60fps ist überall... außer online

Wenn Sie durch die Videokamera-Abteilung 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 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 60 Bilder pro Sekunde. HDTVs, Laptop- und Desktop-Monitore, Tablets und Smartphones unterstützen im Allgemeinen die Wiedergabe mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde.

Videospiele, vor allem die für die Xbox One und Playstation 4 entwickelten, werden zunehmend für die Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde entwickelt.

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

Es sieht so aus, als ob 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 auf YouTube veröffentlichten Video - 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 einigen 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 unsere Videoplattform implementiert hat. Wir haben auch eine Handvoll 60fps-Videoproben, die Ihnen 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 Form der Ungläubigkeit.

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

Ein frühes Konzept von YouTube 

Je schneller man durch ein Daumenkino blättert, desto flüssiger erscheinen die Bewegungen. 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 größtmöglichen Wiedergabetreue darzustellen. Wenn wir also die Bildrate von Videos erhöhen, sieht die Qualität besser aus, weil sie der flüssigen Bewegung, die unsere Augen in der realen Welt sehen, näher kommt.

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

Erstens ist dies die höchste Bildrate, bei der die meisten Menschen Unterschiede in der Gleichmäßigkeit der Wiedergabe wahrnehmen können. Bei Bildwechselfrequenzen von mehr als 60 Bildern pro Sekunde nimmt die menschliche Wahrnehmung immer mehr ab. Nur sehr wenige Menschen können den Unterschied zwischen einer Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde und 120 Bildern pro Sekunde erkennen, und daher sind Bildraten über 60 Bilder pro Sekunde im Allgemeinen nur für Videos wünschenswert, die in Zeitlupe angesehen werden sollen.

Zweitens: Selbst wenn die meisten Menschen den Unterschied zwischen 60 Bildern pro Sekunde und höheren Bildwechselfrequenzen 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 ein Video mit 60 Bildern pro Sekunde streamen, entsprechen Sie genau der maximalen Aktualisierungsrate Ihres Bildschirms.

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

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 den Einsatz in Verbrauchermedien bekannt - insbesondere für Videospiele und Sportübertragungen. Beide Genres haben von 60fps profitiert, da sie bewegungsintensiv sind und die Vorteile einer flüssigen Videowiedergabe hervorheben.

HFR-Videos kommen jedoch nicht nur dem Verbrauchersegment zugute. Da hohe Bildraten Videos lebensechter aussehen lassen, haben sie das Potenzial, die Qualität fast aller Arten von Medien, die für Unternehmen und Universitäten aufgezeichnet werden, zu verbessern.

Denken Sie an Industrievideos, die Prozesse in einer Fertigungshalle aufzeichnen. Industriekameras, wie die von Point Grey angebotenen, unterstützen HFR-Videoaufnahmen schon seit Jahren. Mit der nativen Unterstützung von HFR in Videoplattformen können Manager nun aufgezeichnete oder live gestreamte Videos in größerer Detailtiefe betrachten, als dies je zuvor möglich war.

Industriemaschinen, aufgenommen mit 60 Bildern pro Sekunde 

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

Animationen aller Art werden durch die Videowiedergabe mit hoher Bildrate sichtbar verbessert. Medizinische Animationen können mit größerer Präzision dargestellt werden, und CAD-Simulationen ermöglichen eine naturgetreuere Wiedergabe von Modellen. Das folgende Beispiel von Blausen Medical zeigt das Potenzial von HFR-Video für medizinische Animationen in Sendequalität.

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. Ob für Keynote-Präsentationen, die Kommunikation von Führungskräften, Live-Streaming-Events, Architekturvideos, Universitätsvorlesungen oder wissenschaftliche Labore - mit 60 Bildern pro Sekunde erhalten Unternehmen und akademische Einrichtungen ein flüssigeres, schärferes Video, das sich eher wie eine HDTV-Übertragung anfühlt als die "gut genug"-Online-Feeds, an die wir uns in den letzten zehn Jahren gewöhnt haben.

Aber wenn 30 Bilder pro Sekunde als "gut genug" angesehen werden, brauchen Unternehmen und Universitäten dann wirklich 60 Bilder pro Sekunde?

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

Die Wahrheit ist, dass die heutige Videoaufnahme-, -verarbeitungs- und -übertragungstechnologie 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-Verarbeitungsleistung ist es nicht trivial, 60 Bilder pro Sekunde zu erreichen.

Um HFR für Live- oder On-Demand-Online-Streaming zu unterstützen, benötigen Sie immer noch eine Reihe leistungsfähiger Technologien, die am Punkt der Aufnahme beginnen und am Punkt der Wiedergabe enden:

• Ein guter Kamerasensor. Ihr Videoaufnahmegerät muss über die Fähigkeit verfügen, Licht zu sammeln und das Timing so zu wählen, dass es Videos mit 60 Bildern pro Sekunde aufnehmen kann. Obwohl dies bei allen professionellen Videokameras sowie bei den meisten Camcordern und DSLR-Kameras für Privatanwender möglich ist, können Webkameras von Herstellern wie Logitech und Microsoft immer noch keine 60 Bilder pro Sekunde 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. 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. Mit USB 3.0 - mit Geschwindigkeiten von bis zu 5 Gbps - ist dies hingegen möglich.
• Effiziente Speicherverwaltung und Komprimierung. Sobald die Bilder Ihren Computer erreichen, werden sie an die Kodierungspipeline der Videoplattform gesendet, wo sie in den Speicher geladen, verarbeitet und dann aus dem Speicher gelöscht werden. Der Prozess der Zuweisung von Speicher, der Komprimierung von Bildern und der Freigabe von Speicher muss äußerst effizient sein, damit keine Bilder verloren gehen. Und wenn Sie planen, mehrere Bitraten für das Streaming mit adaptiver Bitrate zu kodieren, 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 entpackt 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 aus der Leitung zu holen 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 30 Bilder pro Sekunde begrenzt, weil es schwierig ist, 60 Bilder pro Sekunde zu erreichen. Es ist schwierig für die Hardware-Hersteller und für die Anbieter von Videosoftware. Aber da die Netzwerkgeschwindigkeiten immer schneller und die Prozessoren immer leistungsfähiger werden, ist der 60fps-Standard für Online-Videos unvermeidlich. Tatsächlich wurden HFR-Online-Videos bereits vor zwei Jahren getestet, als die Blender Foundation und Janus Kristensen die mittlerweile legendäre 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 eingeführt. 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, die eine hohe Bildrate unterstützt, aufnehmen können. Das bedeutet auch, dass voraufgezeichnete Videos, z. B. mit dem iPhone oder mit professionellen Videokameras vor Ort aufgenommene Videos, in das Video Content Management System von Panopto hochgeladen werden können, wo sie für die Wiedergabe mit 60 Bildern pro Sekunde auf einem beliebigen Desktop oder Laptop codiert werden.

Darüber hinaus ermöglicht eine neue 1080p60-Qualitätseinstellung für Video-Podcasts das Streamen von Videos mit 60 Bildern pro Sekunde auf mobile Geräte.

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

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

• Sorgfältige Leistungsoptimierung unseres Kodierungsstacks zur Unterstützung von Multibitrate 60fps mit minimalem Frame-Drop.
• Genaue Kenntnis und effektive Verhandlung der Fähigkeiten von Upstream-Geräten, was entscheidend ist, um sicherzustellen, dass Videokameras und andere Medienquellen hochwertige HFR-Videos an Ihren Panopto Capture PC liefern.
• Optimierung unseres Videoplayer-Codes, der Flash- und HTML5-basierte Videosteuerelemente in JavaScript verpackt.

Wenn unsere Kunden damit beginnen, Präsentationen und Vorlesungen in 60 Bildern pro Sekunde aufzuzeichnen, und wenn 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 zunehmen. 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 einige 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".