Was ist die Bitrate bei 4K?

Die Bitrate bei 4K misst, wie viele codierte Daten ein Videostream mit 4K pro Sekunde enthält. Ein geeigneter Wert hängt von Codec, Bildrate, Inhaltskomplexität, Zielqualität und exakter Bildgröße ab, etwa 3840 × 2160 bei UHD oder 4096 × 2160 beim digitalen Kino.

Die Bitrate ist die Datenrate der codierten Daten, und 4K ist eine Bildgröße. Keine der beiden Größen bestimmt die andere. Die Bitratensteuerung entscheidet, wie viele Bits jedes Bild erhält. Die für ein Bild mit 4K benötigte Rate steigt daher mit Bewegung, Rauschen und Bildrate und sinkt bei einem effizienteren Codec. In einer adaptiven Bitratenleiter stehen die Varianten mit 4K ganz oben. Ein Player wählt sie nur, wenn seine Verbindungsmessungen und etwaige von ihm angewandte Anzeige- oder Decodierungsgrenzen dies zulassen.

Es gibt keinen einzelnen Wert für die Bitrate bei 4K. Veröffentlichte Zielwerte unterscheiden sich nach Zweck, Codec und Bildrate. Für die HLS-Auslieferung weist Apples Spezifikation zur Medienaufbereitung darauf hin, dass viele Bitraten möglich sind, und führt Bildgrößen mit durchschnittlichen Bitraten als erste Zielwerte auf, die Sie anhand Ihrer eigenen Inhalte bewerten sollten. Die HEVC-Tabelle dieser Spezifikation enthält zwei Stufen mit 3840 × 2160, bei 11.600 und 16.800 kbit/s für 30 fps (die HDR-Spalte liegt höher; für 24 fps um etwa 20 % reduzieren). Die Tabelle dieser Spezifikation für H.264 endet dagegen bei 1920 × 1080 und nennt daher keinen Wert für H.264 bei 4K. Für Uploads empfiehlt YouTube 35–45 Mbit/s für SDR-Video mit 2160p in H.264 bei 24 bis 30 fps sowie 53–68 Mbit/s bei 48 bis 60 fps. Diese Werte beschreiben die Datei, die Sie hochladen, nicht die Auslieferung an die Zuschauer.
Eine aus einer anderen Pipeline übernommene Bitrate übernimmt nicht deren Qualität. Apples Beispiel-Bitratenleitern erreichen bei 1920 × 1080 für H.264 maximal 7.800 kbit/s, für HEVC dagegen 5.800 kbit/s. Der x264-Leitfaden von FFmpeg weist darauf hin, dass eine langsamere Voreinstellung bei gleicher Bitrate bessere Qualität liefert. Ebenso wichtig ist der Inhalt: Netflix codierte 100 Titel mit 1080p und stellte fest, dass einige bei 2.500 kbit/s oder weniger eine sehr hohe gemessene Qualität erreichten, während andere 8.000 kbit/s oder mehr für eine akzeptable Qualität benötigten. Der einfache Fall sind Animationen mit gleichförmigen Flächen und wenig Bewegung; der anspruchsvolle Fall sind Actionszenen mit schnellen Bewegungen und mehr Textur. Diese Messungen mit 1080p in H.264 zeigen die Bandbreite der Ergebnisse, keine Zielwerte für 4K.
Mehr Pixel sind bei einer festen Bitrate nicht automatisch besser. Die titelbezogene Analyse von Netflix anhand von Bitratenleitern bis 1080p ergab, dass ein hochauflösendes Encoding-Ergebnis bei gleicher Bitrate eine geringere Qualität haben kann als eines mit niedrigerer Auflösung. Kompressionsartefakte sind zudem meist deutlicher sichtbar als die Unschärfe, die durch Herunter- und Hochskalieren entsteht. Wenn ein Titel innerhalb Ihres Bitratenbudgets keine ausreichende Qualität bei 4K erreicht, testen Sie eine oberste Variante mit niedrigerer Auflösung. Apple empfiehlt außerdem, für maximale Gerätekompatibilität einige UHD-Varianten bei höchstens 15 Mbit/s zu halten.
Begrenzen Sie für Streaming die Spitzenbitrate und geben Sie sie korrekt an. Der x264-Leitfaden von FFmpeg empfiehlt für Streaming kein Encoding mit konstanter Qualität (CRF) ohne Obergrenze und beschreibt das Hinzufügen von -maxrate und -bufsize. Er warnt zugleich, dass libx264 die Ausgabe nicht strikt auf dieses Maximum begrenzt, und verweist für eine strengere Begrenzung auf Encoding in zwei Durchläufen. In beiden Fällen begrenzen diese Optionen den Videostream über einen Puffer zur Bitratensteuerung und legen nicht die HLS-Spitzenbitrate fest. Messen Sie daher die fertig verpackten Segmente. Bei HLS ist BANDWIDTH, mit dem ein Player seine verfügbare Bandbreite abgleicht, die größte Summe der Segment-Spitzenbitraten über jede abspielbare Kombination von Varianten. Sie umfasst somit Audio und Container-Overhead, aber keine HTTP-, TCP- oder IP-Header. Apple verlangt, dass die gemessene Spitzenbitrate von On-Demand-Inhalten höchstens 10 % davon abweicht.

Erhöhen Sie die Bitrate bei 4K, wenn komplexe Bewegungen, Körnung oder feine Details Block- oder Ringing-Artefakte zeigen. Wenn das Budget für die Auslieferung dies nicht zulässt, vergleichen Sie eine niedrigere Auflösung bei gleicher Bitrate. Diese kann besser aussehen als 4K mit Artefakten. Überprüfen Sie die Wahl auf den Zielbildschirmen.

Der Robot /video/encode von Transloadit bietet Voreinstellungen für eine Ausgabe mit 3840 × 2160. Dazu gehören hls/4k, die für eine adaptive Bitratenleiter in H.264 codiert, und web/mp4-x265/4k für HEVC in MP4. Die Tabelle der Voreinstellungen nennt jeweils Codec und Auflösung, zeigt die Videobitrate dieser beiden jedoch nur als VBR ohne Zahlenwert an. Jeder Wert einer Voreinstellung, einschließlich der Bitrate, lässt sich mit dem Robot-Parameter ffmpeg überschreiben. Der Robot /video/adaptive kombiniert Varianten, die mit den Voreinstellungen unter hls/ codiert wurden, zu einem adaptiven Stream mit den zugehörigen Playlists.

Die Tabelle der Voreinstellungen wird pro FFmpeg-Stack-Version angezeigt und öffnet sich bei der empfohlenen Version. Diese ist nicht unbedingt die Standardversion des Robots. Setzen Sie daher ffmpeg_stack explizit und lesen Sie den passenden Tab. Eine Voreinstellung ist eine Ausgangskonfiguration: Da die Tabelle für diese Voreinstellungen keine numerische Bitrate angibt, messen Sie die durchschnittliche und die Spitzenbitrate eines Test-Encodings Ihres eigenen Videomaterials, bevor Sie sich darauf verlassen.

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Quellen

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