Direct Show und seine Freunde

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Direct Show und Video for Windows

Video for Windows (VfW) beschreibt Schnittstellen zur Aufnahme und Wiedergabe von Audio und Videoclips. Als Teil dieses Standards definierte VfW auch das leidlich bekannte AVI (Audio Video Interleaved)-Format, welches in einer Datei sowohl Audio- als auch Videodaten aufnehmen kann.

Als 1993 Microsoft Video für Windows einführte, war dieses Format in erster Linie dazu gedacht, daumennagelgroße Videoclips in Multimedia-Applikationen zu unterstützen. Daß sich diese Plattform eines Tages auch als Videoschnittformat auf dem PC durchsetzten sollte, hatte Bill Gates nicht geplant. Daher hat dieses Format für heutige Verhältnisse einige Engpässe, mit welchen sich viele Anwender seit geraumer Zeit herumärgern müssen. Das bekannteste Problem liegt in der Beschränkung der Dateigröße auf 2 GB. Bei professionelleren Anwendungen legen daher die Hersteller diverser Videoschnittkarten sogenannte Timeline-Player bei (z.B. Miro Instant Video oder FAST Powerplay), welche es ermöglichen (sollen) mehrere Dateien hintereinander ruckelfrei abzuspielen, um längere Videoprojekte zu ermöglichen. Ein weiterer Schwachpunkt von Video for Windows liegt in der fehlenden Pufferung und Synchronisation der Daten. Obwohl es ein leichtes wäre, AVI-Dateien aus einem Ringpuffer abzuspielen, der kleinere Aussetzer des Festplattenstroms kompensiert, wurde dieses Feature in Video for Windows niemals integriert. In Folge dieses Mankos kommt es bei vielen Benutzern zum bekannten Bildruckeln (dropped Frames) und zu Synchronisationsproblemen zwischen Bild und Ton. Um dies zu umgehen, haben einige Hersteller Video for Windows um eigene Funktionen erweitert und eigene Ringpuffer (Caching)-Mechanismen integriert, die eine ruckelfreie Bildwiedergabe ermöglichen.

Video for Windows führte ebenfalls ein Interface für sogenannte Codecs (Compression/Decompression) ein. Diese Codecs sind eigene Treiber, die bestimmte Verfahren beschreiben wie ein Film komprimiert wird. Die bekanntesten und somit auch gebrächlichsten Codecs wurden Cinepac und Intel Indeo. Da Microsoft (im Gegensatz zu Apple) es versäumte einen Standard-Codec für MJPEG-Komprimierung zu integrieren, waren die Schnittkarten-Hersteller hier ein weiteres mal gezwungen eigene (und damit inkompatible) MJPEG-Codecs für Ihre Schnittkarten zu entwickeln. Hierbei traten zum Teil weitere Probleme zu Tage. So definieren viele Standard-AVI-Formate noch die Gesamtanzahl Ihrer Frames in einer 16-Bit breiten Variable (=65536 mögliche Werte). Und daher staunen noch heute viele Anwender nicht schlecht, wenn ein einzelner Clip nicht mehr als 65536 Bilder aufnehmen kann (ca. 43 Minuten PAL-Video).

Doch Microsoft sah diese Probleme durchaus und entwickelte daher eine neue Multimedia Architektur (Active Movie), die Ende 1996 eingeführt wurde. Schon die erste Version ermöglichte elegantere Streaming- und Synchronisationsmechanismen. Microsoft führte dieses Format jedoch wieder nicht im Hinblick auf die Viedeobearbeitung hin ein, sondern in erster Linie um MPEG-Wiedergabe zu ermöglichen, die im Internet gerade sehr poulär wurde und mit der normalen Video for Windows Codec-Struktur nicht möglich war. Daher unterstützte Active Movie auch kein Capturing und keine eigene Kompression von Videoclips.

Um dennoch endlich auch uns Videobearbeiter zufrieden zu stellen, veröffentlichte Mircrosoft vor ca. einem Jahr DirectShow, welches praktisch Aktive Movie mit Capture- und Kompressionsfunktionen darstellt. Doch wer nun denkt, daß hiermit alle Probleme gelöst seien, irrt.

DirectShow besteht (im Gegensatz zu Video for Windows) aus mehreren kleinen Programmen (Filter), von welchen jedes nur einen kleinen Teil der Kompressionsaufgaben übernimmt. Dieses Konzept bietet eigentlich eine Reihe von Vorteilen gegenüber Video for Windows:

Hardwarehersteller müssen im Idealfall nur noch den Videocodec an Ihre Hardware anpassen. Unter Video for Windows mußte der Codec auch die Synchronisation und die Audioverarbeitung übernehmen.
Einzelne Filter lassen sich durch explizite Hardware ersetzen. (So können Grafikkarten mittels "Direct Draw" alle Renderarbeiten des Overlays wie Skalierung oder Farbraumwandlung übernehmen).
Die Filter können auch Effekte (ähnlich Premiere oder MediaStudio) erzeugen. Wird so ein Effekt zwischen den Video-Codec und den Video-Renderer geschleift, so kann dieser Effekt unabhängig vom Codec verwendet werden. Denkbar wäre in diesem Zusammenhang beispielsweise eine 3D-Grafikkarte für Echtzeit-Videoeffekte zu gebrauchen.
Ist die Hardware nicht in der Lage, eine Funktion zur Verfügung zu stellen, kann diese Funktion durch einen Softwarefilter ersetzt werden. Damit wäre es beispielsweise möglich MJPEG Clips einer bestimmten Firma zu rendern oder zu betrachten, ohne daß die jeweilige Videoschnittkarte im Rechner eingebaut sein muß.

Der Vorteil dieses Aufbaus liegt auf der Hand. Video und Audio bleiben bei diesem Format immer synchron, wobei diese Synchronität mit einer erhöhten Rechenleistung erkauft wird, da die einzelnen Filter mehr Rechenleistung verbraten, als ein einzelner Video for Windows-Codec. Da die meisten MJPEG-Treiber noch nicht optimiert wurden, reicht die Rechenleistung vieler aktueller Systeme (noch) nicht aus eine ruckelfreie Video-Wiedergabe zu erzielen. Vielmehr wird bei DirectShow immer der Ton komplett abgespielt und sobald ein Bild nicht rechtzeitig dazu gerendert werden kann wird es ausgelassen. Das mag bei Multimedia-Applikationen akzeptabel sein, beim Videoschnitt ist diese Veorgehensweise jedoch nicht tolerierbar. Daher stehen viele Hardware-Entwickler dieser Architektur auch eher zögerlich gegenüber, weil der Anwender (momentan) mit Video for Windows und den ausgereiften Lösungen hierfür einfach zuverlässiger arbeiten kann. Auf kurz oder lang planen jedoch alle Hersteller Ihre Codecs auch für Direct Show zu optimieren. Am 2 GB-Limit ändert DirectShow selbst übrigens nichts. Diese Beschränkung liegt einzig und allein im AVI-Format.

Daher tagte am 1.März 1996 das OpenDML Konsortium in welchem viele namhaften Soft- und Hardwarehersteller vetreten sind (u.a. Adobe, Antex, DPS, D-Vision, in:sync, Interactive Images, Intergraph, Macromedia, Matrox, Microsoft, Pinnacle Systems, Pixel Engines, Truevision und Ulead). Bei dieser Tagung beschloß man eine auf DirectShow aufbauende Erweiterung des AVI-Formats, die alle Anforderungen an professionellen Videoschnitt abdeckt und zwischen den Herstellern kompatibel ist. Federführend war hierbei Matrox verteten und daher verwundert es auch nicht, daß seither einzig und allein Matrox´s Digisuite (LE) das OpenDML-AVI-Format unterstützt. Obwohl diese Tagung nun schon fast 3 Jahre zurückliegt und das Format auch offen spezifiziert ist (z.b.: unter : http://www.matrox.com/videoweb/odmlff2.htm) halten sich die anderen Hardware-Hersteller scheinbar mit der Implementierung zurück, was wohl auf kurze Sicht wieder für keinen einheitlichen und professionellen Standard spricht. Dies ist umso schmerzlicher, da das OpenDML-Format wirklich viele Features unterstützt, die so mancher Anwender schmerzlich vermisst:

Unterstützung einzelner Fields (und nicht nur Frames).
einheitlicher Timecode.
Filegrößen bis 12 Tbyte (ungefähr 200 Stunden Pal-Video).
optimale Synchronisation von Bild und Ton durch sogenannte "Time Stamps".

Microsoft hat also seine Hausaufgaben gemacht und auch die ersten Softwarepakete unterstützen OpenDML (z.B. Premiere 5.1 oder Quicktime 3.0). Der schwarze Peter liegt nun deutlich bei den Kartenherstellern, die Ihre Treiber hierfür anpassen müssten. Da sich jedoch mit kostenlosen Softwareupdates kein Geld verdienen läßt, liegt der Verdacht nahe, daß eine OpenDML Implementierung für gängige Videoschnittkarten (DC30, AV-Master etc) nicht in naher Zukunft zu erwarten ist.

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