Zum Inhalt springen
Wechseln zu: Inhalt, Abkürzungen

Der Nutzen der Kompression

Bevor wir anfangen, uns äußerst ausführlich mit der praktischen Seite von Audio- und Videokompression zu beschäftigen, sollten wir uns erst einmal darüber klar werden, warum das Schrumpfen überhaupt nötig ist. Ginge es nicht auch ohne Kompression?

Betrachten wir dazu einmal, wie groß die Datenmenge ist, die für einen durchschnittlichen Kinofilm anfällt. Dabei lassen wir unberücksichtigt, wie ein Film ursprünglich gedreht wird, sondern stellen uns vor, wir hätten ihn schon in einem passenden digitalen Format für die DVD oder BluRay – nur ohne Kompression. Zu berücksichtigen sind also eine Videospur und mindestens eine Audiospur. Untertitel und der Overhead des DVD/BluRay-Formats gehören zwar genau genommen auch dazu, fallen aber größenmäßig nicht weiter ins Gewicht.

Platzbedarf unkomprimierter Videodaten

Ein einzelnes Bild des Videos besteht aus in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln, so dass eine rechteckige Fläche entsteht. Jedem einzelnen Pixel ist ein Farbwert zugeordnet, wobei sämtliche Farbtöne aus drei Grundfarben zusammengesetzt werden: Rot, Grün und Blau. Um der Genauigkeit des menschlichen Auges gerecht zu werden, verwendet man für jede der Grundfarben 1 Byte Speicherplatz, was insgesamt rund 16,7 Millionen verschiedene Farbtöne ermöglicht. Ein einzelnes Pixel verbraucht also 3 Byte Platz.

Das gesamte Bild eines Films in klassischer »Fernsehauflösung« (SD, Standard Definition) besteht aus 576 Zeilen mit jeweils 720 Pixeln, macht insgesamt 0,4 Megapixel pro Bild. Hochauflösende Filme (HD, High Definition) haben 1080 Zeilen mit jeweils 1920 Pixel, ergibt 2,1 Megapixel pro Bild. Das bedeutet einen Platzbedarf von:

SD: (720 × 576) Pixel/Bild × 3 Byte/Pixel = 1.244.160 Byte/Bild.
HD: (1920 × 1080) Pixel/Bild × 3 Byte/Pixel = 6.220.800 Byte/Bild.

Nun hat ein Film aber mehrere Bilder, und zwar 25 Stück pro Sekunde. Das macht für einen 100-Minuten-Film (6000 Sekunden) 150.000 Bilder. Der Platzbedarf beträgt dann:

SD: 1.244.160 Byte/Bild × 150.000 Bilder = ca. 174 GByte.
HD: 6.220.800 Byte/Bild × 150.000 Bilder = ca. 870 GByte.

Allein um das unkomprimierte Video herunterzuladen, würden wir also mit einem DSL-16000-Breitbandanschluss und durchgehend voller Geschwindigkeit einen Tag für die kleine und fünfeinhalb Tage für die große Auflösung brauchen.

Platzbedarf unkomprimierter Audiodaten

Der Ton braucht deutlich weniger Platz, so dass sich an der Größenordnung der Datenmenge nichts Wesentliches mehr ändert. Nehmen wir eine übliche Audiospur mit 6 Kanälen, 48.000 Abtastungen pro Sekunde (Hz) und 16 Bit (2 Byte) Auflösung. Das ergibt

2 Byte × 48.000 Hz × 6 Kanäle = 576.000 Byte/Sekunde.

Hochgerechnet auf unseren 100-Minuten-Film hochgerechnet ergeben sich

576.000 Byte/Sekunde×6000 Sekunden = 3.456.000.000 Byte (ca. 3,2 GByte).

Im Vergleich zum Video ist das wenig, auch wenn wir bedenken, dass ein Film normalerweise mehrere Audiospuren besitzt und Audioformate mit 24 Bit Auflösung anstatt 16 Bit existieren. Pi-mal-Daumen können wir sagen: Ein komplett unkomprimierter Film verbraucht in SD-Auflösung in der Größenordnung von 200 GByte, in HD-Auflösung sind es 1000 GByte. Dagegen wirken die ca. 8 bzw. 50 GByte Kapazität der DVD- bzw. BluRay-Disc geradezu winzig.

Die Einheitenumrechnung von Dateigrößen oder Bitraten hält einen Stolperstein bereit, denn die Einheiten Kilo, Mega, Giga usw. werden in zwei verschiedenen Bedeutungen gebraucht. Mit überwältigender Mehrheit wird seit den Anfangszeiten der EDV folgende Rechenregel verwendet:

Wenn es um Bit geht (z.B. Bitrate 1500 kbit/s), dann gilt
1 Megabit = 1000 Kilobit = 1.000.000 Bit. Also immer der Faktor 1000.
Wenn es um Byte geht (z.B. Dateigröße 1400 MByte), dann gilt
1 Megabyte = 1024 Kilobyte = 1.048.576 Byte. Also immer der Faktor 1024.

Eine wichtige Ausnahme sollte man dabei im Kopf haben. Festplatten- und Rohlinghersteller verwenden für ihre Kapazitätsangaben entgegen der allgemein akzeptierten Regel den Faktor 1000. Auf diese Weise kann man einen DVD-Rohling mit einer Kapazität von 4,7 Gigabyte auszeichnen, obwohl das Betriebssystem die Disc nach der 1024er-Regel mit 4,37 Gigabyte erkennt.

Verlustlose und verlustbehaftete Kompression

Um Filme zu einem vernünftigen Preis speichern zu können, müssen sie also komprimiert werden. Grundsätzlich stehen dafür zwei Möglichkeiten zur Verfügung.

Um einen Film auf eine brauchbare Größe einzudampfen, führt an der verlustbehafteten Kompression kein Weg vorbei. Höchstens für Audiospuren wäre in Ausnahmefällen die verlustlose Variante sinnvoll: Wenn wir z.B. eine Konzert-DVD mit einer unkomprimierten PCM-Audiospur encodieren und ein Qualitätsverlust der Tonspur – auch wenn der gar nicht hörbar wäre – nicht in Frage kommt.