High Definition – Einstieg in die Technik und HD Anwendungen · - HD-DVD und BD-Disc sind...

Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH)

High Definition – Einstieg in die Technik und HD Anwendungen

Text zu Video, Standard bis Breitbild, Auflösung, Seitenverhältnis,

Farb-Tiefe, Unterabtastung, Bandbreite, Over-/UnderScan,

Re-Sampling, HD Büro, HD Photo, HD Video, HD Präsenz

Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH)

Dieter Herrmann 17.10.2006

TU Dresden, 17.10.2006 Dieter Herrmann Seite 2 von 19

High Definition – HD Begriffe in digitaler BildgebungHD - High Definition, High Dynamic, High Digital, Hard Disk, High Density;

HD-ready - HD vorbereitet, unterster Einstieg bei 1280x720p@16*9 mit HDCP;

HDTV - HD TeleVision, digitales Hochauflösendes Fernsehen, mit HDCP;

HDV - HDefinition digital Video, 1280x720p@19Mbps und 1440x1080i@25Mbps;

Full HD - Volle HD Auflösung 1920@1080, keine Aussage bit Tiefe, Bildrate, i/p;

HDMI - HD Multimedia Interface, digital, Rückkanal, Bild, Ton, HDCP, bis 10 Gbps;

HDCP - High-bandwidth Digital Content Protection, Digitaler Inhalts-Schutz;

HD-SDI - HD Serial Digital Interface 1,456 Gbps, (SD-SDI 270 Mbps), BNC;

HD-DVD, BD, AVCHD – Einige HD Disc mit blauem Laser, und viele andere;

HD-JPEG - Hoch-Skalieren von Still Video (VCD, S-VCD, DVD in NTSC / PAL;

HD JPEG 2000 - Verlustfreie Kompression HD-SDI auf SD-SDI und umgekehrt;

XHD - Extreme HD, 16:10 PC Grafik Dual-Link DVI, NVIDIA GeForce, 2560x1600;

HD Audio, HDCD - HD Compatible Digital, Audio CD 20 bit Studioqualität;

Dolby TrueHD, DTS-HD - Digital Theater Sound HD, verlustfrei komprimiert;


High Definition – HyperText bis HD Video mit Text

© Juni 2006 - TU Dresden, ZIH, VCC


High Definition – Auflösungen von Standard SD bis HD

+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| Video | Luminance | p Frames| Pixel| 4:2:0| Bandwidth |Compr-Ratio|| Norm | weit*hoch | i Fields| MHz | Mbps | compressed| YCbCr:Mbps|+=========+===========+=========+======+======+===========+===========+| mini DV | 0720*0576 | 25p Voll| 11 | 125 | 25 Mbps | 5 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| WPAL | 1024*0576 | 50p Voll| 30 | 353 | 10 Mbps | 36 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| Film | 1280*0720 | 24p Voll| 23 | 266 | 15 Mbps | 18 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| Half HD | 1280*0720 | 30p Voll| 28 | 332 | 2 Mbps | 166 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| HDready | 1280*0720 | 50p Voll| 47 | 553 | 4 Mbps | 139 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| WXGA | 1366*0768 | 60p Voll| 63 | 756 | 20 Mbps | 38 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| AVCHD | 1440*1080 | 24p Voll| 38 | 448 | 18 Mbps | 25 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| HDV 2 | 1440*1080 | 60i Halb| 47 | 560 | 25 Mbps | 23 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| Full HD | 1920*1080 | 60i; 30p| 63 | 747 | 16 Mbps | 47 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| Full HD | 1920*1080 | 60p Voll| 125 | 1493 | 20 Mbps | 75 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+| DCin 2k | 2048*1080 | 48p; 96p| 107 | 1699 | 250 Mbps | 7 : 1 |+---------+-----------+---------+------+------+-----------+-----------+


High Definition – Größen von Standard SD bis HD, XHD


High Definition – Farb-Filter, Farb-Unterabtastung

Bild-Aufnahme über klassische Optik mit allen Vor- und Nachteilen;

Farb-Aufteilung über 1-, 2-, 3- oder 4-Chip Sensoren (CCD, CMOS);


High Definition – RGB Farb-Auszüge

Nympfenbad im Dresdner Zwinger:

Oben links RGB Echt-Farben;

Oben rechts monochrom Y-Bild;

Unten Farb-Auszüge 4 * 25%;

GRGB Farb-Mosaik Filter;


High Definition – Farb-Differenz Kodierung

Farb-Differenz Transformation und Farb-Unterabtastung 4:2:0 (4:1:1):


High Definition – DCT Kompression in JPEG und MPEG

DCT 2D Basis-Frequenzen (JPEG, MPEG), Zick-Zack Quantisierung DC zu AC:


High Definition – HD Stills, HR Photo, HD JPEG, HDRI- Nach 1980 erreichen Foto- und Film-Scanner sowie Belichter 2 k und 4 k;

- 1992 Kodak Photo-CD 3072x2048 Pixel, danach PCD-Pro 6144x4096 Pixel;

- 1993 Philips CD-I, MPEG-1, VCD, S-VCD CD-ROM/XA, 1996 DVD/MPEG-2;

- 1994 zusätzlich Fraktal und Wavelet Kompression, Foto Disk, Foto-CD;

- 1995 abgerüstet Kodak Picture-CD 1536x1024 Pixel / JPEG;

- 1996 aufgerüstet Kodak mit Microsoft und Hewlett Packard Flash Pix Format;

- Für CD/DVD Player entstehen unzählige inkompatible Formate für PC und TV;

- 1997 MegaPixel Digital Still Cameras DSC, (heute wird daraus HD-ready);

- Seit 1992 auch Wasserzeichen, GUID, Inhalts-Schutz und Verschlüsselung;

- 2000 Digitale Fotografie 4 bis 6 MegaPixel JPEG überfordern TV und DVD;

- 2001 nach 300 Mann-Jahren Format-Krieg Verabschiedung von JPEG 2000;

- 2005 wieder neue Bild-Formate, 150 RAWs, Microsoft, Google HD GDI;

- 2006 HD-JPEG 1920x1080i@16:9, max 2 MPix, völlig überfordert von 10 MPix;


High Definition – Qualitätssicherung erst recht für HD

© Juni 2006 - TU Dresden, ZIH, VCC

Komplementär-Farb Auflösung im Stern mit Anti-Aliasing


High Definition – Farben neben, hinter, nacheinander

Farb-Differenz Bildwiedergabe erfolgt in umgekehrter Analogie:

Color-Upsampling 4:4:4, YCbCr zu RGB Transformation;

Farb-Separation temporal oder lokal mit Mosaik, Delta , Strip Filter (Trio-Dot);

Technologische Unterschiede zwischen Displays, Panels und Projektoren:

CRT, LCD, TFT, OLED, Plasma, DLP, SED, Farb-Laser und vielen anderen;


High Definition – Kopf oder Fuß, schlank oder breit

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Aspect Ratio: 4:3 in 16:9, Scaling Varianten


High Definition – HDCP, DRM, CA, Grund-Verschlüsselung


High Definition – Erfahrungen, Empfehlungen, Schlußfolgerungen

- HD-ready 720p ist 2007 im Pal Umfeld Historie, außer Mobil und Real Time;

- Meiden Sie Interlaced wie 1080i, außer schnelle Bewegungen über 50/60 Hz;

- Üben Sie an einfachen SD Vorgänger-Systemen, Entscheidung erst dann HD;

- Lassen Sie sich ausreichend Zeit zur Auswahl, 10 % der geplanten Nutzung;

- Bleiben Sie Digital, ansonsten nur einmal Analog/Digital Wandlung der Videos;

- So weit wie nötig, so kurz wie möglich, Signale werden schlechter oder teurer;

- Digital und HD sind und bleiben nicht verlustfrei, Generations-Verluste;

- Resampling, Transcoding, System-Wechsel der Speichermedien vermeiden;

- Full-HD 1920x1080p @16:9 progressiv mit vollen 60 Hz zwischenzeitlich Stand;

- Bei PC Video-Grafik mindestens 1920x1200p @16:10 vorziehen, (darin 16:9);

- Betrieblich und professionell sind DVI-DL, HD-SDI wichtiger als HDMI/HDCP;

- Abwägen zwischen MPEG-2, MPEG-4/2, AVC/H.264, MPEG-4/11, JPEG-2000;

- HD-DVD und BD-Disc sind Einwegprodukte, CD >20a, DVD=10a, HD-Disc<5a;

- 2015 ist kein neues HD System mit den heutigen mehr kompatibel;


High Definition – Zukunft bis 32 MegaPixel bis 2025

„HDTV war gestern“ – DCin und Next Generation TV/DVB, NHK Japan 2005:

Quelle: http://www.nhk.or.jp


High Definition – Entwicklung der nächsten 5 Jahre


High Definition – und jedes Jahr eine neue Generation

Bisherige Entwicklung: über 20 Jahre analog HDTV und 10 Jahre digital HDTV:

- Wachsende Vielfalt erhöht Inkompatibilitäten, Konvergenz bleibt Illusion;

- 1996 SD-TV, mini DV, DVD-V, DVB und MPEG-2 sowie HD-SDI;

- 2005 HD-ready 720p;

- 2006 Full HD 1080i;

- 2006 nochmalige Änderung und Verdopplung aller bisherigen HD Standards:

- 2x Bandbreite >10 Gbps, 2x Farbraum XvYCC, 2x Frequenz 120Hz, 2xbit 48 bit, 2x Zeilen 1440p, 2x AVCHD 24 Mbps, und weitere;

- 2007 Full HD 1080p;

- 2008 HD2 1440i;

- 2009 PC Video-Grafik 2560x1600@16:10 Vollbild, mindestens 60 Hz, DVI-DL;

- 2010 Ende des Analogen Video und TV, Abschaltung analoger Schnittstellen;

- 2011 Es gibt genug Raum und Komplexität für ständig neue Formate;


High Definition – auf dem Weg zur Tele-Präsenz

Mont Blanc 4810 m im Juni 2006 - Spitze des Eisberges:

Tele-Presence demnächst natürlich in voller HD-Qualität

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