Bewegtbild Grundlagen

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1 Seite Historisch bedingt haben sich die heutigen ideoformate aus der Fernsehtechnik entwickelt. m einige Phänomene beim Filmschnitt zu verstehen bietet es sich deshalb an hier mal einen Blick in die ergangenheit zu werfen.. Fernsehformate PAL und NTSC Im früheren für T-Produktion gängigen ideoschnittformat SD (=Standard Definition) gibt es zwei unterschiedliche Standardeinstellungen für den Deutschen und den amerikanischen Raum. Aufgrund der Frequenz der Netzspannung von 50 Hz im hierzulande und 60 Hz im amerikanischen Raum wurden dies auch für die Bildfrequenz des Fernsehers mit der klassischen Bildröhre übernommen. PAL und NTSC PAL (Phase Alternation Line):= europäisches Bildformat, Bildfrequenz von 50 HZ => es werden 50 Halbbilder/ Sekunde gesendet Für euch gilt PAL!! NTSC (National Television Standards Committee):= S Bildformat, Bildfrequenz 60 Hz => es werden 60 Halbbilder/ Sekunde gesendet Beide Formate mit einander zu kombinieren oder im Nachhinein umzuwandeln bringt selbstverständlich Probleme mit sich. Deshalb achtet schon bei der Aufnahme, dem Digitalisieren und dem Anlegen des Projektes auf die richtigen Einstellungen. 2. Was sind Halbbilder? Bei einem herkömmlichen Fernseher baut sich das Bild aus technischen Gründen von unten nach oben auf. Dabei entsteht für das mensch- Oberes Halbbild nteres Halbbild ollbild liche Auge der Eindruck eines Flackerns oder Ruckelns beim Austausch der Bilder. Ein Bild besteht aus vielen einzelnen Zeilen. Wenn sich nun zuerst die ungeraden und anschließend die geraden aufbauen, lässt sich das Flackern mildern. Diesen zeilenweisen Aufbau des Bildes nennt man Halbbilder. Die Halbbildreihenfolge bestimmt ob zuerst die geraden oder die ungeraden Zeilen gesendet werden. Wird ein Clip mit Halbbildern bearbeitet, hat er eine Frequenz von 50 Bilder (=Frames) pro Sekunde. Formate, wie HD benutzen statt der Halbbildaufteilung erfahren wie den Progressive Scan um das Flackern zu vermeiden. Hier wird das Bild als Ganzes aufgebaut und als sog. ollbild ausgegeben. Halbbilder sind weniger rechenintensiv zu verarbeiten als ollbilder, können allerdings bei der Wiedergabe auf Computermonitoren können Halbbilder unschöne Treppenstufeneffekt gerade bei schnellen Bewegungen hervorrufen. Eine mwandlung von Halbbildern auf ollbilder ist beim Rendern meist problemfrei möglich (man achte auf die richtige Reihenfolge der Halbbild!) während der umgekehrte Weg nur schwer zu realisieren ist. Deshalb macht es häufig Sinn einen Film in Halbbildern aufzunehmen und zu bearbeiten und ihn erst beim finalen Rendern in ollbildern umzuwandeln. In den ideoplayern auf dem PC gibt es zudem die Möglichkeit die Wiedergabe als oll- bilder beim Abspielen des ideos einzustellen. Zu finden unter Ansicht -> Deinterlacing. Halbbilder - das Wichtigste DD + Fernsehen : benötigen Halbbilder HD, PC : arbeitet mit ollbildern (Halbbilder jedoch möglich, erzeugen aber sichtbare Streifen während der Wiedergabe, wenn es im Player nicht Deinterlacing eingestellt wurde) Halbbilddominanz: Analoge Medien (z.b. HS): oberes Halbbild zuerst Digitale Medien (z.b. DD): unteres Halbbild zuerst Interlacing: mwandlung ollbildern -> Halbbilder Deinterlacing : Halbbildern ->ollbilder i = interlaced 25 Frames pro Sekunde aber 50 Bilder pro Sekunde Es wird pro Bild nur die Hälfte der Zeilen angezeigt; die Halbbildreihenfolge ist wichtig! p= progressiv 25 Frames pro Sekunde = 25 Bilder pro Sekunde Keine Halbbilder, keine Halbbildreihenfolge BASIEBEN Tutorials

2 3. Seitenverhältnisse In Film- und ideoproduktionen gibt es verschiedene einheitliche Seitenverhältnisse, die für T, DD, Kino oder PC gelten. Sie entstanden durch die analoge Aufnahmetechnik auf Filmmaterial und haben auch bei digitalen Aufnahmeverfahren immer noch Relevanz. Diese Standards werden durch neue Aufnahmeverfahren, den Einsatz von Spiegelreflexkameras zur ideoaufnahme und die Produktion fürs Internet allerdings immer wieder erweitert. Hier die Gängigen: Seitenverhältnis Aufnahmetechnik 4:3 SD, Academy, ollbild 35mm 6:9 SD anamorphotisch, HDT, HD :2,35 Cinemascope mit Lichtton 4:3 6:9 :2,35 4. Pixel-Seiten-erhältnis Der Pixel eines Computermonitoren ist quadratisch und verfügt über die gleiche Höhe wie Breite. Bei anderen Medien können Pixel ganz anders interpretiert werden. Die sogenannte PAR (=Pixel Aspect Ratio) gibt Auskunft über dieses erhältnis von Höhe zu Breite eines Pixels. Das PAL Format kann z. B. verschiedene Seitenverhältnisse abhängig vom PAR-Wert aufweisen. Die Gesamtanzahl der Pixel bleibt dabei gleich. Achtung: Da Computermonitore quadratische Pixel besitzen, werden ideodaten, die im Seitenverhältnis 6:9 mit einem PAR von,42 (z.b. für eine DD) exportiert wurden, im Format 4:3 (gestaucht) dargestellt. Keine Sorge, auf DD gebrannt, ist die Darstellung korrekt. Kann aber auch vorher im jeweiligen Player angepasst werden.,07,42 PAR b = h b= h= Seite 2 PAR,42 b h b=,07 h= PAR,42 b h b=,42 h= :2,55 Cinemascope mit Magnetton Auflösung Seitenverhältnis PAR Cinemascope Auf normalem 35 mm Film wird mit Hilfe eines Anamorphoten (Objektivtyp mit mind. zylindrischen Linse) das Bild während der Aufnahme gestaucht (um Bildinformationen zu komprimieren). Anschließend wird es durch die Wiedergabe mit einem Projektor, der ebenfalls über dieses Linsensystem verfügt, wieder entzerrt. Da die Tonspuren bei dieser Aufnahmetechnik im Lichttonverfahren, fotografisch auf demselben Film gespeichert werden wie das Bild, steht für dieses nicht die volle Fläche des Filmstreifens zu erfügung. Deshalb wird es gestaucht und während des Abspielens wieder entzerrt. Durch das anamorphotische Prinzip der Aufnahme entsteht dennoch ein Bild mit dem Seitenverhältnis von :2,35 (bei magnetischen Tonaufnahmen sogar von :2,55) :2,55 Projektion Aufnahme 720x576 4:3 PAR 720x576 4:3 PAR,07 720x576 6:9 PAR,42 4. Beipiele der gängigsten Formate D (Digital ideo) D 720 x 576 4:3 PAR,07 D6:9 720 x 576 6:9 PAR,42 HD (High Definition ideo) HD 280 x 720p 6:9 PAR HD2 440 x 080i 6:9 PAR,333 Full HD 920 x 080p 6:9 PAR ergleich der Formate bei PAR BASIEBEN Tutorials

3 5. Chroma Sampling Im digitalen Bewegtbild werden Farben anders erzeugt als bei der additiven Farbmischung des RGB-Farbraums. Die RGB- Farbmischung könnte zwar alle benötigten Farbwerte aus den drei Farben Rot, Grün und Blau erzeugen, wäre bei 25 Bilder pro Sekunde allerdings viel zu speicherintensiv. Statt alle Farben in jedem Bild neu zu erzeugen, macht man sich die Eigenschaft des Auges zu nutze, dass es auf Farbveränderungen nicht so stark reagiert wie auf Helligkeitsunterschiede. Beim sogenannten Farbsampling (= Chroma Sampling) werden bestimmte Farbinformationen nicht in jedem Bild hinterlegt um so die Datenmenge gering zu halten. -Farbgebung Die Helligkeitsinformation (=Luminanz) wird aus diesem Grund in jedem Bild gespeichert, die Farbinformation (= Chrominanz), wird je nach Samplingart z.b. nur in jedem zweiten angegeben, um den Film zu komprimieren. Durch dieses Weglassen von Farbinformation, was vom menschlichen Auge nicht RGB-Farbgebung wahrgenommen wird, spart man Speicherplatz ohne sichtbaren Qualitätsverlust. Statt drei Farbwerten, wie bei RGB, setzen sich die Chrominanzwerte aus den zwei Einheiten des -Farbraum zusammen. Diese werden mithilfe einer 2-Achsen-Skala definiert (s. Bild). erwendung und Herkunft Anwendung findet das Chroma Sampling im Farbfernsehen, der ideotechnik und der Bildkomprimierung im jpg-format. Die Entstehung der Technik hängt mit der Einführung des Farbfernsehens zusammen. m das gesendete Filmmaterial auch für den schwarz-weiß-fernseher kompatibel zu halten, wurde ein separaten Luminanzkanal benötigt. 4:4:4-Sampling 4:2:2-Sampling Farbsampling - Hinweise Seite 3 Luminanz (Helligkeitsinformation) Chrominanz (Farbinformation) Die Sony PMW-EX macht ein (4:2:0) Farbsampling. Luminanz Chrominanz Chrominanz 2 4:4:4 Jedes Pixel beinhaltet Luminanz und beide Chrominanzwerte, bzw. 3 Chrominanzwerte (olle Qualität wie im RGB Farbraum, erwendung bei Bildbearbeitung) 4:2:2 Jedes Pixel beinhaltet Luminanz, jedes zweite Pixel beinhaltet beide Chrominanzinformationen (rsprünglich NTSC Farbfernsehstandard, PAL Fernsehen und digitale ideosignale) 4:: Jedes Pixel beinhaltet Luminanz, jedes vierte Pixel hat beide Chrominanzwerte (NTSC D) -- Farbskala -Farbgebung 4::-Sampling 4:2:0-Sampling (D-PAL) 4:2:0 Jedes Pixel beinhaltet Luminanz, jedes zweite Pixel, jeder zweiten Zeile hat beide Chrominanzwerte ( jpg- Standard, bei ideo: mpeg und D PAL) BASIEBEN Tutorials

4 Seite 4 orsicht hier wird s unübersichtlich! Die Fülle der Hersteller und Anwendungsbereiche hat eine unüberschaubare Menge von unterschiedlichen Containerformaten und Codecs hervorgebracht. Dabei kann nicht jeder Container jeden Codec einbetten. m euch einen kleinen Überblick der gängigsten zu gewähren, haben wir euch diese Liste zusammengetragen. Was ist ein Codec? Codecs sind kurz gesagt Kompressoren, die dafür sorgen, dass die Speichergröße einer Datei verringert wird. Manche tun dies ohne sichtbare Qualitätseinbußen, andere sind verlustbehaftet. Entscheidend bei der Wahl des Codecs ist immer der erwendungszweck des ideos und demnach die Ansprüche an seine Speichergröße. Jeder Codec arbeitet ein bisschen anders. Für DDs gelten hier andere Standards als für Web oder Handyfilme. Was ist ein Container? Im ideobereich sind Container (auch Encapsulation genannt) Sammelbehälter für verschiedene Arten von Dateien. Diese können z. B. Audio-, ideooder Metadateien sein. Ein Container kann aber auch mehrere Audiodateien (z.b. für verschiedene Sprachen), ntertitel, oder DD-Menüs enthalten. Zum getrennte Codierung von Audio- und ideodateien werden sog. Demultiplexer angewendet. Diese werden im Player beim Abspielen im Multiplexing wieder synchron zusammengeführt. Beispiele für Containerformate sind z. B..mov oder.avi. Diese sagen allerdings noch nichts über die Codierung ihrer Inhalte aus! So kann ein.mov z.b. mit mp3 codierten Audio geschrieben werden aber auch mit AAC. Screenshot aus dem Rendermenü von After Effects Die wichtigsten Codecs Keine Komprimierung verlustfreier Codec Große Datenmenge / optimale Qualität Geeignet um ollfarbe einen indizierten Farbraum umzuwandeln (Farbraum mit begrenzter Anzahl von Farben, s. Photoshop) oder mit dem Material in einem anderen Programm (z.b. After Effects) weiterzuarbeiten Nicht geeignet als Finaler Codec (zu groß, unpraktisch) mpeg - Codecs (Motion Picture Expert Group) Diese Codecs werden von der Motion Picture Expert Group entwickelt, die sich zum Ziel gesetzt hat einheitliche Standards für Container und Codecs im ideo- und Audiobereich zu entwickeln, die eine effiziente Komprimierung ermöglichen. Dabei werden nicht nur einzelnen Bilder sondern auch die eränderungen der aufeinander folgenden Bilder analysiert und entsprechend zusammengefasst. Die Bezeichnung Mpeg kann sowohl für Container als auch für Codecs verwendet werden. Hier also nicht irritieren lassen, wenn die Endung gleich dem Codec ist. Neben den drei hier aufgeführten, die speziell für ideo, DD und Film -CDs gedacht sind, gibt es noch eine Reihe weiterer für Streaming oder ideokonferenzen optimierte Codecs. mpeg Wurde laut Wikipedia 993 entwickelt um Filme auf einer Audio CD (700MB) in Echtzeit abspielen zu können. Dementsprechend bescheiden ist auch die Qualität der damit zusammenhängenden Codecs. Sein großer orteil ist die Kompatibilität. Er kann sowohl von DD-Playern als auch Mac und PC Systemen gelesen werden. Maximale Bildgröße: 768 x 576 Pixel Qualität: etwa mit HS vergleichbar mpeg2 Qualität: Broadcast, für DDs optimiert (Einstellung mpeg2 für DD ergibt den Container.m2v) Das mpeg2 Codec-erfahren basiert auf sog. GOPs (Groups of Pictures)Ein Film wird dabei in Bildgruppen zerteilt. Es gibt I-frames die am Anfang so einer Gruppe stehen und als einzelnen Bilder komprimiert werden. Sie sind die Referenzbilder für die nachfolgenden. Weiter geht es mit den P-Frames, in denen nur die BASIEBEN Tutorials

5 Abweichungen zum I-Frame gespeichert werden, wie in einer Maske. Gestikuliert der Held wild vor dem, sonst gleich bleibenden Hintergrund, wird nur der sich verändernde Ausschnitt des Bildes gespeichert und über den Hintergrund des I-frames gelegt. Die Information des Hintergrundes muss also nur einmal gespeichert werden und die P-frames beziehen sich dann darauf. Geht der I-frame allerdings (z.b. beim Schnitt) verloren, ist die ganze GOP unbrauchbar. mpeg-4 Mpeg-4 stellt den ersuch dar, einen standardisierten Codec für Handy, ideo, DD zu erschaffen Er wurde ursprünglich auf den schnellen Austausch über das Internet angelegt. Er ist eine Weiterentwicklung des mpeg und mpeg2 Codecs. iele weiter Codecs basieren auf Mpeg-4, wie z.b. DivX. Quicktime basierend, schmale Bandbreite Audio: Advance Audio Codec (AAC) mjpeg (Motion Joint Photographic Expert Group) Dieser Codec basiert auf einem anderen erfahren als mpeg, da die Komprimierung nur auf Einzelbilder angewendet werden. Wurde zum Digitalisieren von Analogfilmen entwickelt. Fotojpg Dieser Codec ist identisch mit M-jpg allerdings optimiert für Halbbilder. Qualität: gute Komprimierung, wenig erlust; Bei mehrmaligem Abspeichern Qualitätseinbußen wie bei jpg Nicht als Endformat für DD/CD geeignet Cinepak Optimiert auf Quicktime Geringe Rechenanforderungen an Prozessor Component ideo Codec (-codec) Für Quicktime 6. optimiert zur Archivierung. Seitenverhältnis 2: Kann den Rechner beim Capturen lahmlegen. Animation Codec für Quicktime, 2-D Animation und CG- ideos (für synthetisch generierte Bilder, kein Realfilm) Qualität: verlustfrei, aber kleiner Dateigröße als unkomprimiert Graphics Qualität: wie ein animiertes gif Kleine Bildgröße: Reduktion von 6 bzw. 24 Bit zu 8 Bit Nicht kompatibel mit ideo -> zu langsam ideo (Quicktime) Einer der ersten ideocodecs Ausgelegt für rechenschwache CPs; nicht vergleichbar mit neueren Codecs (veraltet) Sorenson Nur als Demo in Premiere und AE vorinstalliert -> keine Einstellmöglichkeiten Erst in ollversion richtig mächtig Für Web und DD/CD-Rom entwickelt Höhere Qualität bei kleinerer Datenrate nterstützt ariable Datenrate H26 Codec für Internetvideokonferenzen H263 Für kleine Datenraten und wenig Bewegung Entwickelt für Streamingoptionen (Internet) Festgelegte Framegröße 76px x 44px Di-X rsprünglich ein gehackter Mpeg Codec Der die Ausgabe als Avi (kein Quicktime-Mov) ermöglicht Höhere Bitrate als mpeg Mittlerweile ersion Divx 4/5 -> kostenlos zu installieren Kompatibel mit mpeg 4 Xvid Basiert auf dem offenem Quellcode von Dix (also mpeg) H264 on den ereinten Nationen (internationale Fernmeldeunion) herausgegeben Basierend auf mpeg Normierung auf ljpg Für mobile Anwendungen aber auch T Für HD-Auflösungen gedacht Bessere Qualität als mpeg bei kleinerer Bildgröße Höherer Rechenaufwand bei de- und Codieren (leistungsstärkere CPS) Kompatibel mit allen Containerformaten Auch Quicktime mov (vorher ) seit Quicktimeplayer.7 X264 Basiert auf H264, opensource ariante Rechenintensiv (Multicore notwendig) Nicht mit jedem Player kompatibel Sehr effizient Ermöglicht Einzelbildsequenzen in BMP, jpg, tiff, psd, Prtl (Premiere Titel. Format) Containern diverser Codecs von Camcorderherstellern WM (Windows Media ideo) erlustbehaftetes Komprimierungsverfahren An Windows gebunden (nicht standardmäßig Seite 5 BASIEBEN Tutorials

6 Seite 6 Renderdialog aus After Effects mit dem Quicktime abspielbar) HD-Codecs HD HDCAM on Sony DC PRO on Panasonic Renderdialog aus Premiere Audio codecs mp3 (mpeg Layer 3) erlustbehaftete Komprimierung aufgrund psychoakustischer Wahrnehmung (om Ohr nicht wahrnehmbare Frequenzen werden eliminiert) mpk Weiterentwicklung von mp3 LAME (Ain t an MP3-Encoder) Quelloffene mp3 version WMA (Windows Media Audio) on Microsoft FLAC (Free Loss Audio Codec) erlustfrei, hohe Qualität für CD-Rohdaten AAC (Advance Audio Codec ((mpeg4 Part3)) Besser als Mp3, Multichannel optimiert, Weiterentwicklung der.mp3 Die gängisten Container.3gp Containerformat für Handyanwendungen.flv Für Flashbasiertes Webstreaming.mov Container speziell für Apple Quicktime.mkv/.mka Open Source, Für fast alle Formate und Codecs, Container für H246/mpeg.asf An Microsoft gebundenes Format für Streaming.wmv/.wma An Microsoft gebundene Formate für ideo und Audio.avi Audio ideo Interleave, technisch begrenzt, aber immer noch weit verbreitet.vob Container für DD ideo, meist mit Mpeg oder 2 komprimiert.evo Enhanced.vob,.vob-Format für Blu-Ray.dv Für Schnittsysteme BASIEBEN Tutorials

7 Seite 7 Einzelbildsequenzen Filme können auch in Sequenzen gerendert werden, die auf Einzelbildern basieren. Diese sind meist speicherintensiv und werden nicht von allen Playern unterstützt. Zum Weiterarbeiten in einem anderen Programm sind sie gegebenenfalls sehr nützlich. So gibt es tiff-, jpg, psd-, png- und bmp- Sequenzen. Bit- und Datenrate Die Datenrate bestimmt die Qualität und Farbtiefe eines Films. Je höher sie ist, desto besser ist die Qualität, allerdings wird dadurch auch die Dateigröße des Films höher. Hat man nur begrenzten Platz (CD oder DD) zu erfügung muss man dementsprechend mit der Datenrate runtergehen und Qualitätsverluste in Kauf nehmen. Es gibt zwei Möglichkeiten, wie die Bitraten beim Rendern eines Films codiert werden: Die konstante Bitrate (CBR), die durchweg gleichbleibende Qualität bietet und die variable Bitrate (BR), die sich an den Bildinhalten zum jeweiligen Zeitpunkt orientiert. Findet viel eränderung in kurzer Zeit statt kann sie höher ausfallen als bei fast statischen Bildern mit wenig eränderung. Konstante Bitrate Nachteil der CBR liegt darin, dass sie entsprechend hoch gewählt werden muss um schnelle Sequenzen in guter Qualität darzustellen, allerdings im Rest des Films den gleichen Wert hat und demnach die Rechenleistung und Speichergröße unnötig hochhält. BR = variable Bitrate CBR= konstante Bitrate -Pass: ein Suchdurchlauf 2-Pass: erst Analyse, dann Anwendung ariable Bitrate Bei der BR kann eine maximale, eine minimale und eine Zielbitrate angegeben werden. Je nach Inhalt orientiert sich die verwendetet Bitrate an den drei Werten. Hier muss man etwas aufpassen, denn je mehr Bit beim Maximalwert eingestellt wird desto weniger Bit bleiben für den Rest übrig. Die Spannweite zwischen guter Qualität und der schlechten Qualität in ruhigen Szenen ist dann sehr groß, da sich insgesamt an dem Zielwert orientiert wird. Dieser stellt den Mittelwert hoher und niedriger Bitrate im Film dar. -Pass / 2-Pass - Pass: Entspricht einem Suchdurchlauf, in dem direkt komprimiert wird 2- Pass: Entspricht zwei Suchläufen. Den ersten Suchdurchlauf, bei dem erst der Gesamtfilm analysiert wird (Wie viel Bewegung, Wann, Wo gibt es Standbilder, etc.) Erst beim zweiten Durchlauf wird dann komprimiert. orteil: Es wird nicht linear nacheinander komprimiert, sondern der Film auch in seiner Gesamtheit analysiert und die Komprimierung darauf abgestimmt. Datenrate -Hardware HD D25 DC PRO 50 Digibeta HDCAM 25 Mbits/s (Canon XLH) 35 Mbits/s (Sony EX-) 25 Mbits/s (Canon XL) 50 Mbits/s 84 Mbits/s 440 Mbits/s Einige nützliche Hinweise, welche Codecs, Container und Formate für eure Zwecke am besten geeignet sind findet ihr im Rendertutorial im Erste-Hilfe-Bereich des ZBM. Quellen: BASIEBEN Tutorials