High Sierra: Was APFS, HEVC und HEIF bringen

Bei kaum einem System-Update der letzten Jahre hat Apple so viele neue Technologien und Standards eingeführt wie mit macOS High Sierra. Manches, wie das neue Dateisystem oder die neuen Bild- und Videoformate, arbeiten schon seit einem Jahr von vielen Anwendern unbemerkt im „Untergrund“ von macOS Sierra. Und manche Verbesserung werden die Anwender erst auf neuen Rechnern wie den für Dezember angekündigten iMac Pro und Mac Pro bemerken. Denn das ist eine der großen Stärken von Apple: Technologiesprünge so in macOS und iOS einzufügen, dass man im Alltag kaum etwas davon merkt. Bei unseren bisherigen Tests von High Sierra in einer reinen Mac-Umgebung klappt das ziemlich gut. Unser High-Sierra-Technologie-Report stellt nicht nur alle Neuerungen ausführlich vor, sondern auch ihre Auswirkungen auf den ganz normalen Mac-Alltag.

HEVC: Das neue Videoformat

Apple ist bekannt dafür, Technologien erst einzusetzen, wenn diese eine Chance haben, auf dem Markt zu bestehen. So geschehen mit dem Videoformat HEVC. Auch wenn es Apple auf der diesjährigen Entwicklerkonferenz als Neuerung angepriesen hat, existiert HEVC schon länger und steht kurz vor der Einführung durch große Unternehmen wie zum Beispiel Netflix.

Warum ein neues Format?

Im Zeitalter von 4K-Videos und anderen hochauflösenden Formaten rangeln Sound, Filme und Bilder in hoher Qualität um Speicherplatz und Bandbreite. Datenkompression heißt das Mittel dagegen und kommt überall dort zum Einsatz, wo größere Mengen an Daten übertragen werden müssen, die Bandbreite aber limitiert oder teuer ist. 4K-Videos haben rund viermal so große Datenmengen wie Full-HD-Filme. Entsprechend hoch ist der Bedarf an Speicherplatz – gerade auf iPhones und iPads ein echtes Problem. Je stärker sich ein Video komprimieren lässt, desto weniger Platz blockiert es und desto günstiger lässt es sich übertragen. Die Kompression steuert ein sogenannter Codec, in diesem Fall HEVC. Er analysiert das Video und lässt einige Details (Bildinformationen) weg. Dies reduziert die Videogröße und spart so Speicherplatz und Bandbreite, kann aber auch zu schlechterer Bildqualität führen.

©Apple

Ein Codec besteht immer aus einem Funktionenpaar. Nachdem das Video berechnet und verkleinert wurde (Encoder), muss es von einem anderen Gerät (oder demselben) vor der Wiedergabe zurückgerechnet, also dekodiert werden (Decoder). Derselbe Codec kann also die fehlenden Details mit Hilfe eines Algorithmus wieder dazurechnen, um so das Originalvideo wiederzugeben. Je nachdem, wie stark die gewünschte Kompression ist, kann dieser Vorgang die Qualität eines Videos mindern, weil beim Dekodieren nicht mehr die komplette Bildinformation errechnet werden kann.

Der neue Videostandard HEVC soll diese Aufgabe doppelt so gut lösen wie der Vorgänger AVC (oder auch H.264). HEVC, oder H.265, wurde nicht von Apple entwickelt, sondern von einer Firmengruppe, die sich dieses Verfahren hat patentieren lassen. Apple muss für die Verwendung Lizenzgebühren zahlen. 

Wo kommt HEVC zum Einsatz?

Immer dann, wenn ein iPhone oder iPad mit iOS 11 ein Video aufnimmt, und Sie dieses auf dem Mac betrachten, kommt HEVC zum Einsatz. Solche Videos sind beim Filmen schon als HEVC kodiert, und macOS High Sierra kann dieses Format nun lesen und wieder dekodieren, also abspielen.

macOS kennt HEVC übrigens schon länger, als man nach der Ankündigung von Apple vermuten könnte. Die Videoübertragung bei Facetime beispielsweise kodiert macOS schon seit Sierra in HEVC, um Bandbreite zu sparen. Apple hat die Technologie bislang nur noch nicht systemweit eingesetzt. Wohl auch, um Lizenzkosten zu sparen und abzuwarten, bis größere Dienste wie Netflix und Youtube den neuen Codec anbieten.

Welche Auswirkung hat HEVC?

Videos belegen in dem neuen Standard nur noch die Hälfte des Speicherplatzes, theoretisch können Nutzer daher etwa doppelt so viele Videos aufnehmen wie zuvor. Neuere iPhones werden wohl eine höhere Videoauflösung anbieten, wodurch der benötigte Speicherplatz wieder steigt. HEVC macht den Mac also in erster Linie fit für zukünftige Technologien.

Wer seinem alten iPhone treu bleibt, darf sich über mehr Speicherplatz freuen, weil Videos weniger Speicherplatz kosten. Zu beachten gilt es, dass bereits aufgenommene Videos nicht neu kodiert werden, sondern im alten Format bleiben und den gleichen Speicherplatz wie zuvor belegen.

Was passiert beim Teilen von HEVC-Videos?

Teilen Sie ein HEVC-Video aus mac-OS High Sierra oder iOS 11 mit einem Gerät, das diesen Standard nicht unterstützt, so wandelt mac-OS dieses automatisch in den Vorgängerstandard AVC (H.264) um. Sie müssen sich also keine Gedanken darüber machen, in welchem Format ein Video vorliegt, Apple übernimmt hier die harte Arbeit und kümmert sich um die Kompatibilität mit Altgeräten.

Youtube unterstützt standardmäßig nur AVC, deshalb kommt das Umkodieren von H.265 auf H.264 auch beim Hochladen auf die Videoplattform zum Einsatz. Ihr Mac profitiert in diesem Fall noch nicht vom neuen Videostandard und verbraucht die gleiche Bandbreite beim Streamen von Videoinhalten wie zuvor. Bis Youtube umsteigt, arbeitet macOS High Sierra hier wie seine Vorgängerversionen.

Generell scheinen die Entwickler beim Update auf macOS High Sierra auf Speicherplatzeinsparungen gesetzt zu haben.

Denn neben HEVC ist auch Apples neues Dateisystem APFS besser darin, Speicherplatz auf der Festplatte zu allozieren und freie Speicherblöcke zu zählen. Dies schafft zusätzlichen Raum auf der Festplatte und benötigt weniger Platz beim Sichern von Dateien.

APFS: Apples Da­tei­system

Speicherersparnis war aber nur einer der Gründe, warum Apple schon seit Jahren im stillen Kämmerlein an einem eigenen Dateisys-

tem gearbeitet hat. Dateisysteme sind so alt wie Betriebssysteme selbst. Das bis zum jetzigen Update eingesetzte HFS+ (macOS Sierra und früher) ist seit 1998 im Einsatz und wurde mit dem Mac-Betriebssystem 8.1 eingeführt.

Seitdem haben sich Computer stark verändert. Flash-Speicher (SSDs) haben herkömmliche Festplatten verdrängt und auch die Art und Weise, wie wir mit Computern umgehen, wandelt sich. All diese Fortschritte konnten damals in HFS+ nicht vorhergesehen werden. Apple hat sich daher entschieden, alte Zöpfe abzuschneiden und ein Dateisystem zu entwickeln, das auf die heutigen Bedürfnisse angepasst ist.

APFS kommt nicht nur unter macOS High Sierra zum Einsatz. Apple integriert das neue Dateisystem in alle Produkte, von der Apple Watch über das iPhone bis zum Apple TV. Entwickler und Apple selbst profitieren dadurch von identischen Umgebungen und Schnittstellen.

Mehr Speicherplatz

Apple legt großen Wert darauf, Änderungen so unkompliziert wie möglich einzuführen. Beim Installieren von macOS High Sierra wird Ihre Startfestplatte automatisch von HFS+ auf APFS umgewandelt, falls es sich dabei um eine SSD-Platte handelt. Nach der Installation sollten Sie mehr Speicherplatz zur Verfügung haben.

Durch eine effizientere Methode, Dateien abzulegen, in Kombination mit einem Rechenalgorithmus zur Bestimmung des freien Speicherplatzes, schafft Apple mehr Platz auf Festplatten. Eine zweite Neuerung ist das sogenannte Klonen. Anstatt beim Kopieren eine zweite Instanz einer Datei zu schaffen, legt APFS einen Verweis auf den neuen Speicherplatz an, belässt die Daten aber an Ort und Stelle. Das heißt, das Duplizieren von Dateien auf demselben Medium verringert den Speicherplatz nicht, die Daten sind effektiv nur einmal vorhanden.

Größere Sicherheit

APFS legt großen Wert auf Sicherheit und Datenintegrität. Daten-Verschlüsselung ist direkt in APFS integriert. Dabei hat der Nutzer die Wahl, seine Daten mit keinem, einem einfachen oder mehreren Schlüsseln zu versehen. Das sogenannte Multi-Key-Verfahren (mehrere Schlüssel) kommt zum Einsatz, wenn der Mac zugeklappt wird. Anschließend werden alle Nutzerdaten verschlüsselt, und ein Angreifer hat keinen Zugriff mehr. Wenn das gesamte Betriebsystem komplett mit einem einfachen Schlüssel versehen wird, muss der Mac heruntergefahren werden. Außerdem bietet APFS die Möglichkeit, gar nicht zu verschlüsseln. Parallel bietet macOS Filevault als Schutzmechanismus. Auf Dateiebe-ne kommen aber andere Mechanismen zum Einsatz, die das Verfahren schneller und sicherer machen.

Datensicherung (Snapshots)

Neu ist in APFS, wie macOS Datei-sicherungen anlegt. Sogenannte Snapshots (zu deutsch Schnapschüsse) sind direkt in APFS integriert. High Sierra ist in der Lage, eine Kopie von einer oder mehreren Dateien anzulegen und diese im System vorzuhalten.

Dies ist in zweierlei Hinsicht hilfreich. Zum einen können bearbeitete Dokumente jederzeit auf verschiedene Speicherstände zurückgeholt werden. Zum anderen wirkt sich ein Systemabsturz nicht so tragisch aus, wenn wenige Sekunden vorher eine Sicherung des aktuellen Standes angelegt wurde.

Apple bietet hier eine Entwicklerschnittstelle an, sodass Anwendungsentwickler Zugriff auf diese neue Funktionalität haben. Anwender dürfen hier also auf neue Apps hoffen, die auf diesen Sicherungsmechanismus setzen. Auch komplett neu durchdachte Backup-Anwendungen für das gesamte System sind in Zukunft möglich.

Metal 2

Metal ist die Grafikkartenschnittstelle von Apple, und wurde mit iOS 8 und wenig später für Macs mit macOS X El Capitan eingeführt. Seitdem hat sich viel im Bereich Machine Learning und künstliche Intelligenz getan. Die neue Version Metal 2 konzentriert sich also vor allem auf diese Felder.

Entlastung für den Prozessor

Der Grund für solche Schnittstellen ist, dem macOS die Rechenleis-tung von externen Grafikkarten zur Verfügung zu stellen, sei es für aufwändige Spiele oder das Produzieren von Videos und Filmen. Grafikkarten werden immer leistungsstärker, und es macht Sinn, den Prozessor einer Grafikkarte für solche Rechenaufgaben zu verwenden, anstatt den Hauptprozessor des Computers damit zu belasten. Und dank einer Schnittstelle wie Thunderbolt 3, die bis zu 40 Gigabit Daten pro Sekunde überträgt, ist für einen ausreichend schnellen Datenfluss gesorgt.

Wie Entwickler die Grafikeinheit benutzen können, bestimmt die Entwicklungsbibliothek, in diesem Fall Metal 2. Apple stellt runderneuerte Funktionen und erweiterte Schnittstellen zur Verfügung, um den gewachsenen Anforderungen an hochwertige Spiele, Videoproduktionen und Machine Learning gerecht zu werden.

Argument Buffers

Eine der neuen Funktionen von Metal 2 sind die sogenannten Argument Buffers. Diese erlauben es, verschiedene Ressourcen zu gruppieren (Texturen, Layout und mehr) und anschließend mit einem einzigen Aufruf anzusprechen. Bisher mussten die verschiedenen Texturen separat aufgerufen werden. Dank der Gruppierung lassen sich Aufrufe bis zu 16mal schneller durchführen als vorher. Auch arbeitet die neue Methodik ressourcensparender.

Externe Grafikeinheiten

Eine der Schwächen von Macbooks und einiger iMacs war es bislang, dass die eingebauten Grafikkarten schwächer als die der Konkurrenz waren, zugunsten besserer Akkuleistung und dünnerer Gehäuse. Dank schneller neuer Schnittstellen kann macOS High Sierra auf externe Grafikkarten zugreifen.

Solche externen Grafikkarten lassen sich über einen Adapter und Thunderbolt 3 anschließen. Apple bietet mit einer AMD RX 580 erstmals ein eigenes Entwickler-Kit an. Besonders aufwändige Rechenaufgaben, wie sie beispielsweise bei Machine Learning auftreten, lassen sich somit auf die GPU der Grafikkarte auslagern. Macbooks bleiben dadurch leicht und dünn und behalten unterwegs eine hohe Akkulaufzeit, zuhause können sie dann für besondere Aufgaben erweitert werden.Profitieren werden auch Spiele-Fans. Bislang mussten Mac-Besitzer auf ressourcenfressende Spiele verzichten, da Apple keine Desktop-Grafikkarten verwendet. Alle aktuell in Macs verbauten Grafikkarten sind mobile Ableger mit geringerer Leistung (Ausnahme: Mac Pro). Allerdings hängt es von den Spieleentwicklern ab, wie schnell sie diese externen Grafikkarten ansprechen.

Auswirkungen im Alltag

Für Anwender, die weder Spiele entwickeln noch auf Machine Learning setzen, ändert sich zunächst wenig. Die angesprochenen Neuerungen richten sich ausschließlich an Entwickler. 

Anders sieht es für Spieleliebhaber aus. Ihnen stellt die Kombination aus Metal 2 und Thunderbolt 3 eine völlig neue Dimension an Spielen in Aussicht. Wie es mit der Kompatibilität und Verfügbarkeit aussieht, lässt sich zum Redaktionsschluss dieser Ausgabe noch nicht sagen. Erst im Lauf der nächsten Monate wird sich herausstellen, wie schnell Spiele- und andere Entwickler auf den Zug aufspringen und externe Grafikeinheiten unterstützen.

Virtual Reality

Neben künstlicher Intelligenz und Algorithmen ist Virtual Reality (virtuelle Realität) das große Thema der kommenden Jahre. Auf der WWDC 2017 hat auch Apple seinen Hut in den Ring geworfen. Mit Metal 2 und macOS High Sierra will das Unternehmen Entwicklern ermöglichen, Apps und Spiele für VR-Brillen und virtuelle Umgebungen zu erstellen.

©AR Measure

Es gibt aber noch eine Ebene vor VR, die sich Mixed- oder Augmented-Reality nennt. Damit sind Anwendungen gemeint, die virtuelle Objekte in einer realen Welt platzieren können. Microsoft hat kräftig investiert und liefert mit der Holo Lens ein erstes solches Produkt ab. Als Beispiel wäre hier ein virtueller Maßstab zu nennen, der sich mit Hilfe eines iPhones im realen Raum bewegen lässt. Alle Prognosen versprechen einen starken Anstieg in diesem Marktsegment, was wohl auch der Grund ist, warum Apple seine Investitionen in Sachen VR steigert.

Partnerschaft mit HTC

Um VR zu erleben benötigen die Anwender Hardware in Form von speziellen Brillen. Einmal aufgesetzt kann der Anwender die Software abspielen und sich im freien Raum bewegen. Die Brille verfolgt die Bewegungen des Kopfes und teilweise des Körpers, um ein 3D-Erlebnis zu erschaffen. Da Apple keine eigene Hardware in diesem Bereich entwickelt hat, ist das Unternehmen eine Partnerschaft mit HTC eingegangen und unterstützt die VR-Brille Vive.

Mit Metal 2 schafft Apple die Grundvoraussetzung, um überhaupt VR-Apps zu erstellen. Zusätzlich benötigen Entwickler einen Mac mit Thunderbolt-3-Anschluss. Dies sind alle iMacs ab Baujahr Jahr 2017 und alle Macbooks Pro seit 2016 oder später. Macbook Air und Macbook bleiben hier außen vor. Doch ein Macbook alleine reicht nicht aus. Virtual-Reality-Anwendungen sind so aufwändig, dass die Grafikeinheit im Macbook (vor allem in den 13 Zöllern) nicht ausreicht, um die nötigen Berechnungen durchzuführen. Deshalb bietet Apple für rund 800 Euro ein externes Entwickler-Kit mit einer AMD RX 580 Grafikkarte an. Die Partnerschaft mit HTC ermöglicht es, die VR-Brille Vive mit dem Mac zu koppeln und eigene Anwendungen auszuprobieren.

Viel schneller als VR-Anwendungen werden AR-Lösungen auf den Markt kommen. AR steht für Augmented Reality, oder auch Mixed Reality genannt. Hier vermischt sich die reale Welt mit der künstlichen. Das heißt, Spiele können beispielsweise auf einen realen Tisch projiziert werden (Karten oder Brettspiele). Die künstlichen Objekte lassen sich in Echtzeit bewegen, haben aber die reale Welt als Grundlage. Für AR-Anwendungen benötigen Sie keine Brille, es reicht ein Gerät wie iPhone oder iPad, das die künstlichen Objekte anzeigt. Der Mac dient dabei als Entwicklungsplattform für iOS-Geräte, die weitaus mobiler und perfekt dafür geschaffen sind, Objekte im Raum zu bewegen und sehen.

AR-Apps ausprobieren

Da AR-Geräte eine Kamera benötigen, die nach vorne gerichtet ist, sind Spiele und Anwendungen vor allem für das iPhone und das iPad konzipiert. Grund dafür sind die eingesetzten Prozessoren, die leistungsstark genug sein müssen. Erste Anwendungen werden wohl im Laufe des nächsten Jahres auf den Markt kommen. Anschließend entscheidet sich,  wie hilfreich diese Form von Realität im alltäglichen Leben tatsächlich ist.

Die Fülle an neuen Technologien, die Apple in High Sierra integriert hat, zeigt, wo Apple in den nächsten Jahren  . Die Basis ist geschaffen, wie weit die Anwender von VR oder Metal profitieren, zeigt sich erst im nächsten Jahr. Von anderen Entwicklungen wie dem neuen Dateisystem profitieren die Anwender jedoch heute schon.