High-Definition-Video - High-definition video

High-Definition-Video ( HD-Video ) ist ein Video mit höherer Auflösung und Qualität als Standard-Definition . Obwohl es für High Definition keine standardisierte Bedeutung gibt , wird im Allgemeinen jedes Videobild mit deutlich mehr als 480 vertikalen Abtastzeilen (Nordamerika) oder 576 vertikalen Zeilen (Europa) als High-Definition angesehen. 480 Abtastzeilen sind im Allgemeinen das Minimum, obwohl die meisten Systeme dies deutlich überschreiten. Bilder mit Standardauflösung, die mit einer höheren Geschwindigkeit als normal (60 Bilder/Sekunde Nordamerika, 50 fps Europa) von einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen wurden, können in einigen Kontexten als hochauflösend angesehen werden. Einige Fernsehserien, die auf High-Definition-Video gedreht wurden, sehen aus, als wären sie auf Film gedreht worden , eine Technik, die oft als Filmisieren bezeichnet wird .

Geschichte

Das erste elektronische Abtastformat, 405 Zeilen , war das erste "High-Definition"-Fernsehsystem, da die mechanischen Systeme, die es ersetzte, weitaus weniger hatten. Von 1939 versuchten Europa und die USA 605 und 441 Linien, bis 1941 die FCC 525 für die USA vorschrieb. Im Frankreich des Krieges testete René Barthélemy höhere Auflösungen, bis zu 1.042. Ende 1949 begannen schließlich die offiziellen französischen Übertragungen mit 819 . 1984 wurde dieser Standard jedoch für 625-Zeilen-Farbe im TF1- Netzwerk aufgegeben .

Analog

Moderne HD-Spezifikationen stammen aus den frühen 1980er Jahren, als japanische Ingenieure den HighVision-Standard für Interlaced-TV mit 1.125 Zeilen (auch MUSE genannt ) entwickelten, der mit 60 Bildern pro Sekunde lief. Das Sony HDVS- System wurde auf einem internationalen Treffen von Fernsehingenieuren in Algier im April 1981 vorgestellt, und Japans NHK stellte 1983 auf einer Schweizer Konferenz sein analoges High-Definition-Fernsehen (HDTV) vor.

Das NHK-System wurde Anfang der 1990er Jahre in den Vereinigten Staaten als Standard #240M der Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) standardisiert, aber später aufgegeben, als es durch einen analogen DVB-Standard ersetzt wurde. HighVision-Video kann immer noch für den HDTV-Videoaustausch verwendet werden, aber es gibt fast keine modernen Geräte, die diese Funktion ausführen. Versuche, HighVision als 6-MHz-Rundfunkkanal zu implementieren, waren meist erfolglos. Alle Versuche, dieses Format für die terrestrische Fernsehübertragung zu nutzen, wurden Mitte der 1990er Jahre aufgegeben.

Europa hat HD-MAC (1.250 Zeilen, 50 Hz) entwickelt, ein Mitglied der MAC- Familie hybrider analoger/digitaler Videostandards; Als terrestrisches Videoübertragungsformat hat es sich jedoch nie durchgesetzt. HD-MAC wurde außer von der European Broadcasting Union nie für den Videoaustausch bestimmt .

Digital

Digitales High-Definition- Video war mit unkomprimiertem Video aufgrund unpraktisch hoher Speicher- und Bandbreitenanforderungen mit einer Bitrate von mehr als 1 Gbit/s für Full-HD- Video nicht möglich. Digitales HDTV wurde durch die Entwicklung der Videokompression mit diskreter Kosinustransformation (DCT) ermöglicht . Die DCT ist eine verlustbehaftete Kompressionstechnik , die erstmals 1972 von Nasir Ahmed vorgeschlagen und später in einen bewegungskompensierten DCT-Algorithmus für Videocodierungsstandards wie die H.26x- Formate ab 1988 und die MPEG- Formate ab 1993 angepasst wurde. Die bewegungskompensierte DCT-Komprimierung reduzierte den für digitales Video erforderlichen Speicherplatz und die erforderliche Bandbreite erheblich und erreichte im Vergleich zu unkomprimiertem Video ein Datenkomprimierungsverhältnis von etwa 100:1. In den frühen 1990er Jahren wurde die DCT-Videokomprimierung weithin als Videocodierungsstandard für HDTV übernommen.  

Die aktuellen High-Definition-Videostandards in Nordamerika wurden im Zuge des fortgeschrittenen Fernsehprozesses entwickelt, der 1987 von der Federal Communications Commission auf Anfrage amerikanischer Rundfunkanstalten eingeleitet wurde. Im Wesentlichen war das Ende der 1980er Jahre ein Todesstoß für die meisten bis dahin entwickelten analogen High-Definition-Technologien.

Der FCC-Prozess unter der Leitung des Advanced Television Systems Committee (ATSC) hat eine Reihe von Standards von Interlaced 1.080-Line-Video (ein technischer Nachkomme des ursprünglichen analogen NHK 1125/30 Hz-Systems) mit einer maximalen Bildrate von 30 Hz übernommen ( 60 Felder pro Sekunde) und 720-Zeilen-Video, progressiv abgetastet, mit einer maximalen Bildrate von 60 Hz. Letztlich wurde jedoch der DVB- Standard der Auflösungen (1080, 720, 480) und der jeweiligen Bildraten (24, 25, 30) gemeinsam mit den Europäern übernommen, die ebenfalls am gleichen Standardisierungsprozess beteiligt waren. 1996 übernahm die FCC offiziell den ATSC- Übertragungsstandard (der sowohl HD- als auch SD-Videostandards umfasste ).

Anfang der 2000er-Jahre sah es so aus, als ob DVB weit in die Zukunft der Videostandard werden würde. Sowohl Brasilien als auch China haben jedoch alternative Standards für High-Definition-Video eingeführt, die die Interoperabilität verhindern, die nach Jahrzehnten weitgehend nicht interoperabler analoger Fernsehübertragungen erhofft wurde.

Technische Details

Dieses Diagramm zeigt die gebräuchlichsten Bildschirmauflösungen , wobei die Farbe jedes Auflösungstyps das Anzeigeverhältnis angibt (z. B. Rot steht für ein 4:3-Verhältnis).

High-Definition-Video (aufgezeichnet und gesendet) wird dreifach definiert durch:

• Die Anzahl der Zeilen in der vertikalen Anzeigeauflösung . Die Auflösung von High-Definition-Fernsehen (HDTV) beträgt 1.080 oder 720 Zeilen. Im Gegensatz dazu hat normales digitales Fernsehen (DTV) 480 Zeilen (auf denen NTSC basiert, 480 sichtbare Abtastzeilen von 525) oder 576 Zeilen (auf denen PAL/SECAM basiert, 576 sichtbare Abtastzeilen von 625). Da HD jedoch digital ausgestrahlt wird, fällt seine Einführung manchmal mit der Einführung von DTV zusammen. Darüber hinaus ist die aktuelle DVD-Qualität nicht High-Definition, obwohl dies bei den High-Definition-Disc-Systemen Blu-ray Disc und HD DVD der Fall ist.
• Das Scansystem: Progressive Scanning (p) oder Interlaced Scanning (i) . Progressives Scannen (p) zeichnet einen Bildrahmen (alle seine Zeilen) neu, wenn jedes Bild aktualisiert wird, zum Beispiel 720p/1080p. Die Zeilensprungabtastung (i) zeichnet das Bildfeld jede zweite Zeile oder "ungerade nummerierte" Zeilen während der ersten Bildauffrischungsoperation und zeichnet dann die verbleibenden "geradzahligen" Zeilen während einer zweiten Auffrischung, beispielsweise 1080i. Interlaced-Scannen liefert eine Bildauflösung, wenn sich das Motiv nicht bewegt, verliert jedoch bis zur Hälfte der Auflösung und erleidet "Kämme"-Artefakte, wenn sich das Motiv bewegt.
• Die Anzahl der Bilder oder Halbbilder pro Sekunde ( Hz ). In Europa gebräuchlicher (50 Hz) Fernsehübertragungssystem und in den USA (60 Hz) . Das 720p60-Format ist 1.280 × 720 Pixel , Progressive Encoding mit 60 Bildern pro Sekunde (60 Hz). Das 1080i50/1080i60-Format ist 1920 × 1080 Pixel, Interlaced-Codierung mit 50/60 Halbbildern (50/60 Hz) pro Sekunde. Zwei Halbbilder mit Zeilensprung bilden ein einzelnes Bild, da die beiden Halbbilder eines Bildes zeitlich verschoben sind. Frame- Pulldown und segmentierte Frames sind spezielle Techniken, die die Übertragung von Vollbildern mittels Interlaced-Videostream ermöglichen.

Oft wird die Rate aus dem Kontext abgeleitet, normalerweise wird entweder 50 Hz (Europa) oder 60 Hz (USA) angenommen, mit Ausnahme von 1080p , das 1080p24, 1080p25 und 1080p30 bezeichnet, aber auch 1080p50 und 1080p60.

Eine Bild- oder Halbbildrate kann auch ohne Auflösung angegeben werden. 24p bedeutet zum Beispiel 24 progressive Abtastbilder pro Sekunde und 50i bedeutet 25 progressive Bilder pro Sekunde, bestehend aus 50 Halbbildern mit Zeilensprung pro Sekunde. Die meisten HDTV-Systeme unterstützen einige Standardauflösungen und Bild- oder Halbbildraten. Die häufigsten sind unten aufgeführt. High-Definition-Signale erfordern einen hochauflösenden Fernseher oder Computermonitor, um angezeigt zu werden. High-Definition-Video hat ein Seitenverhältnis von 16:9 (1,78:1). Das Seitenverhältnis von normalen Breitbildfilmen, die heute aufgenommen werden, beträgt typischerweise 1,85:1 oder 2,39:1 (manchmal wird es traditionell mit 2,35:1 angegeben). Standard-Definition-Fernsehen (SDTV) hat ein Seitenverhältnis von 4:3 (1,33:1), obwohl viele Sender in den letzten Jahren Programme horizontal im anamorphotischen Format 16:9 übertragen haben , in der Hoffnung, dass der Zuschauer ein 16:9 . hat Set, das das Bild auf normal aussehende Proportionen streckt, oder ein Set, das das Bild vertikal "zerdrückt", um eine "Letterbox"-Ansicht des Bildes wieder mit korrekten Proportionen zu präsentieren.

Gängige HD-Videomodi

Ultra-High-Definition-Videomodi

Hinweis: ^{1 Das} Bild besteht entweder aus einem Einzelbild oder, im Fall von Zeilensprungverfahren, aus zwei Feldern (GERADE und UNGERADE).

Außerdem gibt es weniger verbreitete, aber immer noch beliebte UltraWide- Auflösungen wie 2560 × 1080p (1080p UltraWide). Für einige davon gibt es auch eine WQHD+-Option.

HD-Inhalte

Zu den hochauflösenden Bildquellen gehören terrestrische Übertragung, Direktübertragung über Satellit, digitales Kabel, High Definition Disc ( BD ), Digitalkameras, Internet-Downloads und Videospielkonsolen.

• Die meisten Computer sind in der Lage, HD oder höhere Auflösungen über VGA , DVI , HDMI und/oder DisplayPort zu erreichen .
• Der optische Disc-Standard Blu-ray Disc bietet genügend digitalen Speicherplatz, um stundenlang HD-Videoinhalte zu speichern. Digital Versatile Discs oder DVDs (die 4,7 GB für Single Layer oder 8,5 GB für Double Layer fassen ) sind den Herausforderungen der heutigen High-Definition (HD)-Geräte nicht immer gewachsen. Zum Speichern und Abspielen von HD-Filmen ist eine Disc erforderlich, die mehr Informationen enthält, z hielt 15 GB bzw. 30 GB in Single- und Double-Layer-Varianten.

Blu-ray-Discs wurden gemeinsam von 9 ersten Partnern entwickelt, darunter unter anderem Sony und Phillips (die gemeinsam CDs für Audio entwickelten) und Pioneer (die zuvor ihre eigene Laser-Disc mit einigem Erfolg entwickelt hatte). HD-DVD-Discs wurden hauptsächlich von Toshiba und NEC mit teilweiser Unterstützung von Microsoft, Warner Bros., Hewlett Packard und anderen entwickelt. Am 19. Februar 2008 gab Toshiba bekannt, das Format aufzugeben und die Entwicklung, Vermarktung und Herstellung von HD-DVD-Playern und -Laufwerken einzustellen.

Arten von aufgezeichneten Medien

Der hochauflösende fotografische Film, der für die Kinoprojektion verwendet wird, wird mit einer Geschwindigkeit von 24 Bildern pro Sekunde belichtet, aber normalerweise mit 48 projiziert, wobei jedes Bild zweimal projiziert wird, um das Flimmern zu minimieren. Eine Ausnahme war der Kurzfilm Momentum des National Film Board of Canada aus dem Jahr 1986 , der kurz mit dem Filmen und Projizieren mit 48 Bildern/s in einem als IMAX HD bekannten Verfahren experimentierte .

Je nach verfügbarer Bandbreite sowie Detail- und Bewegungsumfang im Bild ist das optimale Format für die Videoübertragung entweder 720p24 oder 1080p24. Im Fernsehen in Ländern mit PAL-System muss der Film mit einer Geschwindigkeit von 25 Bildern pro Sekunde projiziert werden, indem er um 4,1 Prozent beschleunigt wird. In Ländern mit NTSC-Standard beträgt die Projektionsrate 30 Bilder pro Sekunde, wobei eine Technik namens 3:2-Pulldown verwendet wird. Ein Filmbild wird für drei Videofelder (1/20 Sekunde) gehalten und das nächste für zwei Videofelder (1/30 Sekunde) und dann wird der Vorgang wiederholt, wodurch die korrekte Filmprojektionsrate mit erreicht wird zwei Filmbilder in einer Zwölftelsekunde gezeigt.

Ältere Aufnahmen (vor HDTV) auf Videobändern wie Betacam SP liegen oft entweder in der Form 480i60 oder 576i50 vor. Diese können in ein Format mit höherer Auflösung hochkonvertiert werden, aber das Entfernen des Zeilensprungs zur Anpassung an das übliche 720p- Format kann das Bild verzerren oder eine Filterung erfordern, die tatsächlich die Auflösung der endgültigen Ausgabe reduziert.

Nicht-kinematische HDTV-Videoaufnahmen werden entweder im 720p- oder im 1080i- Format aufgezeichnet . Das verwendete Format wird vom Sender eingestellt (bei Fernsehsendungen). Im Allgemeinen ist 720p bei schnellen Aktionen genauer, da Frames progressiv gescannt werden, anstatt 1080i, das Interlaced-Halbbilder verwendet und somit die Auflösung schneller Bilder beeinträchtigen kann.

720p wird eher für die Internetverteilung von High-Definition-Video verwendet, da Computermonitore progressiv scannen; 720p-Video hat geringere Anforderungen an die Speicherdecodierung als 1080i oder 1080p. Dies ist auch das Medium für High-Definition-Sendungen auf der ganzen Welt und 1080p wird für Blu-ray- Filme verwendet.

HD beim Filmemachen

Film als Medium weist inhärente Beschränkungen auf, wie z. B. Schwierigkeiten beim Betrachten von Filmmaterial während der Aufnahme, und leidet unter anderen Problemen, die durch schlechte Filmentwicklung/-verarbeitung oder schlechte Überwachungssysteme verursacht werden. Da in Filmen zunehmend computergenerierte oder computerveränderte Bilder verwendet werden und Bildsequenzen oft digital bearbeitet werden, haben einige Regisseure ihre Filme im HD-Format mit hochwertigen digitalen Videokameras gedreht. Obwohl die Qualität von HD-Videos im Vergleich zu SD-Videos sehr hoch ist und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber Filmen mit vergleichbarer Empfindlichkeit bietet, kann Film weiterhin mehr Bilddetails auflösen als aktuelle HD-Videoformate. Darüber hinaus haben einige Filme einen größeren Dynamikbereich (die Fähigkeit, extreme dunkle und helle Bereiche in einer Szene aufzulösen) als selbst die besten HD-Kameras. Die überzeugendsten Argumente für den Einsatz von HD sind daher derzeit Kosteneinsparungen beim Filmmaterial und die einfache Überführung auf Schnittsysteme für Spezialeffekte.

Je nach Jahr und Format, in dem ein Film gedreht wurde, kann das belichtete Bild in der Größe stark variieren. Die Größen reichen von 24 mm × 36 mm für VistaVision / Technirama 8-Perforationskameras (wie 35-mm-Fotofilm) über 18 mm × 24 mm für Stummfilm- oder Vollformatkameras mit 4 Perforationen bis hin zu 9 mm × 21 mm in Academy Sound Aperture-Kameras, die für das Perforationsformat Techniscope 2 modifiziert wurden. Filme werden auch mit anderen Filmformaten produziert , darunter 70 mm Filme (22 mm × 48 mm) oder die selten verwendeten 55 mm und CINERAMA .

Die vier großen Filmformate bieten Pixelauflösungen (berechnet aus Pixeln pro Millimeter) ungefähr wie folgt:

• Academy Sound (Tonfilme vor 1955): 15 mm × 21 mm (1.375) = 2.160 × 2.970
• Academy Kamera US Widescreen: 11 mm × 21 mm (1,85) = 1.605 × 2.970
• Aktuelle anamorphotische Panavision ("Scope"): 17,5 mm × 21 mm (2,39) = 2.485 × 2.970
• Super-35 für anamorphotische Drucke: 10 mm × 24 mm (2,39) = 1.420 × 3.390

Bei der Herstellung von Abzügen für Ausstellungszwecke wird dieses Negativ auf einen anderen Film kopiert (Negativ → Interpositiv → Internegativ → Abzug), wodurch die Auflösung bei jedem Kopierschritt der Emulsion und beim Durchlaufen des Bildes durch ein Objektiv (z Beamer). In vielen Fällen kann die Auflösung auf 1/6 der Auflösung des Originalnegativs (oder schlechter) reduziert werden. Beachten Sie, dass die Auflösungswerte für 70-mm-Film höher sind als die oben aufgeführten.

HD im World Wide Web/HD-Streaming

Eine Reihe von Online-Video-Streaming-/On-Demand- und digitalen Download-Diensten bieten HD-Video an, darunter YouTube , Vimeo , dailymotion , Amazon Video On Demand , Netflix Watch Instantly , Hulu , HBO Max und andere. Aufgrund der starken Komprimierung liegen die Bildausschnitte dieser Formate weit unter denen von Broadcast-HD und oft sogar unter denen von DVD-Video (3-9 Mbit/s MP2) , die auf dieselbe Bildgröße hochskaliert wurden . Nachfolgend finden Sie eine Übersicht zahlreicher Online-Dienste und deren HD-Angebot:

World Wide Web HD-Auflösungen

HD in der Videoüberwachung

Seit Ende der 2000er Jahre hat eine beträchtliche Anzahl von Herstellern von Überwachungskameras damit begonnen, HD-Kameras zu produzieren. Für Überwachungszwecke ist eine hohe Auflösung, Farbtreue und Bildrate dringend erforderlich, um sicherzustellen, dass die Qualität der Videoausgabe einem akzeptablen Standard entspricht, der sowohl für die vorbeugende Überwachung als auch für Beweiszwecke verwendet werden kann.

Obwohl HD-Kameras im Innenbereich sehr effektiv sein können, erforderten spezielle Branchen mit Außenumgebungen die Notwendigkeit, viel höhere Auflösungen für eine effektive Abdeckung zu erzielen. Die sich ständig weiterentwickelnden Bildsensortechnologien ermöglichten es Herstellern, Kameras mit Auflösungen von 10-20 MP zu entwickeln, die daher zu effizienten Instrumenten zur Überwachung größerer Bereiche geworden sind.

Um die Auflösung von Sicherheitskameras weiter zu erhöhen, haben einige Hersteller Multisensor-Kameras entwickelt. Innerhalb dieser Geräte erzeugen mehrere Sensor-Linsen-Kombinationen die Bilder, die später bei der Bildverarbeitung zusammengefügt werden . Diese Überwachungskameras sind in der Lage, sogar Hunderte von Megapixeln mit einer Videobildrate zu liefern .

Solch hohe Auflösungen erfordern jedoch spezielle Aufzeichnungs-, Speicher- und auch Videostream-Anzeigetechnologien.

HD in Videospielen

Sowohl die PlayStation 3 -Spielekonsole als auch die Xbox 360 können natives 1080p über HDMI- oder Komponentenkabel ausgeben , aber die Systeme haben nur wenige Spiele, die in 1080p erscheinen; die meisten Spiele laufen nur nativ mit 720p oder weniger, können aber auf 1080p hochskaliert werden. Die Wii kann bis zu 480p ( Enhanced-Definition ) über Component ausgeben , was zwar kein HD ist, aber für HDTVs sehr nützlich ist, da es De-Interlacing-Artefakte vermeidet. Die Wii kann auch 576i und 576p in PAL- Regionen ausgeben .

Visuell erzeugt natives 1080p im Vergleich zu hochskaliertem 1080p ein schärferes und klareres Bild. Obwohl nur eine Handvoll verfügbarer Spiele die native Auflösung von 1080p haben, können alle Spiele auf der Xbox 360 und PlayStation 3 auf diese Auflösung hochskaliert werden. Xbox 360- und PlayStation 3-Spiele sind mit der Ausgabeauflösung auf der Rückseite ihrer Verpackung gekennzeichnet, obwohl dies auf der Xbox 360 die Auflösung anzeigt, auf die hochskaliert wird, nicht die native Auflösung des Spiels.

Im Allgemeinen sind PC-Spiele nur durch die Auflösungsgröße des Displays begrenzt. Treiber können je nach Chipsatz der Grafikkarte sehr hohe Auflösungen unterstützen. Viele Game-Engines unterstützen Auflösungen von 5760 × 1080 oder 5760 × 1200 (normalerweise mit drei 1080p-Displays in einem Multi-Monitor- Setup erreicht) und fast alle zeigen mindestens 1080p an. 1440p und 4K werden normalerweise auch für PC-Spiele unterstützt.

Derzeit zeigen alle Konsolen, Nintendos Wii U und Nintendo Switch , Microsofts Xbox One und Sonys PlayStation 4 Spiele nativ in 1080p an. Der Nintendo Switch ist aufgrund seiner hybriden Natur sowohl als Heimkonsole als auch als Handheld ein ungewöhnlicher Fall: Der eingebaute Bildschirm zeigt Spiele mit maximal 720p an, aber die Konsole kann Bilder nativ mit 1080p anzeigen, wenn sie angedockt ist. PlayStation 4 kann in 4K anzeigen, jedoch ausschließlich zum Anzeigen von Bildern.

Siehe auch

• ATSC-Tuner
• Digitale Videoübertragung (DVB)
• DTV-Kanalschutzverhältnisse
• HD fähig
• HDTV-Eingang und Farbraum ( YPbPr / YCbCr )
• Integrierte Dienste Digitaler Rundfunk
• US-Bundesstandard 1037C
• Wellenformmonitor

Verweise

Weiterlesen

• "Bildformate für HDTV" (PDF) . (549  KiB ) , Artikel aus dem EBU Technical Review.
• "High Definition für Europa - ein progressiver Ansatz" (PDF) . (207  KiB ) , Artikel aus dem EBU Technical Review.
• "High Definition (HD) Bildformate für die Fernsehproduktion" (PDF) . (117  KiB ) , technischer Bericht der EBU
• "Digitaler terrestrischer HDTV-Rundfunk in Europa" (PDF) ., technischer Bericht der EBU

Externe Links

• ATSC