Codec

Was ist ein Codec?

Ein Codec ist ein hardware- oder softwarebasierter Prozess, der große Datenmengen komprimiert und dekomprimiert. Codecs werden in Anwendungen zum Abspielen und Erstellen von Mediendateien für Benutzer sowie zum Senden von Mediendateien über ein Netzwerk verwendet. Codecs verarbeiten auch Datenströme beim Streaming über das Netzwerk/Internet oder bei Sprachübertragungen.

Der Begriff Codec setzt sich aus den Wörtern Coder und Decoder sowie Compression und Decompression zusammen. Codecs komprimieren (oder verkleinern) Mediendateien wie Video, Audio und Standbilder, um Speicherplatz auf dem Gerät zu sparen und diese Dateien effizient über ein Netzwerk wie das Internet zu versenden.

Ein Codec nimmt Daten in einer Form auf, codiert sie in eine andere Form und decodiert sie am Ausgangspunkt der Kommunikationssitzung. Codecs bestehen aus einem Encoder und einem Decoder. Der Encoder komprimiert eine Mediendatei, und der Decoder dekomprimiert die Datei. Es gibt Hunderte von verschiedenen Codecs, die für die Codierung verschiedener Medien wie Video und Audio entwickelt wurden.

Codecs sind für den Endbenutzer unsichtbar und werden in die Software oder Hardware eines Geräts integriert. Der Windows Media Player zum Beispiel, der in jeder Windows-Version vorinstalliert ist, bietet eine begrenzte Anzahl von Codecs für die Wiedergabe von Mediendateien. Benutzer können auch Codecs auf ihre Computer herunterladen, wenn sie eine bestimmte Datei öffnen müssen. Aber in diesen Fällen ist es vielleicht einfacher, ein Codec-Paket oder ein Player-Programm herunterzuladen. Vor dem Hinzufügen von Codecs sollten die Benutzer jedoch zunächst prüfen, welche Codecs bereits auf ihrem System installiert sind.

Codecs erfüllen einen wichtigen Zweck, denn ohne sie würden Mediendateien viel mehr Speicherplatz beanspruchen, Online-Downloads würden erheblich länger dauern und Dienste wie Voice over IP (VoIP) wären nicht möglich.

Wofür Codecs verwendet werden

In der Kommunikation können Codecs hardware- oder softwarebasiert sein. Hardwarebasierte Codecs führen Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlungen durch. Ein gängiges Beispiel ist ein Modem, das zum Senden von Datenverkehr über analoge Sprachleitungen verwendet wird. In diesem Fall ist der Begriff Codec eine Mischung aus Coder/Decoder.

Softwarebasierte Codecs beschreiben den Prozess des Codierens von Audio- und Videodaten, die von einem Mikrofon oder einer Videokamera aufgenommen wurden, in digitaler Form für die Übertragung an andere Teilnehmer. Das können Anrufe sein, Videokonferenzen, Streams oder Sendungen sowie die Verkleinerung von Mediendateien, die der Benutzer speichern oder über das Internet versenden kann. In diesem Beispiel ist der Begriff Codec eine Mischung aus Komprimierung und Dekomprimierung.

Warum sind Codecs wichtig?

Codecs werden aus verschiedenen Gründen verwendet, unter anderem aus folgenden:

• Geringerer Platzbedarf: Mediendateien werden komprimiert, um Platz zu sparen. Einige Mediendateien, zum Beispiel Videodateien, können sehr groß sein und viel Platz beanspruchen, wenn sie nicht komprimiert werden. Laut dem Tech-Newsletter Review Geek entspricht eine unkomprimierte 4K-Videodatei etwa fünf Terabyte (TByte) an Daten pro Stunde, was weit mehr ist, als Blu-ray oder Streaming bewältigen könnten. Komprimiert würde sich die Datei im Gigabyte-Bereich bewegen.
• Effizientere Übertragungen: Würden Mediendateien nicht komprimiert, wäre es sehr viel schwieriger, diese Dateien über das Internet zu übertragen. Bei unkomprimierten Dateien würde die Übertragung viel länger dauern, da die Dateien größer sind und mehr Ressourcen für die Übertragung benötigt werden.

Wie Codecs funktionieren

Die Hauptaufgabe eines Codecs ist die Umwandlung und Kapselung von Daten für die Übertragung über ein Netzwerk. Sowohl Sprach- als auch Videocodecs verwenden einen Softwarealgorithmus, der entweder auf einem gemeinsamen Prozessor oder in einer für die Datenkapselung und -entkapselung optimierten Hardware läuft. Die meisten Smartphones bieten auch optimierte Hardware zur Unterstützung von Videocodecs.

Prädiktive Codecs verwenden einen Algorithmus zur Konvertierung von Daten in eine Bytesequenz für die einfache Übertragung über ein Datennetz und konvertieren dann die Byte-Sequenz zurück in Sprache oder Video für den Empfang am Endpunkt.

Je höher die Bitrate ist, desto geringer ist die Komprimierung. Und weniger Komprimierung bedeutet im Allgemeinen eine höhere oder näher am Original liegende Gesamtqualität. Einige Codecs erzeugen kleinere Dateien mit einigermaßen akzeptabler Qualität, aber sie sind schwieriger zu bearbeiten. Andere Codecs generieren effiziente Dateien, die eine höhere Qualität aufweisen, aber mehr Speicherplatz benötigen. Wieder andere Codecs produzieren kleine und effiziente Dateien, denen es aber insgesamt an Qualität mangelt. Multimediadateien, die verschiedene Datenströme enthalten, werden zusammen gekapselt. Das gilt zum Beispiel für Multimediadateien, die sowohl Audio als auch Video enthalten.

Arten von Codecs

Es gibt Codecs für audio-, video- und bildbasierte Mediendateien. Diese Codecs werden danach kategorisiert, ob sie verlustbehaftet oder verlustfrei und komprimiert oder unkomprimiert arbeiten. Verlustbehaftete Codecs reduzieren die Qualität der Datei, um die Komprimierung zu maximieren. Dadurch werden die Bandbreitenanforderungen für die Medienübertragung minimiert. Verlustbehaftete Codecs erfassen auch nur einen Teil der Daten, die von einem Vorhersagealgorithmus benötigt werden, um eine nahezu identische Kopie der ursprünglichen Sprach- oder Videodaten zu erstellen. Verlustbehaftete Codecs erzeugen überschaubare Dateigrößen, die sich gut für die Übertragung von Daten über das Internet eignen.

Verlustfreie Codecs verfügen über einen Datenkomprimierungsalgorithmus, der die Komprimierung und Dekomprimierung von Dateien ohne Qualitätsverluste ermöglicht. Dadurch bleibt die ursprüngliche Qualität der Datei erhalten. Verlustfreie Codecs erfassen, übertragen und decodieren alle Audio- und Videoinformationen auf Kosten einer höheren Bandbreite. Verlustfreie Codecs eignen sich gut für die Bearbeitung von Filmen, Videos und Fotos.

Bei der verlustbehafteten Komprimierung gibt es verschiedene Komprimierungstechniken, die als Intraframe- oder Interframe-Komprimierung definiert sind. Bei der Intraframe-Komprimierung wird das Äquivalent der Standbildkomprimierung in Videos verwendet. Jedes Bild wird komprimiert, ohne dass ein anderes Bild als Referenz verwendet wird. Im Gegensatz dazu werden bei der Interframe-Kompression Videodateien unter Berücksichtigung der Redundanzen zwischen den Frames komprimiert. Bei dieser Art der Komprimierung wird eine Codierungsmethode verwendet, bei der nur die Informationen erhalten bleiben, die sich zwischen den Frames ändern. Obwohl Intraframe-Codecs im Vergleich zu Interframe-Codecs eine höhere Datenrate benötigen, beanspruchen Intraframe-Codecs weniger Rechenleistung zur Dekodierung bei der Wiedergabe.

Beispiele für gängige Codecs

Es gibt Hunderte von Codecs und der typische Benutzer benötigt einige davon, um die verschiedenen Arten von Video-, Audio- und Bilddateien abzuspielen.

Zu den Audiocodecs gehören:

• Advanced Audio Coding (AAC)
• Apple Lossless Audio Codec (ALAC)
• Free Lossless Audio Codec (FLAC)
• Global System for Mobile communications (GSM)
• Internet Low Bitrate Codec (iLBC)
• Waveform Audio File Format (WAV)

Zu den Bild-Codecs gehören:

• Joint Photographic Experts Group (JPG/JPEG)
• Tag Image File Format (TIFF)
• Portable Network Graphics (PNG)

Zu den Videocodecs gehören:

• Apple ProRes
• Digital Nonlinear Extensible High Definition (DNxHD)
• 264
• High Efficiency Video Coding (HEVC)/H.265
• VP8/VP9

H.264 ist ein bemerkenswerter und weit verbreiteter Codec, da er je nach Codierungseinstellungen auf verlustfreie oder verlustbehaftete Kompression eingestellt werden kann. Dieser Codec wird für digitale Videos verwendet und kann auf einer Vielzahl von Geräten abgespielt werden. H.264 wird zum Beispiel für Live-Streaming, Kabelfernsehen und Blu-ray-Discs verwendet. Obwohl H.265 neuer ist und H.264 ersetzen soll, wird H.264 immer noch häufig eingesetzt. H.265 hat jedoch eine bessere Komprimierungseffizienz, es kann also kleinere Dateien erzeugen. H.265 war auch der erste Codec, der eine 8K-Auflösung unterstützt.