HD 1080i, 1080p, 720p?

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

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.

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.

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.

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