Die Videokodierung spielt eine entscheidende Rolle bei videobasierten Sicherheitslösungen, indem sie den Speicherplatz- und Bandbreitenbedarf minimiert, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen. Der moderne, lizenzfreie Video-Codec AV1, entwickelt von der Alliance for Open Media, bietet eine besonders effiziente Kodierung bei niedrigen Bitraten und unterstützt hochauflösende Videos bis zu 16384 x 8704 Pixeln. Mit seiner breiten Akzeptanz durch große Technologieunternehmen und der Kompatibilität mit neuen Technologien wie 5G und Edge Computing ebnet AV1 den Weg für innovative Anwendungen in der Videosicherheit.

Ein oft unterschätzter technischer Aspekt bei videobasierten Sicherheitslösungen ist die Videokodierung. Dabei handelt es sich um den technischen Prozess, im Rahmen dessen Videostreaming so effizient wie möglich komprimiert wird, um Speicherplatz- und Bandbreitenbedarf zu minimieren – ohne merkliche Einbußen bei der Bildqualität. Dieser Prozess ist durch die H.-Standards der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) standardisiert.

Im Bereich der Videosicherheit wurde sehr lange der bereits im Jahr 2003 standardisierte H.264-Codec genutzt, der maximale Auflösungen unterstützte, die 4K-UHD mit 4096 x 2160 Pixeln entsprachen. Trotz seiner breiten Akzeptanz und Zuverlässigkeit stieß er jedoch mit dem steigenden Bedarf an immer noch höherer Videoauflösung zunehmend an seine Grenzen.

Im Jahr 2013 verabschiedete die ITU deshalb offiziell den Videocodec H.265, der gegenüber seinem Vorgänger signifikante technologische Fortschritte bot, darunter verbesserte Komprimierungseffizienz, höhere Bildqualität sowie Kompatibilität mit 4K- und 8K-Auflösungen mit bis zu 7680 × 4320 Pixeln. Da H.265 jedoch auf verschiedene patentierte Technologien zurückgreift, deren Nutzung durch die bestehenden Lizenzmodelle nicht eindeutig abgedeckt ist, bestehen rechtliche Unsicherheiten beim Einsatz des Codecs. Diese haben sich als wesentliches Hindernis für eine breite Marktakzeptanz erwiesen, sodass sich H.265 trotz seiner technischen Vorteile bislang nicht in vollem Umfang durchsetzen konnte.

AV1: Der Video-Codec der Zukunft. Eine Alternative bietet der moderne, lizenzfreie und quelloffene Video-Codec AV1. Dieser wurde von der Alliance for Open Media (AOMedia) – einem gemeinnützigen Industriekonsortium namhafter Technologieunternehmen wie Google, Microsoft, Apple, Intel und vielen anderen – entwickelt. Im Vergleich zu anderen Standards bietet er bei gleichbleibend hoher Bildqualität eine besonders effiziente Kodierung bei niedrigen Bitraten. Diese Effizienz führt zu einer geringeren Bandbreitennutzung und niedrigeren Speicherkosten. Gemeinsam mit seiner Unterstützung von Wide Dynamic Range (WDR) und einem breiten Farbraum bedeutet dies, dass AV1 die ideale Wahl für moderne Videoanwendungen ist.

Seine Vorgänger übertrifft er jedoch auch hinsichtlich Auflösung: Mit theoretisch möglichen 16384 x 8704 Pixeln übersteigt er zwar bei weitem die aktuellen, praktisch möglichen Anwendungen, aber dies unterstreicht sein Potenzial für zukünftige Anforderungen an hochauflösende und großformatige Videos. Dies ist vor allem fortschrittlichen Techniken wie adaptiver Quantisierung, Multi-Symbol–Entropiecodierung und direktionaler Intra-Prädiktion zu verdanken, von denen viele auch in H.265 zum Einsatz kommen.

Im Gegensatz zu H.265 bietet AV1 auch mehr Flexibilität, da er nicht an ein komplexes Patentlizenzmodell gebunden ist, was potenzielle Kostenfaktoren und strategische Hürden für Unternehmen reduziert und für mehr Rechtssicherheit sorgt. Darüber hinaus gewährleistet die breite Akzeptanz durch große Technologieunternehmen eine kontinuierliche Optimierung und Integration in neue Plattformen, darunter Browser, Streaming-Dienste, cloudbasierte Lösungen und KI-gestützte Videoanalysen. Die Kompatibilität von AV1 mit neuen Technologien wie 5G, Edge Computing oder cloudbasierten Protokollen wie WebRTC ebnet außerdem den Weg für neue Anwendungen in Bereichen wie Smart City, Transport oder Logistik.

AV1 in der Praxis. Auch im Bereich der videobasierten Sicherheit steigt die Nachfrage nach immer höher auflösenden Videos, wodurch AV1 auch hier in Zukunft zum Video-Codec der Wahl wird. Ohne die Einschränkungen älterer Codecs unterstützt AV1 die Entwicklung von skalierbaren Produkten mit ultrahoher Auflösung und präziser Bildgebung, und reduziert die Notwendigkeit, gleichzeitig mehrere Kameras einzusetzen.

Durch die verbesserte Komprimierungsrate bewahrt AV1 feine visuelle Details und reduziert gleichzeitig die Bitrate. So bleiben mehr Details für nachgelagerte Analyseverfahren wie Objekterkennung oder Ereignisinterpretation erhalten – insbesondere in Anwendungsszenarien mit schlechten Lichtverhältnissen oder begrenzt verfügbarer Bandbreite. Die Verwaltung und Analyse von hochauflösenden Videostreams werden so einfacher und kostengünstiger.

Ausblick. Als lizenzfreier, quelloffener und hoch effizienter Video-Codec wird AV1 in Zukunft deshalb insbesondere für Cloud-basierte Sicherheitslösungen interessant. Seine Fähigkeit, große Datenmengen bei hoher visueller Qualität zu komprimieren prädestiniert ihn für den Einsatz in skalierbaren Cloud-Umgebungen. In Szenarien, in denen die Analyse von Videostreams in solchen Umgebungen erfolgt, hat AV1 zudem das Potenzial, auch Computer-Vision-Anwendungen im Bereich der industriellen Automatisierung zu optimieren, beispielsweise für die Fehlererkennung und Qualitätskontrolle im Rahmen von Fertigungsprozessen.

Obwohl das Potenzial von AV1 also enorm ist, wird die breite Umstellung auf den neuen Video-Codec noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Bestehende Codierungsformate müssen daher weiterhin unterstützt werden, um Kom-pa-tibilität zu gewährleisten. H.264 wird voraussichtlich noch einige Jahre der vorherrschende Standard in der Videokomprimierung bleiben. H.265 verfügt zwar grundsätzlich über das technische Potenzial, diese Rolle zu übernehmen, wird sich aber aufgrund der beschriebenen Lizenzproblematik wohl auch künftig nicht flächendeckend durchsetzen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird AV1 als lizenzfreier Codec die Nachfolgeposition einnehmen.

Axis Communications, Technologieführer im Bereich Netzwerk-Video, hat deshalb Ende 2024 mit seinem ARTPEC-9 SoC (System on Chip) einen eigens für seine Netzwerk-Videolösungen entwickelten Chipsatz gelauncht, der erstmalig in der Videosicherheit den AV1-Standard unterstützt. Gleichzeitig unterstützt Axis weiterhin H.264 und H.265, um sowohl aktuelle Anforderungen in videobasierten Anwendungen so effektiv und effizient wie möglich zu erfüllen, als auch zukünftige Trends und Herausforderungen zu antizipieren.

Jörg Rech,
Manager Training Middle Europe
bei Axis Communications

Bilder: © Axis

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