MatDigi 1: Die Video-Connection

Auf der Suche nach immer neuen Bildern wird der ST-Benutzer nach Scanner und Clip-Arts nun auch mit der Videokamera fündig. Matrix stellt mit dem MatDigi 1 den ersten Digitizer für STE und TT vor, der professionellen Ansprüchen genügt.

Matrix selbst können als Pioniere der ATARI-Grafiksubsysteme gelten. Sie stellten die ersten Großbildschirme für die STs vor, sie entwickelten die erste True-Color-Karte für STE und TT (siehe Testbericht in [1]). Und genau diese True-Color-Karte, die TC1208 für den VME-Slot der TTs und STEs, dient dem neuesten Produkt als Hardware-Basis. Der MatDigi 1 wird auf die Grafikkarte aufgesteckt und ermöglicht das Einlesen verschiedener Videosignale in den Rechner.

Bilderflut

Die Installation der Karte im VME-Slot und die Verbindung zu Monitor und Videoquellen bereitet keinerlei Probleme. Der Software liegt ein Installationsprogramm bei, das für die Einrichtung der Treiber im AUTO- und GEMSYS-Ordner sorgt. Die Inbetriebnahme ist im Handbuch ausführlich beschrieben, so daß es dabei keine Probleme gibt.

Praktisch alles, was an Signalen im Video-Bereich üblich ist, kann der Digitizer verdauen. BAS, FBAS und S-VHS-Informationen, die im üblichen PAL, aber auch in NTSC- oder SECAM-Format vorliegen, dürfen ihm vorgesetzt werden. Stets errechnet er daraus ein RGB-Bild, das der Computer weiterverarbeiten kann. Übrigens hat er drei Video-Eingänge, die per Software umgeschaltet werden können.

Das Bild kann wahlweise in 256 Graustufen oder in Farbe erzeugt werden. Die Farbtiefe beträgt dann 24 Bit, es verlassen also echte True-Color-Bilder, sondern solche mit 16,7 Millionen Farben den MatDigi 1. Im Extra-Text ,Signale aus der Kiste’ ist ausführlich beschrieben, wie der Digitizer arbeitet und welche Probleme bei der Digitalisierung von Videobildern auftreten.

Für die ,Vorschau4 auf das Videobild steht ein Accessory zur Verfügung. Es öffnet in einem beliebigen GEM-Programm ein Fenster. Der Digitizer kann angewiesen werden, permanent neue Bilder einzulesen. Im Einzelbildmodus wird die Digitalisierung mit einem Tastendruck ausgelöst. Wählt man erstere Gangart, liegt die Darstellungsgeschwindigkeit bei etwa 3 Sekunden pro Farbbild. Im schnelleren Graumodus und bei Viertelung der Bildinformation werden ca. zwei Bilder pro Sekunde dargestellt. Schaltet man alle Reaktionen auf GEM-Ereignisse aus, geht’s noch flotter: ungefähr 3,5 Bilder huschen dann pro Sekunde durchs Fenster.

Der Grund für diese - von Echtzeit (das wären mindestens 25 Bilder/Sekunde) weit entfernte - Geschwindigkeit liegt im Aufbau des MatDigi 1. Zum einen kostet ihn die Konvertierung der Farbinformationen vom YC- ins RGB-Format sehr viel Zeit. Zum anderen hat er keine direkte Zugriffsmöglichkeit auf den Bildspeicher der Grafikkarte. Jedes Bild, das er darzustellen gedenkt, übermittelt er brav dem GEM. Von dort wird es dann dem Bildspeicher weitergereicht.

Will man das Bild speichern, steht dazu ein weiteres ACC zur Verfügung, nämlich MATSNAP. Es erlaubt, den ganzen Schirm oder Ausschnitte daraus auf die Platte zu bannen. Doch Matrix’ Hauptzielrichtung ist der Calamus SL.

Ein Importtreiber für den SL liegt der Software bei. Er soll dafür sorgen, daß das Bild, das im Accessory-Fenster beobachtet wird, per Tastendruck direkt in einen Rastergrafikrahmen im aktuellen Layout digitalisiert wird. Das heißt, es ist keinerlei Umweg über eine Zwischendatei mehr notwendig, die ja für jedes Vollbild im 24-Bit-Betrieb mehr als ein Megabyte auf der Platte belegt. Diese Anbindung an den SL wird für den täglichen Einsatz des Digitizers die wichtigste Funktion sein.

Dem wirklich kompletten Software-Päckchen aus dem Hause Matrix liegt schließlich noch ein Accessory zum Ausdruck des Farbbildschirmes auf den ATARI-Laserdrucker bei. Außerdem findet sich TC-Draw darin. Eigentlich als Demo-Programm für die True-Color-Fähigkeiten der VME-Bus-Karten gedacht, hat der Hersteller nun auch eine Videofunktion darin untergebracht. Hier sind Möglichkeiten gegeben, in die eigentliche Digitalisierung, die ja die Hardware durchführt, einzugreifen. Außerdem ist eine Funktion zur Digitalisierung nur eines der beiden Videohalbbilder enthalten.

Szenario

Für welche Anwendungen ist nun das Einlesen eines Videobildes vorteilhafter als der Betrieb eines Scanners? Denn vom Preis eines Spielzeugs ist das Gespann TC1208+ MatDigi 1 ja weit entfernt.

Größter Vorteil der Videotechnik ist die Unabhängigkeit von der räumlichen Größe der Vorlage. Ein Haus kann gefilmt werden, und später am Schreibtisch wird das beste Bild herausgesucht und digitalisiert. Ein Gespann aus Videokamera und Digitizer ersetzt dann Photoapparat und Scanner.

Pluspunkt bei diesem Verfahren: Es treten keine Verzögerungen durch Labors auf, es gibt keine Zwischenprodukte wie Negative, Abzüge etc. Im Film lassen sich schnell ablaufende Bewegungen wesentlich besser festhalten als mit einem Photoapparat. Mit einem Digitizer ist das anschließende Herausgreifen eines einzelnen Bildes möglich. Das erleichtert z.B. Bewegungsanalysen bei Sportlern. Oder es können auf diese Weise schnell bewegte Vorgänge an Maschinen dokumentiert werden.

Jedoch hat natürlich auch das Videodigitalisierungsverfahren seine Grenzen. Zum einen setzt die Qualität des Videosystems da enge Grenzen. Mehr als 768 mal 576 Pixel sind nicht drin.

Der Fernseher ist auch aus technischer Sicht keine optimale Bilderquelle.

Verschwindet komplett im Rechner: die TC1208 mit MatDigi 1

Die Auflösung entspricht einem Farbbild der Größe 10 x 13 cm, das mit einem Scanner mit 150 DPI eingelesen wird. Ein Farbdia oder -negativ, auf herkömmliche Weise photografisch hergestellt, ist bei dieser Größe aber noch längst nicht am Ende. Ein Farb-Scanner ebenfalls nicht, der heute zumeist bis zu 400 DPI und 24 Bit, also 16,7 Mio. Farben, beherrscht. Die Abbildungen aus dem Digitizer, die Sie hier in der ST-Computer sehen, sind direkt als TIFF-Datei ins Layout der Zeitung übernommen worden. Zwischenschritte bei der Bearbeitung fanden nicht statt, lediglich die Größe wurde verändert. Sie können sich also anhand der Abbildungen selbst von der Qualität der Vorlagen überzeugen. Zum Vergleich: Das Titelbild zu unserem Bericht ist auf herkömmlichem Wege als Mittelformatdia aufgenommen und anschließend mit wesentlich aufwendigerer Scannertechnik (was heute fälschlicherweise als ,Lithografie’ bezeichnet wird) auf den Druckfilm gebannt worden.

Um Bewegungsabläufe zu dokumentieren, das hat unsere Erfahrung gezeigt, sollte man einen Videorekorder mit sehr gutem Standbild benutzen. Ansonsten muß aus der laufenden Szene per Tastendruck ein bestimmtes Bild herausgegriffen werden. Es kostet mitunter reichlich Geduld, im rechten Moment in die Tasten zu hauen. Hat sich der Inhalt des Bildes innerhalb der 25stel Sekunde stark verändert, ist das als ,Bewegungsunschärfe’ zu erkennen. Sie sehen das auf dem Bild mit dem Spielzeughuhn. Das liegt daran, daß die beiden Halbbilder stark unterschiedliche Inhalte haben und sich nicht zu einem einzigen addieren.

Das mitgelieferte TC-Draw bietet dann die Möglichkeit, lediglich das erste Halbbild (leider nur das) zu benutzen und es zweimal ineinanderzusetzen. Dadurch wird das gesamte Bild zwar unschärfer, die Bewegung ist aber deutlich erkennbar (siehe Abbildung).

Die Erstellung von technischer Dokumentation ist ein Haupteinsatzgebiet des MatDigi 1

Eine weitere - äußerst wichtige - Erfahrung haben wir ebenfalls im Testbetrieb machen können: Die Qualität des (analogen) Videobildes ist maßgeblicher Einflußfaktor für die Qualität des Bildes, das später im Rechner vorliegt. Uns wurde freundlicherweise von der Firma Panasonic ein zeitgemäßer S-VHS-Camcorder zur Verfügung gestellt, der im Gegensatz zu VHS-Geräten deutliche Vorteile in bezug auf Bildschärfe und Farbwiedergabe aufwies. Damit Sie den Unterschied selbst beurteilen können, finden Sie eine Abbildung, auf der wir den Herrn Tappert aus dem ZDF aufgenommen haben. Trotz der guten Qualität des Fernsehbildes (dank Kabelanschluß) zeigt das digitalisierte Bild starke Unschärfen.

Wenn, wie zuvor beschrieben, konservierte Videoaufnahmen digitalisiert werden sollen, ist auch dabei mit leichten Qualitätseinbußen zu rechnen. Das vom Band abgespielte Videosignal ist nicht dermaßen gut wie die direkte Wiedergabe, bei der ja nur die Kamera selbst zum Einsatz kommt.

Schnelle Bewegungen zeigen Unschärfen ...

... die durch Reduzierung auf ein Halbbild umgangen werden können.

Schattenseiten

Kommen wir aus der analogen Videowelt zurück zum digitalen Gesamtsystem TC 1208+MatDigi 1, das wir in unseren Rechner gesteckt haben. Wir haben es ja ganz nebenbei auch mit einer True-Color-Grafikkarte zu tun, die als Einzelgerät bereits in [1] getestet wurde. Den Treiber für die Karte hat Matrix noch einmal verbessert, er ist auch noch ein wenig schneller geworden (siehe Tabelle). Die Karte ist momentan sicher das Feinste, was man in seinen STE oder TT stecken kann, sie hat lediglich den Nachteil, nicht mehr als 2 MB Speicher besitzen zu können. Dadurch ist die maximale Bildgröße im True-Color-Modus auf 832 x 624 Punkte begrenzt. Modi mit 65.000 oder 32.000 Farben (HiColor) wird die Karte erst in Zukunft anbieten, momentan muß man zur Vergrößerung des Bildes gleich auf 256 Farben heruntergehen.

Bei der Installation gibt man seinen Monitortyp an, für den dann verschiedene Auflösungen beim Booten bereitstehen. Die Auswahl erfolgt bereits auf dem an der Karte laufenden Monitor, so daß mit nur einem gearbeitet werden kann. Sogar ein Boot-Selektor ist eingebaut, so daß dort bequem ACCs und weitere AUTO-Programme gewählt werden können.

Leider hatten die kleinen Helfer, die uns Matrix beipackte, diverse Mängel. So zeigt das ACC grundsätzlich nur 736 x 506 Pixel des Videobildes, schneidet unten also bis zu 12% des Bildes ab. Funktionsbedingt speichert das ACC nicht das Bild zwischen. Dafür wäre meist der Speicher zu knapp. Daher erfolgt ein neues Digitalisieren des Bildes in dem Moment, wo GEM einen Redraw fordert. Leider ist dann meist das alte Bild verloren. Das ACC verfügt über keine eigene Speicherroutine, dazu dient, wie erwähnt, MAT-SNAP.

Speichert man ein Bild mit MAT-SNAP, zeigt sich ein weiterer Haken. Wiederum funktionsbedingt speichert das Programm die Bildschirmausschnitte immer in der Farbtiefe, mit der gerade der Monitor betrieben wird. Im Graumodus werden dann also auch Graubilder mit 24 Bit Farbtiefe gespeichert. Die Bilder, die ja dann dreimal größer als notwendig sind, werden im ESM-Format geschrieben. Kein Problem, denkt sich der Tester und bootet die TC1208 mit 256 Farben. Das bemerkt MAT-SNAP und bietet uns nun ein eigenes Dateiformat an (.MOC), das auch Komprimierungen zuläßt (.MCC). Leider fand sich kein Programm im Lieferumfang, mit dem man diese MCC-Dateien fehlerfrei lesen konnte. Warum Matrix überhaupt ein eigenes Format eingebaut hat, ist vollkommen unklar.

Um diese Probleme zu umgehen, erhofften wir uns viel von TC-Draw. Doch leider hat auch dieses Programm ebenfalls keine Möglichkeit, im 24-Bit-Modus der Anzeige ein Graubild tatsächlich als Graubild zu speichern. Da bietet sich übrigens ,Charly-Image’ von Wilhelm an. Das Programm ist in der Lage, 24-Bit-ESM-Dateien einzulesen, in ein echtes 8 Bit-Bild zu konvertieren und das als komprimierte TIF-Datei zu speichern.

Über MAT-Dump, das Druckprogramm für den DMA-Laser, haben wir uns gefreut. Leider läuft es nicht in True-Color, sondern nur in 256 Farben. Und selbst dann ist zwar alles gedruckt, nur leider fehlen die Inhalte der Fenster. Und auf die kommt es doch meist an.

Mit anderen Worten: Wollte man mit dem MatDigi 1 vernünftig arbeiten, landete man immer wieder bei Calamus SL. Die Importfunktion dort sollte es ermöglichen, die Bilder gleich weiterzuverarbeiten. Allerdings funktionierte mit unserem Redaktions-SL der Import nicht, obwohl es laut Matrix auch mit unserer Version klappen sollte... Ein Update erhielten wir leider bis zum Redaktionsschluß nicht von DMC.

Fazit

Das Gespann TC1208+MatDigi 1 in einem TT, ein MultiScan-Monitor angeschlossen, auf der großen Festplatte den Calamus SL nebst weiterer EB V-Software: das wäre rechnerseitig die Voraussetzung, um mehr als nur Spielereien mit der Videotechnik zu betreiben. Die Bildqualität ist maßgeblich vom eingesetzten Video-Equipment abhängig. Flier sollte der Ernsthafte ebenfalls nicht sparen. S-VHS sei als erste Bedingung genannt.

Wer Handbücher und Dokumentationen erstellen muß, spart mit einer solchen Anlage (die ja z.T. bereits vorhanden ist) eine Menge Geld - ein gewisses Auftragsvolumen vorausgesetzt. Stellen wir uns vor, ein Handbuch für einen Matrixdrucker sollte verfaßt werden. Dafür sind eine Menge Abbildungen erforderlich. Auf herkömmlichen Wege würde ein Fotograf damit beauftragt. Das kostet Zeit und Geld, zumal die Bilder dann trotzdem noch gescannt werden müssen. Diese Zwischenschritte können entfallen. Auf einer der Abbildungen sehen Sie solch ein Bild. Es ist mit ,Hausmitteln’ (Halogenlampen, S-VHS-Kamera) direkt neben dem Schreibtisch entstanden.

Bedenken sollte man allerdings, daß bei einer Ausgabe auf einen Satzbelichter das Bild keinesfalls größer als 10 x 13 cm sein darf, da im Videobild nicht mehr Information enthalten ist. Auch die Aufnahme schneller Bewegungsabläufe hat ihre Tücken, bietet sich aber dennoch an (siehe dazu auch den Extra-Text).

Setzt man gutes Equipment ein, erhält man mit dem MatDigi 1 hervorragende Aufnahmen mit 24 Bit Farbtiefe. Die vielen Mängel der mitgelieferten Software allerdings hinterlassen einen bitteren Nachgeschmack. Hier ist dringend Nachbesserung von Matrix’ Seite her erforderlich.

Matrix haben ja bereits auf der ATARI-Messe einen Digitizer für den ROM-Port angekündigt. Er wird die gleiche Hardware besitzen wie der hier getestete MatDigi 1. Dieses Gerät wird dann - laut Matrix - mit leistungsfähigerer Software ausgestattet sein. Der MatDigi 1 ziele auf den Calamus SL, für den bei DMC ein AV-Modul in Vorbereitung sei. Dieses Modul mache bei seinem Erscheinen die Digitizer-Software von Matrix nahezu überflüssig. Wir können also auch weiterhin gespannt sein.

IB

Literatur:

[1] Bunter Pixel-Strom - Grafikkarten für den VME-Bus im Test, ST-Computer 9/92 S. 24ff.

MatDigi 1

Video-Digitizer mit BAS-, FBAS-, S-VHS-Eingang als Aufsatz für die Grafikkarten TC1008/TC1208

Auflösung: max. 768 x 576 Punkte in 8 oder 24 Bit

Anschluß: VME-Bus

****Preis:**** bei gleichzeitigem Kauf einer Grafikkarte: 998,- DM Aufpreis.
Als Nachrüstung 1298,- DM.

Positiv:

sehr gute Bildqualität
gute Anbindung an Calamus SL

Negativ:

fehlerhafte Software
hoher Preis für das Komplettsystem

NVDI GEM-Test

Betriebssystem: TOS 3.06
Referenzsystem: TOS 3.01
CPU: M68030 Grafik: Matrix TC1208, 2MB RAM

Farben 16,7 Mio 256
Textausgabe 402 % 584 %
Linien 238 % | 239 %
Rechtecke 84 % 129 %
Polygone 84 % 117 %
Kreise/Ellipsen 138 % 137 %
Attributfunkt. 141 % 142 %
Auskunftsfunkt. 141 % 142 %
ESCAPES 33 % 45 %
BIOS-Ausgabe 54 % 70 %
GEMDOS-Ausgabe 51 % 69 %
AES-Objekt-Ausgabe 128 % 137 %

Signale aus der Kiste

Oberflächlich betrachtet scheinen sie sich so ähnlich: Computer und Pantoffelkino. Bei beiden flimmern die Monitore, und oft genug begegnet man der Frage, wieso sich eigentlich das eine nicht mit dem anderen verbinden läßt. Warum das nicht ganz einfach ist und aufwendige Schaltungen benötigt, beantwortet der folgende Ausflug in die Welt der Bildsignale.

Fernsehsignale werden mittels des sogenannten BAS (Bild-Austast-Synchron)-Signals übertragen; und in der Anfangszeit der Computertechnik steuerten auch Rech ner so ihre Monitore an. Heutige Fernsehgeräte liefern (und verstehen) an ihren SCART Buchsen das sog. FBAS-(Farb-Bild-Austast-Synchron)-Signal, das gegenüber dem BAS-Signal um die Farbinformation erweitert wurde.

Das FBAS-Signal stellen viele Computer an ihren Ausgängen be reit (auch der ST), sodaß sie direkt mit dem Fernseher zu verbinden sind. Das analoge (F)BAS-Signal trägt ein Fernsehbild, das aus 625 Zeilen aufgebaut ist. Dieses Bild wird 25mal in der Sekunde neu aufgebaut.

Täuschung

Dem menschlichen Auge genügt diese Frequenz zwar, um keine Einzelbilder mehr wahrzunehmen, sondern Bewegungen auf dem Fernsehschirm zu erkennen. Allerdings ließe uns ein heftiges Flackern des Bildes schnell die Lust an der Glotze verlieren. Daher wendet die Fernsehtechnik einen Trick an, der sich ebenfalls in der Computerwelt wiederfindet: das Interlace (oder auch Zeilensprung)-Verfahren. Ein Fernsehbild wird aus zwei Halbbildern zusammengesetzt, die jeweils die ungeraden und die geraden Zeilen darstellen. Diese beiden Halbbilder folgen einander im 1/50-Sekundentakt. Durch diese Täuschung scheint dem Auge eine tatsächliche Bildfolge von 50 Hz vorzuliegen. Je des der beiden Halbbilder (die bei schnellen Bewegungen auf dem Schirm natürlich verschiedene Inhalte besitzen) ist demnach 312,5 Zeilen hoch.

Konservenkost

Lange Zeit galt es als eine technische Herausforderung, das Fernsehbild mit seinem hohen Informationsgehalt aufzuzeichnen. Schließlich gelang mit den Schrägspurverfahren der Durchbruch. Das Magnetband, ähnlich dem eines Tonbandes, läuft um einen ,Tonkopf’ die Kopftrommel, her um. Es ist regelrecht um die Trommel, die zwei bis vier Köpfe beherbergt, herumgeschlungen. Der Winkel beträgt mindestens 180c. Während der Bandbewegung dreht sich die Kopftrommel, entgegengesetzt, so daß eine hohe Relativgeschwindigkeit von Kopf und Band zustande kommt. Dem ist noch nicht genug, die Trommel steht auch noch schräg zum Band. Dadurch zeichnet sie kein kontinuierliches Signal auf das Band, sondern lauter einzelne Spuren, die jeweils schräg liegen. Jede dieser Spuren trägt ein Halbbild.

Das ist auch der Grund, warum ein auf,Pause’ geschalteter Videorekorder ein Bild abgibt. Es findet nämlich auch bei stehendem Band durch die Rotation der Trommel eine Abtastung statt. (Ein Tonbandgerät liefert im Stillstand kein Signal). Es entstanden mehrere Systeme zu Fernsehaufzeichnung, im Heimbereich hat sich die JVC-Entwicklung VHS durchgesetzt. Hier einige Daten: Das Band bewegt sich mit 4,87 m/sec relativ zum Kopf (mit normalen Kassettenrekordern sind es nur 4,75 cm/ sec). Jede Halbbildspur ist etwa 10 cm lang, und die Kopftrommel rotiert mit 1500 U/min.

Nutzbild

Wie bereits in [ 1 ] für die Computer-Monitore geschildert, kann auch beim Fernsehen nicht die gesamte übertragene Informationsmenge für das sichtbare Bild genutzt werden. Es bleiben auch hier links und rechts sog. Schwarz schultern und oben und unten Zeilen für den Synchronimpuls des Bildes sowie den Strahlrücklauf der Bildröhre. Übrig bleibt ein nutzbares Fernsehbild von 587 Zeilen. Dieser Wert ist allerdings ein recht theoretischer, denn Übertragungsfehler etc. reduzieren die Bildqualität. Am Ende kann das Auge auf einem Fernseher etwa 330 Linien tatsächlich voneinander trennen, der Rest der Bildinformation verliert sich in Unschärfen und Übersprechungen.

Ein normales Heimvideosystem reduziert die Qualität noch einmal, und daher haben viele Anstrengungen der Industrie der Verbesserung der Videostandards gegolten. Herausgekommen ist dabei ,S-VHS’, bei dem das Bild nicht mehr nach dem FBAS-Verfahren kodiert wird. Denn durch die gemeinsame Übertragung von Färb und Helligkeitsinformation im FBAS-Signal leidet die Qualität. Demzufolge trennt S-VHS die Bestandteile Helligkeit und Farbe voneinander. Daher benötigt S-VHS andere Stecker und Verbindungskabel, außerdem muß das Tonsignal wiederum getrennt geführt werden.

Direkt aus dem Leben

Kommen wir mit S-VHS zu den Videokameras, die ja eine wesentlich bessere Videoquelle darstellen als ein Fernsehempfänger. Die Kamera bildet mit einem normalen Linsensystem das Bild nicht -wie ein Fotoapparat - auf einem lichtempfindlichen Film, sondern auf einem gitterartigen Feld von CCD Elementen ab. Diese lichtempfindlichen Bauteile werden von einer Elektronik Gitterpunkt für Gitterpunkt ausgelesen, und es entsteht ein digitales Pixel-Bild.

Das Ganze muß natürlich zügig vonstatten gehen, denn wir wissen ja, den Fernsehstandard dürstet alle 20 Millisekunden nach einem neuen Halbbild. Zur Übertragung wird das digitale Bild in das analoge BAS-, FBAS- oderS-VHS-Signal gewandelt.

Ein Vorteil der höherwertigen S-VHS-Kameras liegt in der größeren Anzahl von CCD-Elementen. Es sind maximal rund 440.000 Stück, das entspricht einer Auflösung von 768 x 570 Punkten im digitalen Urbild. Dem fotografisch Bewanderten bieten auch Videokameras die Möglichkeiten, Eingriffe in Belichtungszeit und Blendenöffnung zu tätigen. Mit der Wahl der Blende wird meist aus Gründen der Bildgestaltung die Tiefenschärfe beeinflußt. Durch kürzere Shutter-Zeiten (Shutter ist der elektronische Verschluß der Kamera) können schnell bewegte Objekte aufgenommen werden. Dabei ist allerdings einiges zu bedenken.

Zum einen kann die Belichtungszeit aus oben geschilderten Gründen nicht länger als eine 1/50 sec sein. Wer ein hoppelndes Kaninchen auf dem Felde filmt und meint, nun eine Bewegungsanalyse für den Bio-Unterricht herstellen zu können, sollte bedenken, daß die Zeit eines Bildes sehr wohl auf 1/1000 sec gesenkt werden kann. Doch das nächste Halbbild folgt erst 20/1000 sec (=1/50 sec) später. Das bedeutet, daß lediglich einzelne Bilder aus der Bewegung herausgenommen werden können. Ein Heimvideosystem ersetzt die Hochgeschwindigkeitskamera also nur bedingt.

Weiterhin gilt es zu beachten, daß die Empfindlichkeit der Kameras in etwa der eines 100-ASA-Filmes entspricht. Das ist zwar nicht schlecht, doch weiß jeder Fotograf, welch gute Lichtverhältnisse herrschen müssen, um bei einer solchen Empfindlichkeit mit einer 1/1000 sec belichten zu können. Unter dem Aspekt sollten die gern beworbenen Mindest-Shutter-Zeiten von bis zu 1/16000 sec gesehen werden. Dafür ist nämlich noch einmal die 10fache Menge Licht erforderlich!

Von A nach D

Dummerweise besitzen moderne Videokameras, die das Bild schon selbst digitalisieren (z.B. um unerwünschte „Verwackler“ auszugleichen) keine digitalen Schnitt stellen. Es bietet sich hier das gleiche Dilemma wie bei (fast) allen Audio-CD-Playern. Auch deren Signale müssen einem Computer auf analogem Wege zugeführt werden, in dem sie wiederum digitalisiert werden. Der einzige Weg, an das Bild der Videokamera heranzukommen, ist also ihr FBAS bzw. S-VHS-Ausgang.

Damit der Computer ein Bild erhält, das er weiterverarbeiten kann, muß er das Fernsehbild praktisch ,scannen’, also digitalisieren. Das erledigen Digital-Analog-Bausteine, sog. D-A-Wandler. Naheliegend ist, die Halbbilder Zeile für Zeile zu digitalisieren, so daß sie eine Höhe von jeweils rund 300 Zeilen erhalten. Zwei gewandelte Halbbilder setzt der Rechner später durch ,Kämmen’ zu einem mit rund 600 Pixeln Höhe zusammen. Doch wieviele Punkte ist solch ein in den Rechner geholtes Fernsehbild breit? Da orientiert man sich an der besten Quelle für Videobilder, nämlich den S-VHS-Kameras, und digitalisiert eine Videobildzeile mit knapp 800 Punkten.

Die Wandlung von Analog nach Digital wiederum unterliegt der bereits bekannten Zeitnot. Denn innerhalb von 1/50 sec muß die Digitalisierung eines Halbbildes abgeschlossen sein. Soll das Bild auf dem Rechner farbig sein, müssen natürlich die Farbinformationen des analogen Bildes mit ausgewertet werden - bis hin zum True-Color-Wert von 24 Bit pro Bildpunkt. Es entstehen dann maximal rund 650 KB pro Halbbild innerhalb 1/50 sec. Erst wenn das zugehörige zweite Halbbild ebenfalls ,im Kasten’, also im Speicher, ist, kann der Wandler verschnaufen. Nun geht es daran, die Farbinformation von der Helligkeit-Farbkodierung in computer-gerechte RGB-Werte umzusetzen. Eine nicht triviale Aufgabe, die einiges an Zeit kostet. Erst, wenn das abgeschlossen ist, kann das Bild, das max. rund 1,3 MB groß ist, in den Hauptspeicher des Rechners transferiert und von dort aus angezeigt werden.

So ,verzahnt’ liegen die beiden Halbbilder des Videosignals ineinander.

Daß dermaßen viel Rechnerei - zumal unter dem Zeitdruck - nicht der CPU im Computer überlassen werden kann, versteht sich von selbst. Sie wird daher spezieller Hardware überlassen. Digitizer heißen solche Fernsehbild-Wandlungs-Rechner, die ihre Arbeit in Form von Ansätzen oder Steckkarten verrichten.

Ausblicke

Der größte Haken der digitalen Bilder ist ihr großer Umfang. Ansätze zur Verbesserung des Zeitverhaltens bringen oft eine Verminderung der Qualität oder der Bildgröße. Wer träumt nicht davon, Fernsehbilder in Echtzeit und bester Qualität auf seinem Desktop in einem Fenster ablaufen zu lassen. Doch dazu bedarf es äußerst schneller Hardware, die das Bild erst einmal computergerecht wandelt (siehe oben). Die dabei entstehende Datenmenge von ca. 30 MB (!) pro Sekunde müßte erst einmal über den Rechnerbus geschaufelt werden - eine mit normalen Mitteln kaum lösbare Aufgabe.

Daher gehen sog. Frame-Grabber (das sind Grafikkarten, die ein digitalisiertes Fernsehbild in Echtzeit darstellen können) einen anderen Weg. Sie belasten nicht den Rechner mit dieser Datenmenge, sondern bieten sich ihm als Bildausgabesystem an. Mit anderen Worten: Sie sind Digitizer und Grafikkarte in einem. Das Fernsehbild wird direkt auf der Karte in einen Teil des Rechner-Bildschirmspeichers eingeblendet, so daß der davon gar nichts merkt.

Für die Aufzeichnung eines Bewegtbildes mit dem Rechner, digitalem Video also, steht man auch mit einer solchen Karte vor dem Problem der riesigen Datenmengen. Nicht nur, daß sie bewegt werden wollen, auch das Speichern von einem Gigabyte für eine halbe Minute Film dürfte nicht jedermanns Sache sein! An diesem Problem wird international gearbeitet, und bereits jetzt zeichnen sich verschiedene Wege von Echtzeit-Komprimierern ab.

Zum einen sind da die ‚normalen‘ Komprimierungsverfahren für stehende Bilder, die allerdings in ihren Stauchraten kräftig gesteigert wurden, indem ihnen ein gewisser Verlust an Information gestattet wird. Dieser läßt sich bei True-Color Bildern meist problemlos verschmerzen und ermöglicht dann Kompressionen bis zum Faktor 1/60 des Originals. Man spricht dann von einem ,lossy’-Komprimierer. Ohne Datenverluste liegt die Grenze des erreichbaren bei ca. 20:1. Einen solchen Algorithmus hat die ISO international vereinheitlicht, er ist nach der Joint Photografics Expert Group, die ihn erschuf, JPEG genannt worden. Obwohl er für Software-Implementierungen gedacht ist, gibt es auch spezielle Chips, die darauf getrimmt sind, ausschließlich die JPEG De- und Komprimierung durchzuführen.

Weitere Verfahren zur Komprimierung von Bewegtbilddaten sind die sog. Delta-Frame-Verfahren. Sie nutzen die Ähnlichkeit zwischen den einzelnen Bildern und zeichnen im Prinzip nur die sich verändernden Bildteile auf. Wenn das Kaninchen übers Feld hoppelt, braucht ja eigentlich nur sehr wenig von Bild zu Bild neu gezeichnet zu werden. Intel hat einen Chip-Satz entwickelt, der zumindest die Dekomprimierung von Videodaten in VHS-Qualität und in Echtzeit ermöglicht. Das DVI (Digital Video Interactive) genannte Video-Subsystem ermöglicht es PC-Besitzern, mittels einer Einsteckkarte Videos vom CD-ROM abzuspielen.

In Zukunft werden gerade in diesem Segment der Computertechnik enorme Fortschritte gemacht werden, denn alle Welt will von Multimedia nicht nur reden. Um die immensen Bildmengen, die eine Videokamera liefert, in angemessener Qualität bearbeiten zu können, braucht es nicht nur immer mehr Prozessor-Power, sondern auch mehr Grips.

[ 1 ] Pixel-Ströme - Kastentext zum Monitor-Vergleichstest, ST-Computer 4/92, S. 25



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