Kapazität einer CD / DVD

Die entsprechenden Informationen findet die Software, die ein AVI-File lesen möchte, im Header der Datei. Dort steht auch, mit welchem Codec man die Datei entpacken muss. Befindet sich dieser Codec in der Windows-Installation, wird er benutzt, und die Software (z.B. ein AVI-Player) kann das Video decodieren und anzeigen. Ist der Codec aber auf dem PC nicht installiert, sieht es schlecht aus. Der Windows-Media-Player telefoniert dann nach hause, und sucht auf dem Server von Microsoft nach einem passenden Stück Software. Bei kommerziellen Produkten ist das natürlich nicht immer von Erfolg gekrönt.

Aus diesem Grunde eignen sich AVI-Files nicht zur Weitergabe oder Archivierung von Videos, sondern nur zur Zwischenspeicherung auf dem PC während der Bearbeitung. Will man trotzdem ein AVI-Video weitergeben, so sollte man darauf achten, einen Codec zu verwenden, der sich standardmäßig in jeder Windows-Installation befindet. Diese Codecs sind aber nicht gerade leistungsstark. AVI-Videos aus dem Internet sind in letzter Zeit meist mit DivX codiert. Dieser Codec ist leistungsstark und frei verfügbar. Deshalb sollte ihn jeder auf seinem PC installieren.
 

MJPEG
In einem MJPEG-File liegen alle Bilder des Videos nacheinander vor. Jedes Bild ist komprimiert. Die Komprimierung ist verlustbehaftet. Wie stark das Ausgangsmaterial bei der Komprimierung Schaden erleidet, hängt von der eingestellten Komprimierrate ab. Eine Komprimierung um den Faktor 10 ist normalerweise noch vertretbar.
MJPEG eignet sich gut zum bildgenauen Schneiden von Videos. Außerdem kann eine analoge Videoquelle von einem durchschnittlichen PC in Echtzeit in MJPEG gewandelt werden. Deshalb wird MJPEG auch gern zum Capturen (also digitalisieren) von analogem Video eingesetzt.
 

MPEG - allgemein
MPEG ist eine verlustbehaftete Kompressionstechnik, bei der nicht jedes Bild einzeln komprimiert wird. Vielmehr besteht der Videostrom aus jeweils einem Index-Bild (I-Frame), dem eine Reihe Differenzbilder (P- und B-Frame) folgen. Dann folgt wieder ein Index-Bild und wieder eine Reihe Differenzbilder.

Nur das Index-Bild ist ein vollständiges (aber natürlich komprimiertes) Bild. Die nachfolgenden Differenzbilder enthalten nur jeweils die kleinen Unterschiede von einem Bild zum nächsten Bild. Besonders bei wenig bewegten Szenen sind die Änderungen von Bild zu Bild sehr gering. Damit steht in den Differenzbildern nur wenig Information, und diese lassen sich sehr hoch komprimieren. Bei der Wiedergabe wird zunächst das Index-Bild decodiert und dargestellt. Danach werden Bild für Bild die Differenzbilder decodiert, und mit dem vorhandenen Bild addiert. So entstehen die nächsten Bilder im Video. Kleine Rundungsfehler würden sich mit der Zeit bei diesem Verfahren sichtbar aufaddieren. Deshalb stehen in regelmäßigen Abständen wieder Index-Bilder im Datenstrom, an denen die Decodierung jeweils neu beginnt.

Will man sich ein MPEG-Video rückwärts anschauen, steht man vor einem Problem. Die meisten Player sind dann nur in der Lage, die Index-Bilder anzuzeigen.
Ein weiteres Problem sind Szenen-Schnitte im Videomaterial. Bei einem Schnitt ändert sich von einem Bild zum nächsten Bild beinahe alles. Für solche Änderungen sind die Differenzbilder aber nicht ausgelegt. Da kann dann schon mal das leuchtend rote Haar von Lola (aus Lola rennt) ein paar Bilder nach dem Schnitt im Video nachleuchten. Gute MPEG-Encoder setzen bei einem Schnitt automatisch ein neues Index-Bild.

Bildgenaues Schneiden ist mit MPEG ebenfalls fast unmöglich. Nur direkt vor einem Index-Bild lässt sich der Datenstrom sauber schneiden. Ansonsten wird Rechnerei fällig.
Theoretisch kann ein MPEG-Video auch nur aus Index-Bildern (ohne Differenzbilder) bestehen, das bringt dann gegenüber anderen Komprimierungen aber keinen Platzvorteil mehr.

Naturgemäß lassen sich verrauschte Videos schlecht nach MPEG komprimieren. Das Rauschmuster sieht in jedem Bild anders aus, dadurch ist in jedem Differenzbild das gesamte Rauschen des Originalbildes enthalten. Das vergrößert die Größe der Differenzbilder (bei variabler Datenrate) oder es verringert die für die echte Videoinformation verfügbare Datenrate (feste Datenrate).

MPEG-1
MPEG-1 fand erstmals mit den CD-I-Playern eine geringe Verbreitung, die in der Lage waren VCDs abzuspielen. Hoher Gerätepreis bei schlechter Videoqualität verhinderten aber den Durchbruch der Technik. Heute findet sich MPEG-1 oft in Internet-Videos, oder in selbstproduzierten VCDs. Die meisten heutigen DVD-Player spielen VCDs ab.

Da die alten CD-I-Player nur über ein normales CD-Laufwert für einfache Geschwindigkeit verfügten, musste dafür MPEG-1 mit der einfachen CD-Datenrate auskommen. Also mit 150 kByte/s. Wenn man Video + dazugehörigen Ton auf die Datenrate einer Audio-CD reduzieren muss (die auf unkomprimierten Audio-CDs schon mit Ton allein gefüllt ist), geht das nicht ohne Kompromisse. Die Qualität von MPEG-1 ist schlechter als die von VHS-Kassetten. Positiv bleibt, dass sich VCDs auf dem Heim-PC meist problemlos erstellen lassen. Ein normaler Film passt auf 2 VCDs.
Das Bildformat ist zwar bei MPEG-1 nicht festgelegt, aber für Videoarchivierung hat sich die VCD mit 352x288 Pixeln pro Bild durchgesetzt.

MPEG-2
MPEG-2 fand mit dem Siegeszug der DVD seine Verbreitung. Auf einer DVD ist (je nach Variante) 7 bis 29 mal mehr Platz als auf einer CD. Einfach lassen sich DVDs mit bis zu 9 GByte produzieren. Damit war es möglich, Video mit viel höhere Auflösung auf eine DVD zu speichern, als vormals auf eine VCD.
Die Datenrate wurde natürlich deutlich höher gewählt. Der Clou war es aber, die Datenrate nicht mehr auf einen festen Wert festzuschreiben. Bewegte Szenen lassen sich schlechter komprimieren als unbewegte Szenen. Um Komprimierungsartefakte (sichtbare Bildfehler durch zu hohe Kompression) bei bewegten Szenen zu vermeiden, wird in solch einer Situation die Datenrate angehoben. In 'ruhigeren' Szenen wird die Datenrate wieder abgesenkt. Das erlaubt es die vorhandene Kapazität einer DVD optimal zu nutzen. (Das mit konstanter Datenrate arbeitende DV benötigt bei vergleichbarer Bildqualität 4 mal mehr Platz).

Auch bei der Ausstrahlung digitalen TVs (DVB) wird MPEG-2 benutzt.

MPEG-4 / DivX
DivX steht häufig für MPEG-4 und umgekehrt. Eigentlich ist aber DivX nur ein Video-Kompressionsstandard (Codec), während MPEG-4 ein Fileformat ist, das intern aber eine DivX-ähnliche Komprimierung verwendet. DivX-Videos werden in der Regel in AVI-Dateien abgelegt. Waschechte MPEG-4 Dateien heißen dagegen *.MP4. Die Praxis wird aber von DivX beherrscht.

Die Kompression wurde im Vergleich zu MPEG-2 weiter verbessert, wodurch sich der Platzbedarf von Video weiter reduziert hat. Während man DivX im Internet überall trifft (size matters), ist seine Nutzung im heimischen DVD-Player nicht möglich - zur Zeit jedenfalls. Erste DivX-fähige DVD-Player gibt es nämlich schon, sie beherrschen aber meist nicht alle DivX-Dialekte. DivX wird, wie schon erwähnt, in AVI-Dateien gespeichert, so dass (bei installiertem Div-X-Codec) jedes Programm, das mit AVI umgehen kann, auch mit DivX keine Probleme haben dürfte. So lässt sich z.B. VirtualDub dafür nutzen, DivX-Videos zu bearbeiten und wieder als DivX abzuspeichern.
siehe auch hier

DV
DV-Video wird in digitalen Camcordern benutzt. Es handelt sich um ein Komprimierverfahren, bei dem (im Gegensatz zu MPEG) alle Bilder des Videos einzeln komprimiert werden. Die Bildqualität entspricht einer DVD. Um das bei einer konstanten Datenrate zu realisieren, musste diese Datenrate mit 25 MBit/s recht hoch gewählt werden.
Wenn man ein DV-Video (als AVI) in den Rechner einliest und auf Festplatte speichert, dann benötigt es dort 4 mal so viel Platz wie ein gleich gutes MPEG-2-Video. Dafür eignet es sich aber hervorragend zum bildgenauen Schneiden und bearbeiten mit Videoschnittprogrammen.

VCD
Eine normale CD fasst bekanntlich 640 MByte Daten oder 74 Minuten Musik. Die Datenrate einer Audio-CD ist konstant 150 kByte/s. Diese Datenrate ist mit der Datenrate der VCD identisch. Wer nun einmal ausrechnet, wieviel Daten bei 150 kByte/s in 74 Minuten wirklich anfallen, der wird sich wundern:

Offensichtlich passen auf eine 640-MByte-CD irgendwie 666 MByte. Erreicht wird das durch das Weglassen eines Teils der Daten, die bei Daten-CDs für die Fehlerkorrektur verwendet werden. Da ein paar falsche Bits in einem Audio- oder MPEG-Datenstrom kaum auffallen, kann man diese Daten im RAW-Format speichern. Dadurch passen in den Bereich der Audio/MPEG-Files 13% mehr Information als üblich. Natürlich ist nicht die ganze VCD in diesem Platz sparenden Format beschrieben. Auf der CD finden sich auch Hilfsdateien, die für das Wiedergabegerät wichtig sind. Diese Dateien sind im normalen Format gespeichert. Aus diesem Grunde liegt die Kapazität einer VCD ein paar Minuten unter der Audiokapazität der CD.
 

CD-R Typ	max. VCD-Länge
74	70 Minuten
80	75 Minuten
99	93 Minuten

Man erkennt leicht, dass sich jeder normallange Kinofilm problemlos auf 2 CDs unterbringen lässt. Die 2. CD bleibt dabei sogar noch halb leer. Vielleicht lässt sich auch ein 90 Minuten-Film auf einen 99-Minuten CD-R brennen. Man sollte aber vorab prüfen, ob der eigene DVD-Player mit solchen überlangen CD-Rs zurecht kommt. Auch erlaubt nicht jedes Brennprogramm die Nutzung der vollen Kapazität.

SVCD
Die Datenrate einer SVCD ist nicht festgeschrieben. Üblich sind aber 2,5 MBit/s = 312 kByte/s. Bei einer Datenrate von nur 2 MBit/s lässt sich die CD etwas besser ausnutzen. Da sich die Länge eines MPEG-2 Videos vor Abschluss der Codierung nur grob schätzen lässt, kann man die Kapazität der CD meist nicht optimal ausnutzen. Ich empfehle ein zu langes Video in einem Stück in MPEG-2 zu wandeln, und dann das Video an den geeigneten Stellen mit TMPEnc zu schneiden, um es auf mehrere SVCDs zu verteilen.
45-Minuten-Videos lassen sich aber auf einer einzelnen SVCD unterbringen. Also z.B. eine Folge von StartrekNG.
 

CD-R Typ	VCD mit 2,5 MBit/s	VCD mit 2,0 MBit/s
74	~ 33 Minuten	~ 42 Minuten
80	~ 36 Minuten	~ 45 Minuten
99	~ 44 Minuten	~ 55 Minuten

Ein normaler Film lässt sich also oft auf 3 CD-Rs unterbringen.
 

DVD
eine DVD-Rohling fasst 4700 MByte, was eigentlich knappe 4,38 GByte sind. Trotzdem hat sich umgangssprachlich 4,7 GByte eingebürgert (klingt größer, und die Festplattenhersteller rechnen ja schließlich auch so). Damit lässt sich die Laufzeit einer DVD in Abhängigkeit von der Datenrate des MPEG-2-Stroms errechnen:
 

Datenrate	Laufzeit
2 MBit/s	5 h 13 min
3 MBit/s	3 h 28 min
4 MBit/s	2 h 36 min
5 MBit/s	2 h 05 min
6 MBit/s	1 h 44 min

Üblich ist eine Datenrate von 6 MBit/s, in der jeder normale Film bequem auf die einlagige 4,7 GByte-DVD (genannt: DVD-5) passt. Will man einen Film vom digitalen TV (DVB) archivieren, so ist das kein Problem, da DVB mit ca. 3,5 MBit/s sendet.