten.

Quadro SDI Output Karte Die Karte bietet eine Grafik zu Videolösung womit 2D (Zwei Dimensional) und 3D (Drei Dimensional) Effekte mit HD und SD Videodateien kombinierbar sind. Sie ist somit das Bindeglied zwischen Computergrafik und Videotechnik. Die Umsetzung der 2D und 3D Signale kann in Echtzeit erfolgen. ^[17]

5 Bewertung der Hardwarelösungen

5.1 Vorteile

5.1.1 Flexible Einsatzbereiche

Durch Videotranscoding wird die Möglichkeit geschaffen, Videodateien durch ihre Umwandlung flexibel einsetzbar zu machen. So ist wie zuvor beschrieben z.B. der Einsatz des MACs als Wiedergabequelle für DVB-T Fernsehen möglich. Durch die DVB-T Empfänger, die inzwischen nur noch die Größe eines handelsüblichen USB-Sticks besitzten, ist der DVB-T Empfang auf für unterwegs kein Problem mehr. Der Einsatz des zuvor beschriebenen Hera 4000i von Media Excel ist es möglich, sogar im HD Format über das Netzwerk fernzusehen. Der Vorteil liegt hier darin, dass es möglich ist mit mehreren Endgeräten auf den Transcoder zugreifen zu können. Bei einer guten WLAN (Wireless Local Area Network) Verbindung ist der Einsatz außerdem komplett kabellos möglich und mit keinen laufenden Kosten verbunden.

5.1.2 Schnelle Berechnung

Durch den Einsatz entsprechender Hardware wird eine deutlich schnellere Umrechnung von Videoformaten erreicht. Durchschnittlich läuft die Videotranscodierung laut Nvidia bei Einsatz der GPU moderner Nvidia Grafikkarten bis zu 10 mal schneller als der bei Benutzung einer derzeit handelsüblichen CPU. Bei Verwendung spezieller Hardware des Anbieters EyeTV ist z.B. die Umrechnung des empfangenen DVB-T Signals in Echtzeit möglich. Das Signal wird hier bei Laufzeit transcodiert, wozu eine entsprechende Rechenleistung erforderlich ist.

5.2 Nachteile (Kostenfaktor)

Durch die ständige Weiterentwicklung vor allem in Sachen Qualität und Auflösung bei Videosignalen, ist es schwierig diesbezüglich immer auf dem neuesten Stand zu bleiben. Zwar gibt es immer mehr Formate, die weniger Bandbreite benötigen, da sie besser komprimiert sind, jedoch ist zur Wiedergabe des Formates, z.B. eines Videos mit H.264 Kopierung deutlich mehr Rechenleistung zur Laufzeit notwendig. Insgesamt lässt sich sagen, dass die Verfahren zur Komprimierung immer besser werden, wodurch die Dateigröße geringer wird, jedoch immer mehr Rechenleistung benötigt wird um das Format in Echtzeit wiederzugeben.

6 Ziele der Weiterentwicklung

Durch die Weiterentwicklungen im Bereich des Videotrancodings wird es in Zukunft möglich sein, immer hochauflösendere Videodateien zu erzeugen und wiederzugeben. Ziel hierbei ist es zu ermöglichen, hochauflösendere Formate zu empfangen und gleichzeitig in der Lage zu sein sie in Echtzeit wiederzugeben, bzw. sie möglichst schnell in andere Formate zu transcodieren. Als eine der bedeutenden Weiterentwicklungen gilt UHDV (Ultra High Definition Video). Im Gegensatz zu seinem Vorgänger HD, soll es in diesem Format möglich sein, Videos mit einer Auflösung von 7.680 x 4.320 Pixeln wiederzugeben. Die sich hieraus ergebenden 33,2 Millionen Pixel sind somit um ca. ein 16-faches höher als die beim HD Format. Die so entstehenden Datenmengen sind ebenfalls entsprechend größer, was eine ebenso schnelle Berechnung erforderlich macht. Die NHK (Japan Broadcasting Corporation), beschäftigt sich mit dieser Umsetzung. Zu Testzwecken wurden für die Umsetzung 16 HDV (High Definition Video)-Recorder in einem Array eingesetzt, um den entstehenden unkomprimierten Datenstrom von 750 GB/s bei nur 60Hz zu berechnen. Mit vereint in diesem hochauflösenden Format ist ein vielkanaliges Audioformat, das Tonkanäle für ein 22.2 Lautsprechersystem besitzt, wie es in Kinosälen zum Einsatz kommen soll. ^[18]

7 Fazit

Insgesamt lässt sich sagen, dass sich die Angebote im Bereich der Videotranscodierung in den letzten Jahren deutlich erhöht haben.

Durch die immer größeren Anforderungen an die Hardwarehersteller auf Grund neuer Videoformate, wird es auch in den nächsten Jahren noch eine Vielzahl von Weiterentwicklungen und Verbesserungen schon vorhandener Hard- als auch Software geben.

Ein wirklicher Fortschritt lässt sich ziemlich deutlich in der Benutzung der GPU zur Videotranscodierung erkennen, womit die Umsetzung bis zu 11 mal so schnell wie bei der üblichen Berechnung mit der CPU möglich ist. Da hier die Entwicklung quasi gerade erst begonnen hat, kann man damit rechnen, dass vor allem noch andere Grafikkartenanbieter als NVIDIA neue Grafikkarten, die speziell für Videotranscodierung geeignet sind auf den Markt bringen werden. Auch wird es in Zukunft sicherlich deutlich mehr Software geben, die in der Lage ist, bei Transcodierung mit der GPU zu arbeiten.

Festellen lässt sich auch, dass Entwicklungen wie UHDV für den üblichen Hausgebrauch noch nicht weit genug entwickelt sind und prinzipiell bei Fernsehern mit normaler Größe ohnehin nicht erforderlich sind. Allerdings wird sich das zukünftig wohl auch ändern, da bereits in den letzten Jahren die Größe der Fernseher in normalen Haushalten deutlich erhöht wurde. Allerdings wird eine solche Technik vorerst wohl nur für den Kinobereich interessant sein, wo eine Auflösung im UHDV Bereich auf Grund der deutlich größeren Projektionsfläche der Kinoleinwände deutlich mehr Sinn macht.

8 Fußnoten

1. ↑ vgl. IfKom (2010)
2. ↑ vgl. IfKom (2010)
3. ↑ vgl. Webopedia (2010)
4. ↑ vgl. Tom's Hardware (1999)
5. ↑ vgl. Blulife (2011)
6. ↑ vgl. UNIXopen (1995)
7. ↑ vgl. Industriedenkmalstiftung (2011)
8. ↑ vgl. Magazin Media (2008)
9. ↑ vgl. Heise (2009)
10. ↑ vgl. Chip (2008)
11. ↑ vgl. elgato (2011a)
12. ↑ vgl. elgato (2011b)
13. ↑ vgl. elgato (2011c)
14. ↑ vgl. Media Excel (2010)
15. ↑ vgl. Heise (2010)
16. ↑ vgl. Chip (2010)
17. ↑ vgl. NVIDIA (2009)
18. ↑ vgl. ITWissen (2011)

9 Abkürzungsverzeichnis

10 Abbildungsverzeichnis

11 Literatur und Quellenverzeichnis

Internetquellen