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Welche Auflösung hat VHS?
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Kika 
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Anmeldungsdatum: 11.06.2001
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Beitrag Beitrag 0 - Verfasst am: Do Jan 30, 2003 15:54    Titel: Antworten mit Zitat

Welche Auflösung hat VHS?
Das Märchen, eine VCD hätte dieselbe Qualität wie eine VHS-Aufzeichnung geistert schon seit Jahren durchs Netz und ist einfach nicht tot zu kriegen. Ausgelöst wurde es wohl ursprünglich durch die für Laien sehr missverständliche Art, wie bei Videorekordern die Aufzeichnungsqualität angegeben wird. Denn bei VHS-Rekordern (und nicht nur da) findet man öfters eine Angabe der Art "Auflösung besser als 240 Linien". Fälschlicherweise wird dann oft angenommen, damit seien Zeilen gemeint. Und daher kommt auch das Gerücht, eine VCD hätte die gleiche oder gar eine höhere Auflösung wie VHS. Das ist aber falsch. Warum, das werde ich nun versuchen zu erklären.
Wir reden, wenn VHS gemeint ist, von analogem Video. Dabei muss man sich zuerst von der Vorstellung von Pixeln trennen, die gibt's da nicht. Entscheidend ist nur das Signaltiming.

Die Bildröhre
Der Elektronenstrahl der Bildröhre bewegt sich von Links nach Rechts, springt dann nach Links zurück und zwei Zeilen nach unten usw. Die Geschwindigkeit, in der diese Bewegung erfolgt, ist nicht variabel, sondern immer exakt gleich.
Je nach Signalart kann man innerhalb der Bewegung von Links nach Rechts eine begrenzte Menge an Informationen unterbringen. Die sind aber analog, nicht digital, daher gibt es keine klar umrissenen Grenzen. Aus diesem Grund haben die Techniker für die horizontale Auflösung den Begriff der Linie geprägt.
Eine Linie beschreibt keine Pixel oder sowas, sondern die Zeit, die vergeht, bis eine Sinuskurve vollständig einen Phasenwechsel durchgeführt hat. Bei S/W-Video also einen Wechsel von Weiß zu Schwarz oder umgekehrt. Bei der Frequenz, mit der VHS und auch Composite-Video arbeiten, sind es bis zu 250 Wechsel, also eben 250 Linien.
Eine Linie kann somit theoretisch links weiß und rechts schwarz sein und dazwischen beliebig viele (!) Graustufen haben. Diese Graustufen sind eigentlich gar nicht erwünscht, sondern mehr unnütze Verschwendung denn wirkliche Bildinformation, was an der analogen Technik als solcher liegt.
Um das VHS-Signal also nahezu verlustfrei aufnehmen und wiedergeben zu können, müsste man eigentlich mindestens doppelt so viele Pixel aufnehmen wie das Grundsignal Linien hat. Bei VHS also 480x576. Da aber die Farbauflösung niedriger ist, kommt man mit 352x576 als Endformat sehr gut zurecht. Als Tipp sollte aber gelten, grundsätzlich mit 704x576 aufzunehmen.

Ist die Signalfrequenz höher und somit das Timing schneller, wie es z.B. bei der Übertragung via S-Video oder RGB der Fall ist, lassen sich mehr Informationen unterbringen. Bei S-Video z.B. bis zu 440 Linien, bei RGB bis zu 550 Linien. Denn eine höhere Signalfrequenz bedeutet nichts anderes, als dass die bereits angesprochene Sinuswelle ihre Phasen auch schneller durchläuft. Die Linien werden also kürzer und auch klarer umrissen. Dadurch wird das Bild schärfer, denn es sind ja nicht nur mehr Linien pro Zeile möglich, die Linien selbst sind ja schärfer.
Aber, wie gesagt: Die Geschwindigkeit, mit der der Elektronenstrahl das Bild aufbaut, ist immer identisch. Daher MUSS ein PAL-Bild immer 576 (sichtbare) Zeilen haben, und für das sichtbare Bild innerhalb einer Zeile stehen 52 us (Mikrosekunden) zur Verfügung. An diesem Timing lässt sich absolut nichts ändern.

Schräge Spuren
DVD-Player, die VCDs abspielen (288 Zeilen), benutzen deshalb vom Grundprinzip her jede Zeile 2Mal. Dabei wird bei der Zeilenverdopplung mehr oder weniger gut interpoliert. Je nach Player gibt es da zum Teil große Unterschiede, die sich sehr stark in der Bildqualität bemerkbar machen.
VHS-Rekorder machen das anders. Ihr habt vielleicht schon den Begriff Schrägspurverfahren gehört? Jeder noch so billige VHS-Rekorder hat nämlich mindestens 2 Videoköpfe, je einer für ein Halbbild des PAL-Signals (interlaced). Jedes Halbbild besteht aus 288 sichtbaren Zeilen. Videokopf 1 schreibt dabei das Halbbild Nr. 1, Videokopf 2 das Halbbild 2 auf das Band. Und das nicht in Laufrichtung des Bandes, sondern in schräg verlaufenden, nebeneinander liegenden Spuren.
Pro Sekunde gibt es 50 solcher Halbbilder, macht zusammen 25 Bilder die Sekunde. Dargestellt werden die so, dass pro Bild zwei komplette Strahlendurchläufe stattfinden, einer für alle geraden Zeilen und einer für alle ungeraden. Daher auch, wie ich oben schrieb, immer der Sprung um 2 Zeilen und nicht um eine. Am Ende hat man eben 2Mal 288 sichtbare Zeilen aufgenommen.
Ein Problem bei Videorekordern entsteht durch die Art, wie die Videoköpfe über das Band "fliegen". Denn das Band ist flach, die Kopftrommel aber rund. Und das führt dazu, dass nur in der Bandmitte die Videoköpfe einen optimalen Abstand zum Band haben und somit nur in einem begrenzten Bereich das Band wirklich mit voller Signalstärke beschreiben und auch lesen. Wie sich das in der Praxis auswirkt, hat jeder schon gesehen, der VHS-Material mit einer Capturekarte aufnimmt: Unten hat man immer "flimmernde" Zeilen, manchmal auch noch oben. Da man die meistens beim Anschauen eines Bandes auf dem Fernseher nicht sieht, glauben dann viele, die Capture-Karte hätte eine Macke, hat sie aber nicht. Denn auch, wenn das Bildsignal 576 Zeilen enthalten kann, so kriegt man die im allgemeinen nie zu Gesicht. Denn alle Fernseher mit Röhrentechnik schneiden rund herum etwas vom Bild ab. Das nennt man Overscan. Diese "Flimmerzeilen" liegen meistens innerhalb dieses Bereichs, den man sowieso nicht zu sehen bekommt. Capturekarten nehmen aber alle 576 Zeilen auf, daher sieht man das Flimmern dann auch im aufgenommenen Film.

Interlaced und progressiv
Der Unterschied zwischen interlaced und progressiv ist nun, dass bei interlaced der zeitliche Abstand zwischen zwei Halbbildern WIRKLICH eine fünfzigstel Sekunde betragen kann. Innerhalb einer Bewegung kann ein so zusammen gesetztes Vollbild aber zwei verschiedenen Phasen der Bewegung zeigen, und da die Halbbilder ja zeilenweise ineinander gemischt werden, entstehen dann die "Lattenzäune" überall dort im Bild, wo sich was bewegt (und NUR dort).
Progressives Video wird per so genanntem PAL-Speedup aus Kinofilmen hergestellt. Besteht also ausschließlich aus Vollbildern mit einem echten zeitlichen Abstand von einer fünfundzwanzigstel Sekunde. Das hat einen Vor- und einen Nachteil.
Der Nachteil ist, dass im Gegensatz zu interlaced Video eine Bewegung nicht in 50, sondern nur in 25 Phasen aufgeteilt werden kann, sie ist also nicht so fließend. Der Vorteil ist, dass die effektive Auflösung höher ist. Das deshalb, weil PAL interlaced sein MUSS. Ein Vollbild wird daher vom Player in zwei Halbbilder zerlegt und zum TV gesendet. Da aber beide Halbbilder aus einem echten Vollbild entnommen werden, gibt es keine Lattenzäune und die volle Auflösung steht für ein Objekt zur Verfügung.

Klartext:
Die effektive Auflösung von PAL interlaced ist 2x704x288 oder 50 Bilder pro Sekunde mit 704x288.
Die effektive Auflösung von PAL progressiv ist 1x704x576 oder 25 Bilder pro Sekunde mit 704x576.

Daraus ergibt sich:
Interlaced: Bessere Bewegungsauflösung.
Progressive: Bessere Detailauflösung.

Man kann sich das so vorstellen:
Zwei Fotoapparate sind auf einen Läufer gerichtet. Sie werden im Abstand von einer fünfzigstel Sekunde ausgelöst. Beide Fotos lässt man entwickeln, und zwar so, dass sie nur halb so hoch wie normal sind. Jedes Foto wird dann in 288 Streifen zerschnitten und beide werden zu einem Bild zusammen geklebt. Streifen 1 von Bild 1, Streifen 1 von Bild 2, Streifen 2 von Bild 1, Streifen 2 von Bild 2 usw.
Was man dann bekommt, ist ein typisches interlaced Bild mit voller Höhe, aber mit den Lattenzäunen, dafür aber mit 2 Bewegungssequenzen, nämlich der Bewegung des Läufers, die innerhalb der fünfzigstel Sekunde statt gefunden hat.
Bei progressivem Video gibt es nur eine einzige Kamera. Sie zeigt ein scharfes Bild in voller Höhe, aber nicht die Bewegung, die in dieser fünfzigstel Sekunde erfolgte. Bei sehr schnellen Bewegungen können sogar verwischte Bilder entstehen. Und die gibt es tatsächlich. Sieht man auch, wenn man mal eine Aktionszene einer progressiven DVD Bild für Bild betrachtet.


Der Bildaufbau im Detail
Der Elektronenstrahl einer Bildröhre benötigt von Links nach Rechts 64 us (Mikrosekunden), davon sind für das Bild wie schon gesagt 52 us nutzbar. Bei der Signalfrequenz eines Composite-(F-BAS)-Eingangs kommen wir so auf 220 - 250 Linien. Das ergibt zusammen mit den 625 Zeilen bei PAL (576 sichtbar) exakt 4:3. Es ist ausschließlich das Timing, das daraus dann ein rechteckiges Bild macht.
Dieser Effekt wird auch bei einer SVCD genutzt. Deren Auflösung ist 480x576, also höher als breit. Und trotzdem sieht man sie am Fernseher oder auch auf dem PC in 4:3.
Beim TV wird bei der SVCD-Wiedergabe einfach die Zeit, die ein Pixel zu einem Signal verarbeitet wird, um ein Drittel verlängert, und schon stimmt wieder alles. Denn diese Änderung des Timings bewirkt, dass die horizontal nebeneinander dargestellt Linien länger werden als sie es z.B. bei der Wiedergabe von DVDs wären.
Dort liegt auch ein Fallstrick: Wird eine DVD via Composite am TV geschaut, hat sie effektiv auch nur bis zu 250 Linien Auflösung, also nicht mehr als VHS! Dass das Bild trotzdem besser und schärfer erscheint, liegt daran, dass die digitale Signalverarbeitung exakter arbeitet als die analoge auf VHS.
Beim Abspielen auf einem PC-Monitor via Software-Player wird per Software die Größe neu berechnet (interpoliert), deshalb sieht MPEG2 immer so unscharf aus, wenn's auf PCs abgespielt wird.

Aspect Ratio
Digitalvideos haben zwei Angaben zum Aspect Ratio (Seitenverhältnis). Das DAR (Display Aspect Ratio, das des Bildes) und das PAR (Pixel Aspect Ratio). Pixel beim PC sind immer quadratisch, bei DVD oder DV sind sie aber rechteckig, und zwar genau im Verhältnis 1.092:1, also breiter als hoch.
PAL Vollbild nach CCIR ist daher entweder 704x576 (PAR 1.092:1) oder 768x576 (PAR 1:1).
Deshalb haben auch DivX-AVIs mit 352x288 ein falsches Seitenverhältnis, die müssten eigentlich 384x288 groß sein.
MPEG 1 und 2 arbeiten aber mit PAR 1.092:1, daher hat eine VCD eben 352x288. 352x1.092=384
Eigentlich auch recht leicht zu verstehen. Nur dieses 720er Format (720x576) passt nicht so ganz ins Schema, denn es ist KEIN 4:3-Format, sondern eines, das die 4:3-Darstellung um Überhangpixel erweitert (Overscan).

So, das war's. Ich hoffe, ich konnte für etwas mehr Klarheit sorgen.

Kika
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