Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Abtastverfahren, die bei Fernsehübertragungen verwendet werden. Es handelt sich um die progressive und die Zeilensprungabtastung, die zur Darstellung von Videos verwendet werden. Fernsehgeräte erzeugen bewegte Bilder, die von einem Studio an eine Antenne übertragen werden. Dies war während des goldenen Zeitalters des Fernsehens üblich, aber heutzutage sind Kabel und OTT-Streaming weiter verbreitet. Rundfunkfernsehen ist immer noch weit verbreitet und kostenlos (mit gesponserter Werbung).
Diese Abtastmethoden werden verwendet, um die Technik zur Übertragung von Videobildern zu bestimmen. Diese beziehen sich auf die Übertragung von Signalen, die Auflösungszeilen für einen Fernsehbildschirm darstellen. Traditionell wurde dafür die CRT (Kathodenstrahlröhre) verwendet, aber heute sind LCD (Flüssigkristallanzeige) gebräuchlicher. Die Signale übertragen die Muster, mit denen die CRT Zeilen auf den Fernsehbildschirm schreibt. Die Zeilen stellen das Video dar und werden mehrmals pro Sekunde über den Bildschirm geschrieben, was als Abtastung bezeichnet wird.
Die Abtastrate ist die Wiederholung der Anzahl der horizontalen Zeilen oder Felder, die auf den Bildschirm geschrieben werden, um das Video anzuzeigen. Sie entspricht der Frequenz des Stromnetzes mit 50 oder 60 Halbbildern pro Sekunde oder Hz. Es werden zwischen 25 und 30 Bilder pro Sekunde (fps) gesendet. In Nordamerika verwendet das monochrome (schwarz-weiße) System 525 Zeilen, die mit einer Frequenz von 30 Hz übertragen werden, was einer horizontalen Abtastfrequenz von 15 750 Hz (525 × 30) entspricht. Das Farbfernsehsystem verwendet ebenfalls 525 Zeilen, aber die Abtastfrequenz ist auf 15.734 Hz eingestellt. Dies geschah, damit beide Systeme noch jahrelang miteinander kompatibel sind.
Zeilensprungverfahren
Beim Zeilensprungverfahren wird das Bild als ungerade (1,3,5 …) und gerade (2,4,6 …) nummerierte Zeilen für 1/60 einer Sekunde (in Bezug auf 60 Hz) übertragen. Dieser Vorgang wird immer wieder wiederholt, und jede Reihe der angezeigten Zeilen wird als Halbbild bezeichnet. Es wird jeweils nur die Hälfte des Bildes übertragen, aber dies geschieht so schnell (1/60 Sekunde), dass es für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Es geschieht schnell genug, damit die Zuschauer das gesamte Bild sehen können, aber es kann zu einem gewissen Flimmern kommen.
Die Nachteile des Zeilensprungverfahrens sind, dass die Bewegung innerhalb des Bildes Bewegungsartefakte verursachen kann. Dies geschieht, wenn die Bewegung so schnell ist, dass sie merkliche Unterschiede in den Positionen der Felder verursacht. Ein Beispiel hierfür ist die Aufnahme von Sportereignissen mit sehr schnellen Bewegungen, bei denen viele Artefakte entstehen können. Die Zuschauer können auch ein Flackern auf dem Bildschirm eines Zeilensprungbildschirms bemerken, z. B. beim Fernsehen über Satellit. Dadurch entsteht ein Kämmeffekt (gezackte Ränder), der die Bildqualität auf dem Bildschirm stark beeinträchtigen kann. Dies bedeutet, dass die Bilder nicht vollständig mit der tatsächlichen Bewegung synchronisiert sind. Das Zeilensprungverfahren kann so schlecht sein, aber viele Systeme verwenden Deinterlacing-Techniken, um dieses Problem zu minimieren. Dabei wird der Kämmeffekt durch Unschärfe der Bewegung beseitigt. Das Deinterlacing-Verfahren ist nicht perfekt und hängt davon ab, wie gut das System auf dem Bildschirm oder der Verarbeitungseinheit (z. B. Kabelbox) konzipiert wurde.
Ein Hauptgrund für die Verwendung des Zeilensprungverfahrens ist die Einsparung von Bandbreite. Indem jeweils nur die Hälfte des Bildes gesendet wird, wird die für die Übertragung von Informationen im Netzwerk benötigte Bandbreite eingespart. Die Bandbreite an sich wird dabei nicht verringert. Wenn Ihr Übertragungskanal 8 MHz beträgt, wird er nicht auf einen niedrigeren Wert reduziert, Sie haben immer noch 8 MHz. Stellen Sie sich stattdessen vor, Sie könnten die Bildrate eines Videos verdoppeln, ohne zusätzliche Bandbreite zu verbrauchen.
Das Problem bei der Forderung nach mehr Bandbreite besteht darin, dass die Produktion und Übertragung von Inhalten umso teurer und komplexer wird, je größer die Bandbreite ist. Ein Beispiel ist das Zeilensprungverfahren (Interlacing) bei einem PAL-System (Phase Alternating Line), das 50 Halbbilder pro Sekunde erfordert (25 ungerade Zeilen, 25 gerade Zeilen). Beim Zeilensprungverfahren wird alle 1/50 Sekunde ein Halbbild gesendet, was weniger Bandbreite erfordert. Würde ein Vollbild gesendet, könnten weitere 8 MHz benötigt werden, was den Bedarf an Bandbreite erhöht.
Progressive Abtastung
Bei einer progressiven Abtastung wird das gesamte Bild auf einmal übertragen. Alle Zeilen des Bildes werden auf einmal gezeichnet, um den Bildschirm zu füllen. Die progressive Abtastung ist im Vergleich zur älteren Zeilensprungtechnik für die digitale Übertragung besser geeignet. Es wurde Anfang der 1990er Jahre zum technischen Standard für HD (High Definition)-Fernsehbildschirme.
Durch die Übertragung des gesamten Bildes auf einmal werden Flimmern und Artefakte reduziert. Das Video erscheint flüssiger, realistischer und in hoher Qualität. Dies ermöglicht die Aufnahme von Standbildern aus Videos ohne erkennbare Artefakte im Bild. Dies eignet sich hervorragend für Super-Slow-Motion-Videos, bei denen wirklich alle Details erfasst werden. Es besteht auch keine Notwendigkeit, absichtlich Unschärfe (Anti-Aliasing) zu verwenden, um Probleme wie Kämmen zu minimieren. Das ist gut für die Zuschauer, denn weniger Flimmern bedeutet weniger Belastung für die Augen. Die Zuschauer können viel länger fernsehen, ohne dass ihre Augen ermüden.
Progressive Videos sind teurer, aber bei unabhängigen Filmemachern sehr beliebt. Das liegt daran, dass es wie ein Film aussieht. Die Abtasttechnik liefert die klarsten Bilder, ohne dass man sich über zu viele Artefakte Gedanken machen muss. Es ermöglicht auch eine bessere Betrachtung von Videos mit schnellen Bewegungen, wie z. B. bei Actionsequenzen in Filmen und beim Sport.
Deinterlacing
Das Zeilensprungverfahren wurde ursprünglich bei herkömmlichen analogen SD-Übertragungen (Standard Definition) verwendet, da es bei der Übertragung von Videos effizienter war. Es ist jedoch nicht flüssig, obwohl es zuverlässig ist. OTA-Signale verwenden größtenteils immer noch Zeilensprungverfahren für das Fernsehen. Dies erfordert den Einsatz von Deinterlacing zur Umwandlung in progressive Abtastung, wenn das Signal an den Bildschirm gesendet wird.
Deinterlacing wandelt das Zeilensprungverfahren in eine nicht verschachtelte oder progressive Form um. Fernsehgeräte und Computermonitore unterstützen die progressive Abtastung, so dass sie ein viel besseres Video oder eine digitale Ausgabe anzeigen. Dies ist in den meisten modernen DVD-Playern, Blu-ray-Playern, LCD/LED-HDTV-Geräten, digitalen Projektoren, TV-Set-Top-Boxen, professionellen Fernsehgeräten und Computer-Videoplayern mit unterschiedlichen Qualitätsstufen (sie sind nicht alle gleich) eingebaut.
Synopsis
Bei der Aufzeichnung, Wiedergabe und Übertragung von Videos werden entweder progressive oder Interlaced-Techniken verwendet. Das Zeilensprungverfahren hat seine Wurzeln in der Rundfunkindustrie und ist wegen seiner Effizienz und Zuverlässigkeit immer noch weit verbreitet. Progressiv ist ideal für hochwertigere Bildschirme für eine flüssigere Videoausgabe.
Unsere Augen nehmen die Übergänge, die in unserem Fernseher stattfinden, nicht wirklich wahr. Auf Standardbildschirmen mit Zeilensprungverfahren sollte das in Ordnung sein, aber Flimmern und Artefakte sind spürbar. Auf progressiven Bildschirmen wie Computermonitoren ist dies noch schlimmer, so dass zunächst ein Deinterlacing erforderlich ist, bevor das Bild angezeigt werden kann. Der allgemeine Vorteil der progressiven Abtastung ist die Bildqualität bei der Videowiedergabe. Interlaced-Bildschirme eignen sich jedoch nach wie vor für die Videowiedergabe zu geringeren Kosten.
Bei der Aufnahme von Interlaced-Videos gibt es bekannte Probleme mit Bewegungsartefakten. Dies erfordert eine umfangreichere Nachbearbeitung der Inhalte, die mehr Zeit und Kosten in Anspruch nimmt. Aus diesem Grund müssen Cutter das Video deinterlacen. Es ist auch erforderlich, weil die meisten modernen Bildschirme progressive Abtastung verwenden.
Bei der Auswahl von Bildschirmen, wie z. B. einem Fernseher, werden Sie die Vermarktung als 720i, 1080p, 2160p usw. sehen. Der Buchstabe „i“ steht für Interlaced, während „p“ für Progressive steht. Der Trend zu progressiven Bildschirmen ist heute aufgrund von OTT-Streaming-Video-on-Demand-Inhalten und digitalen Medien (z. B. DVD, Blu-ray usw.) stärker verbreitet. Digitale Videosignale sind besser auf progressive Abtastmethoden abgestimmt. Wenn Sie ein Progressive-Scan-Bild und ein Interlaced-Bild bei 60 Hz vergleichen, erscheint das Progressive-Scan-Bild viel flüssiger. Obwohl Zeilensprung-Videosignale immer noch im Rundfunk verwendet werden, sind progressive Bildschirme, die über Deinterlacing-Funktionen verfügen, die bessere Wahl für die Videoausgabe.