Dienstag, 9. Dezember 2014

Verlustfreie Videocodecs in der Langzeitarchivierung – Ein Vergleich

Verlustfreie Videocodecs haben den Charme, daß man zum einen sein Videomaterial für die digitale Langzeitarchivierung normalisieren kann und zum anderen, daß bei Formatmigrationen eine automatische, pixelgenaue Inhaltsprüfung die korrekte Migration vereinfacht.

Hinzu kommt, daß sich das digitale Videomaterial bei den Formatwandlungen nicht weiter verschlechtert.

Für den Test habe ich den Trailer zum Film "Sentinel" verwendet. Der Film von der Blender Foundation ist frei unter Creative Commons erhältlich und ermöglicht daher jedem die Testergebnisse zu verifizieren und an eigene Tests anzupassen.

Der Trailer war zum Zeitpunkt des Testes nur als DivX-HD verfügbar, so daß die y-Auflösungen von 1080 Pixeln mit Vorsicht zu genießen sind, da das Ursprungsmaterial dabei hochskaliert wurde.

Im folgenden die Ergebnisse (auf Megabytes gerundet):


Codec Auflösung



1080 720 576
Orig DivX_Plus 27


FFV1 v1
402 228 160
FFV1 v3 2pass 333 198 139
FFV1 v3
360 215 153
h264lossless 432 240 168
h264
20 11 7,3
mjp2000
463 261 183
mpeg2
24 11 7,2

MPeg2 läuft außer Konkurrenz mit, da nach der Kodierung deutliche Artefakte sichtbar sind.

Hier nochmal die Werte normiert auf den jeweils besten Kompressionswert:


Codec Auflösung



1080 720 576
Orig DivX_Plus 27


FFV1 v1
20 21 22
FFV1 v3 2pass 17 18 19
FFV1 v3
18 20 21
h264lossless 22 22 23
h264
1 1 1
mjp2000
23 24 25
mpeg2
1 1 1

Wie man erkennt, brauchen die Lossless Codecs im Schnitt die 20-fache Speichermenge, wobei sich das Verhältnis bessert, je höher die Auflösung des Quellmaterials wird. Im Test ist außerdem aufgefallen, daß Motion Jpeg2000 (mjp2000) mit Abstand die höchste Rechenzeit an den Tag legte, während FFV1 das Videomaterial nahezu in Echtzeit kodierte.

In meinen Augen sollten sich die Langzeitarchive bemühen, die Kodierungseffizienz der lossless-Codecs durch Förderung fähiger Entwickler zu steigern. Wenn man zB. FFV1 v1 mit FFV1 v3 vergleicht, so wurde die Kodierungseffizienz um nahezu 10% gesteigert.

Trotz des um ca. Faktor 20 höheren Speicherplatzverbrauchs von lossless Codecs gegenüber verlustbehafteten Verfahren würde ich erstere bevorzugen. Auch wenn noch Tests notwendig sind, die die Bitfehleranfälligkeit der verschiedenen Codecs miteinander vergleichen, so kann man festhalten, daß zumindest die Entwickler von FFV1 sich bereits Gedanken dazu gemacht haben, wie man die Auswirkung dieser Fehler begrenzen kann

Script


Das Script für den Test ist relativ schnell geschrieben:

#!/bin/bash
# tests some codecs and reduced screen sizes
# orig is: Sintel_Trailer.1080p.DivX_Plus_HD.mkv
# from  http://download.blender.org/durian/trailer/
orig=Sintel_Trailer.1080p.DivX_Plus_HD.mkv
for scanlines in 576 720 1080; do
 call="ffmpeg -i $orig -acodec copy -vf scale=-1:$scanlines -y "
 codec=ffv1; variant=standard; $call -vcodec $codec Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=ffv1; variant=v3slices; $call -threads 8 -g 1 -c:v $codec -level 3 -coder 1 -context 1 -slices 16 -slicecrc 1 Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 # ffmpeg -i  -threads 8 -an -vcodec ffv1 -coder 1 -context 1 -g 1 -level 3 -slices 24 -slicecrc 1 -pass 1 -passlogfile my_passlog 
 #ffmpeg -i  -threads 8 -acodec copy -vcodec ffv1 -coder 1 -context 1 -g 1 -level 3 -slices 24 -slicecrc 1 -pass 2 -passlogfile my_passlog 
 # 
 codec=ffv1; variant=v3slices2pass; $call -an -threads 8 -g 1 -c:v $codec -level 3 -coder 1 -context 1 -slices 16 -slicecrc 1 -pass 1 -passlogfile log.${scanlines}.${codec}.${variant}.log Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 rm -f Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=ffv1; variant=v3slices2pass; $call -threads 8 -g 1 -c:v $codec -level 3 -coder 1 -context 1 -slices 16 -slicecrc 1 -pass 2 -passlogfile log.${scanlines}.${codec}.${variant}.log Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=mpeg2video; variant=standard; $call -vcodec $codec Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=dirac; variant=standard; $call -threads 8 -g 1 -c:v libschroedinger -qscale:v 0 Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=h264lossless; variant=standard; $call -threads 8 -g 1 -c:v libx264 -preset fast -qp 0 Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=jpeg2000; variant=standard; $call -threads 8 -g 1 -c:v libopenjpeg Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
 codec=h264lossy; variant=standard; $call -threads 8 -c:v libx264 Sintel_Trailer.${scanlines}.${codec}.${variant}.mkv
done
rm -f log.*.log


Weiteres


* Infos zu Vor- und Nachteilen von FFV1 und Motion JPeg2000: https://groups.google.com/forum/#!topic/archivematica/HulV96gJ0go
* Evaluation von FFV1: http://web.archiveorange.com/archive/v/4q4BhyAYa6Fk89AqurTY
* Weiterer Vergleich von FFV1: http://download.das-werkstatt.com/pb/mthk/ffv1_stats/latest/ffv1_sizediff-mthk-yuv.html