0 Über diese FAQ
0.1 An wen richtet sich diese FAQ?
Prinzipiell an jeden, der sich generell für Heimkino interessiert, Filme von DVD, TV oder VHS auf digitale Medien mit MPEG kopieren, beziehungsweise ganz einfach und problemlos irgendwelche Videoaufnahmen auf stationären Geräten in bester Qualität machen möchte. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einfach zu bedienenden, komfortablen AV-Endgeräten (also klassische "Wohnzimmer-Videorecorder", nur eben mit D-VHS- und DVD-Technik), weniger auf dem immer noch umständlichen und zeit- und hardwareintensiven Weg über Computer mit CD- oder DVD-Brenner. Für an letzterem Interessierte dürften aber, neben dem "Blick über den Tellerrand", mindestens der Teil Grundlagen des MPEG-Videorecordings, sowie die Kapitel Was ist mit anderen Techniken? und Wo gibt es weitere Informationen? von Interesse sein - die Probleme und Fallen sind bei allen modernen digitalen Aufnahmetechniken ähnlich, da mittlerweile fast immer die nicht ganz trivialen MPEG-Kompressionsformate eine Rolle spielen, von MPEG-1-Audio/Layer-3, kurz MP3, bis MPEG-4, wie es in "DivX ;-)" Verwendung findet.
0.2 Was bedeuten die verwendeten Symbole?
Im Fließtext stehen die Antworten zu den jeweiligen Kapitelüberschriften. Gegebenenfalls enthalten die Kapitel Informationskästen, in denen weitere Informationen und tiefergehende Erklärungen zu lesen sind (die wichtigsten von ihnen sind mit einem Titel versehen und im Inhaltsverzeichnis aufgeführt). Dabei werden folgende Symbole verwendet:
Hier befindet sich eine Zusatzinformation von besonderer Brisanz.
Wichtige Information, die den vorhergehenden Text entscheidend ergänzt oder relativiert, beziehungsweise von starker praktischer Bedeutung ist.
Weiterführende Information, die den interessierten Leser besser mit der Materie vertraut machen soll, aber sicherlich nicht für jeden von Interesse ist.
Hier stehen Tips & Tricks, die sich im Laufe der Nutzung von digitalem Video als sinnvoll erwiesen haben. Der Neu-Anwender kann hier vielleicht von bereits gemachten Erfahrungen profitieren.
0.3 Warum gibt es diese FAQ?
Dem Filmfreund bietet die DVD-Video eine bisher für den Privatanwender nicht dagewesene Qualität. Durch die hohe Auflösung und Schärfe, den klaren Raumklang und das breite Bild wirken Filme viel intensiver auf den Zuschauer. Das Geschehen ist sprichwörtlich "zum Greifen nah", der Betrachter ist "mittendrin", kann sich von der Handlung leichter fesseln lassen. Aber seit ich mich in DVD-Video "verliebt" hatte, wuchs mein Wunsch, in gleicher Qualität auch aufzeichnen zu können (der Appetit kommt bekanntlich beim Essen
). Immerhin hatte ich bislang schon viele Filme auf VHS aufgenommen, die es teilweise wohl niemals in die DVD-Verkaufsregale schaffen werden. Aber erst auf den Geschmack gekommen, beschäftigte ich mich auch stärker mit den technischen Grundlagen des digitalen Videos, und nach dem ersten Artikel über das kommende D-VHS war für mich klar: Das Gerät mußt Du haben! Denn eines war mir zu dem Zeitpunkt schon bewußt: Betriebskosten und Kapazität werden bei den (damals ohnehin noch in der Zukunft liegenden) DVD-Recordern deutlich ungünstiger sein.
Dennoch sollte der D-VHS-Recorder eigentlich nur die hoffentlich kurze Zeitspanne bis zum sinnvollen HD-DVD-Recording ("DVDs" mit höherer Kapazität) überbrücken, schließlich wollte Sony gar keinen DVD-Recorder herausbringen, sondern hatte mit dem "DVR-blue" schon den HD-DVD-Recorder-Prototypen vorgestellt. So entstand die erste D-VHS FAQ (12 KByte) als Newsgruppenbeitrag, um ähnlich Interessierte zu informieren.
Aber je mehr ich lernte, desto mehr wurden mir auch eigene Irrtümer bewußt, und ich bemerkte mehr und mehr, wie unvollständig, fehlerhaft, ja sogar widersprüchlich das in der Presse, WWW und Newsgruppen verbreitete technische Wissen zu den Themen MPEG, DVD & Co. ist (was die Faktenfindung leider ungemein erschwert). Gleichzeitig wurde mir auch stärker bewußt, wie weit wir doch noch von einem vernünftigen laser-basierten Aufzeichnungsverfahren entfernt sind, und warum. Und: Mit der Dauer der Nutzung übertraf mein D-VHS-Recorder meine (hohen) Erwartungen, zumal ich bei wachsendem technischen Kenntnisstand manche Dinge in anderem Licht sah, die ich vorher eher als selbstverständlich betrachtet oder gar unbeachtet gelassen hätte.
Trotzdem sehe ich D-VHS nicht als "ultima ratio" der Aufzeichnungsverfahren. Auch ich würde liebend gerne sofort mit einem vernünftigen laser-basierten Recorder tauschen. Deswegen möchte ich mich mit dieser FAQ bemühen,
- wissenswertes wie praktisch brauchbares Grundlagenwissen zum Thema MPEG/Digitales Videorecording leicht verständlich und doch kompetent zu vermitteln,
- eine neutrale, abwägende Übersicht über Eigenschaften, Vor- und Nachteile der momentanen und zukünftigen Techniken zu geben, sowie
- Irrtümern und Vorurteilen jeglicher Art (positiv wie negativ, egal für oder gegen welches System) mit Wissen und Erfahrungen zu begegnen,
auf daß der geneigte Leser sich hoffentlich selbst ein Bild machen kann, ob, wann und welches digitale Aufnahmesystem das für ihn optimale ist ...
0.4 Infos zur FAQ und Impressum?
Die in dieser FAQ verwendeten Kürzel und Namen sind gegebenenfalls registrierte Warenzeichen. Der Autor steht in keinerler geschäftlicher Beziehung zum D-VHS-Erfinder JVC oder einer anderen Firma der AV-Branche, sondern die FAQ entstand aus rein privatem Antrieb. Um Meinungen, Erfahrungen, Korrekturen, Anregungen und interessante URLs wird gebeten. Mein Dank gilt den Surfern, die mich durch Fragen auf Erweiterungen der FAQ bringen (wenn auch selten direkt per E-Mail, sondern fast nur durch ihre Suchbegriffe) und mich anspornen, weil sie diese FAQ so zahlreich besuchen und "bookmarken". Ein Extra-Lob an dieser Stelle auch den vielen anderen Site-Betreibern und Redakteuren, ohne die diese FAQ nicht in dieser Form hätte entstehen können. Links zu vielen von ihnen kann und sollte man im Kapitel Wo gibt es weitere Informationen? nutzen.

Ständiger URL dieser FAQ: http://DVR.binon.net
E-Mail-Kontakt: cybaer@binon.net
1 Grundlagen von D-VHS
1.1 Was ist D-VHS?
D-VHS steht für "Data-VHS", ein Nachfolger von VHS ("Video Home System"), dem weltweiten Videorecorder-Standard von JVC ("Japan Victor Company"). Es arbeitet mit Videokassetten der gewohnten VHS-Abmessungen und nimmt ebenfalls im Schrägspurverfahren auf, weswegen die Recorder leicht abwärtskompatibel sein können. Der Recorder nimmt aber nicht analog, sondern eben digital auf, wobei die digitale Aufnahmespur allerdings nur gut halb so breit ist wie die analoge Aufnahmespur (29 µm statt 49 µm). Der Standard ist bereits einige Jahre alt, erste Prototypen gab es im Jahre 1995. Außerhalb Deutschlands gibt es schon seit einiger Zeit D-VHS-Recorder, die Digital-TV direkt, also ohne analogen Zwischenschritt aufnehmen können. Seit Mitte 1999 existieren die ersten D-VHS-Recorder mit eingebautem "Digitalisierer" (MPEG-Encoder), die also auch von analogen Quellen aufnehmen können. In Deutschland gibt es die Geräte seit Ende 1999.
Und auch hochauflösendes Fernsehen (HDTV, "High Definition Television") kann mit D-VHS aufgezeichnet werden. Die seit Herbst 2001 in Japan und den USA existierende neue Gerätegeneration kann sogar die seit Juni 2002 erscheinenden HDTV-Kaufvideos in Kinoqualität abspielen.
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Das "D" in D-VHS steht wirklich für "Data" und nicht für "Digital". Ebenfalls gerne falsch ausgeschrieben wird das "V" in DVD, nämlich als "Video", statt dem tatsächlichen "Versatile" (vielseitig). Sowohl das "Data", als auch das "Versatile" sind aber ganz bewußt gewählt, um zu verdeutlichen, daß mit diesen Medien nicht nur digitales Video aufgezeichnet werden kann, sondern sie eben auch noch für andere Daten gedacht und geeignet sind.
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1.2 Wie funktioniert D-VHS?
D-VHS nimmt entweder einen digitalen Datenstrom im MPEG-2-Format für das Bild (wie bei DVD-Video und DVB, "Digital Video Broadcasting", also Digital-TV) und im MPEG-1/Layer-2-Format für Ton (wie bei DAB, "Digital Audio Broadcasting", also Digital-Hörfunk, DVB und DVD-Video, jeweils mit Stereo-Ton), oder einen kompletten DVB-Datenstrom auf (also ein bereits kombinierter Audio/Video-Datenstrom mit Zusatzinformationen).
Info: Digital Video Broadcasting
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Digital Video Broadcasting (DVB) wird sukzessive das bisherige analoge Fernsehen in Deutschland verdrängen. Sind zur Zeit nur die Varianten DVB-S (Satellit) und DVB-C (Kabel) verbreitet, so ist die neue Variante DVB-T (Terrestrisch, also Empfang über eine "normale" Zimmerantenne) stark auf dem Vormarsch. Bis 2010 sollen alle analogen Fernsehsender abgeschaltet und durch DVB-T-Sender ersetzt werden, da digitale Kanäle weniger Bandbreite erfordern und man somit mehr Kanäle im gleichen Frequenzspektrum unterbringen kann. In Berlin ist dies bereits in diesem Jahr geschehen - die wichtigsten weiteren Ballungsräume sollen bis Ende 2004 folgen. DVB-T verwendet MPEG-2 mit bis zu 15 MBit/s und bietet die hohe Qualität & Sendervielfalt digitalen Empfangs, ohne die relativ hohen Gerätekosten von DVB-S (mit dort allerdings deutlich mehr Sendern) und ohne die Kabelgebühren von DVB-C. Allerdings sind dann die in den jetzigen AV-Geräten (inklusive TV-Karten für PCs) eingebauten analogen TV-Empfänger nicht mehr nutzbar (mangels Sender). Neue Geräte werden dann über einen eingebauten DVB-T-Tuner verfügen, während alte Geräte mit entsprechenden (preiswerten) Set-Top-Boxen mit Zimmerantenne extern nachgerüstet werden müssen.
In der Planung ist außerdem DVB-H (Handheld) für UMTS-Handys und PDAs. Bei einer Auflösung von 360 × 288 Punkten verwendet es MPEG-4 Part 10/AVC (siehe DivX & MPEG-4) mit 384 KBit/s.
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Durch die Datenkompression mit MPEG werden die Bild- und Ton-Daten so stark verkleinert, daß sie überhaupt mit vergleichsweise preiswerter Technik platzsparend übertragen und gespeichert werden können (siehe
Wie funktioniert MPEG-Kompression?). Je geringer die (verlustbehaftete) Kompression, desto näher ist die Kopie dabei am Original, und umso größer sind die Restdaten und in Folge auch die notwendige Datenrate (siehe
Welche Datenrate ist sinnvoll?), die bei D-VHS in den folgenden Stufen standardisiert ist (zum Vergleich mit den analogen Aufzeichnungsstufen - Qualitätsniveau bei
optimalem Originalmaterial):
Tabelle: Aufnahmemodi D-VHS- & S-VHS-Recorder
Aufnahme- Modus |
Datenrate in MBit/s |
Band- Geschw. in mm/s |
Qualitäts- Niveau |
Laufdauer in Stunden |
| DF300 |
DF420 |
DF480 |
SE240 |
High Speed
|
HS |
28,2 |
33,35 |
HDTV & Kino |
2 1/2 |
3 1/2 |
4 |
-
|
Standard
|
SD |
14,1 |
16,67 |
>DVD |
5 |
7 |
8 |
5 3/4
|
Low Speed
|
LS2 |
7,0 |
8,33 |
gute DVD |
10 |
14 |
16 |
11 1/2
|
| LS3 |
4,7 |
5,56 |
DVD & >S-VHS |
15 |
21 |
24 |
17
|
| LS5 |
2,8 |
3,33 |
VHS |
25 |
35 |
40 |
-
|
| LS7 |
2,0 |
2,38 |
<VHS |
35 |
49 |
56 |
-
|
S-VHS
|
SP |
analog |
23,39 |
S-VHS |
4 |
5 |
5 3/4 |
4
|
| LP |
analog |
11,70 |
VHS |
7 1/4 |
10 |
11 1/2 |
8
|
| EP |
analog |
7,80 |
<VHS |
10 3/4 |
15 |
17 1/4 |
12
|
Die hiesigen D-VHS-Recorder verwenden von den Digital-Modi zwei Stufen: LS3 und SD. Den HS-Modus findet man momentan nur bei ausländischen Recordern (siehe
D-VHS-Recorder mit HS-Modus), die anderen LS-Modi werden zur Zeit überhaupt nicht in Heim-Videorecordern verwendet. Der Zweikanal-Ton wird dabei mit 384 KBit/s aufgenommen (entspricht dem DVD-Standard). Intern arbeiten die Recorder mit einer Datenrate von 19,14 MBit/s, beziehungsweise 38,28 MBit/s bei Recordern mit HS-Modus.
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Natürlich ist nicht alleine die Datenrate für die Qualität verantwortlich. Von grundlegender Bedeutung ist auch noch die Software des MPEG-Encoders (der für die Kompression zuständige Teil des MPEG-Codecs - Compressor/Decompressor), denn sie ist dafür verantwortlich, welche Datenbestandteile gelöscht werden. Ansonsten spielt natürlich, wie bei jedem AV-Gerät, auch die jeweilige Qualität der herkömmlichen elektrischen Bauteile eine Rolle: Die Signalwandler (auch sie heißen Codec, was in der Elektrotechnik aber für Coder/Decoder steht).
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D-VHS bietet außerdem auch die Möglichkeit, mehrere Digital-TV-Programme gleichzeitig aufzunehmen - es sind also zum Beispiel explizit auch Aufnahmen mit Multi-View (wie der Formel-1-Übertragung von Premiere) machbar. Auch die Aufnahme, beziehungsweise Wiedergabe von Dolby Digital 5.1-Ton ist möglich - halt so, wie es die TV-Sendeanstalten ausstrahlen, beziehungsweise die Filmstudios ihn anbieten.
1.3 Wie gut ist D-VHS?
In Kurzform: Perfekt. Die D-VHS-Aufnahme kennt prinzipiell die Probleme nicht, die bei analogem [S-]VHS systemimmanent sind: Nicht die volle Auflösung des PAL-Standards ("Phase Alternation Line", die in Europa vorwiegend eingesetzte Fernsehnorm), Farb- und Bildrauschen, Drop-Outs, Synchronisationsprobleme, Kopf-Umschaltgeräusche, ... Vielmehr entspricht die Qualität im Standard-Modus dem, was man von den zur Zeit besten Digital-Medien gewohnt ist: Bestes DVD-Video (beziehungsweise sogar besser) und DV, bei einer digitalen Auflösung von 720 × 576 Bildpunken (sichtbares PAL: 704 × 576) und einer analogen Auflösung von bis zu 540 Linien.
Info: Sichtbare Auflösungen der Videomedien
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PAL-TV hat in 576 Zeilen jeweils 720 Bildpunkte, die 540 Linien darstellen? Oft werden "Linien" mit "Zeilen" verwechselt. Das analoge Fernsehen ist ein zeilenorientiertes Medium und hat diesbezüglich digitale Eigenschaften: Zeile an oder aus. Innerhalb einer Zeile hat es jedoch analoge Eigenschaften - die Bildpunkte einer Zeile sind nicht genau voneinander abzugrenzen. Die tatsächlich sichtbare horizontale Auflösung ist dabei um den Faktor 1,33 niedriger ("Kell-Faktor") als die theoretisch zu erwartende - man kann also nicht alle 720 (definierten) Bildpunkte exakt trennen und unterscheiden.
Während sämtliche analogen Aufzeichnungsverfahren alle 576 sichtbaren Zeilen speichern (auch VHS), liegt der Unterschied der Bildqualität in der sauber darstellbaren Anzahl der Bildpunkte innerhalb der Zeile (siehe DV vs. SVHS vs. VHS vs. VCD quality comparisons [http://www.bealecorner.com/trv900/copy/copy.html]). Zu diesem Zweck werden senkrechte Linien dargestellt, und die Anzahl der unterscheidbaren Linien ergibt die tatsächlich sichtbare Horizontalauflösung. Bei VHS sind dies bis zu 250 Linien, bei einer (guten) Video-CD 265 (bei halbierter Zeilenzahl), bei analogem TV über Antenne ungefähr 330, bei S-VCD maximal 360, bei S-VHS 400, bei Laserdisc 450, bei DV und bei gutem MPEG-2, also D-VHS und nicht-auflösungsreduziertes DVB (Digital-TV) & DVD-Video, 500-540 Linien (theoretisch 720/Kell-Faktor=540, praktisch aber, je nach Qualität des Gerätes, nur 500-540), was auch der Darstellungsleistung eines guten PAL-Fernsehers entspricht. Für die MPEG-Formate ([S-]VCD/DVD/D-VHS/DVB) gilt allerdings noch, daß diese Werte nur mit leicht zu komprimierenden Motiven (siehe Wie funktioniert MPEG-Kompression?), beziehungsweise mit hohen Datenraten (siehe Welche Datenrate ist sinnvoll?) erreicht werden können, da ansonsten Bildfehler und/oder Detailverluste die Folge sind (siehe Welche Auswirkung hat die Datenrate?). DVD-Recorder nehmen allerdings in manchen Modi gar nur mit (schlechter) VCD-Qualität auf (nicht vergleichbar mit Kauf-VCDs), wenn auch, je nach Gerät, dabei gegebenenfalls mit voller Zeilenzahl, und DVB sendet oft nur in der Auflösung einer S-VCD, allerdings in der Regel mit einer höheren Datenrate als es der S-VCD-Standard zuläßt.
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Info: PC-Video ist nicht TV-Video
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PAL ist in der Norm für TV-Geräte zwar mit 720 × 576 Bildpunkten definiert (die in den USA und Japan verwendete TV-Norm NTSC mit 720 × 480 Bildpunkten), aber dabei sind die Bildpunkte nicht quadratisch, sondern sie werden vom TV-Bildschirm etwas in die Breite gezogen! Beim Computermonitor hingegen sind die Bildpunkte quadratisch, weswegen die 720 Punkte dort auf 768 Punkte skaliert werden müssen (768 × 576 entspricht bei quadratischen Bildpunkten 4:3, also dem normalen TV-Bildverhältnis), um "Eierköpfe" zu vermeiden. Software-Videoplayer machen dies in der Regel automatisch, jedenfalls wenn für sie erkennbar ist, daß es sich um ein Video im PAL-Format handelt. Generiert ein Anwender hingegen ein Video am PC, muß er (oder seine Videosoftware) selbst dafür Sorge tragen, daß ein am Computermonitor noch sichtbarer Kreis vorab so zum "Ei" gestaucht wird, daß er beim späteren Abspielen als PAL-Video wieder zur Kreisform in die Breite gezogen wird (gleiches gilt gegebenenfalls auch für eigenproduzierte JPEG-Bilder-CDs, die von einigen neueren DVD-Playern "abgespielt" werden können).
Handelt es sich beim Fernseher um ein 16:9-Gerät (oder ein 4:3-Gerät mit 16:9-Schaltung), so kann man bei PC-skalierten Videos/Bildern alternativ auch in den "Breitbildmodus" für anamorphe Filme wechseln (siehe 16:9-Breitbild (anamorph)): Hier werden die 720 Bildpunkte stärker in die Breite gezogen. Das paßt zwar nicht ganz, aber besser als vorher ist es allemal ...
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Selbst die Aufnahmen mit 4,7 MBit/s (LS3-Modus) wirken, gute Vorlagen vorausgesetzt, immer noch deutlich besser als die bestmögliche S-VHS-Aufnahme. Im Vergleich zu einer höheren Datenrate mangelt es dort aber etwas an Detailschärfe, die Farben sind gegebenenfalls etwas weniger brillant, sehr schnelle Bewegungen können in großen Flächen leicht ruckeln und bei qualitativ schlechtem oder generell "ungünstigem" (also schlecht mit MPEG zu komprimierendem) Ausgangsmaterial sind im Detail gegebenenfalls MPEG-Artefakte zu erkennen ("Kunstprodukte" - Fehler, die durch die verlustbehaftete MPEG-Komprimierung entstehen - also alles, worin sich das MPEG-Bild gegenüber dem Original sichtbar unterscheidet).
Wenn gar zuviel "Detailbewegung" im Bild vorhanden ist (siehe
Welche Datenrate ist sinnvoll?), kommt es zur typischen MPEG-Blöckchenbildung. Für dieses Material benötigt man dann den SD-Modus, dessen Aufnahmen kaum oder überhaupt nicht vom Original zu unterscheiden sind (egal wie gut oder schlecht es ist, selbst bei analogem Zwischenschritt).
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Aufnahmebeispiele
(Klicken Sie auf die Bilder für größere Versionen)
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| Die großen Bilder sind keine 1:1-Kopien von D-VHS!
Es sind technisch unzureichende Snapshots von D-VHS-Aufnahmen via WinTV
(wegen des Interlacings fehlt zum Beispiel jede 2. Bildzeile), die aber einen
prinzipiellen Eindruck von der Aufnahmequalität vermitteln können.
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1.4 Wie robust ist D-VHS?
Sicher, so robust wie eine gut(!) behandelte DVD (oder ein sehr gut behandelter DVD-Rohling), kann ein Magnetband prinzipiell nicht sein (bei Anwendern, die nicht so pfleglich mit ihren Medien umgehen, mag das umgekehrt sein - jeder, der sich zerkratzte DVDs aus einer Videothek ausgeliehen hat, wird wissen, was ich meine). Das Alltagsbild ist jedenfalls einwandfrei (fast keine defekten Blöcke, wie es den analogen Drop-Outs entspräche - vermutlich verhindert die Fehlerkorrektur vergleichbare Zustände). Tritt doch einmal ein (seltener) Defekt auf, so äußert sich das in einem kurzen Einfrieren des Bildes (erneut sehr vergleichbar mit dem Effekt beim Layerwechsel einer DVD). Bislang waren diese vereinzelten Aussetzer jedoch meistens temporärer Natur. Ich meine aber schon feststellen zu können, daß SD-Aufnahmen auch weniger anfällig sind (fast keinen Fehler gefunden) als LS3-Aufnahmen (wenige Fehler gefunden), wobei ich als Standard-Kassette allerdings S-VHS-Kassetten verwende (siehe Wie teuer ist D-VHS verglichen mit DVD?). Auf meinen D-VHS-Kassetten (für Material, das mir besonders am Herzen liegt und entsprechend oft gesehen wird, oder weil die längere Laufdauer sinnvoll ist) habe ich bislang noch keinen Fehler feststellen können. Dabei sind D-VHS-Bänder zwar ähnlich wie gute S-VHS-Bänder beschichtet, allerdings ist das Gewicht einer D-VHS-Kassette spürbar höher als das Gewicht einer S-VHS-Kassette. Ich vermute, daß die Bänder der D-VHS-Kassetten etwas dicker und deswegen stabiler und fehlerresistenter sind, vielleicht wurde auch die Mechanik verbessert. Immerhin sind die Bandgeschwindigkeiten bei digitaler Aufnahme mit Low Speed deutlich niedriger, mit High Speed hingegen deutlich höher als bei analoger Aufnahme (siehe Wie funktioniert D-VHS?) - in beiden Fällen dürfte das Band stärker beansprucht werden.
Allerdings kann das Band natürlich auch selbst ab Fabrikation einen Defekt haben, der bei analogem Betrieb kaum auffällt (jedenfalls bei S-VHS-Bändern - D-VHS-Bänder sollen diesbezüglich getestet sein). Auf den allerletzten Metern eines Bandes können solche Fehler auch auf sonst einwandfreien Kassetten auftreten (aber die sind in die Kassetten-Kapazität aus gutem Grund auch nicht mit eingerechnet).
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Wer in einer großen Firma mit EDV-Abteilung arbeitet, kann ja mal den verantwortlichen Administrator fragen, ob er seine Backups lieber auf DVD-RW oder auf Band machen würde. Das soll jetzt nicht heißen, daß D-VHS das Optimum an Datensicherheit wäre, aber die oft verbreitete Meinung "Band = Kontakt = schlecht, Scheibe = berührungsfrei = gut" ist nicht unbedingt so richtig, wie es auf den ersten Blick den Anschein haben mag. Zumal DVD-Leermedien ebenfalls Defekte haben oder bekommen können, technisch bedingt deutlich störanfälliger sind als CD-Leermedien und sogar die in einer Schutzhülle laufenden DVD-RAMs nicht vor Aufzeichnungsfehlern gefeit sind (siehe Warum DVD- und nicht D-VHS-Recorder?).
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1.5 Wie teuer ist D-VHS verglichen mit DVD?
Die Straßenpreise der Geräte liegen momentan bei 600 - 1600 EUR (siehe Welcher D-VHS-Recorder?). Zur Zeit sind 2 Kassettentypen gebräuchlich: DF300 (5 Stunden SD / 15 Stunden LS3) und DF420 (7 Stunden SD / 21 Stunden LS3). Neu ist der Typ DF480 (8 Stunden SD / 24 Stunden LS3). Ich habe ihn hier noch nicht im Handel gesehen, er ist aber schon mindestens in Japan erschienen (für 4 Stunden Aufnahme von HDTV) und auch schon auf der deutschen JVC-Website zu bestellen. Außerdem kann man auf herkömmlichen S-VHS-Bändern aufnehmen (es muß dann nach dem Einlegen einmalig manuell auf digitale Aufnahme umgeschaltet werden). Auf ein 240er S-VHS-Band passen 5 3/4 Stunden SD / 17 Stunden LS3, was dann qualitativ nicht nur deutlich besser ist als das Brennen von eigenen CD-Rs mit "DivX ;-)", sondern mit 0,5 EUR/h auch nicht teurer (vom höheren Komfort mal ganz zu schweigen). Die Darstellungsqualität leidet darunter nicht, jedenfalls gute Kassetten vorausgesetzt! Durchweg positive Erfahrung habe ich (aber auch andere D-VHS-Anwender) mit dem 240er S-VHS-Band von EMTEC (ehemals BASF) [http://products.EMTEC-group.com] gemacht (Bild ist fehlerfrei), durchweg schlechte mit dem (preiswerten) S-VHS-Einsteigerband von JVC (häufige Blöckchenbildung deutet darauf hin, daß die Bandbeschichtung mit der exakten Aufzeichnung der Daten überfordert ist).
Somit ergeben sich ungefähr folgende Aufnahmekosten (zum Vergleich mit den Aufnahmekosten eines DVD-, beziehungsweise eines DVD-Dual-Layer-Recorders, wobei die DVD-Rs/-RWs am preiswertesten, die DVD+Rs/+RWs etwas teurer und die DVD-RAMs am teuersten sind - Dual-Layer-Rohlinge sind aus technischen Grüden nur einmal beschreibbar und noch relativ teuer):
Tabelle: Aufnahmekosten D-VHS & DVD
Medienkosten/Stunde Laufzeit (Maximale Aufnahmedauer)
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Hohe Qualität (SD / HQ) |
Durchschn. Qualität (LS3 / SP) |
Mäßige Qualität (LS5 / LP) |
Niedrige Qualität (LS7 / XP)
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| System |
Medium |
Preis
|
D-VHS
|
DF300 (D-VHS)
|
20 EUR
|
4 EUR (300 min)
|
1,30 EUR (900 min)
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-
|
-
|
DF420 (D-VHS)
|
35 EUR
|
5 EUR (420 min)
|
1,60 EUR (1260 min)
|
-
|
-
|
DF480 (D-VHS)
|
75 EUR
|
9,40 EUR (480 min)
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3,10 EUR (1440 min)
|
-
|
-
|
SE240 (S-VHS)
|
8 EUR
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1,40 EUR (345 min)
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0,50 EUR (1020 min)
|
-
|
-
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E240 (VHS)
|
2 EUR
|
0,35 EUR (345 min)
|
0,10 EUR (1020 min)
|
-
|
-
|
DVD
|
Rewritable (+/-RW)
|
4 EUR
|
4 EUR (60 min)
|
2 EUR (120 min)
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1,33 EUR (180 min)
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1 EUR (240 min)
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Rewritable (RAM)
|
15 EUR
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15 EUR (60 min)
|
7,5 EUR (120 min)
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5 EUR (180 min)
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3,75 EUR (240 min)
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Recordable (+/-R)
|
2 EUR
|
2 EUR (60 min)
|
1 EUR (120 min)
|
0,67 EUR (180 min)
|
0,50 EUR (240 min)
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Recordable (Dual-Layer)
|
8 EUR
|
4 EUR (60 min)
|
2 EUR (120 min)
|
0,75 EUR (180 min)
|
1 EUR (240 min)
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Info: VHS-Kassetten für S-VHS- & D-VHS-Aufnahmen
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Prinzipiell besitzen S-VHS- & D-VHS-Kassetten die gleiche Bandbeschichtung, die höherwertiger ist als die von VHS-Kassetten, da mit höheren Frequenzen und somit mit höherer Empfindlichkeit und Datendichte aufgezeichnet wird. Ganz "Wagemutige" machen sich aber in herkömmliche VHS-Kassetten ein "Kennungsloch" (oder gleich zwei - das Bohren geht mit ein wenig Übung sehr leicht von der Hand), damit sie vom Recorder automatisch als S-VHS-Kassette, linkes Loch, erkannt werden (oder gleich als D-VHS-Kassette, dann auch spiegelsymetrisch ein rechtes Loch) und nehmen auch darauf digital auf. Dies soll mit guten VHS-Kassetten sogar recht problemlos funktionieren - selbst ausprobiert habe ich es allerdings noch nicht. Als optimal haben sich hier ebenfalls Kassetten von EMTEC (ehemals BASF) erwiesen ("VHS HQ - High Quality" oder "SXG"), allerdings funktionieren hier nicht alle Kassetten gleich gut (vermutlich aufgrund von Produktionstoleranzen, die beim VHS-Betrieb unwesentlich sind) - es sollte also mit einer vielleicht 20 minütigen Aufnahme getestet werden, ob die jeweilige Kassette geeignet ist. Bei ungeeigneten VHS-Kassetten wird das Bild bei S-VHS-Aufnahmen "nur" qualitativ etwas schlechter; bei D-VHS-Aufnahmen auf ungeeigneten Kassetten sind die digitalen Bildfehler hingegen nicht zu übersehen.
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1.6 Was, wenn ich von analogem VHS umsteige?
Für den Anwender ändert sich von der Bedienung her nichts. Fast alles verhält sich so, wie man es gewohnt war. Allerdings gibt es auch einige Eigenarten, die es zu beachten gilt:
D-VHS-Aufnahmen
- spulen subjektiv schneller (objektiv natürlich nicht, aber pro cm sind halt mehr Bilder auf dem Band als bei analogem VHS).
- kennen keine Zeitlupe und keine Einzelbildschaltung. Das Standbild ist hingegen, wie bei DVD, absolut ruhig und sauber.
- zeigen im schnellen Suchlauf nicht den Film in höherer Geschwindigkeit, sondern bringen stroboskopartig einzelne Bilder des Films (beim JVC) oder spielen immer wieder kurz an (beim Thomson).
- brauchen bei Wiedergabe und Aufnahme eine kurze Vorlaufzeit (ungefähr 3 Sekunden). Saubere Schnitte, wie bei bei analog zumindest möglich (Insert-Schnitt), gehen nicht - am Ende jeder Aufnahme fehlen noch ungefähr 30 Sekunden der überspielten Stelle.
Aber dies mag sich, teilweise oder komplett, bei neuen Recordern natürlich vielleicht ändern.
1.7 Wie verwalten D-VHS-Recorder die riesige Kapazität?
D-VHS-Recorder haben, wie auch einige VHS- und S-VHS-High-End-Recorder, Archivierungssysteme (sinnvoll, angesichts einer Aufzeichnungszeit von momentan bis zu 24 Stunden pro Kassette). Die Archivierungssysteme sind allerdings nicht herstellerübergreifend genormt und üblicherweise sogar stationär (also auf das eigene Gerät beschränkt). Wechselt das Band auf einen anderen Recorder, so bleiben dort nur die gewohnten "Index-Marken".
Beim JVC HM-DR10000EU sieht das wie folgt aus (natürlich vorausgesetzt, daß man das Navigationssystem auch eingeschaltet hat): Der Recorder schreibt auf jede Kassette eine eindeutige Nummer (schlicht von 1 aus hochzählend bis 9999, ohne nachträgliche Korrekturmöglichkeit). Jede Aufnahme auf der Kassette wird außerdem mit einer Kennung von Datum, Uhrzeit und Sendeplatz versehen. Voraussetzung dafür: Die Aufnahme läuft mindestens 10 min. (SD), 30 min. (LS3), 8 min (VHS/S-VHS SP) oder 15 min (VHS/S-VHS LP); Aufnahmen können dabei mit PAUSE unterbrochen werden - mit STOP unterbrochene Aufnahmen sind für das Archivierungssystem neue Aufnahmen.
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Da VCR ("Video Cassette Recorder") zur Schonung des Bandes nach ungefähr 5 min PAUSE abschalten, sollte man bei längeren (Werbe-)Pausen diese Frist mit dem Drücken von PLAY sowie dem anschließend sofortigen Drücken von PAUSE verlängern. Das Archivsystem wertet dann diese Aufnahme als ununterbrochen. Optimal gemacht, friert das Bild bei der Wiedergabe nur kurz ein. Die Stelle erscheint dem Betrachter dann vergleichbar mit dem Layerwechsel einer DVD.
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Der Anwender kann anschließend sowohl für die Kassette, als auch für jede einzelne Aufnahme einen alphanumerischen Titel eingeben, sowie die Aufnahme einer der vordefinierten Sparten zuweisen ("Film", "Serie", "News", ...). Diese Eingaben werden im EEPROM ("Electronic Erasable Programable Read Only Memory", ein nicht-flüchtiger Speicher, ROM, der aber elektronisch gelöscht und beschrieben werden kann) des Recorders, nicht aber auf Kassette abgelegt (Platz ist für ungefähr 2500 Titel)!
Der Anwender kann sich alle Aufnahmen nach Kassettennummer, Aufnahmedatum oder Sparte sortiert anzeigen lassen (also zum Beispiel alle "Filme"), jedoch leider innerhalb dessen nicht alphabetisch nach Name der Aufzeichnung. Hat er beim Blättern die gewünschte Aufzeichnung gefunden, muß er die Kassette mit der entsprechenden Nummer oder Namen einlegen und kann dann den Recorder zum Anfang der gewünschten Aufzeichnung, beziehungsweise zu einer noch freien Stelle auf dem Band spulen lassen.
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Auch freie Stellen verwalte ich über das JVC-Archivierungssystem! Dazu bespiele ich jede neue Kassette komplett (beziehungsweise den freien Rest) und versehe diese Aufnahme mit der Laufdauer als Titel und der namenlosen Kategorie. Bei Bedarf kann ich mir anhand dieser Kategorie alle freien Stellen auf allen Bändern inklusive ihrer Länge ausgeben lassen. Passende Kassette eingelegt, und der Recorder kann zur freien Stelle spulen. Nach der Neuaufnahme hat der Recorder die Angabe der verbliebene Restzeit automatisch angepaßt (eigentlich die nun kürzere Laufdauer der "leeren Aufnahme"), für die Übersicht muß nur noch die Laufdauer im Titel angepaßt werden, voilá. Bequemer ginge es nur noch mit einem Tape-Roboter ... 
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Meine Videosammlung ist themenspezifisch aufgenommen. Das heißt, alle "normalen" Horrorfilme sind auf den Kassetten "Horror 1", "Horror 2", ..., alle Filme mit Okkult-Horror auf "Okkult 1", "Okkult 2", ..., etc. Auf eine Kassette passen (inklusive der Extras - nur Audio-Kommentare sind auf gesonderten Kassetten) in der Praxis durchschnittlich 5-7 Filme (2 im SD-Modus + 3 im LS3-Modus, oder 1 mit SD + 6 mit LS3), im Extremfall 2-10 Filme.
Besonders praktisch finde ich es, ganze Filmserien auf einzelnen Medien zu haben. So befinden sich zum Beispiel auf einer meiner Kassetten alle 4 "Alien"-Filme (nebst Extras - also die "Alien-Box"), auf einer anderen die Star-Wars-Trilogie (ebenfalls mit allen bei Premiere ausgestrahlten Dokumentationen), etc.
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Zumindest JVC hat keine Datensicherung der internen Datenbank vorgesehen (meines Wissens aber auch kein anderer Hersteller irgendeines Recorders - egal ob digital oder analog). Warum sollte man auch Data-VHS oder die bei Computern gebräuchliche FireWire-Schnittstelle (i.Link/IEEE 1394) für solch niedere Anwendungen wie Backups nutzen? Wenn also einmal der Recorder defekt ist oder einfach durch ein neueres Modell abgelöst werden soll, gehen damit auch die Navigations-Daten verloren (bei mir meinte das Navigationssystem nach ungefähr 500 Einträgen, die Daten löschen zu müssen - allerdings nicht ganz, aber fast, von heute auf morgen, sondern erst nachdem sich das Navigationssystem schon eine zeitlang fehlerhaft verhalten hatte). Man sollte also beizeiten die wichtigsten Daten auch separat notieren, wenn man seine Aufnahmen auf Dauer wiederfinden möchte. Auf 24 Stunden passen halt eine Menge Aufnahmen ...
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2 Grundlagen des MPEG-Videorecordings
2.1 Wie funktioniert MPEG-Kompression?
MPEG ist die Kurzform für die Kompressions-Standards der "Moving Picture Experts Group", der Spitzname für "ISO/IEC JTC1 SC29 WG11" (ausgeschrieben: "International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission, Joint Technical Committee 1, Sub-committee 29, Working Group 11"), bei denen unter anderem weniger sicht-, beziehungsweise hörbare Muster vereinfacht oder gar gelöscht ("verlustbehaftete Komprimierung") und die Restdaten dann durch Reduzierung identischer Muster erneut komprimiert werden ("verlustfreie Komprimierung"). Folgende MPEG-Standards sind definiert:
- MPEG-1 (ISO/IEC 11172) von 1992, für CD-ROM/Video-CD, 1 MBit/s - 1,5 MBit/s
- MPEG-2 (ISO/IEC 13818) von 1995, für Sendequalität (PAL/NTSC/HDTV), 2 MBit/s - 80 MBit/s
- MPEG-4 (ISO/IEC 14496) ab 1998, für interaktives Video & Multimedia, <64 KBit/s - 4 MBit/s
- MPEG-3 war für HDTV vorgesehen, ging aber in MPEG-2 auf.
Dabei schreiben die MPEG-Standards
nicht vor,
wie der Datenstrom genau zu komprimieren ist, denn MPEG definiert keine Standards für die Komprimierung, sondern für die Dekomprimierung! Das heißt, wie eine Software in ein MPEG-Format komprimiert ist nicht definiert und obliegt alleine dem Können der Encoder-Programmierer. Aber
jeder Decoder
muß aus einem normgerechten MPEG-Format
exakt das gleiche Ergebnis bringen - sonst arbeitet er fehlerhaft (soll aber auch vorkommen).
Das Prinzip der verlustbehafteten Kompression ist uns dabei dank des auch im WWW weit verbreiteten (und auch in dieser FAQ genutzen) Bildformats JPEG ("Joint Photographic Experts Group") allgegenwärtig. Das Prinzip dabei: Das Auge "sieht" keine einzelnen Farbpunkte, das Auge empfängt sich überlagernde Strahlen (Interferenzen) in verschiedenen Wellenlängen (Frequenzen) und Wellenhöhen (Amplituden), wobei sich benachbarte Frequenzen eines natürlichen Bildes nur wenig unterscheiden und somit besser zu komprimieren sind, als benachbarte, vollkommen unterschiedliche Farbpunkte. Es gilt: Je kleiner die Wellenlänge, beziehungsweise je höher die Frequenz ist, desto feiner werden Details wahrgenommen - eine tiefe Frequenz stellt einen langsamen, allmählichen An- oder Abstieg der Helligkeitswerte von links nach rechts, beziehungsweise von oben nach unten dar, eine hohe Frequenz einen schnellen Helligkeitswechsel. Das Ziel muß also sein, die Bildpunkte ("Ortsbereich") mittels einer Spektralanalyse umzuwandeln in die enthaltenen Frequenzen ("Frequenzbereich").
Zur Bearbeitung wird das Bild in Quadrate von 16 Bildpunkten Kantenlänge aufgeteilt ("Makroblock"). Anschließend wird dieser Makroblock zerlegt in vier Blöcke von je 8 Bildpunkten Kantenlänge für den Helligkeitsanteil Y (zwei nebeneinander, zwei übereinander), beziehungsweise zwei Blöcke von je 16 Bildpunkten Kantenlänge für die beiden Farbanteile C
b & C
r. Die C-Blöcke umfassen dabei zwar jeweils den Bereich von 16 × 16 Bildpunkten, jedoch wird nicht jeder Farbwert erfaßt, sondern aus zwei benachbarten Farbwerten wird nur ein Mittelwert gebildet und jede zweite Zeile wird übersprungen (Farbnorm 4:2:0). Die C-Blöcke enthalten also jeweils, wie ein einzelner Y-Block, nur 8 × 8 Werte.
Info: RGB, YUV und 4:2:0
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Jeder Bildpunkt definiert sich als Mischung aus den drei additiven Grundfarben Rot (Wellenlänge von 600 - 700 nm), Grün (500 - 600 nm) und Blau (400 - 500 nm), kurz "RGB", da das menschliche Auge für jede dieser Farben eigene Rezeptoren ("Zapfen") besitzt (auch Kameras und Bildschirme arbeiten mit diesem "Farbraum"). Dabei wird in der EDV üblicherweise jede Farbe mit einem Byte, also 8 Bit, definiert und kann somit Werte von 0 bis 255 annehmen, was 16,7 Millionen unterschiedliche Farben ergibt (256 × 256 × 256) - bereits mehr, als das menschliche Auge überhaupt differenzieren kann (weitere Bits werden gegebenenfalls für andere Informationen wie Transparenz oder Halbtransparenz genutzt, beziehungsweise um eine höhere Rechengenauigkeit bei der Bildverarbeitung zu erreichen). Werden die drei Grundkomponenten getrennt übertragen, so nennt man es "Komponentensignal". Für die Kompression ist RGB jedoch weniger gut geeignet. Zum einen kann der Mensch Helligkeiten deutlich besser unterscheiden als Farben (das menschliche Auge besitzt separate Helligkeitsrezeptoren, die "Stäbchen", die auch bei geringer Helligkeit noch wahrnehmungsfähig sind: "Nachts sind alle Katzen grau"), zum anderen sind in einem natürlichen Bild häufiger ähnliche Helligkeiten, Farbtöne oder Farbsättigungen vorhanden, als ähnliche Farben. Beides macht man sich zunutze, indem man den Farbraum nach YUV umrechnet, bei dem die Komponenten der Helligkeitsanteil Y ("Luma") und die Farbtanteile U (Farbton) & V (Farbsättigung) sind, mit denen man eine Farbe ebenfalls definieren kann. Das bei MPEG (und PAL-TV) schließlich verwendete Komponentensignal YCbCr ist eine Unterart von YUV (nicht YUV selbst - die Verwendung hat sich zwar eingebürgert, ist aber falsch) und besteht aus dem Helligkeitsanteil Y, der Gelb/Blau-Balance (Gelb=Rot+Grün) Cb ("Chromablue") und der Cyan/Rot-Balance (Cyan=Blau+Grün) Cr ("Chromared"). Im Unterschied zu YUV sind aus fernsehtechnischen Gründen jedoch nicht 256 Werte pro Anteil möglich, sondern der Wertebereich geht nur von 16-235 bei Y (Y=219/255×Y'+16) , beziehungsweise 16-240 bei C (C=224/255×[U oder V]+128). Es läßt sich mit einer einfachen Matrix aus dem ursprünglichen Komponentensignal RGB ohne Informationsverlust errechnen, wobei auf eine separate Grün-Differenz verzichtet werden kann, da Grün ohnehin den größten Anteil an der Helligkeit besitzt (58,7%).
Farbraum YUV (Computer)
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| Y | = | 0,299*R | + | 0,587*G | + | 0,114*B
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| U | = | 0,493 | * | (B - Y) | |
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| V | = | 0,877 | * | (R - Y) | |
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Farbraum YCbCr (PAL & MPEG)
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| Y | = | 0,299*R | + | 0,587*G | + | 0,114*B
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| Cb | = | B | - | Y | |
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| Cr | = | R | - | Y | |
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Farbraum YIQ (NTSC)
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| Y | = | 0,299*R | + | 0,587*G | + | 0,114*B
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| I | = | 0,74 * (R - Y) | - | 0,27 * (B - Y)
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| Q | = | 0,41 * (B - Y) | - | 0,48 * (R - Y)
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Die vom menschlichen Auge weniger unterscheidbaren Farbanteile C kann man nun praktischerweise gezielt stärker komprimieren als den Helligkeitsanteil Y ("Farbsubsampling") oder, für Schwarzweißbilder, sogar komplett ignorieren. Wie die Farbe im Vergleich zur Helligkeit gewichtet wird, kann man an der verwendeten Farbnorm ablesen, die von vier nebeneinander liegenden Bildpunkten ausgeht:
- Bei 4:4:4 werden nicht nur die vier Y-Punkte gewertet, sondern auch jeweils alle C-Punkte.
- Bei 4:2:2 wird nur jeder zweite C-Punkt gewertet. Aus benachbarten Punkten entsteht ein Mittelwert.
- Bei 4:2:0 wird ebenfalls jeder zweite C-Punkt gewertet, zusätzlich werden aber auch die C-Punkte der folgenden Bildzeile ignoriert.
- Bei 4:0:0 wird gar kein C-Punkt gewertet - man erhält ein Schwarzweißbild.
- Der Vollständigkeit sei noch 4:1:1 erwähnt (es findet hauptsächlich bei NTSC Anwendung). Dabei werden, wie bei 4:2:2, von jeder Bildzeile die C-Punkte berücksichtigt, allerdings werden hier nicht zwei, sondern vier benachbarte C-Punkte zu einem Wert zusammengefaßt.
Alleine durch die Wahl der Farbnorm 4:2:0 wird also die Datenmenge schon vor der eigentlichen MPEG-Kompression um 50% reduziert (Helligkeitsanteil 100% vom Original, die beiden Farbanteile jeweils 25% vom Original - von 100+100+100=300 ausgehend, also nur noch 100+25+25=150).
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Nach einer Neu-Indizierung der 8 × 8 Pixelwerte (sie werden um 128 von 0-255 nach -128 bis 127 verschoben, um später kleinere Zahlen und damit eine bessere Kompression zu erreichen) werden diese mit einer Diskreten Kosinustransformation ("Discrete Cosinus Transformation", DCT) in ganzzahlige Koeffizienten umgewandelt, wobei dann im Block oben links die tiefen Frequenzen mit hohen Werten (und großen Unterschieden zum Nachbarwert) abgebildet werden, nach unten und rechts die höheren Frequenzen mit niedrigen Werten (und geringen Unterschieden), optimalerweise sogar 0 (hochfrequente Kanten haben in einem natürlichen Bild prozentual nur einen geringen Anteil). Bei der anschließenden "Quantisierung" werden dann diese Werte geteilt und auf ganze Zahlen gerundet, ebenfalls möglichst auf 0, wobei durch die Quantisierungsmatrix (eine Matrix mit 8 × 8 Quantisierungsfaktoren) der Grad bestimmt wird, inwieweit die Werte nivelliert, also angeglichen werden.
Nur bei dieser
Quantisierung erfolgt der eigentliche
Datenverlust, denn bei der Rückwandlung (inverse DCT) kommt man ja nicht mehr auf die originalen, sondern nur noch auf angenäherte Werte. Dabei wird üblicherweise die Grundfrequenz des Makroblockes ("DC-Koeffizient") am wenigsten quantisiert (er steht an erster Stelle und wird als Differenz zum DC-Koeffizienten des vorhergehenden Makroblockes gespeichert), und je höher die restlichen Frequenzen ("AC-Koeffizienten") sind, desto stärker werden sie nivelliert: Die feinen Details verschwinden - das Bild wird unschärfer.
Info: Von Quantisierungs- und Filtermatrizen
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 Bei Encodern für den "normalen Anwender" ist diese Quantisierungsmatrix fest mit (unterschiedlichen) Faktoren belegt. Der Grad der Kompression wird dann vom Anwender schrittweise festgelegt ("hohe Kompression" bis "niedrige Kompression", beziehungsweise "niedrige Datenrate"/"niedrige Bildqualität" bis "hohe Datenrate"/"hohe Bildqualität"), wobei die Quantisierungsfaktoren einfach einheitlich umgerechnet werden. Profis können sich aber, je nach Typ des Bildes, beziehungsweise nach Art und Menge des gewünschten Datenverlustes, sowohl für den Y-Anteil, als auch für den C-Anteil (bei MPEG-4 sogar für beide C-Anteile getrennt) jeweils optimierte Quantisierungsmatrizen erstellen (Realfilm oder Zeichentrick, TV-Bild oder Vollbild, ...). Dadurch werden bestimmte Frequenzmuster stärker oder schwächer, beziehungsweise ganze Frequenzbereiche stärker oder schwächer quantisiert. Werden zum Beispiel mit einer solchen Umrechnungsmatrix gezielt die hohen Frequenzen (im Bild rot umrandet) beschnitten während die tiefen Frequenzen unverändert bleiben, so spricht man von einem Tiefpaß-Filter (die tiefen Frequenzen passieren den Filter ungehindert). Da die hohen Frequenzen für den Schärfeeindruck verantwortlich sind, nennt man einen solchen Filter auch "Weichzeichner", da das gefilterte Ergebnis unschärfer ist.
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Die so gewonnenen 64 Werte der quantisierten "Interferenzmuster" werden nun mittels einer Zick-Zack-Linie (von den tiefen Frequenzen links oben zu den hohen Frequenzen rechts unten) so in eine Reihe gebracht, daß üblicherweise ihre Größe abnimmt. Je stärker die Quantisierung, desto mehr gleiche Werte werden erzeugt, die sich anschließend besser verlustfrei komprimieren lassen (aus "52 53 50 48 46" wird zum Beispiel nach der Quantisierung mit dem Faktor 12 "4 4 4 4 4", das man dann kurz als "5x4" schreiben kann), umso kleiner das JPEG-Bild und damit die notwendige "Datenrate" des Internetanschlusses, beziehungsweise umso mehr Bilder passen auf den Datenträger. Der Schritt zum Video ist dann M-JPEG ("Motion-JPEG"), bei dem einfach mehrere JPEG-Bilder aneinandergehängt werden.
Schließlich kommt bei MPEG dann noch unter anderem hinzu, daß nicht bei jedem Schritt ein komplettes Bild ("Intra-Frame", kurz "I-Frame") bearbeitet wird ("Intraframe-Kodierung"), sondern in den Zwischenschritten werden nur die Differenzen ("Delta-Kodierung") zwischen den I-Frames übertragen (in "Predicted-Frames", kurz "P-Frames", die nur Bezug auf das vorhergehende I-Frame nehmen, sowie "Bidirectional-Predicted-Frames", kurz "B-Frames", die sowohl Bezug auf den vorhergehenden, als auch nachfolgenden I- oder P-Frame nehmen) - bei festen Kameraeinstellungen auf unbewegte Motive also fast nichts ("Interframe-Kodierung"). Zusätzlich werden gegebenenfalls auch diese Differenzen eingespart und stattdessen, nach einer automatischen Bewegungserkennung ("Motion Estimation"), nur Vektoren übertragen, die die Verschiebung der Makroblöcke definieren ("Motion Compensation" - bei MPEG-2 bis zu 15 Bildpunkten), einschließlich einer weiteren Delta-Kodierung, die wiederum nur die Veränderungen innerhalb der Makroblöcke berücksichtigt. Eine MPEG-Bildgruppe ("Group of Pictures", GOP) hat dann zum Beispiel die Reihenfolge I BBB P BBB P BBB.
Info: Mehrfache Encodierung
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Theoretisch erzeugt eine erneute Kompression decodierter MPEG-Daten bei gleicher Datenrate kein schlechteres Ergebnis, denn der MPEG-Encoder versucht ohnehin nur zu nivellieren, was bereits einmal nivelliert wurde - die Verluste potenzieren sich also nicht (stimmt nicht ganz, da es bei der DCT zu Rechenungenauigkeiten kommt, die aber im Vergleich zur Quantisierung vernachlässigbar sind)! Praktisch gilt dies jedoch uneingeschränkt nur für eine erneute Kompression ohne analogen Zwischenschritt (denn dabei werden immer die Daten verändert), nur mit dem gleichen MPEG-Encoder (denn jeder MPEG-Encoder hat seine "Eigenheiten") und bei gleicher Encoder-Konfiguration (Quantisierungsfaktoren, sowie Verteilung der I-, B- und P-Frames). Bei gleichen Voraussetzungen ist eine verlustfreie Neu-Kompression allerdings zwingend!
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Info: Audiokompression
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Da die MPEG-Kompression nicht mit Bildpunkten sondern mit Frequenzen arbeitet, kann man mit ihr auch Töne komprimieren, die ja ebenfalls mit einer Spektralanalyse in ihr Frequenzspektrum umgewandelt werden können. Und auch in anderen Audioformaten jenseits von MPEG findet man diese Art der verlustbehafteten Kompression: Zum Beispiel Sonys "Adaptive Transform Acoustic Coding" (Atrac) der Minidisc oder das "Audio Coding 3" (AC-3) bei Dolby Digital (arbeitet allerdings, anders als MPEG, nur mit konstanten Datenraten). Aber die Kunst, nur genau die Tonbestandteile zu löschen, die wir nicht oder nur kaum wahrnehmen, ist eine Wissenschaft für sich. Die "Hörschwelle" ist abhängig von der Tonhöhe (Frequenz) und leise Lautstärken (Amplituden) werden durch laute überdeckt, beziehungsweise nach lauten Tönen nicht sofort wahrgenommen. In aufwendigen Untersuchungen und Hörtests werden deswegen psycho-akustische Modelle erstellt, mit denen immer wieder das Original mit der komprimierten Kopie verglichen wird: Je besser dieses Modell, desto besser auch das Kompressionsergebnis. Das berühmteste Modell stammt von der deutschen Fraunhofer Gesellschaft, das als Encoder für MPEG-1-Audio/Layer-3 (MP3) seinen Siegeszug um die Welt antrat. Aber wie bei MPEG-Video gilt auch hier: Man braucht natürlich nicht dieses gute (aber lizenzpflichtige) Modell, beziehungsweise den Fraunhofer-Encoder, um eine technisch korrekte MP3-Datei zu erzeugen. Viele Encoder (insbesondere im Freeware-Bereich) sind nur ähnlich und erzeugen eine entsprechend weniger gute Qualität.
Das etwas ältere MPEG-1-Audio/Layer-2 (MP2), ebenso wie MP3 für 2 Kanäle ausgelegt, fand vorher schon Einzug in die Audio- und Videowelt. Dieses aufwärts-kompatible Format - MP3-Decoder können stets auch MP2 beziehungsweise MP1 decodieren - ist Standard bei Digital-TV, D-VHS und DVD, benötigt aber für die gleiche Qualität eine etwas höhere Datenrate als MP3. Für einen guten Encoder gelten dabei folgende Datenraten, um auf CD-Qualität zu kommen (pro Audio-Kanal):
- MPEG-1-Audio/Layer-1 (MP1) 192 KBit/s (Kompressionsfaktor 1:4)
- MPEG-1-Audio/Layer-2 (MP2) 96-128 KBit/s (Kompressionsfaktor 1:6-1:8)
- MPEG-1-Audio/Layer-3 (MP3) 56-64 KBit/s (Kompressionsfaktor 1:10-1:12)
Als Nachfolger sollte MPEG-2-Audio dienen, das in der Zweikanalvariante MPEG-2-Audio/Compatible voll kompatibel ist zu MP2, deren Mehrkanalvariante MPEG-2-Audio/Multi-Channel sich allerdings nicht gegen Dolby Digital hat durchsetzen können (zu Anfang fehlten die Encoder, und Kinofilme haben ohnehin schon in der Mehrzahl Dolby-Digital-Ton). Aber selbst wenn DVD-Player, Verstärker und DVDs nur selten MPEG-2-Audio/Multi-Channel decodieren können beziehungsweise enthalten: MP2 findet nachwievor auf DVDs Verwendung und muß von jedem DVD-Player decodiert werden können, selbst wenn er MPEG-2-Audio/Multi-Channel nicht beherrscht!
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2.2 Welche Auswirkung hat die Datenrate?
Bei einer MPEG-Kompression mit optimaler Datenrate (und gutem Encoder) gehen nur die Bilddetails verloren, die ohnehin nicht zu wahrzunehmen sind! Eine (zu) geringe Datenrate kann sich hingegen unter anderem in folgenden grundlegenden Effekten äußern:
- Detailverlust: Durch die stärkere Quantisierung werden zuerst die Werte mit geringen Unterschieden stärker nivelliert (die hohen Frequenzen, also die hochaufgelösten Details), um die I-Frames (also der Hauptbilder - sie machen den Löwenanteil des MPEG-Datenstroms aus) stärker zu verkleinern. Je mehr Details verloren gehen, desto "matschiger" wirkt das Bild. Die Tiefenschärfe verringert sich stark, das Bild ist "oberflächlicher" und wird als weniger real empfunden.
- Quantisierungsrauschen: Je stärker die Quantisierung, umso geringer ist auch die Anzahl der Farben, auf die das Bild nivelliert wird (es werden sukzessive immer weniger Zwischenstufen). Aus feinen, vom Auge nicht unterscheidbaren Farbabstufungen werden mithin unterscheidbare Farben ("Banding").
- Feststehende Rauschmuster: Bei Kamerabewegungen kann das Quantisierungsrauschen durch die starke Nivellierung unnatürlicherweise an Ort und Stelle bleiben, während sich der Rest des Bildes bewegt.
- Ruckeln: Sich bewegende Objekte können nicht mehr fein genug aufgelöst werden. Ihre Schrittweite verringert sich, das Gehirn erkennt keine flüssige Bewegung mehr.
- Ausbleichen: Bei zu großen Amplituden wird nach weiß quantisiert ("Overload"). Bei der Darstellung erscheint das Bild dann zu hell/farblos.
- Moskitoeffekt: Je mehr hochfrequente Anteile (zum Beispiel scharfe Kanten) das Bild besitzt, desto eher produziert eine starke Nivellierung Darstellungsfehler, zumal die sich im Bild überlagernden Helligkeits- und Farbblöcke getrennt voneinander bearbeitet werden (erkennbar an Farbsäumen um scharfe Kanten, wie zum Beispiel Schriften).
- Blockstruktur: Durch die unabhängig voneinander bearbeiteten Blöcke, können auch an den Blockkanten die Übergänge der Blöcke sichtbar werden, da zum Beispiel die Nivellierung der rechten Kante eines Blockes anders aussehen kann, als die Nivellierung der linken Kante des Folgeblockes (im Bild wird dann die MPEG-Blockstruktur sichtbar). Im schlimmsten Fall ist ein kompletter Block auf nur noch eine einzige Frequenz quantisiert und stellt somit eine einfarbige Fläche dar, während der Nachbarblock ebenfalls auf eine einzige, aber andere Frequenz quantisiert wurde und in einer anderen Farbe erscheint.
- MPEG-Blöckchen: Durch überdurchschnittlich viele Bildänderungen zwischen den I-Frames kann die eigentlich relativ geringe Größe der B- & P-Frames so groß werden, daß die maximal erlaubte Datenrate überschritten wird und somit nicht mehr alle Makroblöcke innerhalb der erlaubten Bandbreite übertragen werden können. Der MPEG-Decoder hat dann nicht mehr alle notwendigen Daten - das Ergebnis wird fehlerhaft. Auf dem Bildschirm sind dafür die bekannten MPEG-Blöckchen zu sehen, da der Decoder stattdessen einfach bereits vorhandene Makroblöcke wiederholt.
Generell gilt für
alle MPEG-Daten (also egal ob Video oder Audio): Je höher die Datenrate, desto detailreicher und schärfer ist auch das Ergebnis - jedenfalls in dem Rahmen, den das Original und die jeweilige MPEG-Spezifikation vorgeben, beziehungsweise den die Qualität des Encoders zuläßt.
Info: Optimaler Abstand zum TV-Gerät
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Auf DVD adäquatem TV-Gerät (also großer, nahestehender 16:9-TV und besser) geht durch die mangelnde Schärfe/Detailfülle einer starken Komprimierung entsprechend viel vom räumlichen Eindruck eines guten Filmbildes verloren: Der Betrachter wird nicht mehr so stark in das Bild, und damit in die Handlung, "hineingezogen". Denn je höher die Schärfe, je größer die Detaildichte und je größer die Sichtfläche, desto eher läßt sich das Gehirn täuschen und "vergißt", daß das Gesehene eigentlich nur eine 2-dimensionale Fiktion ist (ein recht subtiles, gleichwohl qualitativ sehr wichtiges Qualitätsmerkmal).
Aber natürlich muß man keine Datenrate "verschwenden", wenn schon das Originalbild nicht so detailreich und hochfrequent ist, oder der Zuschauer einen herkömmlichen 4:3-TV benutzt und dabei auch noch den althergebrachten "TV-Abstand" (7-fache Höhe des Bildes) einhält - eine Sünde beim digitalen Filmgenuß, denn diese Regel stammt noch aus Zeiten schlechter, strahlender TV-Geräte und analogem, rauschendem Antennen-TV. Bei 16:9 und digitaler Quelle empfiehlt sich die 6-fache, oder gar nur 5-fache Höhe des Bildschirms als Abstand - bei einem 80er 16:9-TV also nur knapp 2 Meter! Ein weiterer Vorteil des großen Bildes: Das lange Starren auf einen kleinen Punkt schadet den Augen, da die Augenmuskulatur kaum bewegt wird. Bei einem großen Bildschirm müssen die Augen hingegen über das Bild wandern, da das Bild nicht mehr auf einen Blick erfaßt werden kann ("Kinoeffekt"). Hierbei gilt:
- 4:3-TV ist ausgelegt für einen Blickwinkel von 10 Grad (siebenfache Höhe als Entfernung)
- Kino ist ausgelegt für einen Blickwinkel von 30 Grad
- Der Blickwinkel eines 80er 16:9-TV entspricht bei
- siebenfacher Höhe als Entfernung ungefähr 14 Grad (270 cm)
- fünffacher Höhe als Entfernung ungefähr 20 Grad (194 cm - empfohlene Entfernung für DVD)
- vierfacher Höhe als Entfernung ungefähr 30 Grad (155 cm)
Gerade bei Filmaufnahmen sollte man aber Bedenken, daß gute TV-Geräte immer preiswerter werden. Und vielleicht ist man bald schon glücklicher Besitzer eines besseren TV-Gerätes - und ärgert sich dann über vermeidbare Bildfehler, die man in der Vergangenheit nur nicht gesehen hat.
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Die MPEG-2-Spezifikation sieht dabei theoretisch für ein "gutes Bild" im PAL-Standard eine Bild-Datenrate von 6 MBit/s vor ("Zieldatenrate"). Praktisch hat sich allerdings eine Bild-Datenrate von 8 MBit/s als "gut" erwiesen (also weitgehend originalgetreu). Dabei sollte aber das zu komprimierende Bild natürlich möglichst frei von Verunreinigungen sein (zum Beispiel Rauschen), da diese in der Regel hochfrequenten Bildanteile schlecht mit MPEG zu komprimieren sind und entsprechend viele Bildfehler (MPEG-Artefakte) erzeugen. Um ein Bild stärker komprimieren zu können, ohne daß Artefakte das Bild entstellen, muß man den einzelnen Effekten entgegensteuern. So kann durch Reduzierung der Auflösung die Datenmenge vorab deutlich verkleinert werden und ein Tiefpaß-Filter (Weichzeichner) kann die Bildpunkte angleichen (um hochfrequente Kanten zu entfernen) und so die Nivellierung (insbesondere an den Blockkanten) zu erleichtern. Dies sollte jedoch nur gemacht werden, wenn Bandbreite und/oder Mediumskapazität stark begrenzt sind (bei MPEG-1 und MPEG-4), nicht jedoch, wenn die Qualität im Vordergrund steht (MPEG-2). Ein etwaig vorhandenes Rauschen entfernender guter Rauschfilter (auch hier werden hochfrequente, aber eigentlich nicht zum Originalbild gehörende Anteile entfernt) ist natürlich immer sinnvoll, da bei analogen Medien, anders als bei digitalen, stets ein Grundrauschen existiert.
Eine weitere Möglichkeit, die Datenrate zu senken, ist die Verwendung möglichst vieler B- & P-Frames. Darunter leidet nicht die Darstellungsqualität, wohl aber der Hardwarepreis. MPEG ist ein stark asymetrisches Kompressionsverfahren: Die Encodierung ist
sehr, die Decodierung vergleichsweise wenig rechenintensiv. Je mehr B- &, P-Frames erzeugt werden müssen, desto mehr Rechenleistung, aber auch umso größere Pufferspeicher sind notwendig (auch beim abspielenden Endgerät, da vor Beginn der Wiedergabe stets die komplette MPEG-Bildgruppe eingelesen werden muß, nicht Frame für Frame). Zukünftig können also sowohl bessere Encoder-Hardware, als auch bessere Encoder-Software die zur Verfügung stehende Bandbreite effizienter ausnutzen, beziehungsweise originalgetreuere Kompressionen ermöglichen - und genau deswegen wurden die MPEG-Spezifikationen nicht als Encoder-Standards, sondern als Decoder-Standards festgelegt ...
Info: DivX & MPEG-4
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DivX ("Digital Video Express") hieß ein gescheitertes System US-amerikanischer Filmstudios und Videotheken, bei dem man Filme auf DVDs ausleihen konnte. Diese Leihvideos waren aber nicht kompatibel zu DVD-Videos - sie mußten in einem speziellen DivX-Player mit Telefonanschluß freigeschaltet werden. Als Scherz erhielt ein bei Video-Raubkopierern beliebter gehackter (also per se illegaler) MPEG-4-ähnlicher Codec der Firma Microsoft diesen Namen, ergänzt um einen Zwinkersmiley (den spätere, offizielle DivX-Codecs nicht mehr haben). Das bei DivX verwendete MPEG-4 ist allerdings kein "Kompressionswunder für Videokopierer". Die verschiedenen MPEG-Normen sind gedacht für verschiedene Anwendungsgebiete und Übertragungsgeschwindigkeiten, basierend auf dem hardware- und softwaretechnischem Entwicklungsstand des jeweiligen Standardisierungszeitpunkt. MPEG-4 kommt dabei die Rolle für Computeranimationen und niedrigste Übertragungsgeschwindigkeiten zu, wie sie zum Beispiel bei Videokonferenzen und im Internet benötigt werden, und ist optimiert für Datenraten von <64 KBit/s ("Low"), 64-384 KBit/s ("Intermediate") und 384 KBit/s - 4 MBit/s ("High") (zum Vergleich: MPEG-2 ist optimiert für Datenraten von 2 MBit/s - 80 MBit/s). Prinzipiell arbeitet MPEG-4 dabei genauso wie MPEG-2, inklusive der notwendigen Datenraten. Die im Vergleich zu einem ähnlich guten MPEG-2-Video geringere Datenrate eines MPEG-4-Videos erklärt sich im Wesentlichen aus den großen Fortschritten der Forschung im Bereich der automatischen Objekt- und Bewegungserkennung: In MPEG-4 wurden diese Bereiche flexibler definiert. Unter anderem sind größere Verschiebungen der Blöcke möglich, die zudem nicht mehr einem Makroblock entsprechen müssen, sondern in Form und Größe frei definierbar und sogar ausmaskierbar sind. Deswegen sind vergleichsweise mehr Bereiche in den Differenzbildern nicht mehr als Bilddaten, sondern nur mit ihrem Bewegungsvektor gespeichert (auch MPEG-2-Encoder profitieren natürlich von einer verbesserten Bewegungserkennung, aber MPEG-2 ist nicht so flexibel). Außerdem kann MPEG-4 explizit mit unterschiedlichen Ebenen arbeiten (besonders wichtig bei computergenerierten Animationen/TV-Bildern, zum Beispiel einem Nachrichtensprecher vor dem "Blue-Screen"), das heißt, es kann ganz gezielt zwischen (sich änderndem) Vordergrundelement und (sich nicht änderndem) Hintergrundelement unterschieden werden. Damit liegt dann das Größenverhältnis zwischen gleich gutem MPEG-4- und MPEG-2-Video in der Regel bei 1:2, optimalerweise sogar bei 1:4. Ein MPEG-2-Video mit 10 MBit/s kann mit MPEG-4 also ungefähr 5 MBit/s, gegebenenfalls sogar nur 2,5 MBit/s klein werden, ohne signifikant an Qualität zu verlieren (je nach Encoder und Eignung des Ausgangsmaterials: Beim "normalen Kinofilm" kommen bei weitem nicht alle Unterschiede von MPEG-4 überhaupt zum Tragen). Tests von MPEG-4 gegenüber MPEG-2 ergaben hier einen durchschnittlichen Bitratengewinn von knapp 43% - wobei (noch) gar kein DivX-Encoder alle Möglichkeiten von MPEG-4 benutzt. Um jetzt auf die bei "DivX ;-)" üblichen Niedrig-Datenraten zu kommen, wird das Ausgangsbild ganz normal für eine stärkere MPEG-Kompression vorbereitet:
- Ein vorgeschalteter Tiefpaß-Filter (Weichzeichner) ermöglicht, unter Verlust von (hochfrequenten) Details, eine stärkere MPEG-Kompression (andernfalls käme es bei den niedrigen Datenraten schnell zu Block-Artefakten).
- Durch eine vergleichsweise stärkere Quantisierung der Farbanteile erfolgt eine höhere Kompression (die dann sichtbaren Abstufungen in feinen Farbverläufen nennt man "Banding").
- In der Regel wird auch eine geringere Auflösung als die bei (PAL-)DVDs übliche verwendet (zum einen durch Verzicht auf das bessere anamorphe Bildformat für 16:9, aber auch generell geringere Auflösung als der PAL-Standard von 720 × 576 Bildpunkten).
- MPEG-4 beinhaltet auch ein "Postprocessing", also eine Bildnachbearbeitung. Das heißt, in der Regel werden die decodierten Daten nicht sofort zum Bildschirm geschickt, sondern Filter versuchen etwaige MPEG-Artefakte zu unterdrücken. Daß bei einer solchen Filterung das Bild (mangels vorhandener Ursprungsinformationen) nicht wirklich besser sondern nur für das Auge gefälliger wirkt (bei erneuten Informationsverlusten), versteht sich von selbst.
MPEG-4 ist also keineswegs eine platzsparendere Ablösung für MPEG-2, sondern in erster Linie eine andere MPEG-Variante für einen anderen Zweck. Frei definierbare Blöcke sind zum Beispiel besonders interessant für Videokonferenzen (Köpfe bewegen sich vor einem statischen Hintergrund), verschiedene Ebenen für computergenerierte Multimediaanwendungen. MPEG-2 wird auch in Zukunft dann seine Berechtigung haben, wenn es um qualitativ hoch- und höchstwertige Videos bei gleichzeitig niedrigen Hardwarepreisen geht, während MPEG-4 als "Videokopierformat" für kleinere Medien qualitativ eher unter (gutem) S-VHS, aber über S-VCD liegt (jedenfalls so, wie es üblicherweise bei Filmkopien eingesetzt wird: Je niedriger die verwendete Auflösung, beziehungsweise je niedriger die Datenrate und je stärker der vorgeschaltete Weichzeichner eingestellt sind, desto niedriger ist natürlich auch die sichtbare Auflösung). Aber weder bei MPEG-4, noch bei MPEG-2 ist das Potential zur Zeit ausgeschöpft. Wenn also jemand behauptet, er hätte einen besonders guten MPEG-4-Encoder geschrieben, der eine vielfach stärkere Kompression erreichen würde als es bei MPEG-2 möglich sei, dann ist das eher mit Vorsicht zu genießen, denn auch effizientere MPEG-2-Encoder werden geschrieben und zur Zeit liefern sich beim DVD-Forum (das firmenübergreifende Gremium für Standardisierung und Lizenzierung der DVD-Technik) die MPEG-Varianten einen kleinen "Effizienzwettbewerb" - Ausgang noch offen (siehe auch Picture's fuzzy for DVD [http://www.eet.com/story/OEG20020301S0091]).
Interessanter wird es hingegen mit dem neuesten Standard MPEG-4 Part10/AVC (Advanced Video Coding - siehe c't 6/2003). Entwickelt aus dem Kompressionsstandard H.264/AVC, verwendet er statt der DCT auf Basis von 8 × 8 Punkten eine separierbare Integertransformation auf 4 × 4 Punkten Basis. Unter anderem durch die Verwendung von Integer- statt Fließkommazahlen werden nicht nur Berechnungsungenauigkeiten vermieden, auch die Prozessoren können günstiger werden (alle Transformationen können nur mit Additionen & Shift-Operationen auf 16-Bit-Integern implementiert werden). Gleichwohl setzt dieses Kompressionsverfahren wegen der deutlich gesteigerten Komplexität sowohl beim En-, wie auch beim Decodieren (inklusive umfangreichem Pre- & Postprocessing) deutlich leistungsfähigere Hardware voraus als MPEG-4 ASP (Advancd Simple Profile), also dem, was klassischerweise unter MPEG-4 bekannt ist. Zuzüglich vieler weiterer Detailänderungen führt MPEG-4 Part10/AVC bei einem natürlichen Video dafür zu einem durchschnittlichen Bitratengewinn gegenüber MPEG-4 ASP von immerhin knapp 40% (gegenüber MPEG-2 sogar knapp 65%).
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2.3 Welche Datenrate ist sinnvoll?
Zum qualitativen Vergleich der bei verschiedenen MPEG-2-Medien verwendeten Datenraten:
- 2 MBit/s ist ungefähr vergleichbar mit VHS-Qualität, 4 MBit/s mit S-VHS-Qualität (nur Videostrom).
- Digital-TV sendet bei uns momentan mit durchschnittlich ungefähr 4 MBit/s, aus technischen Gründen bei DVB-S (Satellit) und DVB-C (Kabel) mit einer konstanten Datenrate. Bei DVB-T (terrestrischer Empfang mit Zimmerantenne) ist nur die Datenrate des Bouquets statisch (ungefähr 13 MBit/s). Innerhalb eines Bouquets kann die TV-Anstalt seinen Sendungen (üblicherweise 4, beim ZDF 3) dann eine wechselnde Datenrate je nach Bedarf zuweisen (statisches Multiplexing). Allerdings senden im wesentlichen nur die öffentlich-rechtlichen Sender mit der vollen Auflösung von 720 × 576 Bildpunkten. Die Privatsender strahlen ihr Programm größtenteils mit nur 480 × 576 Bildpunkten aus (und auch nicht für 16:9-TVs anamorph kodiert). Beispiele (ungefähr): ARD-Gruppe mit 1,8 bis 6,6 MBit/s, ZDF-Gruppe mit 3 bis 9 MBit/s, Pro7-Gruppe mit durchgehend 4 MBit/s, RTL-Gruppe mit 2,1 bis 6,2 MBit/s, Premiere Sport mit 4,8 bis 5,2 MBit/s und Premiere Cinema mit 3,1 bis 3,4 MBit/s (Quelle: video 3/2000). Die höheren Datenraten kommen in der Regel bei Spielfilmen (hohe Detailfülle) und Sportsendungen (feine Details und viele Bildänderungen) zur Anwendung, niedrige bei Nachrichtensendungen, Reportagen, Trickfilmen, ...
Allerdings variiert die Datenrate gegebenenfalls je nach Ausstrahlungsart. Laut c't 22/2004 wurden beim vom ZDF ausgestrahlten Spielfilm "Was Frauen wollen" via DVB-S & DVB-C ein Maximalwert von 6,4 und ein Durchschnittswert von 4,8 MBit/s erreicht, während bei DVB-T (terrestrischer Empfang per Zimmerantenne) der Maximalwert bei 5,3 und der Durchschnittswert bei 3,3 MBit/s lag.
- DVD-Recorder nehmen zur Zeit mit vorher festzulegenden Datenraten von 1,7 bis 10 MBit/s auf (mit unterschiedlichen Auflösungen), können aber die Datenrate meistens in geringem Maße automatisch ändern. Üblicherweise wird eine Datenrate von 5 MBit/s (2 Stunden Aufnahmedauer) verwendet, bei kürzeren Aufnahmen auf Wunsch auch 10 MBit/s (1 Stunde Aufnahmedauer).
- DVD-Kaufvideos werden durchschnittlich mit ungefähr 6 MBit/s kodiert (prinzipiell ungefähr 3,5 bis 9 MBit/s, mehrheitlich zwischen 5 und 7,5 MBit/s) mit variabler Datenrate innerhalb eines Films (je nach Notwendigkeit).
- Camcorder mit Micro-MV ("MPEG Video") arbeiten mit einer konstanten Datenrate von 12 MBit/s (1 Stunde Aufnahmedauer).
- D-VHS nimmt mit konstanten Datenraten von 14,1 MBit/s (bis 8 Stunden Aufnahmedauer), beziehungsweise im "Longplay" mit 4,7 MBit/s (bis 24 Stunden Aufnahmedauer) auf.
- Die MPEG-2-Spezifikation sieht für Videos in PAL-Norm (720 × 576 bei 25 Bildern/s, beziehungsweise 50 Halbbildern/s) Datenraten von 2-15 MBit/s vor (nur Videostrom und mit der üblichen, stärkeren Farbreduktion 4:2:0 - siehe auch RGB, YUV und 4:2:0, bei 4:2:2 mit bis zu 18 MBit/s).
- Ein unkomprimierter Videostrom in PAL-Auflösung und Farbnorm 4:4:4 benötigt eine Datenrate von theoretisch maximal runden 240 MBit/s (8 Bit/Farbe × 3 Farben/Bildpunkt × 720 Bildpunkte/Zeile × 576 Zeilen/Bild × 25 Bilder/s = 248832000 Bit/s = 243000 KBit/s = 237,30 MBit/s), praktisch aber deutlich weniger, denn egal ob digital oder analog: Auch ohne MPEG wird gespart, wo es nur geht (Studioqualität ist, mit der Farbnorm 4:2:2, im Standard CCIR 601 auf 165 MBit/s festgelegt).
Es ist aber zu beachten, daß bei analoger Aufnahme die Qualität immer gleich gut, beziehungsweise schlecht ist! Ausschlaggebend ist die maximale Frequenz, mit der das System die Signale aufzeichnen kann: Je höher die Auflösung, desto höher die benötigte Frequenz - in den AV-Testberichten sind deswegen die erreichten Frequenzen und die entstehenden Frequenzabweichungen der analogen Bauteile von großer Bedeutung (PAL-TV benötigt optimalerweise knapp 6 MHz, S-VHS zeichnet mit bis zu ungefähr 4,5 Mhz auf, VHS nur mit bis zu 3 Mhz). Die notwendige Datenrate bei MPEG-Kompression ist hingegen stark abhängig vom Zustand der Vorlage, dem Motiv und der Bewegung/Bildänderung! Je feiner die Motivstrukturen und je schneller die Bewegung/Bildänderung, desto höher die notwendige Datenrate. Qualitätsvergleiche zwischen analogen und MPEG-basierenden digitalen Aufnahmeverfahren sind also immer kritisch - es sind grundlegend andere Effekte, die sich gegebenenfalls negativ bemerkbar machen.
Die Autoren von Kauf-DVDs können aber die benötigte Datenrate nach Analyse der Filmszene und der Qualität des Ausgangsmaterials (optimalerweise das Original-Filmnegativ) frei wählen (jedenfalls bis zum vom DVD-Standard erlaubten Maximum von 9,8 MBit/s für die Bild- & Ton-Daten, beziehungsweise 11 MBit/s für alle Daten insgesamt), haben direkte Kontrolle über professionelle Bildoptimierer und MPEG-Encoder und können Verteilung und Anzahl der I-, B- und P-Frames, sowie die Quantisierungsfaktoren frei bestimmen. Die Programmtechniker des Digital-TV haben mal gutes, mal weniger gutes Sendematerial und zudem noch eine begrenzte Bandbreite (nicht notwendigerweise, aber zusätzliche Bandbreite kostet halt Geld), die zudem nicht flexibel verteilt werden kann (keine wechselnde Datenrate innerhalb der Sendung). Sie können entweder die Bildauflösung generell verringern, oder mit breiteren Balken (also zum Beispiel nicht-anamorphe Ausstrahlung) die Datenmenge reduzieren (Premiere-Techniker machen gegebenenfalls beides - und trotzdem reicht die Datenrate nicht immer, wie man an den Bildfehlern sehen kann
). Dies ist auch der Grund, warum hierzulande momentan Digital-TV durchaus nicht immer besser ist, als gut empfangenes Analog-TV.
Info: 16:9-Breitbild (anamorph)
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