Bei professionellen Video- und Filmproduktionen fallen Unmengen digitaler Daten an. Zu viel, um die Bilder der Kameras durch klassische Netzwerke zu leiten. Das verzögert schon heute die Weiterbearbeitung als auch das Streaming. Und bei künftigen 8K-Verfilmungen wird sich das Problem vervielfachen. Das Fraunhofer IIS hat nun ein Komprimierungsverfahren mitentwickelt, das die Datenfülle auf ein Zehntel reduziert. Dank des neuen Kompressionsstandards JPEG XS kommt es kaum zu Verzögerungen bei der Verarbeitung oder zu Verlusten bei der Bildqualität.

Kameramann müsste man sein. Oder Kamerafrau: Arbeit meist an der frischen Luft, interessante Reisen und der direkte Kontakt zu Schauspieler*innen und Regissieur*innen. Editor*innen hingegen – so schreibt es das Branchenmagazin Film & TV Kamera arbeiten »auf der dunklen Seite des Bewegtbildes«. Denn: »Sie hausen in der Finsternis der Schneideräume, und die Sonne kennen sie höchstens aus der Mittagspause.« Natürlich sollte man es mit dem Mitgefühl für diese Berufsgruppe nicht übertreiben, aber Schnitträume gehören mit Sicherheit nicht zu den Highlights einer angenehmen Arbeitsatmosphäre. Und wer seinen Platz verlässt, der tritt in der Regel auf einen betonierten und tristen Platz irgendwo in der Vorstadt auf dem Studiogelände. Die Überlegung, den Schnittplatz in eine angenehmere Umgebung zu verlegen oder gar im Homeoffice arbeiten zu können, scheiterte bislang vor allem an den technischen Voraussetzungen. Spezielle Schnittcomputer mit leistungsfähiger Hardware sind dabei nicht das Problem, es hakt an der zu verarbeitenden Datenmenge. Denn die Fülle an Bits und Bytes, die eine moderne 4K- oder gar 8K-Filmproduktion mit Bildraten von bis zu 120 Bilder pro Sekunde anhäuft, ist über ein herkömmliches Netzwerk längst nicht mehr zu bewerkstelligen.

Kameras beispielsweise benutzen deshalb SDI-Schnittstellen. Diese Serial Digital Interfaces (SDI) erlauben eine Übertragung von unkomprimierten und unverschlüsselten Videodaten über Koaxialkabel oder Lichtwellenleiter mit einer Geschwindigkeit von 3, 12 oder 48 (8K) Gbit/s, also 4K beziehungsweise 8K. Aber eben nur bis an den Punkt, an dem die Daten an das »normale« Netzwerk übergeben werden. Ab hier ist ein Weitertransport in praktikabler Geschwindigkeit bislang kaum vorstellbar - zumal die Datenströme einer Vielzahl von Kameras und natürlich auch der Ton parallel verarbeitet werden müssten. Es sei denn, die Daten würden deutlich komprimiert. Und das verlustfrei, denn es geht um hochwertiges Rohmaterial professioneller Fernsehstudios, bei denen die Anforderungen an die Bandbreiten enorm sind.

Kompressionsstandard JPEG XS

Ein neues und vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in der ISO JPEG Gruppe maßgeblich mitstandardisiertes Kompressionsverfahren könnte deshalb entscheidend zu einem Plot Twist beitragen. Natürlich nicht nur für die Editor*innen, die nun auf die Cloud zumindest für niedriger aufgelöste Previews zugreifen könnten, sondern vor allem für die Produktions- und Postproduktionsprozesse von Film- und Fernsehproduktion im Allgemeinen. »Dank des neuen Bildkodierstandards JPEG XS können wir die Datenfülle auf ein Zehntel ihres ursprünglichen Volumens reduzieren. Und das in Echtzeit und ohne merklichen Qualitätsverlust, wie er sonst durch Kompression und Dekompression entsteht«, erklärt Prof. Siegfried Fößel vom Fraunhofer IIS. Dank JPEG XS werde das »Hin- und Herspringen zwischen verschiedenen Schnittstellen und Komprimierungstechnologien überflüssig, weil nun erstmals ein nahtloses Video-Streaming über IP-basierte Workflows ermöglicht wird.« Fößel ist so etwas wie der primus inter pares in einem Team von Expert*innen, das am Institut nach Möglichkeiten forscht, eine hochwertige Video- und Bildübertragung in Studioqualität zu ermöglichen. »Ob Virtual Reality, Gaming oder Broadcast- und Digitale Kino-Workflows, JPEG XS kann angewendet werden, wo bisher unkomprimierte Videos verwendet werden mussten«, so Fößel. Die Vorteile des Standards sieht er in den Buchstaben X und S gut zusammengefasst. »Das X in JPEG XS steht für ‚extra speed‘ bei der Komprimierung und das S für ‚extra small‘, für die geringe Komplexität des Codecs.«

Eigenschaften auf einen Blick

Das allerdings ist nur eine sehr komprimierte Zusammenfassung der Charakteristika, mit denen JPEG XS die audiovisuelle Welt komfortabler und schneller macht. Das Fraunhofer IIS zählt auf seiner Webseite unter anderem folgende Schlüssel-Eigenschaften auf: Mezzanine Kompression, sehr niedrige Latenz, sehr niedrige Komplexität, Bildraten von 24 bis 120 Bilder pro Sekunde, RGB und YUV Farbdarstellung, Auflösung von bis zu 8K, Mehrgenerationen-Robustheit, optimiert für mehrere Plattformen wie FPGA, ASIC und CPU sowie Echtzeit-Softwareimplementierung für CPU und GPU (verfügbar von Fraunhofer IIS).

Streaming-Pilotprojekt

Bereits vor zwei Jahren hatte ein Expert*innenteam um Siegfried Fößel gemeinsam mit dem japanischen Sender NHK ein Pilotprojekt zum Streaming von 8K-Video über IP durchgeführt und dabei überzeugende Ergebnisse erzielt: »Uns war es wichtig, zu zeigen, dass JPEG XS nicht nur für die Übertragung von 8K-Videoströmen eingesetzt werden kann, sondern, dass auch die Synchronisation und das Verhalten des Systems unter Echtzeitbedingungen die Erwartungen erfüllt«, sagt Fößel.

Mittlerweile hat das Fraunhofer IIS gemeinsam mit dem Patentpool-Administrator Vectis einen JPEG XS-Lizenzpool eingerichtet. Das Lizenzprogramm umfasst die rechtlichen Bedingungen für die Verwendung von JPEG XS sowohl in Cloud-basierten Diensten als auch in professionellen und Verbraucher-Geräten. Parallel dazu hat die Lizenznehmerin nablet GmbH ein Plug-in auf den Markt gebracht, mit dem sich JPEG XS-komprimierte Daten in Software importieren lassen. Durch die Integration von JPEG XS in die nablet-API steht das Verfahren nun als Software Development Kit (SDK) für Windows, Linux und macOS zur Verfügung, das auf der diesjährigen NAB 2022 in Las Vegas gezeigt wurde.

(betz)

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