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Progressive Scan Basics |
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Für eingefleischte Heimkino- und DVD-Fans ist Progressive Scan nicht unbedingt etwas neues. Aktuell wird das Thema jedoch, nachdem das internationale DVD-Forum die Wiedergabe von PAL-DVDs im Progressive Modus freigegeben hat und die ersten DVD-Player und Projektoren, die dieses Format unterstützen, im europäischen Handel verfügbar sind.
Vereinfacht erklärt beschreibt Progressive Scan die Wiedergabe von TV-Bildern in Vollbildtechnik (Fachbegriff De-Interlaced).
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Vollbilder ersetzen Halbbilder |
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Im Gegensatz zum historischen Interlaced-Verfahren bietet Progressive Scan viele Vorteile. Jeder, der am PC-Monitor arbeitet kennt diese Vorteile. Die Bilder sind klarer und schärfer. Großflächen- und Zeilenflimmern sind passe. Progressive Scan Bilder kennen nämlich keine zeitlich unterschiedlichen Bildinhalte mehr. Bei Progressive Scan werden in einer Sekunde 50 Bilder mit 625 Zeilen (576 sichtbare Zeilen) und nicht mehr 312,5 Zeilen dargestellt, was die vertikale Auflösung um den Faktor 2 erhöht. Zur besseren Unterscheidung bedient man sich der Schreibweise 576p50 (PAL) bzw. 480p60 ( NTSC), für Progressive Scan Signale.
Um die Vorteile von Progressive Scan nutzen zu könnnen, sind natürlich spezielle Geräte notwendig. Nicht jeder "normale" handelsübliche DVD-Player kann eine Film-DVD mit progressive Material wiedergeben und für die Bilddarstellung eignen sich nur spezielle Ausgabegeräte. Bisher können nur Plasma TVs, einige Projektoren und wenige TV-Geräte diese Signale verarbeiten. Ein normales TV-Gerät ist hier schlichtweg überfordert.
Übertragung der Progressive Scan Signale
Die Progressive Scan Signale die vom DVD-Player zum TV/Projektor geführt werden sind nach wie vor analog. Als Verbindungs-Schnittstelle werden die breitbandigen YUV oder besser RGB-Verbindungen gewählt. Erst nach Einführung der DVI- oder HDMI-Schnittstelle können Progressive Scan Signale auch digital übertragen werden.
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Für Fortgeschrittenen |
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Grundsätzlich sind die Bilder auf einer DVD - ob Interlaced oder Progressive Scan Modus - als eine Folge von Halbbildern abgelegt.
Im Progressive Scan Modus wird aus den beiden Halbbildern ein Vollbild erzeugt und dies zweimal ausgegeben, damit man wieder auf die korrekte Bildwechselfrequenz von 50 Bildern/Sek. (PAL) bzw. 60 Bilder/Sek. (NTSC) kommt.
Im klassischen Interlaced-Fall werden die Bilder mit dem üblichen Zeilensprung ausgegeben.
Wie die Signalverarbeitung im DVD-Player (genauer ausgedrückt im Chip für die Progressive Scan Erzeugung) bei der Generierung des Vollbildes vorgeht, wird vom Ausgangsmaterial (der Bildvorlage) bestimmt.
Stammt das Ausgangsmaterial von einem Kinofilm, werden die Zeilen der aufeinander-folgenden Halbbilder nach dem "Reißverschluß-Verfahren" aus einem Bildspeicher ausgelesen.
Stammen die Bildvorlagen von einer herkömmlichen TV-Kamera, zeigen die aufeinanderfolgenden Halbbilder unterschiedliche Bewegungsphasen. Hier würde das einfache "Reißverschluß-Verfahren" Bewegungsfehler (ausfransende Motivkanten) erzeugen.
In diesem Fall analysieren aufwendige Prozessor-Chips die Inhalte mehrerer Halbbilder und fügen die passenden Zeilen zu einem Vollbild zusammen. Diese Prozessor-Chips nennt man "De-Interlacer" oder "Linedoubler".
Zur Erkennung, ob eine Bildvorlage von einem (progressive abgetasteten) Film stammt, wird dem digitalen Datenstrom ein spezielles Kennsignal, das "Progressive Flag" hinzugefügt. Aufgrund dieser Kennung schaltet die Rechenschaltung (der De-Interlacer) im DVD-Player entsprechend um.
Leider arbeitet diese Erkennung nicht immer einwandfrei, so dass es hier hin und wieder zu Fehlern kommt.
Film als Bildvorlage
So wird aus einer Filmvorlage ein progressives Vollbild. Jedes Filmbild wird zweimal abgetastet und dann entsprechend zwei- drei- oder viermal dargestellt.
Bildvorlage von einer elektronischen Kamera
Stammt die Bildvorlage von einer TV-Kamera besteht zwischen Halbbild A0 und A1 ein Zeitunterschied von 20ms (PAL). Werden dann in diesem Fall die geraden und ungeraden Zeilen einfach zu einem Vollbild zusammen geführt, kommt es bei schnellen Bewegungen zum Ausfransen der Objektkanten. Hier müssen aufwendige Rechenschaltungen den Fehler korrigieren.
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Für Experten |
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Weave
Ein echtes progressive Vollbild erhält man nur bei der Abtastung einer Filmvorlage. Hierzu verwendet man das "Weave-Verfahren", das aus einem Filmbild zwei Halbbilder erzeugt.
Ein Halbbild trägt die ungeraden Zeilen 1-255 (Odd), das andere die geraden Zeilen 2-256 (Even). Beide Halbbilder stammen aber vom gleichen Filmbild und haben somit keine zeitlich unterschiedlichen Inhalte. Von beiden Halbbildern werden die geraden- und die ungeraden Zeilen zusammengesucht und zu einem Vollbild zusammengesetzt. Bei PAL sind das immer zwei Halbbilder, entweder das Odd-Halbbild mit dem folgenden Even-Halbbild oder das Even-Halbbild mit dem darauf folgenden Odd-Halbbild.
Beide Halbbilder werden in einen Bildspeicher geschrieben. Während der gleichen Zeit (1/25 sek.) werden aus einem zweiten Bildspeicher, die beiden zuvor abgelegten Halbbilder progressiv ausgelesen, also alle Zeilen in der nummerisch richtigen Reihenfolge. Um wieder ein 50Hz Bildsignal zu erhalten, werden die Speicherinhalte während einer 1/25 sek. Periode zweimal ausgelesen (bei 75 Hz entsprechend dreimal, bei 100Hz viermal.
Wird die natürliche Folge von Odd- und Even-Halbbild gestört (z.B. durch eine Störung oder einen elektronischen Schnitt) kommt es zu einer fehlerhaften Zusammensetzung der passenden Zeilen mit der Folge einer Bildstörung (Synchron-Störung).
Bei einem NTSC-Signal ist die Erzeugung eines progressiven Vollbildes erheblich aufwendiger, da ein Filmbild abwechselnd mit 3 bzw. 2 Halbbildern abgetastet wird (3:2 Pulldown). Für das progressive Ausgangssignal am DVD-Player mit 60 Bildern/sek. ist diese Tatsache aber eher irrelevant.
BOB
Stammt die Bildvorlage von einer elektronischen Kamera, haben die aufeinander folgenden Halbbilder zeitlich unterschiedliche Inhalte. Zum Zusammenfügen dieser Interlaced-Halbbilder zu einem progressive abgetastetem Vollbild ist das Weave-Verfahren nicht geeignet. In diesem Fall bedient man sich einem Verfahren, daß die Fachsprache mit "BOB" bezeichnet.
Im einfachsten Fall wird hier die vorangegangene Zeile eines Halbbildes verdoppelt, so daß ein Halbbild auf 577 sichtbare Zeilen kommt.
Beim Odd-Halbbild mit den Zeilen 1-575 werden die geraden Zeilen 2-576 durch Verdopplung hinzugefügt, Zeile 577 bleibt schwarz.
Beim Even-Halbbild mit den Zeilen 2-576 werden die ungeraden Zeilen 3-577 durch Verdopplung hinzugefügt. Zeile 1 bleibt schwarz.
So bleibt der bei einem 50 Hz TV-System übliche Halbbild-Zeilenabstand erhalten.
Eine andere verwendete Möglichkeit ist, die fehlenden Zeilen zu interpolieren. Also beim Odd-Halbbild werden die geraden Zeilen interpoliert, beim Even-Halbbild die ungeraden Zeilen.
Ob Zeilenverdopplung oder Interpolation, das so erzeugte progressive Vollbild ist in seiner Qualität kaum besser als die Originaldarstellung auf einem herkömmlichen 50 Hz TV-Gerät mit Zeilensprung. Da aber jedes Halbbild mehrere Male dargestellt werden kann, vermindert sich das Großflächenflimmern.
Motion adaptiv
Bei Bildern mit sehr schnellen Bewegungen (TV-Shows, Sportsendungen) zeigen sich schnell die Grenzen beim Zusammenfügen der Halbbilder zu einem Vollbild. Ohne besondere Maßnahmen kommt es zu leichten bis starken Verfälschungen (Bewegungsartefakte).
Durch Kombination von Weave und BOB lassen sich diese Artefakte in geringem Umfang kompensieren. Mit einer Technik, die sich Motion adaptiv nennt, werden die Bildinhalte aufeinanderfolgender Halbbilder ständig analysiert, so daß für jeden Bildpunkt eine Information "Bewegung Ja/Nein" vorhanden ist.
Bei Inhalten ohne Bewegung werden die Zeilen mit Weave zusammengefügt, bei Inhalten mit Bewegung schaltet man um auf BOB.
In den Bereichen ohne Bewegung im Bild kommt man in den Genuß von progressiver Qualität. Im Bereich einer Bewegung wird interpoliert.
Durch das harte Umschalten zwischen Weave und BOB kommt es aber bei besonders schnellen Bewegungen trotz allem zu starken Bildstörungen.
Motion adaptiv wird auch bei einigen 100 Hz TV-Konzepten verwendet. Je nach Hersteller wird für Motion adaptiv aber ein anderer Marketingbegriff verwendet.
Motion Compensation
Motion Compensation ist eine Weiterent-wicklung von Motion adaptiv.
Um das harte Umschalten zwischen Weave und BOB zu umgehen, wird in den Bildinhal-ten aufeinanderfolgender Halbbilder genau nach Bewegungen gesucht.
Passende Bildteile werden dann möglichst genau zur Deckung gebracht und anschlies-send wird mit Weave progressive ausgelesen.
Diese Verfahren ist sehr aufwendig und läßt sich erst seit kurzer Zeit kostengünstig realisieren. Das neue Bild ist dann vollständig progressiv, aber leider nicht mehr original.
Aber auch bei Motion Compensation kommt es hin und wieder zu "Rechenfehlern" mit entsprechenden Bildfehlern.
Bei Bildern (DVDs) die von einer Filmvorlage stammen ist Motion Compensation nicht erforderlich. Bei sorgfältig produziertem Quell-Material mit einer sauberen "Progressive Flag" Kennung, wird Motion Compensation automatisch abgeschaltet.
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