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High Definition-Videoformate

High Definion Video gibt es seit Mitte 2005 auch für Hobby-Videofilmer. Es existieren dazu aber verschiedene Formate wie UHD-2160p, HD 1080i, 1080p, 720p sogar mit verschiedenen Bildraten seit der Einführung der HD-Aufnahmemöglichkeit in Foto-Digitalkameras. Ein weiterer wichtiger Punkt in diesem Zusammenhang ist die Bildrate. Für das Kino produziert man in 24p, für das Fernsehen in 50p oder 50i, d.h. man muss u.U. die Bildrate anpassen /4/. Für den Anfänger ist das alles recht unübersichtlich. Nachfolgender Beitrag soll deshalb ein wenig die hauptsächlichen Unterschiede und die Vor- und Nachteile beleuchten. 

4K-UHD, Full-HD 1080i/p, HD 720p?

M Von der Fotografie zur Videografie

Die Industriealisierung der Analog-Fotografie und damit die technische Abbildung des Lebens auf dieser Welt begann 1888 mit der mit der ersten in größerem Maßstab industriell gefertigten Rollfilmkamera, der Kodak Nr. 1 die für 25 Dollar verkauft worden ist. Mit der Fotografie habe ich selbst im Jahre 1955 mit einer Lochkamera begonnen. Meine erste richtige Fotokamera war die 1959 in der benachbarten Drogerie gekaufte, 4 x 6,5 cm Rollfilmkamera Bilora Bella 3c mit dem 1:8/70 Achromat Objektiv. Im Jahre 1960 folgte dann auch schon die erste Kleinbildkamera, eine Leidolf Lordomat (Wetzlar) aus dem Quellekatalog gekauft worden. Danach habe ich auch Kleinbildfilme selbst entwickelt und Fotos mit einem als Lehrling selbst gebauten Vergrößerer angefertigt.

Technische Leitliteratur für mich u.A.:

"Fotografie - Grundlagen-Technik-Praxis"
auf naturwissenschaftlichen Grundlagen von Kurt Dieter Solf als Taschenbuch von 1978

In der Digital-Fotografie gilt eine Kamera die Steve Sasson für Kodak erfand, das erste kommerzielle Produkt ist die Fairchild MV-101 die 1976 auf den Markt kam.  Ende 1988 habe ich mit der Olympus C-820L begonnen Digital-Aufnahmen zu machen. Uleads PhotoImpact unterstützte mich bei der Bildbearbeitung.

Technische Leitliteratur für mich u.A - mit Dank an Dr. Hans Brümmer!:

"Wie funktioniert die Digitalfotografie?" eBook: Klick!
"Grundbegriffe der Farbenlehre"; Klick!
"Glossar zum Digitalen Bild": Klick!

Für den Amateurfilmermarkt brachte Kodak 1932 den Doppelachtfilm, der durch Teilung des 16-mm-Films entstand und und somit erschwinglich geworden ist. Der Super8-Film startete 1965 auf dem Markt, meine ersten Filme entstanden 1972. Am 22.07. 1987 habe ich meine letzte entwickelte 15m Super8 - Filmspule von Kodak-Stuttgart zurückgeliefert bekommen. Mehrere Jahre habe ich die Filme mit dem Bauer T525 Duoplay-Filmprojektor auch zweispurig dann vertont.

Ich begann mich 1988 für die Videografie an zu interessieren, zuerst mit einer stationären JVC TV-Kamera die auf meinen Grunding Video 2000 Recordersystem Videos aufnehmen konnte, eine Kabeltrommel für den Stromanschluß mußte immer dabei sein. Kurz darauf kaufte ich mir eine mobile akkubetriebene VHS-C Videokamera Panasonic MC-10, folgend dann eine Video8-Handycam von Sony mit SteadyShoot. Die anloge Videobearbetung war trotz Videomischpult recht hinderlich und ungenau.
Es folgte nun im Jahre 2004 der Umstieg auf
den DV-Camcorders Panasonic NV-GS400, die Videoschnittmöglichkeiten haben sich jetzt enorm verbessert.

Der nächste Qualitätssprung zu einer höheren Bildauflösung ergab sich für mich im Mai 2006 mit der Sony HDV-Handycam HC3, stand doch schon im November 2005 ein Philips FullHD - 37PF9830 im Wohnzimmer bereit.

Der Sprung auf UHD-Video ist im August 2014 über das Smartphone Sony Xperia Z2 dem dann 2015 die Panasonic Bridgekamera DMC-FZ300 folgte. Die Wiedergabe erfolgt über einen HDTV von Samsung ab 2012. Aktuell habe ich keinen Anlaß etwas daran zu ändern.

M 4K(Ultra-HD) ist angekommen

Die Multimedia-Industrie trommelt seit Mitte 2013 heftig für 4K, da dadurch neue Einnahmequellen generiert werden. Die Bezeichnung 4K bezieht sich auf die Bildbreite (4096 Pixel), in Zukunft wird man das Format Ultra-HD nennen. Hochwertige Fotografie und Bewegbild rücken somit näher zusammen. Auf dieser Seite bin ich schon einmal in einem Beitrag von 2013 auf 4K eingegangen: Klick!

4K(UHD) ist ist nun auch bei mir angekommen:

- August 2014: Sony Smartphone Xperia Z2 für Aufnahmen aus der Jackentasche...
- Oktober 2015: Panasonic DMC-FZ300 Bridgekamera für anspruchsvolle Einsätze
- Januar 2018: ThiEYE T5 EDGE ActionCam für Aufnahmen vom Fahrrad aus

Das Kamerammaterial liegt mir nun in 3840x2160p-24, 25, 30 vor.

UHD-Video

Hinzumischen kann ich FHD-Material in 1920x1080p-24, 25, 30, 50 und 60, ebenfalls Digitalbilder verschiedener Formate.

Die Verarbeitung des Videomaterials übernimmt GV EDIUS Pro 8.

Hergestellt werden hier bei mir FHD-Videos mit folgenden Hauptmerkmalen:

    1. Ausschnitt aus der Szenenlänge
    2. Ausschnitt aus dem Szeneninhalt
Die Revolution im Videoschnitt zeigt Panasonic recht gut in diesem Demo-Video: Klick!

Der vorhandene 46" Samsung HDTV wird nun mit besseren FHD-Videomaterial aus der Downskalierung von UHD auf FHD gespeist, als es meine ehemaligen Full-HD-Aufnahmegeräte früher selbst aufbehmen konnten. Ein Schnitt nach Clipinhalt war seinerzeit garnicht möglich, weil das Material im Ausschnitt nur qualitätsmindert editiert werden konnte. Nun ist das anders, das in Ausschnitten editierte UHD-Kameramaterial nimmt an Qualität nicht mehr ab, wie früher schon bei einem Verschnitt von Digitalbildern in FHD-Projekten.

M HD 1080i, Interlaced-Video

Ab Mitte 2005 gibt es das HD-Videoformat (HDV) mit 1440x1080 Bildpunkten in einer anamorphen Aufzeichnung für 16:9 HDTV. Dieses Videoformat besteht aus zwei zeitlich versetzt aufgenommenen Halbbildern (oberes Halbbild und unteres Halbbild) mit je 1080/2 = 540 Zeilen im Zeilensprungverfahren (interlaced), man bezeichnet es mit 1080i (das i steht dort für interlaced). 

Bild 1: Oberes (A) und zeitlich dazu versetzt zeilenweise aufgenommenes unteres (B) 1080i-Halbbild

Halbbild A entsteht durch das Schreiben der ungeraden, Halbbild B durch das Schreiben der geraden Zeilen. Analog zur traditionellen 50 Hz-Technik flimmern diese Halbbilder beim PAL-System 50 mal pro Sekunde über den Bildschirm.

Genaue Erklärung zum Interlaced-Video siehe hier.

Es liegt an der Trägheit des menschlichen Auges, dass trotz der Zeilensprünge A-B-A-B-A-B- usw. ein durchgängiger Bewegungsablauf entsteht.

Bild 2: Durch schnellen Bildwechsel bei der PAL TV-Wiedergabe entsteht dann der Eindruck ein doppelt so hohes Bild zu sehen in dem pro Sekunde 2x50 von diesen Halbbilder gezeigt worden sind (50i). Im NTFS- TV-Regionen sind es 2x60 (60i) Bilder pro Sekunde.

Vom TV-Zuspieler (Kamera, Blur-ray Player) wird aus der anamorphen Videodatei, die eigentlich nur im 4.3 Format auf dem Datenträger mit einem 16:9 Steuerungsflag besteht, per Bildprozessor ein TV-Bild im 16:9 Format bereitgestellt.

Bild 3: Aus der anamorphen Aufnahme wird in der TV-Wiedergabe ein 16:9 Videobild mit 1920x1080 Bildpunkten

Das zeitlich versetzte Halbbildaufnahmeverfahren führt dazu, dass nach dem ineinnader setzen der beiden Halbbilder ein Zeilenversatz entsteht, man spricht auch von einer Kammstruktur /2/. Bei der TV-Vorführung spielte das keine Rolle, weil per Deinterlacer der Versatz automatisch ausgeglichen worden ist. Bei der Betrachtung auf dem PC sieht man aber diese Kammstruktur. Auch nach Einführung der Full-HD-Kameras mit 1920x1080 Bildpunkten änderte sich an dem Interlaced-Problem nichts.

Interlaced-Kammstrukturen werden weniger sichtbar bei rein statischen Aufnahmen, viel mehr dagegen bei bewegten Objektkanten sieht man das aber oft überdeutlich. Links ein kleiner Ausschnitt von einem vorbeifahrenden Auto. Siehe hierzu auch /1/, /2/ und /3/. 

Um das für die PC-Wiedergabe zu verhindern müssen die beiden Halbbilder per Deinterlacer kammfrei zusammengesetzt werden /1/, wobei dann aber eine leichte Unschärfe entstehen kann. Das Deinterlacen kann man dem Softwareplayer des PCs überlassen, vorausgesetzt man hat den Deinterlacer aktiviert oder man hat gleich im Videoschnittprogramm das Deinterlacing /1/ vor der finalen Ausgabe durchgeführt.

Vorteil des 1080i - Videos:

  • sehr gute Bewegungsauflösung bei Schwenks und quer zur Kamera sich bewegenden Objekten

  • kein Ruckeln

Nachteil des 1080i - Videos:

  • Kammstrukturen bei Wiedergabe auf dem PC, es muß in irgend einer Form deinterlaced werden

  • Halbbildunschärfe

  • Halbbildflimmern

  • Treppenstufen bei schräg verlaufenden Linien/Kanten/Mustern

  • Ausgefranste Objektkanten

  • Nachteile bei Farbfilter- und Maskenanwendung

  • Paßt schlecht mit progressiv arbeitenden Displays zusammen

  • Eignet sich schlecht für Skalierungen

M HD 1080p, Progressiv-Video:

Das ideale Format wäre im PAL TV-System das 50p-Format, also 50 Vollbilder pro Sekunde. Eine solche Videokamera gibt es aber noch nicht für Videoamateure. Lediglich Sanyo bietet derzeit 1080p, allerdings mit 60 oder wahlweise 30 Vollbildern in der Sekunde an. Mit der Digitalkamera von Canon PowerShot SX1 IS kann man Full-HD Videos in 1920x1080-30p aufnehmen.

Im HDV25(PF25)-Modus werden von Canon (HV30/40) 25 ganze Bilder pro Sekunde vom CMOS-Chip aufgenommen, siehe hier , hier und hier. Auf das Band werden dann aber wieder Halbbilder aufgezeichnet, was keinen Nachteil in der Qualität mit sich bringt, da die vom Band ausgelesenen Halbbilder nicht zeitversetzt (!) sind und somit kein Deinterlacing /1/ mehr erforderlich ist da der Kammversatz /2/ nicht auftritt. Man nennt das im Video-Fachjargon: echtes 25p, siehe auch Begründung in PCVIDEO 1/2007 ab Seite 34 im Beitrag von Andreas Wunderlich. Viele andere Kameras verwenden im simulierten 25p-Modus (25F nicht 25PF!) nur ein Halbbild und dann geht die Hälfte der vertikalen Auflösung(520 Zeilen!) verloren. Die Aufnahmen der HV30 im 25p-Modus haben dagegen die volle Vertikalauflösung (1080 Zeilen!) und sie sind zur 1080i-Spezifikation kompatibel (siehe Seite 38 der Bedienungsanleitung) und alle HDV-1080i-Schnittsysteme kommen folglich damit zurecht. HDV2 1440x1080/50i ist damit die korrekte Projekteinstellung im Videoschnittprogramm.

Vorteil des 1080p, HDV25(PF25) - Videos:

  • Vollbildaufnahme per Chip

  • Keine Treppenstufen bei schräg verlaufenden Linien/Kanten/Mustern

  • Halbbildunschärfe entfällt

  • Halbbildflimmern (Zeilenflicker) entfällt

  • "Ausgefranste" Objektkanten entfallen

  • Vorteile in der Nachbearbeitung gegenüber Interlacedmaterial bei Farbfilter- und Maskenanwendung

  • Lichtgewinn für Lowlight, da die normale Belichtungszeit 1/25 und nicht 1/50 Sekunde beträgt

  • Kombinierbar mit "Spotlight" für rauscharme Lowlightaufnahmen

  • Kombinierbar mit dem "Kino-Modus" für weicherer Tonkurve

  • Der Bildeindruck unterscheidet sich vom üblichen Interlace-Video, sieht etwas "filmischer" aus weil schnell bewegte Objekte unschärfer erscheinen, Bewegungen wirken dadurch fließender, ganz so, wie man das vom Kinofilm her kennt.

  • Passt besser mit progressiv arbeitenden Displays zusammen

  • Eignet sich gut für Skalierungen

Nachteil des 1080p, HDV25(PF25) - Videos:

  • Weniger flüssige Bewegungsdarstellung ab einer gewissen Geschwindigkeit bei vorbeiziehenden Objekten oder  bei Schwenkaufnahmen gegenüber der Interlacedaufnahme. Empfindlichen Zeitgenossen empfinden das als leichten Stroboskop-Effekt.

  • Nur gefühlvolle und langsame Schwenks möglich, wenn Stroboskopeffekte in der Bewegung stören. Deshalb bessere Vorbereitung der Aufnahme nötig für szenisch durchdachte Aufnahmegestaltung nötig, z.B: spitzerer Winkel zum zu sich bewegenden Objekt erf. oder Standortwechsel. 
    Radikale Abhilfe: Aufnahme im Interlacedmodus, diese Clips können dann problemlos mit PF25-Clips gemischt werden, da 25PF kompatibel ist zu der 1080i-Spezifikation.

Mit der Digitalkamera Canon PowerShot SX1 IS zog bei mir echtes Full-HD in 1080-30p von der Aufnahme bis zur Datei auf der Speicherkarte ein. Digitalkameras für Fotographen haben ja noch nie Halbbilder aufgenommen. Auf 1080-50p müssen wir Hobbyfilmer wohl noch ein wenig warten.

Bei Bildperspektiven wie dieser hier gegen den einfahrenden Zug gibt es auch an der Bewegungsauflösung nichts zu beanstanden. Wäre die Belichtungszeit kürzer gewesen, wären die Fenstersprossen des Zuges genauso scharf wie die vertikalen Kanten rechts im Bild erschienen, dann hätte man aber wohl eine stroboskopartige Zugbewegung erlebt. Die noch nicht mögliche 50p-Aufnahme im Hobbyfilmerbereich hätte hier mehr Spielraum für die Gestaltung der Bewegungsaufnahme geschaffen. Die Trägheit des menschlichen Sehens sorgt dafür, dass der Zug links auch in Bewegung scharf und in flüssiger Bewegung wahrgenommen wird.

Die 1080-30p-Aufnahmen von dieser Kamera werden nicht in einem Interlaced, sondern einem Progressiv-Projekt 1080-30p editiert (in meinem Fall mit Premiere Pro CS3 und Pinnacle Studio 14 Ultimate Collection). Mit 30p produzierte Blu-rays laufen einwandfrei flüssig in meiner Full-HD Wiedergabekette.

Mit der SANYO HD2000 gibt es jetzt schon 1080-60P, nicht aber 50p. Wie es aussieht wird das bald was mit dem hierzulande im Hobbybereich ersehnten 50p. Der Bildstabilisator dieser Kamera ist aber wenig hilfreich um beruhigte Aufnahmen realisieren zu können und die viel zu leichte Kamera müßte man mindestens mit einem Zusatzgewicht mehr Massenträgheit verpassen und mit einem Kamerarig arbeiten, wodurch die Kompaktheit des Gerätes dann wieder dahin ist.

M HD 720p, Progressiv-Video:

Im Hobbyvideoformat findet man HD 720p mit 50 Vollbildern pro Sekunde eher bei Foto-Digitalkameras mit Videoaufnahmefunktion. Man nennt dieses 720p-Format auch HD-Lite. Es bietet die Vorteile welche ich vorher beschrieben habe gegenüber 1080i-Interlaced-Video.

Im Vergleich zu 1080i bekommt man ein kleineres Videovollbild welches aus 1280x720 Bildpunkten besteht, also mit 720 Zeilen statt 2x540=1080 Zeilen. Viele Fernsehanstalten wollen sich auf dieses Format bei HDTV-Sendungen festlegen, da die Übertragung billiger ist.

Bild 4: Ein ganzes Frame mit 1280x720 Bildpunkten (720p)

Um das kleine Bild auf einem Full-HD vollformatig darstellen zu können, muss es mit Qualitätsverlust hochskaliert werden. Das 720p-Format eignet sich allerdings sehr gut für Skalierungen. Im Nachfolgenden Bild sieht man den Größenunterschied, der Skalierungsfaktor muss 2,25fach betragen.

Bild 5: Größenverhältnisse 1080i/p zu 720p. Soll das 720p-Video auf einem Full-HDTV gezeigt werden, muss es verlustbehaftet hochskaliert werden.

Zum Größenvergleich hier noch das alte SD-Format,
in 16:9 anamorph dargestellt aus 720x576 Bildpunkten.

Die derzeitigen Foto-Digitalkameras bieten leider viele Bildraten für 720p an, wie 12, 20, 30 oder 60fps für unsere PAL TV-Welt an. Die Anpassung zu den hier üblichen 50Hz ist nicht unproblematisch, es kann zu Rucklern und Blending-Unschärfe (Geisterbildern) führen.

M Fazit:

Meist wird man - alleine wegen der derzeit angebotenen Möglichkeiten der meisten aktuellen Videokameras - weiter in 1080i aufnehmen. Ein guter Kompromiss ist die 1080p-HDV25(PF25) Aufnahme oder ein 30p-Progressivvideo einer Digitalkamera. Wer in 1080-60p aufnimmt, der muss die Anpassung an unsere 50Hz bewältigen.

Bleibt zu hoffen, dass die Asiaten ein Erbarmen mit uns haben und uns bald HD 1080-50p liefern und damit die hier beschriebene Problematik aus der Welt schaffen.

M Video-Upscaling:

Es kommt vor, dass man vorhandene DV-Aufnahmen in ein HD-Video einlagern möchte. Möglicherweise sollen auch alte vorhandenen oder gescannten Digitalbilder in ausreichend hoher Bildauflösung für ein 1920x1080 Full HD-Video verwendet werden und zusätzlich vorhandene DV-Aufnahmen eingemischt werden. Um die Auflösung des DV-Videos (liegt nur in 720x576 Bildpunkten vor) an das neue Projekt anzupassen, ist es nötig das DV-Video hochzuskalieren, wobei dann natürlich Bildqualität verloren geht. Man könnte das DV-Video auch in Originalqualität als PIP in das Full-HD Video einlagern, was ich mal hier machte. Ich habe seinerzeit auf der Marokko-Reise in HDV gefilmt, ein Mitreisender dagegen in DV. Es hat diese Aufnahme vom Pechvogel gemacht und mir dann diese Sequenz gegeben um sie für eine Blu-ray von der Reise zu verwenden.

Cyberlink bietet erstmals in einem Videoschnittprogramm (ab PowerDirector 8) eine Technologie an mit der man eine Videoverbesserung nach Hochskalierung durchführen kann.

Mit der TrueTheater Technologien der Blu-ray/DVD-Wiedergabe-Software PowerDVD wird SD-Video auf HD-Video hochgerechnet, das liefert dann bessere Ergebnisse, so die Werbung von Cyberlink

Ich habe deshalb erst ein HDV-Video downskaliert und dann mit der DVD kompatiblen Datei das Upscaling wieder auf HDV durchgeführt, also zwei Renderingvorgänge waren es in diesem Fall. Das Ergebnis hieraus war zunächst bescheiden.

Nun habe ich im neuen Projekt auf den downskalierten Clip die Videoverbesserung angewendet:

 

Zusätzlich hätte man noch andere Parameter verbessern können.

Im dritten Renderingvorgang erhielt ich nun die upscalierte neue HDV-Datei. Tatsächlich ist der Clip deutlich in der Qualität verbessert worden trotz drei Renderingvorgänge.

Um den Unterschied in voller Bildqualität auf dem sekundären Monitor wirklich erkennen zu können, muss man die zwei Clips dem Medienraum zugefügten Clips wechselweise anklicken, also einmal den hochskalierten Clip und dann den Clip mit der Videoverbesserung per Upsamplig-Technologie. Von der Timeline aus sieht man nicht die volle Bildqualität in der Vorschau wie schon an anderer Stelle hier ausgeführt.

Normalerweise hat man ja evtl. ein SD-Video für die Upskalierung vorliegen, welches schon von der Kamera in SD ausgegeben worden ist. Das Ergebnis dürfte in diesem Fall viel besser ausfallen weil ein Renderingvorgang weniger anfällt und so auch der Generationsverlust geringer ist.

In einem weiteren Test habe ich eine 720p-Aufnahme der Panasonic GH1 von hier (User Sportster) hochskaliert nach FullHD in H.264-AVC, wobei der Filter "Videoverbesserung" sofort auf den Originalclip in der Timeline aufgelegt worden ist. Das progressive 720p-Material ist besonders gut für Upskalierung geeignet, da im Gegensatz zu Interlaced-Material an schräg verlaufenden Kanten keine Treppenstufen entstehen können.

Hochskalierung

Verkleinertes Bild, hier ist das auf 80% komprimierte Original-Frame.

Wer wann etwas hochskaliert, bereits im NLE oder erst im Wiedergabegerät, bleibt natürlich jedem selbst überlassen. Skaliert man allerdings Interlaced-Videos hoch, dann ist es zunächst notwendig ein solches Video zu deinterlasen um z.B. Treppenstufen durch den Versatz der beiden Inderlaced-Halbbilder zu kompensieren. Über das Deinterlacen findet man hier einen Beitrag von mir.

Einen interessanten Beitrag zu einer ganz anderen Hochskalierungsmethode findet man hier.

M Linkempfehlungen:

/1/ Deinterlacen

/2/ Interlaced-Video, Kammstrukturen

/3/ Clips als Standbilder exportieren

/4/ Bildrate per AVS-Script und VirtualDub anpassen

Bruno Peter Hennek, 28. Juli 2009, 06.11.2015