4K-Videoverarbeitung: Definition und Mindestsystemanforderungen

22.05.2019 | von Levin Danner
Was ist 4K-Videoverarbeitung: Definition, Workflow, Abdeckung, Technologie und Mindestsystemanforderungen

4K-Videoverarbeitung ist die Manipulation und Anordnung der 4K UHD-Videoaufnahme. Sie ist bidirektional in dem Sinne, dass sie 4K-Videoquellen neu codieren kann, um sie mit verschiedenen Bildschirmen, sozialen Medien, Speichermedien, usw. kompatibel zu machen, sowie 4K-Videosignale von einem Kommunikationskanal, Speichermedium in einen Monitor[1] zu transformieren. 4K-Videoverarbeitungstechniken werden in UHD BD, 4K-Streaming-Diensten, Video-Codecs, Video-Playern und anderen Geräten eingesetzt.

Was gemeinhin als 4K-Videobearbeitung bezeichnet wird, ist der erste Fall, nämlich die Dekodierung von 4K-Videos, die Bearbeitung von 4K-Videomaterialien, die Größenänderung von 4K-Videodateien, die Konvertierung von Formaten, die Skalierung von Videos und die Anpassung anderer Parameter für reibungslose Wiedergabe, Speicherung und Übertragung.

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Inhaltsverzeichnis:

Teil 1: Der Workflow der 4K-Videoverarbeitung

Für den Prozess, vom 4K-Rohvideomaterial bis zur Darstellung auf Bildschirmen, sind zahlreiche Operationen unverzichtbar. Der digitale 4K-Stream muss gedemultiplext[2] werden, um den bestimmten Video-Bitstream zu extrahieren, der zusammen mit dem Audio-Stream und den Nebeninformationen auf dem Monitor angezeigt werden kann. Dann wird das digitale 4K-Video in einem Video-Decoder dekomprimiert, vor der Anzeige auf dem Monitor nachbearbeitet und schließlich codiert, um es in den Speichermedien zu speichern, auf verschiedenen Bildschirmen abzuspielen oder auf den Kommunikationskanal zu übertragen.

Workflow der 4K-Videoverarbeitung

Decodierung

Da 4K-Videos in verschiedene Formen gespeichert werden können, nämlich H.264 Video, MPEG-2 Video, MOV QuickTime Video HEVC/H.265 Video und so weiter[3], muss man vor der Videoverarbeitung 4K-Video-Streams in große Mengen von Rohvideobildern (Frames) dekodieren. Kurz gesagt: Die Dekodierung des 4K-Materials muss das 4K-Video öffnen, um 4K-Video-Streams zu erhalten, die Frames aus Streams zu extrahieren, den YUV-Farbraum bei Bedarf in RGB zu konvertieren, die Frames zu decodieren und auf dem Monitor[4] anzuzeigen.

Nachbearbeitung

4K-Video-Nachbearbeitung bezieht sich in der Regel auf einen Prozess aller Operationen auf Video-Informationen, was durch Techniken, bzw. 4K-Video-Transcodierung, Komprimierung, Anpassung und Bearbeitung erreicht wird.

Bearbeitung: 4K-Videobearbeitung gilt häufig als einer der entscheidendsten Teile der 4K-Video-Nachbearbeitung. Das ist ein Prozess der Aufteilung, Integration und Neuordnung des 4K-Videomaterials, um ein neues zu schaffen. 4K-Videobearbeitung enthält das Schneiden von Segmenten, die Re-Sequenzierung von Clips, die Reduzierung von Geräuschen, die Stabilisierung von wackeligen Aufnahmen, die Farbkorrektur, das Hinzufügen von Übergängen, Untertiteln und anderen Spezialeffekten[5].

Kompression: Ein normales H.264 4K-Video bei 30 fps benötigt 350 MB iPhone-Speicher pro Minute[6], was hohe Bandbreite und großen Speicherplatz erfordert. Durch die 4K-Videokompression kann die 4K-Videogröße verkleinert werden, während visuelle Effekte zu maximieren sind[7]. Die Video-Kompressionsrate bezieht sich im Allgemeinen auf das Verhältnis des Datenvolumens nach der Kompression zu dem zuvor. Die Standard-Digitalkameras haben ein Kompressionsverhältnis von 5:1, und einige Formate erlauben ein Video-Kompressionsverhältnis von 100:1.

Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression sind Begriffe, die beschreiben, ob bei der Kompression einer Datei alle Originaldaten wiederhergestellt werden können[8]. Wenn eine komprimierte Datei ohne Datenverlust wieder in ihre ursprüngliche Form decodiert werden kann, wird die Kompression als verlustfreie Kompression bezeichnet. Verlustbehaftete Kompression bedeutet, dass die Daten nach der Komprimierung nicht mit den ursprünglichen Daten übereinstimmen. Fast alle hohen Kompressionsalgorithmen verwenden verlustbehaftete Kompression, um geringere Datenrate zu erreichen.

4K-Videoskalierung: Die 4K-Videoverarbeitung umfasst auch die Auflösungsskalierung, die Anpassung der Bildrate, Bitrate, Audio-Abtastrate, usw.[9]. Durch die Anpassung der 4K-Videoparameter ist die Qualität erheblich zu verbessern, die Dateigröße zu reduzieren, um sich an die verschiedenen Bildschirme anzupassen oder die Bandbreite zu reduzieren.

Codierung

4K-Videokodierung ist der Prozess der Konvertierung eines 4K-Videos von einem Format/Codec zu einem anderen[10], um die 4K-Videoaufnahme auf verschiedenen Plattformen und Geräten abspielbar zu machen. Wenn das Zielgerät das Format nicht unterstützt, in dem die Originaldaten codiert sind, oder das Zielgerät eine reduzierte Kapazität hat oder der veraltete Dateityp mit dem modernen neuen Gerät inkompatibel ist, könnte die Transkodierung des Formats eine effiziente Lösung. Zum Beispiel nimmt ein H.264 4K-Video viel mehr Speicherplatz als ein HEVC 4K-Video ein, während H.264 kompatibler als HEVC ist[11].

Teil 2: 4K-Signalverarbeitung (Backend)

4K-Backend-Videoverarbeitung ist eher ein Prozess der 4K-Signalverarbeitung, die ist dafür zuständig, die Eigenschaften von 4K-Videosignalen zu ändern, die 4K-Videoqualität zu verbessern oder verschlechtern, das 4K-Signal in ein anderes zu transformieren[12], das vom Kommunikationskanal oder Speichergerät abgerufen werden kann. Der Workflow der 4K-Signalverarbeitung ist: Decodierung, Rauschminderung, Deinterlacing, Auflösungsskalierung, Verbesserung, Konvertierung der Bildrate, Farbraumkonvertierung, Anpassung von Helligkeit/Kontrast/Gamma[13]. Und schließlich wird das 4K-Video auf dem Monitor angezeigt.

4K-Signalverarbeitung (Backend)

Teil 3: Die Workstation der 4K-Videoverarbeitung

Die Verarbeitung von 4K-Videos, vor allem HDR HEVC 4K-Videos mit der 10 Bit Farbtiefe, stellt hohe Anforderungen an Hardware, nämlich Prozessor, RAM, Grafikkarte[14]. In der Regel ist die einzelne CPU-Decodierung für die 4K-Videoverarbeitung unzureichend, weil die großen Framegrößen die Renderzeiten der Dateien erhöhen und zur hohen CPU-Nutzung führen könnten. Eine eingebaute GPU-Beschleunigungstechnologie ermöglicht schnellere und reibungslosere 4K-Videoverarbeitung.

Hardwarebeschleunigung

Hardwarebeschleunigung ist ein Begriff, der verwendet wird, um Aufgaben zu beschreiben, die auf darauf spezialisierte Geräte und Hardware ausgelagert werden. Bei den meisten Computern und Anwendungen wird die CPU in erster Linie besteuert, bevor andere Hardwareteile vorhanden sind. Während dies in den meisten allgemeinen Anwendungsfällen gut ist, gibt es andere, wenn es eine starke CPU gibt, wo es für Ihren Computer klug sein könnte, die Soundkarten und GPU-Komponenten zu verwenden, vor allem für die 4K-Videverearbeitung[15].

Eine GPU besitzen meistens mehr Kerne als eine CPU. Eine Anwendung wie Adobe Premiere Pro kann in Echtzeit mit der richtigen GPU die Farbkorrektur rendern, wenn es geschrieben wird, Anweisungen an diesen externen Prozessor zu senden, mit anderen Worten, wenn die Hardwarebeschleunigungstechnologie in der Software integriert ist[16].

VideoProc wird durch volle Hardwarebeschleunigung angetrieben, mit der sich 4K-Videos bis zu 47 schneller als Echtzeit verarbeiten lassen! Die CPU-Auslastung auf allen aktuellen Rechnern wird auf 40% gesenkt und die Dateigröße wird um 90% optimiert, kleiner als das Original, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.

Teil 4: Mindestsystemanforderungen für 4K-Videoverarbeitung

  • ★ GPU

    Intel® Xeon® E5-v3-Prozessoren[17]

    AMD Radeon™ HD 7000 Serie

    Nvidia GeForce[18]

  • Das Minimum für die Wiedergabe und Verarbeitung von 4K-Videos.

  • ★ Arbeitsspeicher

    32 GB RAM

  • Für reibungslose Wiedergabe benötigen 4K-Frames eine große Menge Speicherplatz.

  • ★ Grafiken

    1 GB VRAM

  • Das Minimum für beschleunigte Effekte.

  • ★ SSD-Speicher

    8 TB SSD RAID

  • Lokaler, schneller Speicher für Medien und die gerenderte Ausgabe.

  • ★ Typische Workstations
  • Lenovo P900, HP Z840, Dell Precision 7910, Boxx Apex 4, Apple Mac Pro.

Quellenangaben

1. Architektur der Videoverarbeitung vocal.com, abgerufen am 26. März 2015.

2. Multiplexing und Demultiplexing macao.communications.museum, abgerufen am 29. Juni 2017.

3. Videodekodierung: spinetix.com, abgerufen am 7. September 2018.

4. Intel® Media Server Studio - Developer Guide and Reference intel.com, abgerufen am 4. September 2016.

5. Was ist Videobearbeitung? techopedia.com, abgerufen am 17. März 2015.

6. Wie viel iPhone 8 oder 8 Plus Speicherplatz benötigt ein 4K-Video? imore.com , abgerufen am 14. September 2017.

7. Video-Kompressionskonzepte Nimrod Peleg, aktualisiert im März 2009.

8. Verlustfreie und verlustbehaftete Kompression de.wikipedia.org, abgerufen am 26. Februar 2019.

9. Schlüsselbegriffe/Video-Parameter dornsife.usc.edu Institute for Multimedia Literacy Scool of Cinematic Arts University of Southern California

10. Was ist Videocodierung? help.encoding.com, abgerufen am 19. August 2013.

11. H.264 vs H.265 - A technical comparison. When will H.265 dominate the market? medium.com, abgerufen am 8. Juni 2016.

12. Signal Processing in a Multimedia World signalprocessingsociety.org, abgerufen am 29. August 2016.

13. Backend Video Processing vocal.com, abgerufen am 10. März 2015.

14. Editing in 4K: Minimum System Requirements videomaker.com, abgerufen am 14. Februar 2016.

15. What is hardware acceleration and why it matters maketecheasier.com, abgerufen am 10. Januar 2017.

16. Hardware Performance Guide Serious 4K Editing intel.com, abgerufen am 2. Juni 2015.

17. Intel® Xeon® E5-v3-Prozessoren ark.intel.com, abgerufen am 5. Juni 2017

18. Video Encode and Decode GPU Support Matrix | NVIDIA Developer developer.nvidia.com, abgerufen am 13. Juni 2018.

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Über den Autor
Levin Danner

Levin Danner, ein deutscher Redakteur und Übersetzer bei Digiarty Software, hat 4 Jahre Erfahrung im Schreiben, Übersetzen und Marketing. Er bietet gerne praktische Anleitungen und Tipps rund um die Videoverarbeitung, aktuelle heiße Themen, neue digitale Geräte, beliebte Filme, Musik, usw. Zudem interessiert er sich für Technik, Fußball, Filme, Musik, Reisen und mehr.

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