Ein einminütiges Animationsvideo, das ein Beispiel für einen Medienproduktionsprozess zeigt.

Video ist ein elektronisches Medium zur Aufzeichnung, zum Kopieren, zur Wiedergabe, zur Übertragung und zur Darstellung bewegter Bilder, mit oder ohne Ton. Die Videotechnologie wurde ursprünglich für Live-Übertragungen entwickelt und später um Aufzeichnung und Speicherung in analogen Formaten wie Magnetband erweitert. Seit dem späten 20. Jahrhundert hat sich digitales Video als dominierende Form etabliert und ermöglicht effiziente Komprimierung, Speicherung, Bearbeitung und Verbreitung über Fernsehen, physische Datenträger und internetbasierte Plattformen. Fortschritte in der digitalen Bildgebung, bei Komprimierungsstandards und der Netzwerkinfrastruktur haben die Medienproduktion, Kommunikation, Unterhaltung, Bildung und Informationsverbreitung weltweit maßgeblich beeinflusst.

Videosysteme unterscheiden sich hinsichtlich Bildschirmauflösung , Seitenverhältnis , Bildwiederholfrequenz , Farbwiedergabe und anderen Eigenschaften. Analoge und digitale Videosignale können über verschiedene Medien übertragen werden, darunter Radio , Magnetband , optische Datenträger , Computerdateien und Netzwerk-Streaming .

Etymologie

Das Wort Video stammt vom lateinischen video, „ich sehe“, der ersten Person Singular Präsens Indikativ von videre , „sehen“. [ 1 ]

Geschichte

Analoges Video

NTSC- Composite-Videosignal (analog)

Video entwickelte sich aus Faksimile-Systemen, die Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt wurden. Mechanische Videoscanner, wie die Nipkow-Scheibe , wurden bereits 1884 patentiert , doch es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis praktische Videosysteme entwickelt werden konnten. Während das Medium Film mit einer Abfolge von für das bloße Auge sichtbaren Miniatur-Fotografien aufzeichnet, kodiert Video Bilder elektronisch und wandelt sie in analoge oder digitale elektronische Signale zur Übertragung und Aufzeichnung um. [ 2 ]

Video war ursprünglich eine reine Live- Technologie und wurde zunächst für mechanische Fernsehsysteme entwickelt . Diese wurden schnell durch Kathodenstrahlröhren -Fernsehsysteme (CRT) ersetzt . Live-Videokameras nutzten einen Elektronenstrahl, der eine fotoleitende Platte mit dem gewünschten Bild abtastete und ein Spannungssignal erzeugte, das proportional zur Helligkeit jedes Bildbereichs war. Das Signal konnte dann an Fernsehgeräte gesendet werden, wo ein weiterer Strahl das Bild empfing und anzeigte. [ 3 ] Charles Ginsburg leitete ein Forschungsteam von Ampex , das einen der ersten praktischen Videorekorder (VTR) entwickelte. 1951 zeichnete der erste dieser Rekorder Live-Bilder von Fernsehkameras auf , indem er das elektrische Signal der Kamera auf magnetisches Videoband schrieb . VTRs kosteten 1956 etwa 50.000 US-Dollar, und Videobänder kosteten 300 US-Dollar pro einstündiger Spule. [ 4 ] Die Preise sanken jedoch im Laufe der Jahre allmählich, und 1971 begann Sony mit dem Verkauf von Videorecordern (VCR) und Kassetten an Endverbraucher . [ 5 ]

Digitales Video

Digitales Video bietet eine höhere Qualität und ist letztendlich deutlich kostengünstiger als sein analoger Vorgänger. Nach der Markteinführung der DVD im Jahr 1997 und später der Blu-ray Disc im Jahr 2006 sanken die Verkaufszahlen von Videobändern und Aufnahmegeräten. Fortschritte in der Computertechnologie ermöglichen es selbst preiswerten PCs und Smartphones, digitales Video aufzunehmen, zu speichern, zu bearbeiten und zu übertragen. Dies senkt die Kosten der Videoproduktion weiter und ermöglicht es Programmverantwortlichen und Sendern, auf bandlose Produktion umzusteigen . Die Einführung des digitalen Rundfunks und die darauffolgende Umstellung auf digitales Fernsehen lassen analoges Video in den meisten Teilen der Welt zu einer veralteten Technologie werden . Die Entwicklung hochauflösender Videokameras mit verbessertem Dynamikumfang und breiterem Farbraum sowie die Einführung von HDR-DIDS (Digital Intermediate Data Formats) mit verbesserter Farbtiefe haben dazu geführt, dass sich die digitale Videotechnologie der Filmtechnologie annähert. Seit 2013 werden in Hollywood mehr digitale Kameras als Filmkameras eingesetzt. [ 6 ]

Eigenschaften

Bildrate

Die Bildrate – die Anzahl der Einzelbilder pro Zeiteinheit – reicht von sechs oder acht Bildern pro Sekunde ( fps ) bei älteren mechanischen Kameras bis zu 120 oder mehr bei neuen professionellen Kameras. DieStandards PAL und SECAM legen 25 fps fest, NTSC hingegen 29,97 fps. [ 7 ] Film wird mit einer langsameren Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde aufgenommen, was die Übertragung von Film auf Video etwas komplizierter macht. Die minimale Bildrate, um die Nachbildwirkung (die Illusion eines bewegten Bildes) zu erzielen, beträgt etwa 16 Bilder pro Sekunde. [ 8 ]

Interlacing- vs. Progressive-Scan-Systeme

Video kann im Zeilensprungverfahren oder im Vollbildverfahren dargestellt werden . Bei Vollbildsystemen werden in jedem Aktualisierungszyklus alle Zeilen jedes Einzelbildes nacheinander aktualisiert. Bei der Wiedergabe eines nativ im Vollbildverfahren aufgezeichneten Signals wird so die optimale räumliche Auflösung sowohl der statischen als auch der bewegten Bildteile erreicht. Das Zeilensprungverfahren wurde entwickelt, um das Flimmern in frühen mechanischen und CRT- Videobildschirmen zu reduzieren, ohne die Anzahl der vollständigen Bilder pro Sekunde zu erhöhen . Das Zeilensprungverfahren erhält die Details und benötigt im Vergleich zum Vollbildverfahren eine geringere Bandbreite . [ 9 ] [ 10 ]

Bei Zeilensprungverfahren werden die horizontalen Zeilen jedes Einzelbildes fortlaufend nummeriert und als zwei Halbbilder erfasst : ein ungerades Halbbild (oberes Halbbild) mit den ungeraden Zeilen und ein gerades Halbbild (unteres Halbbild) mit den geraden Zeilen. Analoge Anzeigegeräte geben jedes Einzelbild einzeln wieder, wodurch sich die Bildwiederholfrequenz hinsichtlich des wahrnehmbaren Flimmerns effektiv verdoppelt. Wenn das Aufnahmegerät die Halbbilder nacheinander erfasst, anstatt ein vollständiges Einzelbild nach der Aufnahme zu unterteilen, verdoppelt sich auch die Bildwiederholfrequenz für Bewegungen. Dies führt zu einer flüssigeren und realistischeren Wiedergabe schnell bewegter Bildteile auf einem Zeilensprung-CRT-Bildschirm. [ 9 ] [ 10 ]

NTSC, PAL und SECAM sind Zeilensprungverfahren. In der Notation der Videoauflösung steht „i“ für Zeilensprungverfahren. Beispielsweise wird das PAL-Videoformat oft als 576i50 beschrieben , wobei 576 die Gesamtzahl der horizontalen Zeilen angibt, i für Zeilensprungverfahren steht und 50 50 Halbbilder pro Sekunde bedeutet. [ 10 ] [ 11 ]

Bei der Wiedergabe eines nativen Zeilensprungsignals auf einem Gerät mit progressiver Abtastung wird die räumliche Auflösung durch einfache Zeilenverdopplung beeinträchtigt. Es treten Artefakte wie Flimmern oder Kammeffekte in bewegten Bildbereichen auf, sofern diese nicht durch spezielle Signalverarbeitung eliminiert werden. [ 9 ] [ 12 ] Ein als Deinterlacing bekanntes Verfahren kann die Darstellung eines Zeilensprung-Videosignals von einer analogen, DVD- oder Satellitenquelle auf einem Gerät mit progressiver Abtastung wie einem LCD-Fernseher , einem digitalen Videoprojektor oder einem Plasma-Bildschirm optimieren. Deinterlacing kann jedoch keine Videoqualität erzeugen , die der von echtem progressivem Quellmaterial entspricht. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Seitenverhältnis

Vergleich der gängigen Bildformate im Kino und im traditionellen Fernsehen (grün)

Im Videobereich bezeichnet das Seitenverhältnis das proportionale Verhältnis zwischen Breite und Höhe des Bildschirms und der Bildelemente. Alle gängigen Videoformate sind im Querformat. Ein herkömmlicher Fernsehbildschirm hat ein Seitenverhältnis von 4:3, was etwa 1,33:1 entspricht. Hochauflösende Fernsehgeräte haben ein Seitenverhältnis von 16:9, was etwa 1,78:1 entspricht. Das Seitenverhältnis eines vollständigen 35-mm-Filmbildes inklusive Tonspur (das sogenannte „ Academy-Format “) beträgt 1,375:1. [ 13 ] [ 14 ]

Die Pixel auf Computermonitoren sind üblicherweise quadratisch, doch die in digitalen Videos verwendeten Pixel weisen oft nicht-quadratische Seitenverhältnisse auf, wie sie beispielsweise in den PAL- und NTSC-Varianten des digitalen Videostandards CCIR 601 und den entsprechenden anamorphen Breitbildformaten verwendet werden. Das 720 × 480 Pixel große Raster verwendet schmale Pixel auf einem 4:3-Bildschirm und breite Pixel auf einem 16:9-Bildschirm. [ 13 ] [ 14 ]

Die Popularität von Videos auf Mobiltelefonen hat zu einem Anstieg von vertikalen Videos geführt . Mary Meeker , Partnerin der Silicon-Valley-Venture-Capital-Firma Kleiner Perkins Caufield & Byers , hob das Wachstum der Nutzung vertikaler Videos in ihrem Internet-Trendbericht 2015 hervor und stellte fest, dass deren Anteil an den Videoaufrufen von 5 % im Jahr 2010 auf 29 % im Jahr 2015 gestiegen war. Vertikale Videoanzeigen werden neunmal häufiger vollständig angesehen als solche im Querformat. [ 15 ]

Farbmodell und Tiefe

Beispiel einer UV-Farbebene, Y-Wert = 0,5

Das Farbmodell nutzt die Videofarbdarstellung und ordnet kodierte Farbwerte den vom System wiedergegebenen sichtbaren Farben zu. Es gibt mehrere gängige Darstellungen: Typischerweise wird YIQ im NTSC-Fernsehen, YUV im PAL-Fernsehen, YDbDr im SECAM-Fernsehen und YCbCr im digitalen Video verwendet. [ 16 ] [ 17 ]

Die Anzahl der von einem Pixel darstellbaren Farben hängt von der Farbtiefe ab , die in Bit pro Pixel angegeben wird. Eine gängige Methode zur Reduzierung des Datenbedarfs in digitalen Videos ist das Chroma-Subsampling (z. B. 4:4:4, 4:2:2 usw.). Da das menschliche Auge weniger empfindlich für Farbdetails als für Helligkeitsinformationen ist, bleiben die Luminanzdaten aller Pixel erhalten, während die Chrominanzdaten für eine bestimmte Anzahl von Pixeln in einem Block gemittelt und für alle Pixel derselbe Wert verwendet wird. Dies führt beispielsweise zu einer Reduzierung der Chrominanzdaten um 50 % bei Verwendung von 2-Pixel-Blöcken (4:2:2) bzw. um 75 % bei Verwendung von 4-Pixel-Blöcken (4:2:0). Dieses Verfahren reduziert nicht die Anzahl der darstellbaren Farbwerte, sondern die Anzahl der Punkte, an denen sich die Farbe ändert. [ 11 ] [ 16 ] [ 17 ]

Qualität

Die Videoqualität lässt sich anhand formaler Metriken wie dem Signal-Rausch-Verhältnis (PSNR) oder durch subjektive Beurteilung mittels Experten messen. Viele dieser Methoden sind in der ITU-T- Empfehlung BT.500 beschrieben . Eine der standardisierten Methoden ist die Double Stimulus Impairment Scale (DSIS). Bei der DSIS sieht jeder Experte zunächst ein einwandfreies Referenzvideo und anschließend eine beeinträchtigte Version desselben Videos. Der Experte bewertet das beeinträchtigte Video dann auf einer Skala von „Beeinträchtigungen sind nicht wahrnehmbar“ bis „Beeinträchtigungen sind sehr störend“.

Komprimierung (nur digital)

Unkomprimiertes Video liefert maximale Qualität, allerdings bei sehr hoher Datenrate . Zur Komprimierung von Videostreams werden verschiedene Methoden eingesetzt, wobei die effektivsten die Verwendung von Bildgruppen (GOP) zur Reduzierung räumlicher und zeitlicher Redundanz nutzen . Vereinfacht gesagt, wird räumliche Redundanz reduziert, indem Unterschiede zwischen Teilen eines Einzelbildes erfasst werden; dieser Vorgang wird als Intraframe -Kompression bezeichnet und ist eng mit der Bildkompression verwandt . Ebenso kann zeitliche Redundanz reduziert werden, indem Unterschiede zwischen Einzelbildern erfasst werden; dieser Vorgang wird als Interframe- Kompression bezeichnet und umfasst Bewegungskompensation und andere Techniken. Die gängigsten modernen Kompressionsstandards sind MPEG-2 , das für DVD , Blu-ray und Satellitenfernsehen verwendet wird , und MPEG-4 , das für AVCHD , Mobiltelefone (3GP) und das Internet eingesetzt wird. [ 18 ] [ 19 ]

Stereoskopie

Stereoskopisches Video für 3D-Filme und andere Anwendungen kann mit verschiedenen Methoden dargestellt werden: [ 20 ] [ 21 ]

  • Zwei Kanäle: ein rechter Kanal für das rechte Auge und ein linker Kanal für das linke Auge. Beide Kanäle können gleichzeitig betrachtet werden, indem man lichtpolarisierende Filter verwendet , die um 90 Grad versetzt an zwei Videoprojektoren angebracht sind. Die separat polarisierten Kanäle werden mit Brillen mit passenden Polarisationsfiltern betrachtet.
  • Anaglyphen-3D , bei dem ein Kanal mit zwei farbcodierten Ebenen überlagert wird. Diese Technik mit linker und rechter Ebene wird gelegentlich für Fernsehübertragungen oder neuere Anaglyphen-Veröffentlichungen von 3D-Filmen auf DVD verwendet. Einfache rot-cyanfarbene Kunststoffbrillen ermöglichen die getrennte Betrachtung der Bilder und erzeugen so ein stereoskopisches Bild des Inhalts.
  • Ein Kanal mit abwechselnd linken und rechten Bildern für das jeweilige Auge, wobei eine LCD-Shutterbrille synchron zum Video das Bild für jedes Auge abwechselnd ausblendet, sodass das entsprechende Auge das korrekte Bild sieht. Diese Methode ist in computergestützten Virtual-Reality- Anwendungen, wie beispielsweise in automatischen virtuellen Umgebungen (CAVE) , weit verbreitet, reduziert jedoch die effektive Bildrate um die Hälfte.

Formate

Die verschiedenen Ebenen der Videoübertragung und -speicherung bieten jeweils ihre eigene Auswahl an Formaten.

Für die Übertragung gibt es einen physischen Anschluss und ein Signalprotokoll (siehe Liste der Videoanschlüsse ). Eine bestimmte physische Verbindung kann bestimmte Anzeigestandards übertragen , die eine bestimmte Bildwiederholfrequenz, Bildschirmauflösung und einen bestimmten Farbraum festlegen .

Es gibt viele analoge und digitale Aufzeichnungsformate , und digitale Videoclips können auch als Dateien in einem Computerdateisystem gespeichert werden , die jeweils eigene Formate besitzen. Zusätzlich zum physikalischen Format des Datenspeichergeräts oder Übertragungsmediums muss der gesendete Datenstrom aus Einsen und Nullen einem bestimmten digitalen Videocodierungsformat entsprechen , für das eine Codierungsnummer verfügbar ist.

Analoges Video

Analoges Video ist ein Videosignal, das aus einem oder mehreren analogen Signalen besteht . Analoge Farbvideosignale umfassen Luminanz (Y) und Chrominanz (C). Werden diese zu einem Kanal kombiniert, wie beispielsweise bei NTSC , PAL und SECAM , spricht man von Composite-Video . Analoges Video kann aber auch in separaten Kanälen übertragen werden, wie etwa bei den Zweikanal- S-Video- (YC) und Mehrkanal- Komponentenvideoformaten .

Analoges Video wird sowohl in der Unterhaltungselektronik als auch in der professionellen Fernsehproduktion eingesetzt .

    Digitales Video

    Es wurden digitale Videosignalformate übernommen, darunter Serial Digital Interface (SDI), Digital Visual Interface (DVI), High-Definition Multimedia Interface (HDMI) und DisplayPort Interface.

    Transportmedium

    Video kann auf verschiedene Weise übertragen werden, beispielsweise drahtlos über terrestrisches Fernsehen als analoges oder digitales Signal oder über Koaxialkabel in geschlossenen Systemen als analoges Signal. Broadcast- oder Studiokameras verwenden ein oder zwei Koaxialkabelsysteme mit serieller digitaler Schnittstelle (SDI). Informationen zu den physikalischen Anschlüssen und den zugehörigen Signalstandards finden Sie in der Liste der Videoanschlüsse .

    Video kann über Netzwerke und andere gemeinsam genutzte digitale Kommunikationsverbindungen übertragen werden, beispielsweise unter Verwendung von MPEG Transport Stream , SMPTE 2022 und SMPTE 2110 .

    Anzeigestandards

    Digitales Fernsehen

    Digitale Fernsehsendungen nutzen MPEG-2 und andere Videocodierungsformate und umfassen:

    Analoges Fernsehen

    Zu den Standards für analoge Fernsehübertragungen gehören:

    Ein analoges Videoformat enthält mehr Informationen als den sichtbaren Bildinhalt. Vor und nach dem Bild befinden sich Zeilen und Pixel mit Metadaten und Synchronisationsinformationen. Dieser umgebende Rand wird als Austastintervall oder Austastbereich bezeichnet ; die horizontale und vertikale Vorder- und Hinterkante des Austastintervalls bilden dessen Bestandteile.

    Computeranzeigen

    Computerbildschirmstandards legen eine Kombination aus Seitenverhältnis, Bildschirmgröße, Bildschirmauflösung, Farbtiefe und Bildwiederholfrequenz fest. Eine Liste gängiger Auflösungen ist verfügbar.

    Aufnahme

    Ein VHS- Videokassettenband

    Das frühe Fernsehen war fast ausschließlich ein Live-Medium; einige Sendungen wurden mit Kineskop zu historischen Zwecken aufgezeichnet . Der analoge Videorekorder kam 1951 auf den Markt. Die folgende Liste ist grob chronologisch geordnet. Alle aufgeführten Formate wurden an Rundfunkanstalten, Videoproduzenten oder Endverbraucher verkauft und von diesen genutzt oder waren historisch bedeutsam. [ 22 ] [ 23 ]

    Digitale Videorekorder boten im Vergleich zu analogen Rekordern eine verbesserte Qualität. [ 23 ] [ 25 ]

    Optische Speichermedien boten insbesondere in Verbraucheranwendungen eine Alternative zu den sperrigen Bandformaten. [ 22 ] [ 26 ]

    Digitale Codierungsformate

    Ein Videocodec ist eine Software oder Hardware , die digitales Video komprimiert und dekomprimiert . Im Kontext der Videokomprimierung ist Codec ein Kofferwort aus Encoder und Decoder . Ein Gerät, das nur komprimiert, wird typischerweise als Encoder bezeichnet , ein solches, das nur dekomprimiert, als Decoder . Das komprimierte Datenformat entspricht üblicherweise einem Standard- Videocodierungsformat . Die Komprimierung ist in der Regel verlustbehaftet , d. h. dem komprimierten Video fehlen einige Informationen des Originalvideos. Daraus folgt, dass dekomprimiertes Video eine geringere Qualität aufweist als das ursprüngliche, unkomprimierte Video, da nicht genügend Informationen vorhanden sind, um das Originalvideo präzise zu rekonstruieren. [ 27 ]

    Siehe auch

    Allgemein
    Videoformat
    Videonutzung
    Bildschirmaufzeichnungssoftware

    Referenzen

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