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H.264

*** Shopping-Tipp: H.264

'''H.264/MPEG-4 AVC''' ist ein hocheffizienter Standard zur Videokompression. Er wurde zunächst von der Internationale Fernmeldeunion ITU (Study Group 16, Video Coding Experts Group) unter dem Namen H.26L entwickelt. Im Jahre 2001 schloss sich die ITU-Gruppe mit MPEG-Visual zusammen und führte die Entwicklung gemeinschaftlich im Joint Video Team (JVT) fort. Ziel des Projektes war es, ein Kompressionsverfahren zu entwerfen, das im Vergleich zu bisherigen Standards sowohl für mobile Anwendungen als auch im TV- und HD-Bereich die benötigte Datenrate bei gleicher Qualität mindestens um die Hälfte reduziert. Im Jahr 2003 wurde der Standard in beiden Organisationen im identischen Wortlaut verabschiedet. Die ITU-Bezeichnung lautet dabei H.264. Bei International Organization for Standardization ISO/International Electrotechnical Commission IEC MPEG läuft der Standard unter der Bezeichnung '''MPEG-4/AVC''' (''Advanced Video Coding'') und ist der zehnte Teil des MPEG-4-Standards (''MPEG-4/Part 10, ISO/IEC 14496-10''). MPEG-4/AVC unterscheidet sich deutlich von MPEG-4/ASP und seinen Derivaten DivX und XviD. H.264 erreicht typischerweise eine etwa dreimal so hohe Codiereffizienz wie H.262 (MPEG-2) und ist auch für hoch aufgelöste Bilddaten (z. B. HDTV) ausgelegt. Das heißt, vergleichbare Qualität ist etwa bei einem Drittel der MPEG-2-Datenmenge zu erreichen. Allerdings ist der Rechenaufwand auch um den Faktor 2 bis 3 höher.

Einsatzgebiete
H.264 wurde nicht auf einen spezifischen Verwendungszweck zugeschnitten, sondern entfaltet seine Leistung in einem recht breiten Spektrum an Anwendungen. Daher sind die momentan aussichtsreichsten Einsatzgebiete auch von sehr verschiedener Gestalt: ; HDTV: H.264 ist eines der obligatorischen Videokompressionsverfahren der HD-DVD und Blu-ray Disc-Standards, sowie für die hochauflösende Fernsehübertragung (z. B. mittels DVB-S2 bei Pro7 HD, Sat.1 HD und Premiere HD) verpflichtend. ; Portable Video: Die konkurrierenden Mobilfernsehstandards DVB-H und Digital Multimedia Broadcasting DMB verwenden beide (unter anderem) H.264 für die Videokodierung für mobile Endgeräte, wie Mobiltelefone oder Personal Digital Assistant PDAs. Auch die PlayStation Portable, die 5. Generation des iPods und der nur in Amerika erhältliche Zune-Player können H.264-Videos abspielen. ; Multimedia: Apple liefert sein Multimedia-Framework QuickTime ab Version 7 mit einem H.264-Codec aus. So sind beispielsweise in iChat AV 3.x erstmalig Mehrfach-Videokonferenzen möglich. ; Videokonferenztechnik: Seit 2005 stehen Anwendern Videokonferenzendsysteme mit H.264-Codecs zur Verfügung.

Verwandte Verfahren
Während der Entwicklung von H.264 spalteten sich zwei kommerzielle Entwicklungen ab, die mehr oder weniger direkt auf H.264 aufsetzen: * Sorenson Video Sorenson Video 3, ein im Umfeld von QuickTime sehr verbreiteter Codec, der nur in Details von H.264 abweicht. * Windows Media Video Microsoft Windows Media Video 9 (WMV9/wvc1) ist ein offener Videocodec der Firma Microsoft der auch LoopFiltering einsetzt. Die Variante VC-1 (Fourcc: wvc1) (vormals VC-9 nach WMV9) ist ebenfalls einer der obligatorischen Codecs für die HD-DVD und BD-DVD.

Technische Details
H.264 baut weitestgehend auf seinen Vorgängern MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 und der H.261-Familie auf, weist jedoch deutliche Veränderungen und Erweiterungen auf: * Anstelle einer Diskrete Kosinustransformation Diskreten Kosinustransformation (DCT) auf 8 × 8 Pixel großen Blöcken wird eine von der DCT abgeleitete Integertransformation auf 4 × 4-Pixel-Blöcken verwendet. Die Berechnung dieser Transformation kommt lediglich mit Additionen, Subtraktionen und binären Verschiebeoperationen aus, was eine Hardwareimplementation deutlich vereinfacht. Durch die geringere Blockgröße werden außerdem Ringing-Artefakte reduziert. * Die Entropiekodierung wurde an die veränderte Transformation angepasst. H.264 unterstützt dabei neben den herkömmlichen Huffman-Kodierung Huffman-artigen VLC-Codes (CAVLC, ''Context Adaptive Variable Length Coding'') auch eine leistungsfähigere Arithmetisches Kodieren arithmetische Kodierung (CABAC, ''Context Adaptive Binary Arithmetic Coding''). * ''Macroblock Partitioning'': Die Makroblöcke von der Größe 16 × 16 Pixel können in Unterblöcke bis hinunter zu einer Größe von 4 × 4 Pixeln unterteilt werden. Da für jeden Block ein eigener Motion Compensation Bewegungsvektor gespeichert wird, können somit räumlich scharf abgegrenzte und vor allem komplexe Bewegungen besser kodiert werden. * Die Motion Compensation Bewegungskompensation ist immer auf ¼ Pixel genau (bei H.263, d.h. MPEG-4/ASP, war dies eine Option). Dabei wird zur Generierung der Zwischenpixel nicht mehr eine einfache bilineare Filterung eingesetzt, sondern es wird ein FIR-Filter verwendet, das die Bildschärfe besser erhält. * ''Intra Prediction'': Auch innerhalb von I-Frames kommt eine Form der Bildvorhersage (prediction) zum Einsatz. Dabei werden die Pixelwerte eines Blocks aus den umliegenden, bereits dekodierten Pixeln abgeschätzt und dann lediglich die Differenz zum tatsächlichen Bildinhalt kodiert. Bei kleineren Bildformaten ist diese Methode im allgemeinen effizienter als JPEG2000. * ''Long-Term Prediction'': P-Frame P- und B-Frames können nicht nur Referenzen auf den jeweils letzten I-Frame I- oder P-Frame enthalten, sondern auch zu theoretisch beliebig vielen vorhergehenden, um eine effizientere Kodierung von periodischen Bewegungen zu ermöglichen. In den ''Profiles'' und ''Levels'' ist die Anzahl von Referenzbildern allerdings auf maximal fünf begrenzt. * ''Weighted Prediction'': Werden Bildinhalte aus mehreren Referenz-Frames gemischt, können die Quellen beliebig gewichtet in die Mischung eingehen. So lassen sich "Fades" und Überblendungen sehr effizient kodieren. * ''Deblocking-Filter'': Während sich die bisherigen MPEG-Codecs ausschließlich auf eine optionale, externe Nachbearbeitung/Filterung (engl. "postprocessing") verlassen, ist ein Deblocking-Filter integraler Bestandteil von H.264 (wie auch schon bei H.263). Referenzen auf bereits dekodierte Frames beziehen sich ebenfalls auf die bereits gefilterten Bilder. Damit erreicht man eine sehr hohe wahrgenommene Bildqualität. Besonders im Zusammenwirken mit der verkleinerten Transformationsgröße von 4 × 4 ergeben sich große subjektive (und in geringerem Maße auch objektive) Verbesserungen. * ''Switching Slices'': ermöglichen den nahtlosen Übergang zwischen verschiedenen Videoströmen, ohne dabei "teure" (weil große) I-Frames einsetzen zu müssen. * ''Flexible Macroblock Ordering'': Die Makroblöcke innerhalb eines Frames bzw. Slices können in relativ freier Reihenfolge angegeben werden. Dies lässt sich z. B. zur Fehlerverdeckung bei Kanalverlusten (Mobil-Video) einsetzen. ''Siehe auch:'' Prädiktive Kodierung

Profile
Profile und Level sollen die Zusammenarbeit der verschiedenen Implementierungen der Hersteller unterstützen. Die Profile fassen bestimmte Merkmale zusammen, die unterstützt werden müssen. Ein Level setzt Beschränkungen auf die Variablen eines Datenstroms, wie etwa die maximale Auflösung oder Bitrate. {| class="prettytable" |- !class="hintergrundfarbe6"| !class="hintergrundfarbe6"|Baseline !class="hintergrundfarbe6"|Extended !class="hintergrundfarbe6"|Main !class="hintergrundfarbe6"|High !class="hintergrundfarbe6"|High 10 !class="hintergrundfarbe6"|High 4:2:2 !class="hintergrundfarbe6"|High 4:4:4 |- ! I and P Slices | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! B Slices | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! SI and SP Slices | {{nein}} | {{ja}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} |- ! Multiple Reference Frames | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! In-Loop Deblocking Filter | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! CAVLC Entropy Coding | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! CABAC Entropy Coding | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! Flexible Macroblock Ordering (FMO) | {{ja}} | {{ja}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} |- ! Arbitrary Slice Ordering (ASO) | {{ja}} | {{ja}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} |- ! Redundant Slices (RS) | {{ja}} | {{ja}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} |- ! Data Partitioning | {{nein}} | {{ja}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} |- ! Interlaced Coding (PicAFF, MBAFF) | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! 4:2:0 Chroma Format | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! 4:2:2 Chroma Format | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! 4:4:4 Chroma Format | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} |- ! 8 Bit Sample Depth | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! 9 and 10 Bit Sample Depth | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! 11 and 12 Bit Sample Depth | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} |- ! 8x8 vs. 4x4 Transform Adaptivity | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! Quantization Scaling Matrices | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! Separate Cb and Cr QP control | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! Monochrome Video Format | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} | {{ja}} |- ! Residual Color Transform | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} |- ! Predictive Lossless Coding | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{nein}} | {{ja}} |- !class="hintergrundfarbe6"| !class="hintergrundfarbe6"|Baseline !class="hintergrundfarbe6"|Extended !class="hintergrundfarbe6"|Main !class="hintergrundfarbe6"|High !class="hintergrundfarbe6"|High 10 !class="hintergrundfarbe6"|High 4:2:2 !class="hintergrundfarbe6"|High 4:4:4 |}

Level
Wie schon in MPEG-2 definiert H.264 verschiedene Level. Dieser ist umso höher, je größer die Bitrate des Videos ist. {| class="prettytable" |- !class="hintergrundfarbe6"|Level !class="hintergrundfarbe6"|Max Macroblöcke / Sekunde !class="hintergrundfarbe6"|Max Bildgröße (in Macroblöcken) !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für Baseline, Extended und Main Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High 10 Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High 4:2:2 und High 4:4:4 Profile !class="hintergrundfarbe6"|Beispiele für Hohe Auflösung / Bildrate in diesem Profil |- ! 1 | 1485 | 99 | 64 kbit/s | 80 kbit/s | 192 kbit/s | 256 kbit/s | 128x96/30.9
176x144/15.0 |- ! 1b | 1485 | 99 | 128 kbit/s | 160 kbit/s | 384 kbit/s | 512 kbit/s | 128x96/30.9
176x144/15.0 |- ! 1.1 | 3000 | 396 | 192 kbit/s | 240 kbit/s | 576 kbit/s | 768 kbit/s | 176x144/30.3
320x240/10.0 |- ! 1.2 | 6000 | 396 | 384 kbit/s | 480 kbit/s | 1152 kbit/s | 1536 kbit/s | 176x144/60.6
320x240/20.0
352x288/15.2 |- ! 1.3 | 11880 | 396 | 768 kbit/s | 960 kbit/s | 2304 kbit/s | 3072 kbit/s | 352x288/30.0 |- ! 2 | 11880 | 396 | 2 Mbit/s | 2.5 Mbit/s | 6 Mbit/s | 8 Mbit/s | 352x288/30.0 |- ! 2.1 | 19800 | 792 | 4 Mbit/s | 5 Mbit/s | 12 Mbit/s | 16 Mbit/s | 352x480/30.0
352x576/25.0 |- ! 2.2 | 20250 | 1620 | 4 Mbit/s | 5 Mbit/s | 12 Mbit/s | 16 Mbit/s | 720x480/15.0
352x576/25.6 |- ! 3 | 40500 | 1620 | 10 Mbit/s | 12.5 Mbit/s | 30 Mbit/s | 40 Mbit/s | 720x480/30.0
720x576/25.0 |- ! 3.1 | 108000 | 3600 | 14 Mbit/s | 17.5 Mbit/s | 42 Mbit/s | 56 Mbit/s | 1280x720/30.0
720x576/66.7 |- ! 3.2 | 216000 | 5120 | 20 Mbit/s | 25 Mbit/s | 60 Mbit/s | 80 Mbit/s | 1280x720/60.0 |- ! 4 | 245760 | 8192 | 20 Mbit/s | 25 Mbit/s | 60 Mbit/s | 80 Mbit/s | 1920x1088/30.1
2048x1024/30.0 |- ! 4.1 | 245760 | 8192 | 50 Mbit/s | 62.5 Mbit/s | 150 Mbit/s | 200 Mbit/s | 1920x1088/30.1
2048x1024/30.0 |- ! 4.2 | 522240 | 8704 | 50 Mbit/s | 62.5 Mbit/s | 150 Mbit/s | 200 Mbit/s | 1920x1088/64.0
2048x1088/60.0 |- ! 5 | 589824 | 22080 | 135 Mbit/s | 168.75 Mbit/s | 405 Mbit/s | 540 Mbit/s | 1920x1088/72.3
2560x1920/30.7 |- ! 5.1 | 983040 | 36864 | 240 Mbit/s | 300 Mbit/s | 720 Mbit/s | 960 Mbit/s | 1920x1088/120.5
4096x2048/30.0 |- !class="hintergrundfarbe6"|Level !class="hintergrundfarbe6"|Max Macroblöcke / Sekunde !class="hintergrundfarbe6"|Max Bildgröße (in Macroblöcken) !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für Baseline, Extended und Main Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High 10 Profile !class="hintergrundfarbe6"|Max Videobitrate (VCL) für High 4:2:2 und High 4:4:4 Profile !class="hintergrundfarbe6"|Beispiele für Hohe Auflösung / Bildrate in diesem Profil |}

Implementierungen
*AVCHD - Multimediastandard für hochauflösende, digitale Videokameras.
- JM-Referenzsoftware des Joint-Video-Team. *x264 ist ein unter der GNU General Public License GPL lizenzierter H.264-Encoder. *Die freie, GNU Lesser General Public License LGPL-lizenzierte Bibliothek libavcodec beinhaltet einen H.264-Decoder. *Apple hat H.264 in Mac OS X ab Version 10.4 (Tiger), und in QuickTime Version 7 integriert. *Nero Digital, beinhaltet einen von der Nero AG und Ateme entwickelten H.264-Encoder. *Sorenson bietet eine Implementierung von H.264 an.
- Main Concept bietet einen H.264-Encoder an.
- Lead Technologies hat einen H.264-Videocodec.
- Pixeltools Expert-H264

Patente
Viele der Verfahren, welche in H.264 zur Anwendung kommen, sind durch Patente geschützt. Wie schon bei MPEG-2 wird auch bei MPEG-4 von den Herstellern und Serviceanbietern, welche diesen Standard einsetzen wollen, eine Gebühr verlangt. Damit man nicht bei jedem Patentinhaber einzeln um die Erlaubnis bitten muss, geben diese Ihre Patente normalerweise einem Patent-Pool zur Verwaltung, welcher sich um die Aufschlüsselung der einzelnen Einnahmen kümmert. Da dies jedoch eine freiwillige Maßnahme ist, haben sich bei H.264 zwei Patentpools gebildet, dem sich auch nicht alle Patenthalter angeschlossen haben.

Weblinks

- Apples QuickTime-7-HD-Galerie
- x264 – Ein freier H.264/AVC-Encoder (Download hier: [http://x264.nl/ http://x264.nl/])
- Technische Beschreibung (englisch)
- H.264-High-Definition-Video-Tipps, H.264-Dateien abspielen oder bearbeiten
- Liste mit Bitraten von H.264 kodierten europäischen Satellitensendern Kategorie:Videokompression Kategorie:ITU-Empfehlung bg:H.264 ca:H.264/MPEG-4 AVC en:H.264/MPEG-4 AVC es:H.264/MPEG-4 AVC et:H.264/MPEG-4 AVC fi:H.264 fr:H.264 he:H.264 it:H.264 ja:H.264 ko:H.264/AVC nl:H.264 pl:H.264/MPEG-4 AVC ro:H.264 ru:H.264/MPEG-4 AVC zh:H.264/MPEG-4 AVC

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[Der Artikel zu H.264 stammt aus dem Nachschlagewerk Wikipedia, der freien Enzyklopädie. Dort findet sich neben einer Übersicht der Autoren die Möglichkeit, den Original-Text des Artikels H.264 zu editieren.
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