Two-Pass Encoding mit variablen Bitraten
Da der Speicherplatz bei Videoströmen immer knapp ist, muss dem Encoder vor der Kompression mitgeteilt werden, wie groß der Videostrom maximal sein darf. Die Größe eines Videos wird durch die Bitrate bestimmt. Diese beschreibt, wieviel Bits pro Sekunde Video "verbraucht" werden dürfen.
Bei der Encodierung kann der Anwender in der Regel zwischen einer konstanten und einer variablen Bitrate wählen. Bei der konstanten Bitrate (CBR) steht dem Encoder eine fest vorgegebene Speicherbandbreite zur Verfügung, die er auf keinen Fall überschreiten darf. Benötigt eine Sequenz dabei mehr Speicherplatz als verfügbar, wird diese Sequenz einfach stärker komprimiert, was in manchen Szenen schnell zu sichtbaren Qualitätseinbußen führt. Die variable Bitrate (VBR) kann dagegen Speicher dynamisch verteilen. Benötigt eine Szene beispielsweise weniger Speicherplatz als die vorgegebene Bitrate, so kann der übrige Speicherplatz für eine spätere Szene "aufgehoben" werden. Die spätere Szene hat dann eine höhere Bitrate zur Verfügung als die geforderte Bitrate des gesamten Videos.
Die erste Abbildung zeigt das Verhalten des Encoders mit konstater Bildrate (CBR). Die blaue Linie stellt die Komplexität der einzelnen Videoframes dar. Aufgrund der konstanten Bitrate kann der liefert der Encoder bei sehr komplexen Bildern (Berge) zu wenig Datenrate, während bei einfachen Bildern die Datenrate unnötigerweise über den Tälern liegt und hier Bandbreite verschwendet wird.
Die zweite Abbildung symbolisiert, wie sich die variable Bildrate an die Komplexität des Videostroms anpasst.
Die VBR bietet in den meisten Fällen eine bessere Bildqualität bei gleicher, durchschnittlicher Bitrate.
Um dieses Prinzip auch vollständig ausnützen zu können, muss der Encoder jedoch vorausschauend arbeiten können. In einem ersten Durchgang müssen erst einmal alle Szenen des Videos auf ihre Komplexität untersucht werden, wie viel Speicherplatz welche Szene voraussichtlich benötigen wird. In einem zweiten Durchgang kann dann die vorhandene Bandbreite (i.e. Bitrate) auf die einzelnen Szenen optimal verteilt werden.
Obwohl auch eine VBR in einem Durchgang denkbar ist, erhält der Anwender erst mit zwei Durchgängen die (theoretisch) optimale Qualität bei vorgegebener Bitrate. Allerdings dauert der Encoding-Prozess auf diesem Weg auch deutlich länger als One-Pass-Encodings.
Dies war in aller Kürze eine Einführung in die MPEG-Kompression. Viele Sachverhalte wurden aus didaktischen Gründen stark vereinfacht (MPEG-Profis mögen mir verzeihen). Dennoch sollte dieses Grundwissen ausreichend sein, um in einem späteren Artikel auf die wichtigsten Einstellungen bei der Erzeugung eines professionellen MPEG-Streams einzugehen.
