60fps ist überall ... außer online

Wenn Sie durch die Videokameraabteilung Ihres örtlichen Best Buy schlendern, werden Sie zunehmend Schwierigkeiten haben, HD-Camcorder zu finden, die nicht mit 60 Bildern pro Sekunde (fps) aufzeichnen. Das Gleiche gilt für andere Videoaufnahmegeräte, einschließlich medizinischer Bildgebungs- und industrieller Aufnahmegeräte, Action-Cams wie die GoPro und mobile Geräte wie das iPhone 6 und das Samsung Galaxy Note 4.

Die Geräte, mit denen wir zu Hause und im Büro Videos ansehen, unterstützen ebenfalls 60fps. HDTVs, Laptop- und Desktop-Monitore, Tablets und Smartphones unterstützen im Allgemeinen die Wiedergabe mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde.

Videospiele, vor allem solche, die für die Xbox One und Playstation 4 entwickelt wurden, werden zunehmend für eine 60fps-Wiedergabe entwickelt.

Und in den letzten Jahren haben große Medienunternehmen wie ESPN, ABC und FOX begonnen, ihre Kanäle in 720p/60 (1280×720 Auflösung bei 60fps) auszustrahlen.

Es scheint, dass das gesamte digitale Video-Ökosystem auf 60 Bilder pro Sekunde aufgerüstet hat, wäre da nicht ein bemerkenswerter Ausreißer: Online-Video. Seit den ersten Tagen des Internetvideos - 2004 mit der VloggerCon und 2005 mit , dem ersten Video, das auf YouTube gepostet wurde - wurden Videos, die über das Internet und unsere Unternehmensnetzwerke gestreamt wurden, auf mickrige 30 Bilder pro Sekunde begrenzt.

Es ist an der Zeit, dass Online-Video aufholt 

Im Jahr 2015 wird dieser jahrzehntelange Trend umgedreht. Vor ein paar Monaten kündigte YouTube eine begrenzte Unterstützung für 60fps-Videos an (die nur im Chrome-Browser von Google angezeigt werden können). Und letzte Woche gab Panopto bekannt, dass unsere Videoplattform die erste ist, die 60fps in allen Webbrowsern und auf mobilen Geräten unterstützt. In diesem Beitrag sehen wir uns an, warum 60fps ein besseres Wiedergabeerlebnis bietet, einige Anwendungsfälle für 60fps-Videos in Unternehmen und Universitäten, die Gründe, warum Online-Videos unnatürlich auf 30fps gedrosselt wurden, und wie Panopto 60fps in unserer Videoplattform implementiert hat. Wir haben auch eine Handvoll 60fps-Videoproben, um Ihnen zu zeigen, wie gut Online-Streaming aussehen kann.

Was ist 60fps, und was macht es zu einem besseren Erlebnis?

Das Anschauen von Videos ist eine erlernte Aussetzung des Unglaubens.

Wenn wir ein Video ansehen, sehen wir eigentlich keine flüssige Bewegung. Wir sehen einfach eine schnelle Abfolge von Standbildern, die unserem Verstand vorgaukelt, dass es eine Bewegung gibt. In diesem Sinne ist Video kaum mehr als ein hochentwickeltes digitales Daumenkino.

Ein frühes Konzept von YouTube 

Je schneller Sie durch ein Daumenkino blättern, desto fließender erscheint die Bewegung. Ähnlich verhält es sich bei Videos: Je höher die Bildrate (gemessen in Bildern pro Sekunde, "fps"), desto fließender die wahrgenommene Bewegung. Und je flüssiger die wahrgenommene Bewegung ist, desto lebensechter wirkt das Video.

Das ist wohl der Zweck von Video - die Realität dessen, was aufgenommen wurde, mit der höchstmöglichen Wiedergabetreue darzustellen. Wenn wir also die Bildrate des Videos erhöhen, sieht seine Qualität besser aus, weil es sich der fließenden Bewegung, die unsere Augen in der realen Welt sehen, stärker annähert.

60 Bilder pro Sekunde sind jedoch aus zwei Gründen ein einzigartiger Benchmark.

Erstens ist dies die höchste Bildrate, bei der die meisten Menschen Unterschiede in der Glätte der Wiedergabe wahrnehmen können. Bei Bildwechselfrequenzen jenseits von 60 Bildern pro Sekunde sinkt der Wert der menschlichen Wahrnehmung. Nur sehr wenige Menschen können den Unterschied zwischen einer Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde und einer Wiedergabe mit 120 Bildern pro Sekunde erkennen, weshalb Bildraten über 60 Bilder pro Sekunde im Allgemeinen nur für Videos wünschenswert sind, die in Zeitlupe angesehen werden sollen.

Zweitens, selbst wenn die meisten Leute den Unterschied zwischen 60 Bildern pro Sekunde und höheren Bildraten erkennen könnten, sind wir heute durch die Bildschirme auf unseren Desktops, Laptops und mobilen Geräten eingeschränkt. CRT- und LCD-Monitore aktualisieren mit 60 Hz. Mit anderen Worten: Sie aktualisieren das Bild auf dem Bildschirm 60 Mal pro Sekunde. Wenn Sie also Videos mit 60 Bildern pro Sekunde streamen, passen Sie sich perfekt an die maximale Bildwiederholfrequenz Ihres Bildschirms an.

Als Beispiel dafür, wie ein Video mit zunehmender Bildrate flüssiger und naturgetreuer wird, wurde das folgende Video mit drei verschiedenen Bildraten aufgenommen. Der erste Teil ist mit 15fps aufgenommen, der zweite Teil mit 30fps und der letzte Teil mit 60fps.

Ein Beispiel für Video-Streaming mit 15, 30 und 60 Bildern pro Sekunde 

Nicht nur für Sport und Videospiele

Video mit hoher Bildrate (HFR) ist vor allem für seine Verwendung in Medien für Verbraucher bekannt - insbesondere Videospiele und Sportübertragungen. Beide Genres haben von 60fps profitiert, da sie bewegungsintensiv sind und die Vorteile einer flüssigen Videowiedergabe hervorheben.

HFR-Video kommt aber nicht nur dem Consumer-Segment zugute. Da hohe Bildraten Videos naturgetreuer aussehen lassen, haben sie das Potenzial, die Qualität von nahezu jeder Art von Medien zu verbessern, die auch für Unternehmen und Universitäten aufgezeichnet werden.

Betrachten Sie Industrievideo, das Prozesse in einer Fertigungshalle aufzeichnet. Industriekameras, wie die von Point Grey angebotenen, unterstützen schon seit Jahren die HFR-Videoerfassung. Jetzt, da HFR nativ in Videoplattformen unterstützt wird, können Manager aufgezeichnete oder live gestreamte Videos in größerer Detailtiefe betrachten, als es jemals zuvor möglich war.

Industriemaschinen, aufgenommen mit 60 Bildern pro Sekunde 

Auch die medizinische Bildgebung profitiert von HFR-Videos, bei denen biologische Ereignisse in 1/60stel Sekunde auftreten können. Wenn Ihre Videoplattform nicht mit 60fps aufnimmt, könnte ein wichtiges Ereignis zwischen den Bildern verpasst werden.

Animationen aller Art werden durch die Videowiedergabe mit hoher Bildrate sichtbar verbessert. Medizinische Animationen sind mit größerer Präzision zu sehen und CAD-Simulationen ermöglichen eine naturgetreuere Wiedergabe von Modellen. Im folgenden Beispiel zeigt Blausen Medical das Potenzial von HFR-Video für medizinische Animationen in Broadcast-Qualität.

Medizinische Animation mit 60 Bildern pro Sekunde, bereitgestellt von Blausen Medical 

Und wie das erste Beispiel oben zeigt, sieht selbst ein banales "Talking Head"-Video bei 60 Bildern pro Sekunde deutlich besser aus. Für alles, von Keynote-Präsentationen, Führungskommunikation und Live-Streaming-Events bis hin zu Architekturvideos, Universitätsvorlesungen und wissenschaftlichen Laboren, liefern 60fps flüssigere, schärfere Videos für Unternehmen und akademische Einrichtungen, die sich eher wie eine HDTV-Übertragung anfühlen als die "gut genug" Online-Feeds, an die wir uns in den letzten zehn Jahren gewöhnt haben.

Aber wenn 30fps als "gut genug" empfunden wird, brauchen Unternehmen und Universitäten dann wirklich 60fps?

Wir haben diese Frage aus einem anderen Blickwinkel betrachtet: Ist unser Technologie-Stack in der Lage, 60fps zu unterstützen, und wenn wir es implementieren, wird es unseren Kunden nutzen?

Die Wahrheit ist, dass die heutige Videoaufnahme-, Verarbeitungs- und Bereitstellungstechnologie für hohe Bildraten bereit ist. Und da 60fps die Kosten für die Speicherung und das Streaming von Medien nicht erhöhen (die Größe der Videodatei ist ein Produkt aus Bitrate und Dauer), sind wir der Meinung, dass jeder in einem Unternehmen oder einer Universität die Möglichkeit haben sollte, den Regler von abgehackten 15fps-Videos auf butterweiche 60fps hochzustellen.

Aber warum wurden Online-Videos so lange auf 30fps begrenzt?

Selbst mit den jüngsten Fortschritten bei der Netzwerkbandbreite und der CPU-Rechenleistung ist es nicht trivial, 60fps zu erreichen.

Um HFR für Live- oder On-Demand-Online-Streaming zu unterstützen, benötigen Sie immer noch eine Reihe von fähiger Technologie, die am Punkt der Aufnahme beginnt und am Punkt der Wiedergabe endet:

• Ein guter Kamerasensor. Ihr Videoaufnahmegerät muss über die Fähigkeit zur Lichtsammlung und das Timing verfügen, um Videos mit 60 Bildern pro Sekunde aufzunehmen. Obwohl dies mit allen professionellen Videokameras sowie den meisten Consumer-Camcordern und DSLR-Kameras möglich ist, können Webkameras von Anbietern wie Logitech und Microsoft immer noch keine 60fps erreichen.
• Eine schnelle Leitung von der Kamera zum Computer. Selbst wenn Sie einen HFR-fähigen Kamerasensor haben, kann die Verbindung zum Computer ein Engpass sein. Insbesondere muss Ihre Kamera in der Lage sein, Informationen mit 60 Bildern pro Sekunde an den Computer weiterzugeben, und aus diesem Grund unterstützt USB 2.0 keine Videos mit hoher Bildrate. Mit Übertragungsgeschwindigkeiten von 480 Mbit/s ist die USB 2.0-Leitung nicht groß genug, um 60 unkomprimierte Videobilder pro Sekunde an Ihren Computer zu senden. Im Gegensatz dazu macht USB 3.0 - mit Geschwindigkeiten von bis zu 5Gbps - dies möglich.
• Effiziente Speicherverwaltung und Komprimierung. Sobald diese Bilder Ihren Computer erreichen, werden sie an die Codierungspipeline der Videoplattform gesendet, wo sie in den Speicher geladen, verarbeitet und dann aus dem Speicher gelöscht werden. Der Prozess der Speicherzuweisung, der Komprimierung der Frames und der Freigabe des Speichers muss unglaublich effizient sein, damit keine Frames verloren gehen. Und wenn Sie planen, mehrere Bitraten für adaptives Bitraten-Streaming zu kodieren, dann muss die Kodierungspipeline jedes Videobild nicht nur einmal, sondern drei- oder viermal verarbeiten, bevor sie das nächste Bild verarbeiten kann.
• Effiziente Wiedergabe. Schließlich muss HFR-Video, das über die Leitung gestreamt wird, auf dem Client ausgepackt und auf dem Bildschirm angezeigt werden, normalerweise in einem Webbrowser. Bei 60 Bildern pro Sekunde muss die Client-Technologie - egal ob Flash oder HTML5 - unglaublich produktiv arbeiten, um die Bilder von der Leitung abzugreifen und sie auf dem Bildschirm mit der gleichen Geschwindigkeit anzuzeigen, mit der der Bildschirm selbst aktualisiert wird.

Kurz gesagt, Online-Streaming ist seit über einem Jahrzehnt auf 30fps begrenzt, weil es schwierig ist, 60fps zu erreichen. Es ist schwer für Hardware-Hersteller und es ist schwer für Video-Software-Anbieter. Aber da die Netzwerkgeschwindigkeiten immer schneller und die Prozessoren immer leistungsfähiger werden, ist der 60fps-Standard für Online-Videos unvermeidlich. Tatsächlich wurde HFR-Online-Video bereits vor zwei Jahren getestet, als die Blender Foundation und Janus Kristensen die mittlerweile ikonische 60fps-Animation Big Buck Bunny veröffentlichten.

Big Buck Bunny - Ein frühes Beispiel dafür, was mit 60fps Online-Streaming möglich ist 

60fps in der Online-Video-Plattform von Panopto

Mit dem neuesten Update der Panopto-Videoplattform haben wir die Unterstützung für HFR-Videoaufnahmen, Live-Streaming und Uploads implementiert. Das bedeutet, dass Panopto-Kunden jetzt von einem Windows-Desktop oder -Laptop aus Videos mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde von einem Camcorder, einer Dokumentenkamera, einem medizinischen Bildgebungsgerät, einer Industriekamera oder einer anderen Medienerfassungsquelle aufnehmen können, die die Aufnahme mit hoher Bildrate unterstützt. Das bedeutet auch, dass voraufgezeichnete Videos, wie z. B. solche, die mit dem iPhone oder mit professionellen Videokameras vor Ort aufgenommen wurden, in Panoptos Video Content Management System hochgeladen werden können, wo sie für die Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde auf jedem Desktop oder Laptop codiert werden.

Außerdem ermöglicht eine neue Qualitätseinstellung von 1080p60 für Video-Podcasts das Streamen von Videos in 60fps auch auf mobile Geräte.

Aufnehmen, Live-Streaming und Hochladen von 60fps-Videos in Panopto 

Unsere Videoplattform erreicht Streaming mit hoher Bildrate durch eine Kombination aus:

• Sorgfältiges Performance-Tuning unseres Encoding-Stacks zur Unterstützung von Multi-Bitrate 60fps mit minimalem Frame-Drop.
• Tiefe Kenntnis und effektive Verhandlung der Fähigkeiten von Upstream-Geräten, was entscheidend ist, um sicherzustellen, dass Videokameras und andere Medienquellen hochwertiges HFR-Video an Ihren Panopto Capture PC liefern.
• Optimierung unseres Video-Player-Codes, der Flash- und HTML5-basierte Video-Steuerelemente in JavaScript verpackt.

Wenn unsere Kunden damit beginnen, Präsentationen und Vorlesungen in 60fps aufzuzeichnen, und YouTube und andere Videoplattformen die Unterstützung für den neuen Benchmark einführen, wird die Nutzung von Video als Medium für den Wissensaustausch und die Kommunikation nur noch schneller werden. Wir freuen uns, Teil dieser Entwicklung im Bereich Online-Video zu sein und sind gespannt, was Sie in HFR aufnehmen.

In der Zwischenzeit finden Sie hier ein paar weitere Beispielvideos mit 60fps, die derzeit von Panopto Cloud gestreamt werden.

Ein Überblick über die MMS-Mission der NASA 

Unser eigener Jesse Vernon zeigt, wie man Blackberry Blossom auf dem Banjo spielt 

...und für die anderen Star-Wars-Fans hier der 60fps-Trailer für "The Force Awakens".