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Streaming

Optimale Bitrate

Die Bitrate bezeichnet die Ausgabemenge von Informationseinheiten bei digitalen Multimediaformaten im Verhältnis einer Datenmenge zu einer Zeit, typischerweise gemessen in Bit pro Sekunde, abgekürzt als Bit/s oder bps.

Die Bitrate bei der Audio- und Videokompression kann entweder konstant sein (konstante Bitrate, CBR) oder variabel (variable Bitrate, VBR). Bei VBR wird die Bitrate dynamisch an die zu kodierenden Daten angepasst. So wird zum Beispiel bei der MPEG-Videokompression bei ruhigen Szenen die Videobitrate reduziert, während sie bei aktionsreichen Szenen angehoben wird. Das erlaubt eine optimale Nutzung des Speicherplatzes und eine höhere Bildqualität, als sie mit CBR bei selbem Speicherbedarf erreichbar wäre.

So werden ua. und nachfolgend nun einige Typen der Bitrate vorgestellt und wie man für sich die optimale Bitrate bestimmen kann.

Konstante Bitrate (CBR)

Konstante Bitrate (constant bit rate, CBR, bei ITU-T auch deterministic bit rate, DBR) ist eine Kompressionsmethode um Audio- und Videodaten mit einer konstanten Datenrate zu übertragen oder zu speichern, unabhängig von der Komplexität des Signals. Pro Zeiteinheit wird stets die gleiche Datenmenge erzeugt. Konstante Bitraten findet man häufig bei Multimedia-Streams, da die Übertragungskapazitäten begrenzt sind und durch CBR die hier maximal mögliche Qualität erzielt wird. Allerdings wird bei CBR auch Übertragungsvolumen „verschenkt“, wenn nämlich die tatsächliche Bitrate höher ist als die zur vollständigen Rekonstruktion nötige. Das tritt oft bei Videos in ruhigen Szenen und bei Audio in leisen Passagen auf. Ein extremes Beispiel für diese Verschwendung ist die Kodierung von Stille vor versteckten Titeln (Hidden Tracks) in konstanter Bitrate (natürlich so hoch gewählt, dass sie auch die Musik in annehmbarer Qualität kodieren könnte).

Variable Bitrate (VBR)

Das Gegenstück zur konstanten Bitrate ist die variable Bitrate (variable bit rate, VBR, bei ITU-T auch statistical bit rate, SBR), die ebenfalls eine Kompressionsmethode darstellt und Audio- und Videodaten mit gleichbleibender Qualität erzeugt. Diese ist für die Archivierung üblicherweise zu bevorzugen. Auch beim Streaming kann eine variable Bitrate gewählt werden. Um die begrenzten Übertragungskapazitäten nicht zu überlasten, bieten moderne Codecs wie Vorbis die Möglichkeit, eine maximale Bitrate festzulegen. Vorteilhaft ist dabei die Einsparung von kostbarem Übertragungsvolumen dort, wo es möglich bzw. sinnvoll ist. Selbst kurze Sprünge in der Bitrate über die Übertragungskapazität hinaus sind aufgrund von Pufferung verkraftbar. Das Verfahren hat sich in den meisten Bereichen durchgesetzt, da es eine höhere Qualität bei insgesamt geringerem Speicherplatzverbrauch bietet als die Kompression mit einer konstanten Bitrate.

Durchschnittliche Bitrate (ABR)

Die durchschnittliche Bitrate (average bit rate, ABR) ist eine Kompressionsmethode, die das Quellmaterial nicht mit einer konstanten, sondern einer variablen Bitrate kodiert, um so den zur Verfügung stehenden Speicherplatz effizienter nutzen und damit die Qualität steigern zu können. Um die gewünschte durchschnittliche Bitrate möglichst exakt zu erreichen, bieten manche Codecs einen Kompressionsvorgang mit zwei Durchläufen an. Dabei wird zunächst das Material analysiert und erst im zweiten Durchlauf kodiert.

Sie ist eng verwandt mit der variablen Bitrate, orientiert sich im Gegensatz zu dieser aber an einer vorgegebenen Bitrate, um so die resultierende Datengröße besser berechnen zu können. Die Abweichungstoleranz kann dabei genau definiert werden.

Constant Rate Factor (CRF)

Der Constant Rate Factor (CRF) ist die Standardqualitätseinstellung für die x264- und x265-Encoder. Es können die Werte zwischen 0 und 51 festgelegt werden, wobei niedrigere Werte für eine bessere Qualität sorgt, wohingegen höhere Werte mehr Kompressionen und auch Qualitätsverschlechterungen bemerkbar werden.

Optimale Bitrate

Nachdem wir einige Encoder-Typen kennengelernt haben, kommen wir nun zum Herzstück: Die Bitrate! Im Grunde reicht die Faustregel: Upload – 20% = Der Wert den wir bei Bitrate eintragen. Doch ist es nicht immer Vorteilhaft und schauen uns die Thematik mal noch ein bisschen genauer an.

Wir werden die für die Beispiele die Werte 0.05 bis 0.1 wählen. 0.05 würde dem niedrigsten Wert entsprechen und kann bis 0.1 definiert werden (z.B. 0.075). So ist der Wert 0.05 Grundvoraussetzung zum streamen, wenn man keine Party an Artefakt-Bildungen unterstützen möchte aber auch nicht für gewünschte High-End-Quality zu empfehlen. Denn selbst mit dem niedrigsten Wert sind Artefakt-Bildungen mit Spielen wie Guild Wars 2, Black Desert etc. nicht zu vermeiden und bedarf zusätzliches Feingefühl der generellen Einstellung des eigenen Streams. Wie bereits in unserem kleinen Guide zu den Optimalen Stream-Einstellungen haben wir uns stets für den Wert 0.1 entschieden, um eben eine hohe bis exzellente Qualität gewährleisten zu können. Denn selbst mit 0.1 ist ein durchgehend scharfes und klares Bild je nach Aktion nicht garantiert und ist auch dieser nicht von jeder Plattform durch sogenannte Softcaps bez. der Bitrate möglich. Daher hier eine Anmerkung: Wählt den Wert 0.075. Denn dieser Wert ist eine gesunde Mitte aus Leistung, Möglichkeit und Qualität.

Kleine Randinformation: Lässt es der Upload zu, kann auf Plattformen wie YouTube bereits mit bis zu 4k gestreamt werden. Demnach wird ein durchaus höherer Wert bezüglich der Bitrate gestattet und unterstützt.

Und wie berechnet man den Kram nun? In etwa so:

Breite x Höhe x FPS x Qualität / 1.000 = KBIT/S

Hier sind nun einige Beispiele

1080p - 60FPS: 1.920 x 1.080 x 60 x 0.1 / 1.000 = 12.422KBPS = 12.42MBIT

1080p - 30FPS: 1.920 x 1.080 x 30 x 0.1 / 1.000 = 6.221KBPS = 6.22MBIT

900p - 60FPS: 1.600 x 900 x 60 x 0.1 / 1.000 = 8.640KBPS = 8.64MBIT

900p - 60FPS: 1.600 x 900 x 60 x 0.063 / 1.000 = 5.444KBPS = 5.44MBIT > 5.5MBIT*

900p - 30FPS: 1.600 x 900 x 30 x 0.1 / 1.000 = 4.320KBPS = 4.32MBIT

720p - 60FPS: 1.280 x 720 x 60 x 0.1 / 1.000 = 5.530KBPS = 5.53MBIT

720p - 30FPS: 1.280 x 720 x 30 x 0.1 / 1.000 = 2.765KBPS = 2.77MBIT