7.5 Videodigitalisierung

7.5.1 Warum digitalisiert man Videos

Nachdem in den ersten Kapiteln erläutert wurde, welche grundlegenden Konzepte und Techniken zur Videoaufzeichnung benutzt werden, soll nun erklärt werden, welche Gründe für eine Digitalisierung sprechen und was dabei zu beachten ist. Während sich Videofilme auch auf konventionelle Art und Weise schneiden lassen, durch Überspielen von einem Videorecorder auf einen zweiten (linearer Schnitt), oder falls noch Effekte wie z.B. das Einfügen von Titelbildern oder Transitionen gewünscht wird, auch von zwei Videorecordern auf einen dritten, so eröffnet die Möglichkeit, Videos digital zu schneiden (non-linearer Schnitt), eine Menge an neuen Möglichkeiten und Vorteilen. So kann beim digitalisierten Video jedes Bild einzeln angesprochen und bearbeitet werden. Einzelne Bilder können zwar auch beim linearen Schnitt angesprochen werden, setzten aber voraus, das die Videorecorder mit Timecodes ausgestattet sind, die jedes Bild auf dem Videoband exakt definieren. Zudem lassen sich Überblendeffekte und ähnliches nur durch teure Zusatzhardware realisieren. Und ein nicht zu verachtender Vorteil ist die immer gleichbleibende Qualität der Kopie von Generation zu Generation, welche von keinem System erreicht wird, das auf analoger Signalverarbeitung basiert.

7.5.2 Video- contra Computerbild

Ein Problem bei der Digitalisierung von Videos ist die verschiedenartige Darstellung von Bildern am Fernsehbildschirm und am Computermonitor. Letzterer arbeitet mit einem RGB-Signal, bei dem auf drei getrennten Leitungen der jeweilige Pegel für die rote, grüne und blaue Farbkanone des Monitors übertragen wird. Zur Synchronisation der Zeilen- und Bildfrequenz gibt zusätzlich je eine weitere Leitung. Inzwischen ist auch Standard, daß Computermonitore im Non-interlaced-Modus arbeiten. Dies bedeutet, daß jedes Bild Zeile für Zeile auf den Bildschirm geschrieben wird. Dabei schaffen moderne Monitore heute 70 und mehr Bilder pro Sekunde, wodurch der Eindruck eine flimmerfreien Bildes erzeugt wird. Im Gegensatz dazu arbeiten Fernsehbildschirme mit einem qualitativ wesentlich minderwertigerem Signal. Es wird zwar auch mit einem RGB-Signal fungiert, aber um zum alten Schwarz-Weiß-System der ersten Fernsehjahre kompatibel zu bleiben, mußte ein System gefunden werden, bei dem alle drei Farbwerte in ein einziges Signal zusammengepackt werden, damit auch Schwarz-Weiß-Fernseher dieses Signal verarbeiten können. Diese Signalform trägt die Bezeichnung ,,FBAS`` (Farb-, Bild-, Austast- und Synchronsignal) oder auch ,,Composite``.

Merkmal	Video	Computergrafik
Auflösung (Bildpunkte)	768x576	bis zu 1600x1200
	CCIR-Norm
Bildwiederholfrequenz	50 Hz	bis zu 120 Hz
Videobandbreite	5 MHz	bis 150 MHz
Ansteuerung	FBAS-Signal	RGB-Signal mit
		gesonderter Synchronisation

7.5.3 Digitalisieren von Videosignalen

Zur Weiterverarbeitung im Computer muß das analoge Videosignal in exakt definierte digitale Information umgewandelt werden. Dies geschieht ähnlich wie die Bilderfassung mit einem Scanner. Jedes Videobild wird eingeteilt in ein Netz aus gleich großen und präzise ausgerichteten Feldern, durch Überlagerung eines feinen Rasters aus horizontalen und vertikalen Linien. Jedes dieser Felder stellt damit einen Rasterpunkt dar. Jeden Rasterpunkt (auch Bildpunkt oder Pixel genannt) ist definiert durch Helligkeits- und Farbinformationen. Aus diesen wird ein Mittelwert gebildet, der dem Rasterpunkt zugewiesen wird. Der Unterschied zum Scanner besteht nun einfach darin, daß kein sichtbares Bild, sondern nur virtuelle Bildinformationen aufgerastert werden. Virtuell bedeutet in diesem Zusammenhang, das nicht das wirkliche Bild sondern das durch elektrische Signale auf dem Videoband repräsentierte Bild gescannt wird. Um Videos zu digitalisieren, gibt es zur Zeit zwei Möglichkeiten. Zum einen den Einsatz von Frame-Grabbern, die jedoch nur Einzelbilder digitalisieren können, also zur Aufzeichnung von Filmsequenzen ungeeignet sind, zum anderen die Real-Time-Grabber. Sie sind in der Lage Bilder genauso schnell zu digitalisieren, wie sie vom Videorecorder geliefert werden, also in Echtzeit (engl. realtime). Dies bringt jedoch erheblich Anforderungen an die Hardware mit sich. Die digitalisierten Bilder müssen gespeichert und dazu über den Bus des Rechners auf die Festplatte übertragen werden, um für eine spätere Bearbeitung auch zur Verfügung zu stehen. Das würde bei einem vollauflösenden Bild mit voller Farbdichte und 25 Bildern pro Sekunde bedeuten, daß die Festplatte eine Transferrate von etwa 40 MByte/s bewältigen müßte.

$\frac{\frac{4}{3} \cdot 625 \cdot 625 \cdot 25 Hz \cdot 24 \mbox{Bit}}{8} = 39.062.500 \mbox{MByte/s}$

Diese Werte werden zur Zeit noch von keinem Übertragungssystem erreicht. Um dieses Problem zu lösen, werden zwei verschiedene Strategien zum Einsatz gebracht. Zum einen wird heute bei Real-Time-Grabbern niemals die volle Auflösung digitalisiert und zum anderen bedient man sich effektiver Komprimierungsalgorithmen, die in Echtzeit die anfallende Datenmenge auf ein Minimum reduzieren. Für den Videobereich haben sich zwei Verfahren etabliert. Einmal das Motion-JPEG-Verfahren, wodurch die Transferrate auf circa 400 KByte/s verringert werden kann und zum zweiten das MPEG-Verfahren. MPEG steht für ,,Motion Picture Expert Group``, einer Vereinigung, die sich darauf spezialisiert hat, bewegte Bilder zu komprimieren. Dabei werden bei zwei aufeinanderfolgenden Bildern lediglich die Bildänderungen gespeichert. Dadurch braucht ein MPEG-Video lediglich die Hälfte bis ein Drittel des Speicherplatzes, den ein Motion-JPEG Video benutzt.