Digital Video

Digital Video (DV) ist der Oberbegriff für den DV-Standard, der 1994 eingeführt wurde. Es umfasst die Kassettenformate DV, MiniDV, DVCAM, Digital8, HDV, DVCPro, DVCPro50 und DVCProHD.

DV-Logo

MiniDV-Kassette. Im Bild sind 4 Anschlussfahnen eines optionalen Speicherchips für Titel und Sprungmarken zu sehen

MiniDV-Camcorder von Samsung mit ein- und ausklappbarem Farbbildschirm (re.) zur Aufnahmekontrolle und dem Abspielen von Aufnahmen, 2007

Entwicklung und Verbreitung

Nach dem Start 1996 machte Digital Video eine rasante Entwicklung. Bereits 1999 gab es Produkte von einer Vielzahl von Herstellern, wobei die Preise stetig fielen. Das ursprünglich für den Consumermarkt gedachte System sicherte sich, wegen der akzeptablen Qualität bei geringem Preis, schnell auch im (semi-)professionellen Bereich eine Nische.

Technische Spezifikationen

Die Bilder werden digital aufgezeichnet und dabei auf ca. 10 Prozent des unkomprimierten Speicherplatzbedarfs reduziert. Die Einzelbilder werden beim DV-Standard unabhängig voneinander, mittels eines JPEG-ähnlichen Verfahrens einzeln codiert (Intra-Frame Codierung). Es erfolgt zunächst eine Umwandlung des vom Bildsensor der Kamera erzeugten RGB-Signals in ein YCbCr-Signal, bei dem nicht die drei Lichtgrundfarben separat übertragen werden, sondern ein Helligkeitssignal ("Schwarz-weiß-Bild") durch zwei Farbdifferenzkanäle ergänzt wird, aus denen sich die Farbe rekonstruieren lässt. Wie beim analogen Signal erfolgt dabei ein Chromadownsampling: Eine Reduzierung der Auflösung der Farbinformation, da das menschliche Auge für das Farbsehen eine geringere Sehschärfe hat als für Helligkeitsunterschiede. Dies geschieht im Verhältnis 4:1:1 (NTSC) oder 4:2:0 (PAL), was gegenüber dem Ursprungssignal (4:4:4) eine Datenreduktion um die Hälfte bewirkt. Das Verhältnis bedeutet dabei, dass die beiden Farbkomponentensignale jeweils mit einem Viertel der Auflösung des Helligkeitssignals gespeichert werden: Immer vier Pixel haben somit den gleichen Farbwert und unterscheiden sich lediglich in ihrer Helligkeit. Die Bezeichnung 4:2:0 bedeutet dabei nicht etwa die Halbierung eines Komponentensignals und das völlige Weglassen des Anderen, sondern dient nur der Unterscheidung von 4:1:1. Bei letzterem werden stets vier benachbarte Pixel in einer Zeile farblich zusammengefasst, während bei 4:2:0 nur zwei benachbarte Pixel die gleiche Farbe haben, jedoch ebenso die Pixel der darunterliegenden Zeile (nachfolgendes Halbbild) an der gleichen Stelle. Die vier farblich zusammengefassten Pixel sind hier also als 2x2 Quadrat angeordnet, statt in einer horizontalen Reihe. Das Chromasubsampling wird gefolgt von einer verlustbehafteten, digitalen Bildkompression auf Basis der diskreten Kosinustransformation (DCT) mit anschließender Quantisierung und Entropiecodierung, die die Datenrate nochmals auf rund ein Fünftel reduziert, jedoch auf Kosten der Bildung von Kompressionsartefakten. Das Verfahren ähnelt somit MJPEG und bietet im Gegensatz zu MPEG den Vorteil, Videos an jeder beliebigen Stelle schneiden zu können, ohne dass erst Zwischenbilder dafür errechnet werden müssen. Auch eine Rückwärtswiedergabe ist problemlos möglich; bei Inter-Frame-Codierung (wie sie bei z. B. MPEG-Codecs zum Einsatz kommt) ist dies mit hohem Rechenaufwand verbunden und erfordert wesentlich mehr Arbeitsspeicher. Da DV jedoch in nach heutigen Verhältnissen geringer SD-Auflösung arbeitet, ist dieser Vorteil auf einem modernen PC, mit zeitgemäßer CPU und mehreren Gigabytes RAM, weitgehend bedeutungslos geworden.

Die Datenrate eines DV-Stroms liegt bei 3,125 MByte/s (25 Megabit pro Sekunde), also rund 1 GByte pro 5 Minuten. Die Bildqualität ist durch das Fehlen von Rauschen und analogen Bildstörungen sowie einer etwas höheren Auflösung im Vergleich zu älteren Hi8- oder SVHS-Kameras subjektiv besser, allerdings können — insbesondere bei MiniDV-Bändern — digitale Bildartefakte (Klötzchen) durch fehlerhafte Magnetbandaufzeichnung auftreten, ähnlich wie man sie von gestörtem, digitalem Fernsehempfang kennt. Bei Digital8 ist das Problem aufgrund der breiteren Bänder und hochwertigeren Kassetten deutlich seltener. Dies gilt auch für die professionalisierten DV-Formate (DVCAM, DVCPro), die statt breiteren Bändern mit einer höheren Bandlaufgeschwindigkeit arbeiten. Die digitale Aufzeichnung ermöglicht ein verlustfreies Überspielen oder Capturing (Einspielen des Videos auf einen Computer, etwa zum Schneiden oder weiteren Bearbeiten), besonders in Verbindung mit der iLink-Schnittstelle. Verglichen mit professionellen, digitalen Videoformaten wie D-1 oder Digibeta besitzt DV zwar eine signifikant geringere Bildqualität und eine höhere Störanfälligkeit, stellt jedoch eine weitaus kostengünstigere Alternative dar, mit kompakteren und leichteren Kassetten (und in der Folge auch Geräten), die pro Band meist eine längere Spielzeit besitzen. Dies führte zu einer steigenden Akzeptanz des Formats auch im Broadcast-Bereich, insbesondere für die elektronische Berichterstattung.

DV verwendet als Bild-Auflösung 720 × 576 Bildpunkte (PAL) bzw. 720 × 480 Bildpunkte (NTSC). Im PAL-Format werden 50 Halbbilder pro Sekunde (50i) aufgezeichnet, bei NTSC 59,94 (60i). Einige DV-Kameras ermöglichen auch Vollbildaufzeichnung mit den Bildgeschwindigkeiten 24p oder 25p (auch bekannt als Progressive Scan), wobei jedes Vollbild aus technischen Gründen in zwei Halbbilder zerlegt wird, die sequenziell aufgezeichnet werden (bei 25p, nur auf PAL-Kameras), oder in abwechselnd 3 und 2 Halbbilder (3:2-Pull-down) auf NTSC-Kameras.

Als Audioformat wird bei DV unkomprimierter PCM-Ton mit einer Abtastrate von 48 kHz und einer Auflösung von 16 Bit verwendet wie bei zeitgenössischen digitalen Kinotonformaten (etwa Dolby Digital oder DTS), die aber (zur Ermöglichung von Mehrkanalton bei machbarer Datenrate) verlustbehaftete Kompression (AC-3-Algorithmus) einsetzten. Bei DV stehen zwei Kanäle (Stereo) zur Verfügung. Auf Kosten der Tonqualität waren alternativ auch 32 kHz bei 12-bit-Sampling auf vier Kanälen möglich. Letztere Option beschränkt sich auf Consumer-Geräte und ist bei semiprofessionellen DV-Kameras oder bei DVCAM und DVCPro in der Regel nicht anzutreffen. Sie war vermutlich dafür vorgesehen, bei auf DV-Kaufkassetten veröffentlichten Filmen zweisprachigen Stereoton bereitzustellen. Da in diesem Einsatzbereich aber die DVD, und nicht (wie von Sony erhofft) DV die VHS-Kassette als Standard ablöste, kam es nie dazu. Beim DVCAM-Format sind Bild und Ton synchron (Locked Audio); bei Consumer-DV-Format ist ein Ton-Bild-Versatz von ±1/3 Frame (13,33 ms) erlaubt (Unlocked Audio)

Die Breite des Bandmaterials beträgt bei allen Varianten (außer Digital8) 6,35 mm.

MiniDV

MiniDV-Logo

Im Amateurbereich hat sich die MiniDV durchgesetzt, welche im identischen Datenformat wie DV auf kleineren Kassetten aufzeichnet. MiniDV-Kassetten werden in Kapazitäten von 60/90 (60 Minuten Standard Play / 90 Minuten Longplay) und 80/120 (80 Minuten Standard Play / 120 Minuten Longplay) angeboten, wobei von der Verwendung letzterer aufgrund des dünneren und damit empfindlicheren Bandes im Allgemeinen abgeraten wird. Die Kassetten sind (auch auf die Spielzeit bezogen) weitaus günstiger als die ungefähr doppelt so großen Standard-DV-Kassetten, die nur im semi-professionellen und professionellen Bereich eingesetzt werden.

Kompatibilität mit DVCAM

Eine MiniDV-Kassette kann mit entsprechenden Geräten auch im professionellen DVCAM-Format bespielt werden. Da diese Geräte das Band bei der Aufnahme jedoch schneller transportieren, verkürzt sich die auf der Kassette angegebene Aufzeichnungsdauer hierbei um 1/3. Dennoch wird für die Aufzeichnung im DVCAM-Format die Verwendung von für DVCAM zertifizierten Bändern empfohlen, da diese i. d. R. über ein höherwertiges Band verfügen.

Semiprofessioneller Videorecorder von Panasonic für DV- und MiniDV-Kassetten (Panasonic NV-DV10000)

Longplay

Die meisten DV-Camcorder aus dem Consumerbereich, aber auch einige semiprofessionelle Geräte verfügen über einen Longplaymodus, bei dem sich die Laufzeit pro Kassette um 50 % erhöht. Auf eine DV-Kassette mit regulär 60 Minuten Spielzeit passen so 90 Minuten. Das besondere daran ist, dass die Verwendung des Longplaymodus bei DV im Gegensatz zu den meisten anderen Videosystemen zu keinerlei Einbußen in Bild- und Tonqualität führt. Dieser Umstand verleitet viele Nutzer zur häufigen, wenn nicht sogar dauerhaften Verwendung von Longplay, da so, ohne einen für den Anwender direkt ersichtlichen Nachteil, Band und somit Geld gespart werden kann. Tatsächlich birgt Longplay jedoch eine Vielzahl an Nachteilen und Gefahren.

Der DV-Longplaymodus entspricht keiner festgeschriebenen Norm. Dadurch steht es quasi jedem Hersteller von DV-Geräten frei, den LP-Modus nach eigenem Ermessen zu gestalten. In der Praxis haben sich die Hersteller jedoch auf gewisse Toleranzen geeinigt, um zumindest ansatzweise eine Kompatibilität zu erreichen. Dennoch ist der Austausch von DV-Bändern, die im Longplaymodus aufgenommen wurden, äußerst problematisch. Oft ist eine fehlerfreie Wiedergabe nur auf dem Gerät möglich, auf dem das Band aufgenommen wurde. Selbst auf anderen Modellen des gleichen Herstellers kann es zu Schwierigkeiten bei der Wiedergabe kommen.

Bei DV werden im Longplaymodus exakt die gleichen Daten auf dem Band gespeichert, wie im SP-Modus (daher auch die identische Qualität). Allerdings läuft das Band mit einer um 33 % verringerten Geschwindigkeit, daraus resultiert eine geringere Spurbreite. Durch die stark erhöhte Datendichte bleibt jedoch kaum Spielraum, um eventuelle Bandfehler auszugleichen, was zu häufigen Dropouts führt. Ebenso ist die Signalstärke auf dem Band im Vergleich zum SP-Modus erheblich geringer und bewegt sich schon bei einem neu bespielten Band nur knapp über der Lesbarkeitsgrenze. All dies führt dazu, dass im LP-Modus bespielte DV-Bänder im Allgemeinen über eine sehr kurze Lebensdauer verfügen und oft schon nach wenigen Jahren nicht mehr lesbar sind.

Übertragung

Die DV-Geräte haben unter anderem die gleichen analogen Schnittstellen (Composite, S-Video) wie Videogeräte des VHS- oder Hi8-Formates. Daher braucht man keinen PC, um die Daten am Fernseher wiederzugeben. Um sie digital und somit verlustfrei kopieren zu können, wird die parallel zu DV entwickelte FireWire-Schnittstelle verwendet. Diese Verbindung, meist als DV-Out bezeichnet, wird auch für die Datenübertragung von und zu PCs eingesetzt. Da die Datenpakete dabei verlustfrei und ohne Umwandlung übertragen werden, ist die Belastung für den Prozessor sehr gering.

Manche Camcorder verfügen neben einem DV-Ausgang auch über einen Eingang, den sogenannten DV-In. Neben 1:1-Kopien von einem zum anderen Camcorder ist es mit derart ausgestatteten Geräten auch möglich, am PC bearbeitete Videos wieder verlustfrei auf MiniDV zurückzuspielen. Rein technisch würden alle DV-Camcorder über einen DV-In verfügen (was z. B. in den USA oder in Japan auch der Fall ist), da jedoch Camcorder mit DV-Eingang in Europa steuerrechtlich als Videorecorder betrachtet werden, wodurch höhere Importzölle anfallen, wurde der DV-In bei vielen Modellen vom Hersteller absichtlich deaktiviert. Oft gibt es auch zwei Versionen des gleichen Modells, die sich nur durch DV-In und den dadurch bedingten höheren Preis unterscheiden. Manche Camcorder verfügen zusätzlich zum DV-In auch über einen analogen Eingang, über den z. B. VHS-Kassetten auf MiniDV überspielt werden können.

Bei älteren MiniDV-Camcordern war der DV-In rein auf Softwareebene gesperrt und konnte dadurch oft mit geringem Aufwand wieder aktiviert werden. Anleitungen hierzu finden sich ebenso wie benötigte Kabel und Software auch heute noch auf vielen Internetseiten. Rechtlich war das „Freischalten“ des DV-In nicht verboten, häufig verlor man jedoch bei derart modifizierten Geräten die Garantie. Die Hersteller reagierten hierauf nach und nach mit einer hardwareseitigen Deaktivierung des DV-Einganges, sodass das nachträgliche Freischalten des DV-In bei aktuellen Modellen nicht mehr möglich ist. Professionelle Camcorder sowie DV/DVCAM-Videorecorder verfügen i. d. R. serienmäßig über einen DV-Eingang.

Beim Transfer des Videostroms vom Camcorder in den PC wird das DV-Material meist im AVI-Containerformat auf der Festplatte abgelegt. Die Videodatei hat dann die Dateiendung „.avi“. Apples Macs verwenden meist „QuickTime Movie“ als Containerformat und die Dateiendung „.mov“. DV ist das Standard-Format für die Videobearbeitung bei Apple (z. B. iMovie, Final Cut Pro).

Dateigröße

Speicherplatzbedarf pro Kassette

Obwohl die meisten DV-Camcorder einen (meist hardwarebasierten) Kompressionscodec besitzen, resultieren noch ziemlich hohe Bitraten und damit verbundene großen Datenmengen. Der DV-Codec, der für MiniDV, DV sowie Digital8 (im Unterschied zu den Kassetten) identisch ist, liefert mit Stereoton eine Datenrate von ca. 28.000 kBit/sec. Das entspricht etwa 0,2 GB pro DV-Minute mit Stereoton. Daraus folgt:

60 Minuten DV: 13 Gigabyte
80 Minuten DV: 17 Gigabyte

Automatische Szenenerkennung

Dies muss allerdings nicht notwendigerweise mit der Größe der so gewonnenen einzelnen Dateien identisch sein; so kann man z. B. bei vielen Captureprogrammen eine automatische Szenenerkennung anhand des aufgezeichneten Data Codes – der neben Informationen über diverse Kameraeinstellungen auch Datum und sekundengenaue Uhrzeit der Aufnahme enthält – vornehmen, sofern man vor der Aufnahme die Uhrzeit der Kamera eingestellt hat, so dass bei jeder Unterbrechung dieses Data Codes von mindestens einer Sekunde eine neue Datei begonnen wird. Manche Schnittprogramme unterstützen auch eine automatische, chronologische Sortierung der Aufnahmen, auch wenn sich diese auf verschiedenen Bändern befinden oder sogar mit unterschiedlichen Kameras aufgenommen wurden. Bei einigen Geräten im Consumer-Bereich werden Datum und Uhrzeit lediglich in einem flüchtigen Speicher gehalten, sodass sie bei Entfernung oder vollständiger Entladung des Akkus neu eingestellt werden müssen.

Nicht zu verwechseln ist der Data Code mit dem Timecode, der ebenfalls von allen DV-Geräten mit aufgezeichnet wird.

Systembasierte Grenzen der möglichen Dateigröße

In der Regel entstehen aber beim Übertragen des Inhalts einer DV-Kassette 1:1 auf einen PC sehr große Dateien. Man muss daher darauf achten, dass das Dateisystem der Festplatte diese unterstützt,

z. B. das von Windows benutzte NTFS, das eine Obergrenze pro Datei von 16 TiB besitzt.
FAT16 hat dagegen eine max. Dateigröße von lediglich 2 Gigabyte (also nur etwa 10 Minuten DV-Daten), FAT32 4 Gigabyte.
Das Standard-Dateisystem HFS+ auf Apple-Computern unterstützt ebenfalls große Dateien von bis zu 16 Terabyte
Linux und Unix-Dateisysteme haben hier ebenfalls keine bedeutsamen Beschränkungen (z. B. ext3: 2 Terabyte, ReiserFS: 1 Exabyte, ext4: 4 Exbibyte, XFS: 8 Exabyte, btrfs: 16 Exabyte).

Darüber hinaus war früher das verwendete Dateiformat von Bedeutung. Die Größe einer AVI-Datei war nämlich aufgrund des internen Aufbaus auf 4 GiB beschränkt. Diese Beschränkung ist mittlerweile entfallen. Bei MOV-Dateien gab und gibt diesbezüglich keine bedeutsame Einschränkung.

Um dieses Problem zu umgehen, unterstützen praktisch alle Capturingprogramme eine automatische Dateisplittung, sodass nach Erreichen der vom jeweiligen Dateisystem zulässigen Maximalgröße automatisch eine neue Datei begonnen wird.

Einige Hersteller, z. B. Canopus, unterstützen auch sogenanntes Referenz-AVI. Dabei wird eine virtuelle .avi-Datei angelegt, welche lediglich die Informationen darüber enthält, wo auf der Festplatte sich die eigentlichen Videodaten – aufgesplittet in kleine, einzelne Dateien (oft mit Endungen wie .001, .002 etc.) – befinden. Schnittprogramme verarbeiten diese Referenz-AVI anschließend wie eine große, in der Länge unbegrenzte Videodatei.

MiniDV-Kamera „Panasonic NV-GS500“ (mit separatem Weitwinkel-Vorsatz)

DV-Kamera vs. DVD-Kamera

Im Gegensatz zu Camcordern mit integriertem DVD-Brenner haben DV-Kameras immer noch einen entscheidenden Qualitätsvorteil, da das Rohmaterial nur wenig komprimiert auf dem Band gespeichert wird, was sich besonders bei der Nachbearbeitung (Schnitt etc.) auswirkt. Bei einer „DVD-Video-Camera“ hingegen sorgt ein integrierter Realtime-MPEG2-Codec für die Komprimierung; dieser kann je nach Kameratyp und eingestellter Qualität größere Verluste aufweisen, wobei MPEG-2 generell mit größeren Qualitätsverlusten behaftet bleibt als DV.

Ein weiterer Vorteil der MiniDV-Geräte ist, dass die Aufnahmen auf dem MiniDV-Band – nach heutigem Kenntnisstand – erheblich länger in ihrer Originalqualität erhalten bleiben als auf DVDs; andererseits gab es auch Camcorder, die auf DVD-RAM aufzeichnen.

Siehe auch

Weblinks

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