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Videoformate und Schnittstellen
Die heutigen Videoformate fallen in zwei grosse Kategorien: Videoformate für Ausstrahlungen/Fernsehsysteme und jene, die für Computergrafik konzipiert sind.
Die Konstruktionsanforderungen für diese Kategorien unterscheiden sich voneinander. Videoformate für Ausstrahlungen/Fernsehsysteme müssen die für das Signal erforderliche Übertragungsbandbreite beschränken. Computer-Grafikformate dagegen sind weitaus weniger in der Bandbreite beschränkt. Sie müssen jedoch ein Bild liefern, das aus sehr kurzen Entfernungen angesehen werden kann.
Wir erläutern im Folgenden viele der heutigen unterschiedlichen Videoformate, die in diese beiden Kategorien fallen:
Videoformate für Ausstrahlungen/Fernsehsysteme
Abb. RCA-KabelKompositvideo ist den meisten von uns sehr vertraut. Es ist das analoge Fernsehsignal vor der Modulation auf einen HF-Träger. Es ist der Standard, der die meisten Unterhaltungsvideogeräte verbindet wie VCRs, Camcorder, Sicherheitskameras und DVD-Player.
Wie der Name schon vermuten lässt sind bei Kompositvideo Helligkeit (schwarz und weiss), Chrominanz (Farbe) und Synchronisationsimpulse in einem Signal kombiniert. Bei seiner Entwicklung wurde Kompositvideo so ausgelegt, dass es sowohl mit Farb- als auch mit Schwarzweiss-Fernsehsignalen arbeiten kann. Diese Abwärtskompatibilität sorgte für einen sanften Übergang zwischen den beiden Formaten in den 50er Jahren. Schwarzweiss-Fernseher konnten die Farbkomponente ignorieren. Neuere Geräte dagegen trennten diese heraus und stellten sie mit der Helligkeitsinformation dar.
Abb. S-Video (Y/C) (4-polig Mini-DIN)Obwohl dieses Format das Problem der Abwärtskompatibilität zu jener Zeit löste, zeigt Kompositvideo nach heutigen Standards kein sehr scharfes Bild. Da alle Videokomponenten zusammen übertragen werden, können sie miteinander agieren und Bildfehler wie Punktabweichungen und Farbschlieren verursachen.
Y/C-Video (oft auch S-Video genannt) wurde in den 80er Jahren eingeführt. Es sollte einige der mit Kompositvideo verbundenen Defizite beseitigen. Dies ist ein weniger codiertes Videoformat. Farb- (C) und Helligkeitsinformationen (Y) werden getrennt übertragen, um ein schärferes Bild auf dem Anzeigegerät zu erzeugen.
Die meisten Videogeräte mit einem S-Video-Anschluss haben auch einen Kompositvideo-Anschluss. Wenn Sie Geräte miteinander verbinden, die beide Schnittstellen unterstützen, verwenden Sie vorzugsweise den S-Video-Anschluss. Im Allgemeinen erhalten Sie so ein schärferes Bild.
Abb. drei KomponentenvideosteckerKomponentenvideo (YCbCr) trennt das Signal in noch grösserem Mass als S-Video auf. Damit wird das Risiko von Interferenzen weiter reduziert und folglich die Bildqualität verbessert. Komponentenvideo trennt die Farbinformationen in zwei Farbdifferenzsignale auf: B-Y (Blau minus Helligkeit, auch Cb oder Pb genannt) und R-Y (Rot minus Helligkeit, auch Cr oder Pr genannt). Diese ergeben zusammen mit Y (Helligkeit) insgesamt drei Signale.
Sie können Komponentenvideo in einigen DVD-Playern und TV-Empfängern finden. Damit zeigen diese die qualitativ sehr hochwertigen Bilder von DVDs bestmöglich an.
Videosignalstandards für Ausstrahlungen
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Videoformaten gibt es auch mehr als ein Dutzend unterschiedlicher Ausstrahlungsstandards, die zu verschiedenen Zeiten auf der ganzen Welt verwendet wurden. Heute verwenden die meisten Länder einen von drei Standards. Diese Standards sind untereinander nicht kompatibel. Das bedeutet, dass beim Anschluss von Videogeräten diese nicht nur das gleiche Videoformat unterstützen müssen, sondern auch den gleichen Ausstrahlungsstandard.
Hier eine kurze Zusammenfassung der Standards: Systeme nach dem NTSC-Standard (National Television Systems Committee) werden hauptsächlich in nord- und mittelamerikanischen Ländern eingesetzt, in den meisten Ländern Südamerikas und in Japan.
Das technische Format von NTSC liegt bei 480 sichtbaren Zeilen pro Frame mit einer Bildwiederholrate von 30 Frames pro Sekunde. Die 30 Frames bestehen aus 60 Feldern, deren Timing auf dem in diesen Ländern verwendeten Stromnetz von 60 Hz basiert. Ein Feld ist eine Hälfte (jede zweite Zeile) des interlaced Frames. Andere Länder verwenden ein Stromnetz mit 50 Hz. Deren Fernsehsysteme basieren auf Raten mit 50 Feldern pro Sekunde.
Das in Deutschland entwickelte PAL (Phase Alternation Line) ist das europäische Äquivalent zu NTSC und bietet 576 sichtbare Zeilen pro Frame. Die Bildwiederholrate liegt bei 25 Frames pro Sekunde, basierend auf 50 Feldern pro Sekunde, da das europäische Stromnetz mit 50 Hz betrieben wird. Im Vergleich zu NTSC hat PAL eine grössere Anzahl von Zeilen. Dies liefert dem Bild mehr Details, aber die PAL-Rate von 50 Feldern pro Sekunde kann (im Vergleich zur NTSC-Rate mit 60 Feldern pro Sekunde) zu merklich stärkerem Flimmern führen.
SECAM (Séquential Couleur à Mémoire) ist PAL sehr ähnlich. Es hat die gleiche Zeilenzahl und die gleiche Framerate. Es wurde in Frankreich entwickelt und wird auch in Russland, Teilen von Afrika und Osteuropa verwendet. Trotz der Ähnlichkeiten der beiden Standards ist SECAM nicht kompatibel zu PAL, da im Gegensatz zu PAL die Chrominanz FM-moduliert ist.
HDTV (High-Definition Television), ein qualitativ sehr hochwertiger digitaler Fernsehausstrahlungsstandard, ist die lang erwartete Lösung der nächsten Generation. Dieser Standard soll analoge TV-Formate wie NTSC und PAL ersetzen.
HDTV liefert viel klarere, schärfere Bilder mit 720 oder 1080 Zeilen Auflösung verglichen mit den 625 Zeilen von PAL. Es bedingt jedoch die Verwendung neuer HD-kompatibler Fernsehgeräte und Empfänger.
Videoformate der Computergrafik
Fernsehvideosignale werden, wie wir gesehen haben, normalerweise in einem codierten Signal mit geringerer Bandbreite kombiniert wie Kompositvideo. Im Gegensatz dazu haben Computergrafiksignale nicht die gleichen Bandbreitenbeschränkungen. Sie lassen daher die roten, grünen und blauen Farbsignale getrennt und erlauben damit Bilder mit höherer Auflösung. Diese lassen sich auch aus kurzen Entfernungen betrachten.
Abb. VGA-Buchse und VGA-SteckerEs gibt viele unterschiedliche analoge Grafikvideoformate. Alle basieren auf getrennten RGB-Signalen. Sie unterscheiden sich in der Art der verwendeten Anschlüsse, in der Übertragung der Synchronisationsinformationen und den unterstützten Auflösungen und Bildwiederholraten. Die korrekte Anzeigehardware für eine bestimmte Videoschnittstelle muss sorgfältig ausgewählt werden. Dies liegt daran, dass unterschiedliche Formate oft untereinander inkompatibel sind und aktive Konverter benötigen, wenn sie miteinander verbunden werden sollen. Einige Displaytechnologien wie DVI bieten digitale Videoverbindungen. Dies ermöglicht verbesserte Videoqualität, jedoch müssen digitale Anzeigegeräte zur Umsetzung verwendet werden.
Hier ein Überblick über alte und neue Videoformate für Computergrafik:
VGA-basierende Formate
Die VGA-Grafikkarte (Video Graphics Array) von IBM, die 1987 vorgestellt wurde, stellte einen grossen Fortschritt gegenüber EGA dar. Mit einer Horizontalscanrate von 31,5 KHz (von 24,1 KHz) unterstützt VGA Auflösungen bis 640 x 480 mit 256 Farben. Das Videosignal ist analoges RGB mit getrennten horizontalen und vertikalen Synchronsignalen am HD15-Anschluss.
SVGA (Super Video Graphics Array), XGA (Extended Graphics Array) und spätere Formate haben die Entwicklung fortgesetzt, noch schärfere Bilder und grössere Farbtiefe zu liefern. Mittlerweile haben VESAStandards (Video Electronics Standards Association) Struktur und Interoperabilität in einen Markt gebracht, der zu einer Mischung aus konkurrierenden und oft inkompatiblen SVGA-Grafikkarten wurde.
Hier ein Vergleich von maximalen Auflösungen der unterschiedlichen VGA-Formate:
Format Max. Auflösung
VGA (Video Graphics Array) 640 x 480
SVGA (Super Video Graphics Array) 800 x 600
XGA (Extended Graphics Array) 1024 x 768
W-XGA (Wide Extended Graphics Array) 1366 x 768
SXGA (Super Extended Graphics Array) 1280 x 1024
UXGA (Ultra Extended Graphics Array 1600 x 1200
W-UXGA- WUXGA 1920 x 1200

VESA entwickelte auch den DDC-Standard (Data Display Channel).
Abb. 13W3 Buchse und 13W3 SteckerDurch ihn wurde VGA zu Plug-and-Play, weil er einen physikalischen Kommunikationskanal zwischen der Grafikkarte und dem Monitor definierte. Dies ermöglicht es der Grafikkarte, automatisch passende Displayeinstellungen auszuwählen. Dabei werden Informationen vom Anzeigegerät verwendet.
Grafikkarten, die den SVGAStandard und höher unterstützen, können normalerweise eine Reihe von Auflösungen unterstützen. Sie ermöglichen eine Abwärtskompatibilität zu Anzeigetechnologien mit geringerer Auflösung.
Anschlüsse für Sun®-Systeme
Neue Sun-Computer haben oft VGA-Grafikkarten zur Interoperabilität mit PC-Hardware. Ältere Sun-Geräte haben aber 13W3-Videoanschlüsse, die analoge rote, grüne und blaue Signale mit Komposit-Synchron führen (anders als VGA, das getrennte Synchronsignale verwendet). Abb. DVI-D Buchse und DVI-D SteckerEs werden mehrere Auflösungen unterstützt. Die verwendete Auflösung wird von ID-Bits bestimmt, die die Fähigkeiten des Monitors an die Schnittstelle senden.Auch mehrere andere Computerarten verwenden 13W3-Videoanschlüsse, darunter IBM Power PCs und Silicon Graphics® Computers. Aber die Pinbelegung dieser Anschlüsse und die Art der Synchronsignalübertragung unterscheiden sich zwischen den Herstellern.
DVI
DVI wurde von der DDWG (Digital Display Working Group) geschaffen und mit DVI 1.0 im April 1999 realisiert. DVI wurde entwickelt, um sowohl analoge als auch digitale Schnittstellen in einem einzigen Anschluss unterzubringen. Ein einziger DVI-Link arbeitet bei bis zu 165 MHz, so dass das Bild mit 1920 x 1080 bei 60 Hz auf einem
digitalen Flatpanel-Display angezeigt werden kann. Mit einem Duallinkkanal können Auflösungen von 2560 x 1600 erzielt werden.
Es gibt drei DVI-Standards und es ist wichtig, jeden davon zu verstehen, wenn DVI-Geräte und –Kabel ausgewählt werden:
DVI-D - Diese rein digitale Schnittstelle liefert ein qualitativ hochwertiges Bild und schnelle Übertragungsraten. Alle Signale von PCs sind digital. Ein rein digitaler Videokanal bedeutet also, dass keine Signalverschlechterung durch Konvertierungen von digital zu analog/analog zu digital eingeführt wird.
Abb. HDMI-AnschlussDiese Anschlussart ist noch immer relativ ungebräuchlich, da keine Abwärtskompatibilität zu analogen Displays besteht.
DVI-A - Dieser rein analoge Standard mit hoher Auflösung bietet Verbesserungen gegenüber Standard VGA-Formaten. Aufgrund des Umwandlungsprozesses von digital zu analog liefert er jedoch nicht die Bildqualität von digitalem DVI. Diese Anschlussart ist sehr selten an Geräten zu finden.
DVI-I - DVI-I unterstützt entweder eine Analog-zu-Analog-Verbindung oder eine Verbindung von digital zu digital. Dies ist der derzeit am häufigsten verwendete DVI-Anschluss. Er kann mit Adaptern eingesetzt werden, um analoge Verbindungen zu einem VGA- oder DVI-I-Display zu ermöglichen oder digitale Verbindungen zu einem DVI-D-Display. Sie können die beste Bildqualität erzielen, wenn Sie ein digitales DVI-Display mit einer digitalen DVI-Videoquelle verwenden.
HDMI – Die HDMI-Schnittstelle (High-Definition Multimedia Interface) ist die erste digitale Schnittstelle, die nicht komprimiertes hochauflösendes Video, Mehrkanal-Audio und intelligente Formatund Steuerdaten in einem einzigen Kabel vereint.
Der HDMI-Standard wurde im Dezember 2002 eingeführt, und HDMI 1.2 im August 2005. HDMI wird von vielen führenden Herstellern von Unterhaltungselektronik verwendet, von Filmstudios, Kabelprovidern und Satellitendiensten.
Der HDMI-Anschluss ist kompakt und ähnelt einem USB-Anschluss. Verwenden Sie diese serielle Schnittstelle zur Verbindung von Audio/Videogeräten wie DVD-Playern, Digitalempfängern und A/VEmpfängern über ein einziges Kabel mit Audio und/oder einem Videomonitor wie Digitalfernsehen. HDMI funktioniert mit Standard-, erweitertem und hochauflösendem Video. Es hat eine Bandbreite von bis zu 5 Gigabyte pro Sekunde und unterstützt damit alle HDTVStandards. Ausserdem bleibt noch Bandbreite für künftige Applikationen frei.
Darüber hinaus ist HDMI abwärtskompatibel zu DVI-Geräten wie PCs, TVs und anderen Elektronikgeräten nach DVI-Standard. Das DVI-Gerät ignoriert einfach die zusätzlichen Daten.
HDMI bietet deutliche Vorteile gegenüber älteren analogen AVVerbindungen. Es liefert erstklassige Bild- und Tonreinheit, da es keinen Signalverlust durch Konvertierungen von digital zu analog gibt. Es unterstützt Auflösungen von 1920 x 1080 und mehrere Audioformate von Standard-Stereo bis Mehrkanal-Surroundsound. Ausserdem bietet es eine Zweiwege-Kommunikation zwischen der Videoquelle und dem Digital-TV. Damit sind einfache Fernkonfigurationen mit Zeigen-und- Klicken möglich.
HDMI zeichnet sich als der Verbindungsstandard für HDTV und den Markt der Unterhaltungselektronik ab. Da HDMI alle Signale über ein Kabel überträgt, ist es besonders komfortabel für Heimkinoelektronikgeräte und -Systeme. Es vereinfacht die Installation von Heimunterhaltungssystemen immens, da es kein Kabelgewirr mehr hinter der Anlage gibt. Ausserdem ist es sehr preisgünstig, da nur ein Kabel benötigt wird.
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