Digitale Medien

18.09.2013
Übersicht
Digitale Medien
2
 Begriff „Video“
 Fernseh‐ und Videostandards
9. Digital Video
 Video am Computer – Probleme
 Kenngrößen eines digitalen Videos im Detail
 Aufbau eines Video‐Frames
 Größenkalkulation
 Kompression
 Arten von digitalen Videodokumenten
 DVB
 Videoschnitt
Aufbau des analogen Fernsehbildes
Was ist Video?
3
4
Zeile
 Video (lat. ich sehe)= Bewegte Bilder



Video umfasst die Aufzeichnung und Wieder‐
gabe von Bewegtbild auf elektronische Weise
Je nach Sichtweise gehören zu den bewegten Bildern weitere Daten, wie z.B. Ton oder Metadaten
Entwicklung von Video und Fernsehen hängen eng zusammen

Analoges Video entwickelt sich seit den 1930er Jahren

1970er ‐ Erste Magnetband‐Videoaufzeichnungsgeräte („MAZen“) kommen bei Fernsehanstalten zum Einsatz

ca. 1980 – Home‐Video wird populär: Videorecorder zum Mitschnitt von TV‐Programmen sowie Videokameras, die an jeden Fernseher angeschlossen werden konnten
Zeilenrücklauf
Vertikale
Austastlücke
Zweites
Halbbild
Erstes
Halbbild
Video im klassischen Sinne folgt immer Fernsehnormen
Analoge Fernsehnormen
Analoge Fernsehnormen
5
6
 Legen den Aufbau und die Übertragung eines Fernsehbildes
fest, u.A.:




Art der Farbmodulation (PAL, NTSC oder SECAM)
Bildwiederholfrequenz (Bilder pro Sekunde)
Zeilenzahl des Bildes
Bildseitenverhältnis (16:9, 4:3)
 Stammen aus frühen Zeiten des Röhrenfernsehens


Zeilensprungverfahren (Interlacing)
Für einfache Schaltungen in darstellenden TV‐Geräten entwickelt
Auf geringe Übertragungsbandbreite ausgelegt
 Sind Kontinent‐ und Länderspezifisch


Westeuropa: PAL B/G, 625 Zeilen, 50 Halbbilder/Sekunde
USA: NTSC, 525 Zeilen, knapp 60 Halbbilder/Sekunde
 Von allen aktuellen Fernsehern unterstützt

Auch von HDTV‐Fernsehern
 Sind langsam auf dem Rückzug

Seit 2012 Abschaltung der analogen Fernsehübertragung
Führen zu Verkomplizierungen und Problemen der Thematik
“Video am Computer“


Keine einheitliche Übertragung der analogen Normen in digitale
Herstellerspezifische Lösungen bei der Umwandlung
1
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Kenngrößen eines Digitalvideos
Kenngrößen eines Digitalvideos
Eigenschaften der Einzelbilder
8
9
 Ein Video besteht aus n hintereinander wiedergegebenen
Einzelbildern: „Frames“  Daher werden die Eigenschaften eines Videos bestimmt durch:


Eigenschaften der Einzelbilder
Anzahl an Einzelbildern pro Sekunde
 Es gelten die Parameter für Bilder (vgl. Vorlesung 8)
 Breite, Höhe in Pixeln
 Farbtiefe (meist TrueColor)  Zusätzlich, u.A. um Fernsehstandards gerecht zu werden:

Auch „Framerate“ / „Frames per Seconds“ (fps)
 Ist in einem Video eine konstante Größe
 Ab ca. 20 fps entsteht der Eindruck
eines flüssigen Bildes
Verwendeter Kompressionsalgorithmus
Datenrate





Bild‐Seitenverhältnis (DAR)
Pixel‐Seitenverhältnis (PAR)
Progressive‐ oder Interlaced‐Mode → später
Meist irrelevant: Auflösung in dpi
 Alle Einzelbilder in einem Video haben die gleichen o.g. Eigenschaften 
Pixel-Seitenverhältnis
Auflösung: Breite, Höhe
(= Pixel Aspect Ratio, PAR)
10
11
 Höhe auch „Zeilenzahl“ genannt
 Ein primäres Qualitätskriterium
 Computerbildschirme, Digitale Fotografie, Print: Pixel sind quadratisch
 Im Videobereich verbreitet: nicht‐quadratische, rechteckige Pixel (auch  Beispiel digitalisiertes PAL‐Video (abgeleitet aus
 Ziel: u.A. Zeilenzahl konstant halten bei unterschiedlichem Bild‐
bezeichnet als anamorphes Video)
Fernsehnorm):
Breite 768, 720 oder 704 Pixel (je nach Hardware)
 Höhe 576 Pixel (625 Zeilen minus Austastlücke)
 ‐> SAR (Storage Aspect Ratio)

Seitenverhältnis (Abwärtskompatibilität)
 Berechnung: PAR = Höhe:Breite eines Pixels (Höhe=1)
 Unterschiedliche Breiten, PAL aber immer 4:3!?
PAR = 1:0,9
(Standard bei 4:3)
PAR = 1:1,2
(z.B. 16:9 PAL‐DVD)
PAR = 1:1,5
(z.B. 4:3 PAL‐SVCD)
Bild-Seitenverhältnis
Bild-Seitenverhältnis
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(= Display Aspect Ratio, DAR)
 Ergibt sich aus PAR und Höhe/Breite (Pixel) des Videobildes
 Angegeben als ganzzahliges Verhältnis Breite:Höhe
 Generell immer größer 1 (Breiter als Hoch)
4:3
(1,33:1)
16:9
(1,85:1)
(= Display Aspect Ratio, DAR)
 Ergibt sich aus PAR und Höhe/Breite (Pixel) des Videobildes
 Angegeben als ganzzahliges Verhältnis Breite:Höhe
 Generell immer größer 1 (Breiter als Hoch)
21:9
(2,35:1)
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Interlaced-Mode
Progressive Mode
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 „Fortschreitende“ („normale“) Speicherung der Frames
 Kennzeichen: p hinter der Zeilenzahl (z.B. 576p)
 Vorteile:



Ideale Darstellung auf Computermonitor und Kinoleinwand
Einfache Handhabung auf dem Computer (z.B. Screenshots)
Einzelbildauflösung entspricht Videoauflösung
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 Kennzeichen: i hinter Zeilenzahl (z.B. 576i)
 Ergibt sich aus Aufbau Fernsehbildes


1 Frame aus 2 Halbbildern („Fields“)
Ungerade Bildzeilen – Halbbild A;
Gerade Bildzeilen – Halbbild B
 Nachteile:

Schlechtere zeitliche Auflösung bei gleicher Datenmenge wie Interlaced (= schnelle Bewegungen können Ruckeln)
Halbbild 1
Interlaced Frame
Halbbild 2
(wenige ms später aufgenommen)
Interlaced-Mode
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 Flüssigere Bewegungen ohne Verdopplung des Speicherplatzes
 Probleme:
 Zeitlicher Versatz bei der Aufnahme

Einzelne Frames aus Sequenzen mit schneller Bewegung weisen Kammmuster auf


Volle Vertikale Auflösung von Einzelframes nur bei nichtbewegten Motiven, sonst halbiert sich die Höhe!
Deinterlacen nötig (z.B. Halbierung der Zeilenzahl, Interpolation)
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Interlaced Frame,
Even Field First
Even Field
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3
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Datenrate (Bitrate)
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 Wichtige Größe bei digitalem Video




Berechnung des zu erwartenden Platz‐
bedarfs eines Videos, wenn Datenrate
und Länge bekannt
Verifizierung, ob Hardwareanforderungen insb. der Festplatte oder bei Netzwerk‐
verbindungen ausreichen
Qualitätsmerkmal: Hohe Datenrate für hohe Qualität nötig (aber keine Garantie)
Zu hohe Datenrate beim Aufzeichnen / Wiedergeben: Dropped Frames
 Üblich: Angabe meist in Daten je Sekunde  Gebräuchliche Einheiten: Kbit/s, KB/s, MB/s, Mbit/s, ...
 Kann:


Odd Field
Im ganzen Video konstant sein (Constant Bit Rate) Je nach Bildinhalt variieren (Variable Bit Rate)
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Datenrate (Bitrate)
Kompression
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 Einfachste Idee: Frames einzeln mit  Berechnung


JPEG‐Algorithmus komprimieren
(Größe eines einzelnen Frames) * (Frames pro Sekunde)
(Größe der Videodatei) / (Länge der Datei in Sekunden)
Heißt „MJPEG“ (Motion‐JPEG)  Vorteile:


 Beispiel PAL‐Video




Breite 720 * Höhe 576 = 414.720 Pixel/Frame
3 Farben => 3 Byte => 414.720 * 3 = 1,24 MB/Frame
25 Frames/Sekunde => 1,24 MB * 25 = 31 MB/s!

Alle Vorteile der JPEG Kompression
Einfache Hardwarelösungen
Gut für Videoschnitt (framegenaue Bearbeitung)
 Nachteile:


Ein 2‐Stunden‐Spielfilm = 223 GB!? Nicht standardisiert
Keine optimale Kompression (TV‐Qualität: ab ca. 3 MB/s – 10 GB/h)
 Anwendung:
(entspricht der Kapazität von etwa 50 DVDs)


Frühe/Preiswerte Schnittlösungen für den PC
Broadcast‐Bereich
MPEG
MPEG
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 Noch besser:
 Bewegte Objekte erkennen
 Diese Objekte nur einmal, dafür mit Bewegungs‐
richtung und – Geschwindigkeit speichern
 Bisher: Frames einzeln komprimiert
 Aber: Aufeinanderfolgende Frames ähneln sich oft stark („zeitliche Redundanz“) ‐ ausnutzen!
Frame 1
Frame 2
Stehenlassen
Speichern
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MPEG - Framearten
MPEG - GOPs
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 In MPEG‐Videos gibt es unterschiedliche Arten von Frames:


 Die Framearten sind in regelmäßigen, wiederkehrenden Gruppen
angeordnet
I‐Frames

= Intra‐Coded‐Frames, auch genannt „Keyframes“


Vollständig gespeicherte Frames
Regelmäßig nötig
 Bei Szenenwechseln
 Zur Erhaltung der Darstellungsgenauigkeit



P‐ und B‐Frames
 = Predictive / Bidirectional Predictive‐Frames
 unvollständig gespeichert
 Enthalten nur Differenzinformationen zu vorhergehenden bzw. nachfolgenden Frames = GOP ‐ Group of Pictures
Beginnen immer mit einem I‐Frame
Sind in manchen MPEG‐Varianten (wie z.B. auf einer DVD) fest vorgegegeben
Beispiel:
I
P
P
P
I
P
P
P
P
I
...
MPEG 4
 Bessere Kompressionsraten bei gleicher Qualität
 Auch für HDTV geeignet
 Etwa 3x höhere Kompressionsrate als MPEG‐2
 Verwendet bspw. für  mobile Endgeräte, H.264
 Blu‐Ray
 Digitale HD‐Videoübertragung über Satellit (DVB‐S2)
 Enthält Audiodaten in unterschiedlichen Formaten, bspw.:


Verlustfrei komprimiert: Audio Loosless Coding (ALS)
Verlustbehaftet komprimiert: Advanced Audio Coding (ACC)
Kompressionsartefakte
32
MPEG-Standards
MPEG 4 Codecs
35
 DivX
Standard
Eigenschaften
Anwendung
MPEG 1
Ältester Standard, Auflösung 352*288, kein
Interlacing, einfache
Hardware(de)komprimierung, Geringe
Datenraten von 1,2 Mbit - 3 MBit
Video-CD
 Xvid
 HDX4
 3ivx
 H.264  x264 Open Source‐Encoder für H.264
MPEG 2
Verbesserungen gegenüber MPEG 1 für
SVCD, DVD, DVB, HDTV
Fernsehbilder, Interlacing, unterschiedliche
(ursprünglich), professionelle
PAR, hohe Auflösungen (von 352 bis über 1000
Videoproduktion (nur IZeilen für HDTV)
Frames)
MPEG 4
Verbesserungen gegenüber MPEG 2 für
DivX, XviD, Handyvideos,
geringe Auflösungen; streamfähig, DRM,
versch. Audiokompressionen, verschiedene DVB, HDTV (H.264), Video on
Demand, ...
Sub-Standards zur Videokompression (H.263,
neuer: H.264)
 Nero Digital Video (ASP, H.264)
5
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MPEG-Zusammenfassung
Dateiformate für MPEG-2 Video
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 .mpg (kann auch MPEG‐1 oder MPEG‐4 sein)





Optimales Qualitäts‐Platz‐Verhältnis
Anpassbar für verschiedenste Anwendungen (MPEG1‐MPEG4)
Framegenaues Spulen/Schneiden beim Einsatz von P‐und B‐
Frames generell schwierig
MPEG‐Kompression ca. 25:1
Codieren und Dekodieren ‐> Videocodec
 .mpeg (kann auch MPEG‐1 oder MPEG‐4 sein)
 .m2v (MPEG‐2 Elementary Video Stream)
 .m2a (MPEG‐2 Elementary Audio Stream)
 .m2s (MPEG‐2 Elementary Data Stream)
 .ts (MPEG‐2 Transport Stream)
 .ps (MPEG‐2 Program Stream)
 .vob (DVD Video Object)
Zusätzliche Informationen im Video
 Wiederholung Metadaten:
 Bilder: EXIF, IPTC, (XMP)
 Audio: ID3‐Tag
 MPEG 7: kein Kompressionsstandard für Video
 Eigentlich: Multimedia Content Description Interface
 Zusatzdaten Video:
 Analog: Austastlücke enthält Videotext


Infos zu Sendungen, Zeit
NextView: Elektronische Programmzeitschrift für das analoge Fernsehen
 Wird auf den analogen Kanälen von Kabel 1 übertragen

Digital: umfangreiche Möglichkeiten der Datenübertragung

Metadaten in Videodokumenten bisher nicht einheitlich vorgesehen

MPEG Standards
Beispiel: EPG – Electronic Program Guide, Softwareupdates
 Standard zur Beschreibung von Multimedialen Inhalten (Metadaten)

Basis XML ‐ Extensible Markup Language
 Regelt:
 Beschreibung von Inhalten, strukturell und semantisch
 Organisation von Inhalten
 Zugriff auf Daten
http://www.chiariglione.org/mpeg/standards/mpeg‐7/mpeg‐7.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/MPEG‐7
Containerformate
HDTV
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 Sind selbst kein Kompressionssystem, sondern Kapseln Video‐
und Audio und ggf. weitere Daten  Populäres Beispiel: AVI
Kann von unkomprimiertem Video über DV‐Video bis hin zu MPEG4 alles enthalten
 Codecs zum Abspielen nötig


 High Definition TeleVision
 Fernsehnorm mit erhöhter Bildauflösung → Sammelbegriff:
 HDTV‐typisch sind:
 1280×720 Pixel (HDTV 720p)
 1920×1080 Pixel (HDTV 1080i)
 → 16:9
„Treiber“ zur Kompression und Dekompression von Videomaterial
 Player‐Programme teilen sich unter Windows diese Treiber
 Separate Codecs für Video/Audio möglich
 Weitere Containerformate: Quicktime, ASF, MXF (Profiformat) http://www.kilchenmann.ch/ue/loesungen_nach_themen/hochaufloesendes-fernsehen-hdtv/hdtv-erklaert
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PAL vs. HDTV
http://www.ebu.ch/en/technical/trev/trev_300-wood.pdf
http://board.gulli.com/thread/879652-hdtv-auf-pc-monitor/
3DTV
Shutterbrille
 Stereoskopische Darstellung von Videos
 Für jedes Auge getrennt
 Unterschiedliche Verfahren:
 Anaglyph: Halbbilder farblich getrennt und über‐
lagert dargestellt


Rot/Grün, Rot/Cyan, Bernstein/Blau
Polarisationsverfahren:



Bild für linkes und rechtes Auge werden parallel über zwei Projektoren erzeugt, linkes und rechtes Bild sind Phasenverschoben (linear oder zirkulär)
Anzeige über Polfilterbrillen
Je nach Polarisationsart ist Kopfwackeln problematisch

Interferenzverfahren: bestimmte Wellenlängen werden herausgefiltert

Zeitlich versetzt: Bild für linkes und rechtes Auge wird zeitversetzt übertragen


Filterung über Spezialbrille, Vorteil des Verfahrens: Kopfneigung problemlos
Anzeige über Schutterbrille
http://www.heise.de/ct/artikel/3D-2-0-291654.html
Bildquelle: Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/3D-Film)
Digitale Fernsehübertragung
Digitale Fernsehübertragung
46
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 Was steckt hinter DVB‐C, DVB‐S und DVB‐T
 Was steckt hinter DVB‐C, DVB‐S und DVB‐T
 DVB – Digital Video Broadcasting
 DVB – Digital Video Broadcasting
 Nicht auf Video beschränkt, digitale Hörfunkprogramme, interaktive  DVB – C(able)
Dienste ebenfalls möglich
 DVB – C(able)
 DVB – S(atellit)




Digitale Videoübertragung über Kabel (digitales Kabelfernsehen)
Meist MPEG2, MPEG4 auch möglich
Kabelreceiver notwendig
Rückkanal möglich – Internet über Kabelmodem







Digitales Satellitenfernsehen
Großer Frequenzbereich
Übertragung mehrerer Programme auf einem Transponder
Je Satellit etwa 100 Transponder möglich
In Deutschland interessant Astra, Eutelsat
Datenrate ca. 7‐8MBit/s
MPEG 2
 DVB – S2: Weiterentwicklung HD‐Unterstützung, MPEG 4
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Digitale Fernsehübertragung
Digitale Videoübertragung
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 Programmstrom: für Medien mit geringer  Was steckt hinter DVB‐C, DVB‐S und DVB‐T
 DVB – Digital Video Broadcasting
Fehlerhäufigkeit
 DVB – C(able)

 DVB – S(atellit)
 DVB – T(errestrisch): erdgebundene Übertragung digitalen Videos



Ähnlich Rundfunkübertragung UKW, VHF
Effizienter: 4 Programme pro Kanal
Datenraten pro Kanal zwischen 12 und 20 Mbit/s, 


Nordrhein‐Westphalen: 12.75Mbit/s, Berlin: 14.75Mbit/s, hängt von Senderdichte ab
‐> pro Programm ca. 3‐3.5 Mbit/s
Vergleich: PAL Qualität benötigt ungefähr 3‐5Mbit/s, DVD bis zu 9.8Mbit/s

Zur Zeit Arbeit an DVB‐T2: ermöglicht unter anderem HDTV

Insgesamt Qualität gegenüber DVB‐S und C schlechter

bei HD reduziert sich die Zahl der Sender pro Transponder
DVD, Festplatte, Video‐CD
 Transportstrom: für eher fehleranfällige Medien
 DVB‐(T, S, C)
 paketorientiert
 Pakete verschiedener Sender in einem Transportstream
 Bei Aufnahme werden meist die Pakete des jeweiligen Senders aufgenommen

Für Videoschnitt ist Umwandlung notwendig Hybrid-TV
 Hybrid broadcast broadband TV (HbbTV), Smart‐TV
 Vermischung von Fernseh‐ und Internetinhalten
 Ablösung von Multimedia Home Plattform (MHP)
 Darstellung von Online‐Inhalten auf dem Fernsehgerät
 Verbesserte Navigation
 Zugriff auf Mediathek
 Verschmelzen von Webseiten und Fernsehbildern, bspw. Einbettung von Fernsehbild in eine Webseite
 Bessere Darstellung (Ablösung) von Teletext, bspw. angereichert mit Graphiken
http://www.hbbtv-infos.de/
http://de.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Broadcast_Broadband_TV
Digitaler Videoschnitt + DVD Authoring
einer aufgezeichneten Fernsehsendung
 Vorgehensweise (MPEG 2):
1.
Transportstream demuxen
2.
Video+Audio schneiden
3.
DVD erstellen
Demux
Transport‐
stream
Video+Audio
Pakete
DVD‐Authoring DVD‐Erstellung
Schnitt
Video
Vi
de
o
Audio
Au
di
o
Erstellen von
Kapiteln,
Wiedergabe‐
optionen
…
Zusammen
‐führen von Audio & Video
Software
 Transponderstream umwandeln:
 PVAStrumento
 ProjektX
 Multimediaplayer: VideoLAN
 VideoSchnitt:
 MPEG2Schnitt
 Cuttermaran
 DVD‐Authoring:  (GUI for) DVDAuthor
 DVDFlick
 Adobe Encore DVD (30 Tage Testversion)
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Videoaufnahme
 Wichtiges Zubehör: Stativ, ev. Linsen, Beleuchtung, Akkus
 Grundsätzliches:  Ton, ev. Zusätzliches Mikrophon
 mehrere Kameras
 Beleuchtungstechnik
 Effekte bei der Aufnahme (sparsam und immer begründet einsetzen):



Kameraschwenk: wenn Motive zu groß sind und bei Totale zu klein wären, am besten in Leserichtung von links nach rechts
Zoom: möglichst vom Objekt weg ‐> Erst das wesentliche Detail, dann die Umgebung
Indexvektor: dem Blick einer Person folgen
http://www.christoph-moder.de/hobbies/fotografie/video.html#ct
Videoschnitt
 Vorgehen: Grobschnitt ‐> Feinschnitt
 Grobschnitt: Auswahl



 Ein Film braucht eine Logik im Ablauf
 Überblendungen: sollten begründet eingesetzt werden, haben eine Wirkung!
 Vermeidung von Dingen, für die Hintergrundwissen notwendig ist
 Nicht mehrere Schwenks hintereinander. Dazwischen sollten ruhigere Aufnahmen stehen
 Ton: Hintergrundmusik sollte zum Film passen und nicht zu laut sein
 Gesamtlautstärke: ‐12dB, entspricht der Lautstärke von Fernsehsendungen
 Bitte nicht in MPEG abspeichern! http://www.christoph-moder.de/hobbies/fotografie/video.html#ct, Original: c't-Special „Digital-Video“
Software für Videoschnitt
 Frei:







Zusammenfassung
 Video: Bewegte Bilder (+ Ton)
VirtualDub
AVIDemux
Pinnacle VideoSpin (Registrierung erforderlich)
Windows Movie Maker
Lightworks (Light‐Version kostenlos)
 Kostenpflichtig:

der wichtigsten Szenen, die die Kernaussage des Films tragen des Füll‐ und Übergangsmaterials
Feinschnitt: nach der groben Ordnung der Szenen ‐> Anpassung der Schnitte
Adobe Premiere
Apple Final Cut Pro
Magix Video Pro
 Übersicht unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Videoschnittsoftware
 Digitales Video folgt analogen Fernsehnormen

Auflösung, Farbcodierung → außerdem länderspezifisch (NTSC, PAL)
 Digitales Video, Kenngrößen:




Abfolge von n Bildern pro Sekunde (Frames per second)
Bilder alle gleich groß
Bildseitenverhältnis (DAR) und Pixelseitenverhältnis (PAR)
 Pixel nicht quadra sch → Wahrung DAR
Interlaced vs. Progressive
 Formate: DV, MPEG1, MPEG2, MPEG4, AVI (Container)
 Digitale Videoübertragung: DVB‐(T, C, S)
 HDTV: Erhöhung der Bildgröße
Semesterprojekt: Webseite
 Erstellung des Medienprodukts Webseite (HTML):


ePortfolio in dem Sie sich vorstellen (Wer Sie sind, Welche Interessen Sie haben, Welche Projekte Sie gemacht haben: Hausarbeiten, andere Medienprojekte, Abschlussarbeiten, Vorträge → nur posi ve Aspekte )
Alternativen sind möglich
 Bedingungen:




3 Medien müssen verwendet werden (aus Text, Bild, Audio, Video)
Die Medien sollen zu Ihnen und Ihrem kommunikativen Ziel passen
 Farben, Schriftart, Schriftschnitt, Aufbau, etc.
Die Medien müssen von Ihnen stammen und von Ihnen bearbeitet worden sein
Kurze Begründung zum Medieneinsatz
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