2. Digitale Grundlagen

Wenn ein Videobild digitalisiert ist, kann man unzählige Berechnungen anstellen, die den Bildinhalt verändern. Zuerst ist das Bild aber immer analog. In der Kameralinse, im Filmabtaster wird zunächst ein analoges Signal gewonnen. Hier wird ein optisches inein analoges, elektrisches Signal umgewandelt. Früher wurden Röhren dazu verwendet, heute ein lichtempfindlicher Halbleiterchip (CCD, ChargeCoupled Device). Dieses analoge Signal enthält immer noch unendlichviele Abstufungen. Werte für die elektrische Spannung oder Frequenzkönnen unendliche viele Kommastellen besitzen. Stellt man den Verlauf der elektrischen Spannung des Signals über die Zeit dar so erhält man eine komplexe, sinusförmige Kurve.

Rauschen entsteht ebenfalls. Freie Elektronen im Chip, auf Kabelwegen, etc. erzeugen Elektrizität die so nicht im Bildsignalvorhanden war. Ist dieser Anteil von Rauschen bei der Überspielungselbst noch vernachlässigbar gering addiert es sich doch bei jedem weiteren Bearbeitungsschritt. Das ursprüngliche Nutzsignal wird mehr und mehr beeinträchtigt. Vielfältige elektrische Wechselwirkungen sind dafür verantwortlich (Interferenzen, Phasenverschiebungen, Rauschen, Dämpfung, etc.)

Die schlechte Qualität von VHS zu VHS Kopien kann als Beispiel für diese Effekte dienen. Aus der Sicht der Elektronik fällt es schwer analoge Videosignale zu bearbeiten, einzelne Komponenten zu isolieren. Zu komplex ist dasSignal, falls es überhaupt möglich ist.

Das Vergrößern oder Verkleinern oder Verschieben von Videosignalen wurde erst mit einem DVE, Digital Video Effekt möglich, der, wie der Name schon sagt, digital funktioniert (Kap.3.2.).

Die digitale Speicherung und Bearbeitung verspricht viele Vorteile.

Digitale Techniken wandeln das elektrische, analoge Signal in ein digitales, in diesem Urzustand werden dann Berechnung und Speicherung vorgenommen. Will man das Signal wieder analog nutzen erfolgt eine Wandlung zurück in ein analoges elektrisches Signal. Die dazu verwendeten Wandlerbausteine sind entscheidend für die Qualität des Signals.

Die Digitaltechnik kennt nur zwei Werte, An oder Aus, Null oder Eins, das bezieht sich auf die elektrische Spannung des Signals. Die Werte Null und Eins entsprechen den beiden Ziffern des Binärzahlensystems. Numerische Zahlen werden dabei in eine Reihe von Nullen und Einsen dargestellt.

Numerisch, dezimal	Binär
0	0000 0000
1	0000 0001
2	0000 0010
3	0000 0011
4	0000 0100
8	0000 1000
16	0001 0000
32	0010 0000
64	0100 0000
128	1000 0000
255	1111 1111

Mit den 8 Stellen und zwei Ziffern lassen sich also 2⁸ =256 Werte (von 0 - 255) darstellen. Größere Zahlen kann man mit mehr Stellen darstellen.

Im digitalen Bereich spielen geringe Unterschiede des Signals keine Rolle. Wenn zum Beispiel 5Volt als 'An' oder 'Eins' definiert ist dann akzeptiert die Elektronik auch den z.B. den Wert 4,854... Volt als 'An' Zustand. Das digitale Signal ist, auch wenn es Rauschen enthält, relativ leicht von der Elektronik zu erkennen. Die digitalen Werte lassen sich bereits mit den vier Grundrechenarten bearbeiten. Blenden, Farbkorrekturen usw. können vergleichsweise einfach berechnet werden. Die Kombination von mehreren Bildern kann ebenso verlustfrei vorgenommen werden.

Trotz analoger Störsignale wie Rauschen, kann das eigentliche Signal vollkommen fehlerfrei dargestellt werden, solange der Zahlencode innerhalb der Toleranz gelesen werden kann. Das digitale Signal wird nie direkt genutzt. Es wird in speziellen Chips (Analog Digitalwandler) kodiert, dann gespeichert,beim Dekodieren durchläuft das digitale Signal den umgekehrten Prozeß,dann allerdings in einem anderen Chip, dem Digital Analogwandler. Das Ausgangsbild entsteht im Prinzipjedes mal neu. Tritt im digitalen Bereich ein Fehler auf, so ist er dann allerdingsmeist so schwerwiegend das das ganze Bild unbrauchbar wird.

Das 0 und 1 bedeutet also nicht nur An oder Aus, sondern im gewissen Sinn auch ganz oder gar nicht. Der Fortschritt in der Technik versucht natürlich das 'gar nicht' möglichst gering zuhalten.

Die Aufzeichnung der Daten erfolgt mit Fehlerkorrekturen, Blockweise auf dem Band oder der Festplatte verteilt und vielen anderen Techniken, um Datensicherheit zu gewährleisten.

Das Signal enthält im digitalen Bereicheine hohe Zahl von Schaltzuständen zwischen den beiden digitalen Werten. Fürdie Darstellung eines einzelnen Buchstaben oder einer Ziffer in einem Textprogrammbraucht man 8 solcher Schaltzustände.

Ein Videobild dagegen braucht etwa eine Million solcher Schaltzustände um vollständig in digitale Daten übersetzt zu werden. Maßeinheit für einen Schaltzustand: 1Bit. 8Bit = 1Byte. 1024 Bit= 1Kilobyte (KB). 1000 KB= 1 Megabyte (MB), 1000 MB = 1 Gigabyte (GB), 1000GB= 1 Terabyte (TB).

Bei den Abkürzungen wird Bit klein geschrieben, Byte dagegen groß. MB steht für MegaBYTE, Mb für MegaBIT. (Bit = Binary digiT, Binärzahl). Die Bezeichnung Mega oder GigaBIT, wird vornehmlich als Maßeinheit für die Datenmenge pro Sekunde benutzt. Ganz verläßlichist diese Angabe leider nicht, da in der Literatur oder in Prospekten etc.die Abkürzung nicht immer korrekt angegeben wird. Daher sollte man imZweifel überprüfen ob BIT oder BYTE gemeint ist, der Unterschiedist immerhin achtfach.

 

2.1. Unkomprimiertes Komponenten Digital Video

Es muß eine Übereinkunft darüber bestehen wie das Bild kodiert und dann wieder dekodiert werden kann. Für unkomprimiertes, digitales Video ist dies die ITU R BT 601 Norm (International Telecommunication Union, Recommendation, Broadcast Television, Nummer 601) (siehe HDTV Kap.5.8.für die HD Norm). Dieser Standard ist auch als 4:2:2 (irreführendeBezeichnung siehe unten in diesem Kapitel), CCIR 601 (früherer Name derITU), SDI oder D1 bekannt und bezeichnet digitales Video dessen Komponenten Y (Helligkeit) U und V (Farbdifferenzsignale) unkomprimiert digitalisiert worden sind.

Das (PAL)Videosignal hat eine maximale Frequenz von 5.5MHz für das Luminanzsignal Y (Helligkeitssignal). Will man das Signal digitalisieren muß es in einem Analog Digital Wandler (Analog to Digital Converter, ADC) umgesetzt werden. 'Sampling' (Proben nehmen) wird dieser Vorganggenannt, dabei wird ein Spannungswert gemessen und dann der entsprechendedigitale Wert ausgegeben. Das vorher sinusförmige, analoge Signal wirddann in ein treppenförmiges Signal umgewandelt und gespeichert. Beimumgekehrten Prozeß, also beim Wandeln der digitalen Daten in ein analogesSignal kommt ein anderer, separater Baustein zum Einsatz. Digital Analog Wandler(DAC) nennt sich dieser Chip.

Ein Wert wird gemessen und so lange beibehalten, bis ein neuer Wert ermittelt wird, dann springt das Signal auf diesen neuen Wert. Das Signal kann also um so genauer nachgebildet werden, je öfter ein Wert ermittelt wird, also je mehr 'Treppenstufen' es enthält. Die Zahl wie oft in der Sekunde ein Wert gemessen wird gibt die 'Samplingfrequenz' an (X-Achse). Die Zahl der Signalabstufungen wird oft mit 8 Bit oder 10 Bit Farbtiefe (16 Bit Farbtiefe bei neueren Produkten) angegeben(Y-Achse). Das bedeutet das für das Videosignal eine vertikale Skalavon 2⁸ = 256 Werten für eine acht Bit und 2¹⁰=1024 Werten für eine 10 Bit Auflösung. Dies ist die Auflösungder Y Achse auf der die elektrische Spannung aufgetragen wird.

Die X-Achse stellt die Zeitlinie dar. Um eine bestimmte Frequenz, die in Schwingungen pro Sekunde angegeben wird, hinreichend genau zu erfassen muß der ADC mit mindestens der doppelten Frequenz laufen, das besagt das Abtasttheorem nach 'Shannon', die Frequenz wird 'Nyquist' Frequenz genannt.

5.5 x 2 = 11 MHz wäre demnach die Mindestsamplingfrequenz für digitales Video. Eine Schwingung ist eine 360 Grad Drehung eines Punktes auf einem Kreis, der über die Zeit dargestellt eine Sinuskurve beschreibt.

 

Mißt man mit genau der doppelten Frequenz so trifft man am Anfang (0^o), in der Mitte (180^o) und am Schluß(360^o) der einzelnen Schwingung auf den Wert 0, den Nulldurchgängen der Sinuskurve. Mit einer Frequenz die zu niedrig ist erhält man ein Signal das dem Original in keiner Weise entspricht.

 

Gängige Praxis bei solchen Vorgängen ist daher eine etwas höhere Samplingfrequenz zu wählen als minimal nötig. Das stellt sicher auch die höchst mögliche Frequenz im Signal korrekt erfassen zu können und hinreichend genau digitalisieren zu können.

 

(Bei der CD ist dies 44.1 kHz also mehr als doppelt soviel wie 20 kHz, die obere menschliche Hörgrenze. Neue Standards im Audiobereich nutzen allerdings eine etwa fünf! mal größere Frequenz (192kHz), um nicht nur die Frequenzextreme sondern vielmehr das gesamte Audiosignal genauer abbilden zu können).

 

Beim Videosignal wird die Frequenz 13,5 Megahertz, MHz für die Helligkeitskomponente benutzt, wobei dieser Wert bei aktuellen Geräten auf etwa 14-15 MHz erhöht worden ist. Das bedeutet daspro Sekunde 13,5 Millionen Werte ermittelt werden können. Diese Frequenz ist ein ganzzahliges Vielfaches der unterschiedlichen Frequenzen für PAL und NTSC. Dadurch kann man beide Fernsehnormen mit dem gleichen Typ des ADCs umwandeln. Tatsächlich hat man beim Festsetzen der Norm versucht die internationale Nutzung weitestgehend zu ermöglichen. In der digitalen Videotechnik lassen die Geräte meist ein simples Umschalten der zu bearbeitenden Fernsehnorm per Mausklick zu. Den Herstellern der Geräte erleichtert das die Arbeit sehr, da nur eine Geräteversion zu entwickeln ist. Verkaufen läßt es sich auch leichter, da man, einmal produziert, weltweit einen Kunden finden kann. Das bedeutet allerdings leider nicht das sich Bilder beider Fernsehnormen in einer Sequenz mischen lassen. Oder das gar eine Normwandlung vollzogen werden kann. Als weltweit einheitlicher Standard könnte sich HDTV etablieren (siehe Kap. 8.5).

Die Farbinformationen werden mit der halben Frequenz abgetastet, hier kann man eine geringere Auflösung in Kauf nehmen, da das menschliche Auge auf Farbveränderungen wesentlich unempfindlicher reagiert als auf Unterschiede in der Helligkeit. Auch im analogen Signal wird dem Farbanteil aufgrund dieser Tatsache eine geringere Bandbreite zugewiesen. Die Samplingfrequenz für die Farbanteile ist 6.75 MHz. Das Komponentensignal Y U V wird also mit 13,5 ; 6.75, und 6.75 MHz gesamplet. Dieses System wird auch 4:2:2 genannt und bezieht sich auf Verhältnis der Frequenzen zu einander. '1' entspricht der maximalen Bandbreite des analogen Chromasignals: 3,375 MHz. 4X3,375 = 13,5MHz. 

4:2:2:4 bedeutet das auch der Alpha Kanal (Transparenzinformation, siehe Kap. 4.1.5), als vierte Komponente, mit der vollen Luminanzfrequenz digitalisiert wird.

4:4:4 ist das Frequenzverhältnis, wenn ein RGB Signal digitalisiert wird. Jeder der drei Farbkanäle muß hier mit der 'vollen' Frequenz von 13,5 MHz digitalisiert werden, da sich dieHelligkeitsinformation im RGB Signal nur wiederherstellen läßt,wenn die Werte für alle drei Farbkanäle addiert werden.

Demnach steht 4:4:4:4 für RGB und den Alphakanal, die mit voller Auflösung digitalisiert werden.

Für High End Farbkorrektursysteme wird auch ein 8:8:8:8 Samplingverhältnis angewandt. 8x3,75 entspricht einer Samplingfrequenz von 30MHz.

Preiswerte PC Videokarten werden oft mit "...erfüllt professionelle Studionorm nach 4:2:2" beworben. Das stimmt für die Abtastfrequenz, danach wird das Signal aber mehr oder weniger stark komprimiert, so das die 'Studionorm' hier nicht eingehalten wird. Dennoch ist der subjektive Bildeindruck dieser Karten (um 500-1000€) sehr gut und übertrifft analoge Formate bei weitem. 

D1 bezieht sich auf das zur 601 Norm konforme Videokassetten- und Videorekorderformat. Dieses Format speichert das digitale Komponentenvideo auf ¾ Zoll Band, auf der Basis eines U-Matic Kassettengehäuses. Heute wird auch der D5 Standard zum Aufzeichnen von unkomprimierten Videomaterial genutzt, da D1 Maschinen nicht mehr hergestellt werden. Dieser Kassettentyp ist neuer als der D1 Standard, und basiert auf ½ Zoll Band. Das System wird ausschließlich von Panasonic hergestellt. Diese beidenFormate speichern dasVideo unkomprimiert und werden als Master Tapes sowie zur Archivierung genutzt.

 

2.2. Andere Formate digitalen Videos

Das D1 (D5) Videoformat stellt hohe Ansprüche an die Technik und ist dementsprechend teuer. Um die Nutzung der digitalen Videotechnik auch für kleinere Budgets und sogar dem Heimanwender zu ermöglichen wurden weitere digitale Videoformate eingeführt.

Für die DV, DVCam (NTSC) und DVCpro Videoformate wird das Bildsignal im Verhältnis 4:1:1 gesamplet (4:2:0 DV, DVCam PAL). Das reduziert zwar die Qualität, läßt aber wegen des geringeren Datenaufkommens preiswertere Geräte zu. Um zusätzlich den Datenstrom zu verkleinern wird bei diesen Formaten das Signal komprimiert (siehe Kap.2.4.Kompression). Bei DVCam(Sony) und DVCpro(Panasonic) handelt es sich um Formate die weltweit als 'sendefähig' anerkannt sind.

Das DVCpro Format ist weiter unterteilt in DVCpro25, DVCpro50, DVCpro 50p und DVCpro HD. Das Konzept ist hier den gleichen Chip mehrmals einzusetzen um eine bessere Bildqualität durch Addition der Chipleistung zu erreichen. Wird für DVCpro 25 ein Chip benötigt der ein Signal von etwa 3,5MBs erzeugt, braucht DVCpro 50 zwei dieser Chips. In der HD Version werden gar vier dieser Chips gleichzeitig eingesetzt. Eine gute Methode einen Videostandard und seine technische Entwicklung zukunftssicher zu machen, in dem man vorhandene Technik einfach verdoppelt um höhere Leistung zu erzielen. Als positiver Nebeneffekt sind früher erstellte Tapes immernoch auf den neuen Maschinen abspielbar.

Das Digital Betacam und Betacam SX Format basieren auf 4:2:2 Videosampling. Bei Digital Betacam wird das Bild etwa 2:1 komprimiert und nur innerhalb eines Frames (Intraframe Kompression, Kap 2.4), so daß die Qualität sehr nahe an dem von D1 Video ist. Betacam SX nutzt eine MPEG2 Komprimierung (siehe Videokompression Kap.2.4.) um den Datenstrom ca. 10fach zu verkleinern. Da hier das gleiche Kasettenformat wie beim analogen Betacam SP verwendet wird, kann man auch auf bestehende analoge Kassetten zurückgreifen.

IMX ist ein anderes Tapeformat von Sony das mit Mpeg2 (Kap.2.4.) Komprimierung arbeitet. Es ist das erste Format das diese von der DVD bekannte Verfahren in einem professionellen Format eingeführt hat.

D1und D5 werden als Mastertapes für Werbung oder Musikclips eingesetzt, um eine bestmögliche Qualität für die unzähligen Kopien und Versionen die eventuell erstellt werden müssenzu erzielen. Dieses Tapeformat wird ebenfalls zur Archivierung genutzt. DigitalBetacam wird ebenfalls bei Werbung oder Musikclips eingesetzt wenn das Budgetkleiner ist. Als Master-, Produktions- und Sendeformat wird Digital Betacam vorrangig von TV Anstalten und deren Zulieferer eingesetzt. Vergleichbaren Einsatz findet das DVCpro50 Format, das allerdings weniger verbreitet ist.Betacam SX und DVCpro25 finden bei der aktuellen Berichterstattung Einsatz.In Deutschland ist DVCpro25 populär und wird z.B. von der ARD eingesetzt.Betacam SX ist dagegen ein Quasi Standard für Nachrichten in den Vereinigten Staaten (NBC, CBS, ABC, CNN).

MiniDV als nicht professioneller Standard liefert dennoch hervorragende Bildergebnisse, so das viele 'Low Budget' Produktionen dieses Format einsetzen

Kritische Dokumentarszenen werden ebenfalls oft mit den kleinen MiniDV Camcordern gedreht, wenn äußere Umstände den Einsatz professioneller Technik erschweren oder unmöglich machen (z.B.:Kriegsberichterstattung, Tierfilm, Krisengebiet, heimlicher, unauffälliger Dreh) Spike Lee z.B. hat für seine Filme 'The Original Kings of Comedy' und 'Bamboozled' ebenfalls MiniDV und DVCam eingesetzt.

2.3. Das digitale Signal nach der Wandlung

Ein PAL Videobild hat nach ITU R BT 601 Norm, erst einmal digitalisiert, eine Auflösung von 720 horizontalen Pixel und 576 vertikalen Pixel (Pixel = PIcture ELement = Bildpunkt). Ein Bildpunkt wird von drei Komponenten dargestellt. Y, U, V (Helligkeit, Farbdifferenzsignale) oder R, G, B (Rot, Grün, Blau). Ein einzelner Bildpunkt wird von 3x8= 24 Bit dargestellt. ( Bei 8Bit Farbtiefe)

720x576~ 415.000 Bildpunkte

415.000 x 24 Bit ~ 9Megabit ~ 1Megabyte(MB) pro Einzelbild.

Bei 25 Bildern in der Sekunde ~ 25MB pro Sekunde.

(Für PAL und NTSC, sowie YUV oder RGB ergeben sich leicht unterschiedliche Werte.)

Eine Diskette kann also etwa ein einzelnes Filmbild, eine 25tel Sekunde, enthalten.

Eine CD ist in der Lage etwa 30 Sekunden unkomprimiertes Video zu speichern.

Für hochauflösendes Video steigen die Datenmengen drastisch an. (siehe Kap.8.5.).

Hier eine tabellarische Auflistung von Datenraten verschiedener Videoformate.

Format	Datenrate in Megabyte/Sekunde	Kompressionsfaktor
D1, D5 (ITU R 601)	~ 25 MB/s	1:1 unkomprimiert
Digital Betacam	~ 11 MB/s	2:1
DVCpro25, DV	~ 3,5 MB/s	7:1
DVD	~ 1,3 MB/s	15:1
Internetvideo	~ 0,05MB/s	100:1 außerdem geringere Auflösung
HDTV unkomprimiert, D6	~ 156 MB/s	1:1 unkomprimiert
zum Vergleich
ein Bild unkomprimiertes Video	~ 1 MB
eine Diskette	~ 1,4 MB
eine CD	~ 650 MB
eine DVD (einseitig, 2 Schichten)	~ 9.000 MB (9GB)

 

Bei der Umrechnung von Datenraten muß man beachten das 1 Kilobyte, 1024 Bit entspricht. Es sind nicht genau 1000 da die Zahlen nach dem Binärsystem als Potenzen von 2 dargestellt werden (...2⁸ =256, 2⁹ =512, 2¹⁰ =1024...). Die Datenrate von DVCpro 25 bedeutet 25 Megabit pro Sekunde. Für die Umrechnung in MegaBYTE pro Sekunde teilt man durch 8 und erhält 3.125 MB/s.

 

2.4. Videokompression

Als die digitale Technik entwickelt wurde gab es zunächst nur elektronische Bauteile die ausschließlich digitale Signale bearbeiten konnten. Die Funktionen wurden rasch durch Analog Digital Wandler erheblich erweitert. Bilder und Töne konnten nun digitalisiert werden. Der neueste Baustein sind Hard- oder Softwarelösungen zur Komprimierung des Signals. Wenn das Signal kleiner ist, also weniger Speicherplatz benötigt, kann man es kostengünstiger aufzeichnen. Das spart Bandmaterial und Speicherplatz,außerdem kann die entsprechende Technik kostengünstiger produziert werden. Tatsächlich hat diese Technik Geräte wie MiniDisc und digitaleKameras und Videorecorder für den Heimgebrauch ermöglicht. DVD (DigitalVersatile Disc) und DVB (Digital Video Broadcast) sind ebenfalls Formate die eine Kompression der Videobilder zwingend voraussetzen um die gewünschte Kapazität zu erreichen (z.B.: über zwei Stunden Video und Mehrkanal Audio um Spielfilme auf einer DVD speichern zu können).     

Im Postproduktionsbereich findet man bei vielen digitalen Tapeformaten eine Art von Kompression. Auch für non-lineare Schnittsysteme wird Kompression eingesetzt um den vorhandenen Speicherplatz je nach Anwendungsfall optimal auszunutzen.

In diesem Zusammenhang sei die Rekompression erwähnt. Dieser Prozeß findet statt wenn das bereits komprimierte Signal (vom Band) im Computer nochmals komprimiert wird. Beim wiederholten Ein- und Ausspielen zum Beispiel von Archivbändern läuft das Signal immer wieder über die Kompressionsbausteine. Bei hoher Kompressionsrate kann das zu stark nachlassender Bildqualität führen. Meßtechnisch ist dieses Signal immer nocheinwandfrei, trotzdem sind blockartige Störungen im Bild zu sehen,diebesonders an Kanten unangenehm auffallen. Das Institut für Rundfunktechnik arbeitet an einen Standard Test um für komprimierte Bilder eine möglichstobjektive Qualitätsabstufung zu finden.

Systeme die für die Bearbeitung die gleiche Technik benutzen wie das entsprechende Tapeformat umgehen diesen Nachteil. Hierbei kann das komprimierte Signal ohne die Kompressionschips erneut zu durchlaufen, direkt von der Vidoeschnitthardware übernommen werden. DV ist z.B. solch ein Standard. Dabei wird die sogenannte Fire Wire oder IEEE1394 Schnittstelle genutzt.

Auf welcher Basis ist es aber überhaupt möglich die Menge der Bilddaten ohne offensichtlichen Qualitätsverlust zu verkleinern.      

Hier gibt es grundsätzlich verschiedene Ansätze. Mit variabler oder festgelegter Kompression. Intra- oder Interframe Kompression. Verlustfrei oder verlustbehaftet.

Letztere Eigenschaft kann logischerweise nur exklusivsein. Entweder verlustfrei oder verlustbehaftet. Aus den anderen Eigenschaften sind aber alle erdenklichen Kombinationen möglich.

'bessere' Qualität, mehr Daten	'schlechtere' Qualität, weniger Daten
Intraframe Kompression	Interframe Kompression
verlustfrei	verlustbehaftet
feste Datenrate	variable Datenrate

Grundsätzlich läßt sich ein beliebiges Bild aus Sicht der Kompressionsalgorithmen in drei Teile aufteilen.

Irrelevante Information: Bildelemente die aufgrund der Unzulänglichkeiten des menschlichen Auges weggelassen oder nur mit geringer Auflösung bearbeitet werden können. Das betrifft z.B. den Farbanteil des Bildes, feine Strukturen, etc.

Relevante Information: Der Teil des Bildes der, wenn er komprimiert würde, zu sichtbaren Qualitätsverlust führen würde. Diese Bildstörung durch Kompression hervorgerufen nennt sich Artefakt und ist meist an Kanten im Bild in Form von rechteckigen Bildfeldern zu sehen.

Eine hohe Kompression z.B. für das Internet läßt sich zur Zeit nicht realisieren ohne den relevanten Teildes Bildes ebenfalls zu komprimieren. 'Verlustfrei' ist eine Kompression eigentlich nie. Der Begriff wird benutzt wenn die Kompressionstechnik eindeutig nur redundante und irrelevante Bildanteil komprimiert wie z.B. der Digital Betacam Standard, oder die sogenannten 'Online' Auflösungen non-linearer Schnittsysteme. Hier kann man auch nach zehn oder zwanzig Kopien noch keinen Qualitätsverlust feststellen. Bei den verschiedenen Stufen der Berechnungsind einige ebenfalls voll reversibel und werden daher auch als verlustfrei bezeichnet.

Der Bildinhalt läßt sich allerdings nicht immer so präzise in die drei Bereiche aufteilen. Die Qualität des komprimierten Bildes hängt also von der 'Intelligenz' des eingesetzten Verfahrens ab. Außerdem kommt der subjektive Eindruck zum Tragen. Manches als von der Maschine als redundant oder irrelevant eingestuft stört den Betrachter erheblich.

Bei der DVD z.B. scheint ein guter Kompromiß zwischen Komprimierung und Bildqualität gefunden worden zu sein. Die aktuelle Entwicklung erlaubt es mittlerweile einen Spielfilm auch auf einer vergleichsweisen 'kleinen' CD zu speichern ohne all zu große Beeinflussung durch Artefakte.

Der relevante Anteil im Bild kann sehr unterschiedlich sein. Ein Bild vom blauen wolkenlosen Himmel ist z.B. extrem gut komprimierbar. Der redundante, wiederkehrende Teil im Bild ist groß. Ein Bild eines Kornfeldes im Wind hat dagegen einen hohen Anteil von Details (jede einzelne Ähre) und von Bewegung. Der Kompressionsalgorithmus muß viele kleine Information verarbeiten, die sich über die Zeit zusätzlich ständigändern, was in mehr Daten resultiert. Negativ für die Kompressionwirken sich auch analoge Störsignale wie Rauschen im Bild aus. Der Kompressionsalgorithmuserkennt die Bewegung im Rauschen, er erkennt allerdings nicht das es sich um eine unerwünschte Störung handelt. Da das Rauschen detailreich und bewegt ist, wird eine hohe Datenrate oder Qualitätsverlust die Folge sein.

Viele Kompressionsarten basieren auf Vollbildern, beide Videohalbbilder werden als ein zu komprimierendes Bild behandelt. Redundante Information, insbesondere bei bewegten Bildern wird dabei verkleinert, weil der homogene Anteil im Bild kleiner wird. Die Datenrate wird auch hier ansteigen an oder die Qualität sinken. (siehe: Progressive Bildformate, HDTV Kap.8.5.)

In nahezu jedem Bildmaterial wechselt also die Datenrate über die Zeit, die nötig wäre für eine verlustfreie Kompression. Wenn ein Schnitt vom Himmel auf das Kornfeld erfolgt steigt dienötige Datenrate also an.

Eine feste Kompressionsrate wird für Bandformate gewählt. Die Aufzeichnung muß hier in einer konstanten Art und Weise erfolgen. Bei wechselnder Datenrate müßte die Geschwindigkeit des Bandes variabel ausgelegt sein, je nach Datenrate schneller oder langsamer laufen. Bei jeder Kassette wäre ein anderes Muster von abwechselnden Geschwindigkeiten verlangt, möglichst ohne Verluste durch Beschleunigung oder Abbremsen des Bandes. Offensichtlich eine schwierige und teure Angelegenheit, falls überhaupt technisch lösbar.

Für die Bandaufzeichnung wird also eine feste Kompressionsrate gewählt unabhängig ob es nun mehr oder weniger Daten benötigt. Bei 'schwierigem' Bildmaterial wird also hier etwas vom relevanten Teil des Bildes komprimiert. In der Praxis ist das ein akzeptabler Kompromiß, da die subjektive Bildqualität solcher Tapeformate immer noch sehr hoch ist.

Non-lineare Schnittsysteme nutzen eine feste und/oder variable Datenrate(n), aber ausschließlich Intraframe Kompression. Einige Systeme lassen die Wahl einer maximalen Datenrate zu die nicht überschritten, wohl aber unterschritten werden kann. Unterhalb dieser Grenze ist dies also ein System mit variabler Datenrate, wird die Grenze erreicht so wird diese als feste Datenrate eingesetzt. Für den Sendebetrieb kommen variable Kompressionsraten zum Einsatz, die ebenfalls durch ein festgelegtes Maximum an Daten begrenzt werden. Das gleiche Prinzip findet z.B. auch bei der DVD Verwendung.

Eine weit verbreitete Intraframe Kompression stellt M-JPEG (Motion Joint Picture Expert Group) dar. (JPEG ist dabei dasentsprechende Kompressionsverfahren für Einzelbilder (Fotos)). M-JPEG wird bei non-linearen Schnittsystemen eingesetzt. Hier wird jedes Bild einzeln auf redundante Teile analysiert. Das hat den Vorteil das zwischen jedem Einzelbild problemlos geschnitten werden kann. Bei hoher Kompressionsrate sind Qualitätsverluste allerdings größer als bei einer Interframe Kompression.

Die heute gebräuchlichste Form der Interframe Kompression ist MPEG 2 (Motion Picture Expert Group). Hierbei werden die Frames über eine bestimmte Zeitspanne (von drei Bildern bis etwa einige Sekunden, je nach gewünschter Kompressionsrate) miteinander verglichen. Da über mehrere Bilder hinweg oft nur ein geringer Unterschied besteht läßt diese Kompressionsart eine hohe Kompression zu, da nur die Veränderungen im Bild zusätzlich gespeichert werden. Ergebnis einer solchen Kompressionist eine Reihe von Bildern (GOP, Group of pictures) die nur im Zusammenhangdekodiert das ursprüngliche Bild wiederherstellen. MPEG 2 kann daher nur schlecht für Schnittzwecke eingesetzt werden, da man innerhalb einer solchen GOP nicht schneiden kann ohne den Bildinhalt zu verlieren. Alternativ müßte das Material vor dem Schnitt dekomprimiert werden um dannnach der Schnittentscheidung erneut komprimiert werden, ein Verfahren das wegen des Qualitätsverlusts bei der Rekompression kaum in Frage kommt.

Der HDV standard macht aber genau dies, hier haben die Hersteller von Schnittsystemen verschiedene Modelle entwickelt, um Rekompression zu vermeiden.

MPEG2 faßt verschiedene Kompressionsformate in 'Profilen' zusammen. Diese Profile sind in verschiedenen Versionen von hoher bis niedriger Qualität festgelegt. MPEG2 schreibt nur das Dekodieren genau vor. Wie das Signal davor behandelt worden ist unerheblich solange derals Standard definierte Dekoder das Signal erfolgreich dekomprimieren kann.      

Übersicht über die gebräuchlichsten MPEG2 Profile, für verschiedene Videoauflösungen. Angegeben wird das Samplefrequenzverhältnis, und die Abfolge der I, B und P Frames(siehe weiter unten), die Auflösung, und die maximale Datenrate.

Profile	Simple 4:2:0 I, B	Main 4:2:0 I, B, P	422p 4:2:2 I, B, P	High 4:2:0, 4:2:2 I, P, B
Level
High		1920 x 1152 80 Mb/s		1920 x 1152 100 Mb/s
High 1440		1440 x 1152 60 Mb/s		1440 x 1152 80 Mb/s
Main	720 x 570 15 Mb/s	720 x 576 15 Mb/s	720 x 608 50 Mb/s	720 x 576 20 Mb/s
Low		352 x 288 4 Mb/s

Beide, Intra- und Interframe Kompression, beruhen auf den gleichen Funktionsblöcken.

Drei Stufen muß ein Bild mindestens durchlaufen um komprimiert zu werden. Die tatsächlichen Systeme sind wesentlich komplexer.Hier werden Vergleichspuffer, Vektor- und Bewegungsanalyse eingesetzt, die unten vorgestellten wesentlichen Elemente mehrmals verwendet, oder das Signalzurück an einen vorderen Baustein geführt wird um nochmals eineAnalysevom Signal vorzunehmen. Da MPEG2 nur das Dekodieren exakt vorschreibtkann jeder Hersteller seinen eigenen 'Encoder' bauen oder programmieren, solange der Standard Dekoder das Signal entschlüsseln kann ist der MPEG2 Standard erfüllt. Wegen der großen Fülle an Encodern wird hiernur das wesentliche Grundprinzip erläutert.

Das Bild wird in ein Raster zu je 16x16 Bildpunkten aufgeteilt. Zunächst findet die 'Diskrete Kosinus Transformation' Discrete Cosine Transformation, DCT statt. Die Pixel werden dazu in die Kosinus Werte ihrer Frequenzen umgewandelt. In diesem Zustand kann der nächste Funktionsblock, der Quantisierer den Werten einen Koeffizienten zuordnen. Danach wird ein Großteil der Werte Null sein, außerdem werden bestimmte Werte gerundet andere nicht. Das Quantifizieren ist der eigentlich schwierige Teil. Beruht das Runden und auf Null setzen auf falschen Annahmen über das Bild, kommt es zu Kompressionsverlusten. Im nächsten Schritt, dem 'Variable Length Coding', VLC, findet dann die Komprimierung des quantisierten Signals statt. Dieser Prozeß selbst ist wie die DCT verlustfrei und reversibel.

Der 'Witz' für die Hersteller liegt darin eine möglichst exakte Quantisierungstabelle zu entwickeln die auf alle möglichen Situationen im Bild vorbereitet ist.

Mit diesen Prozessen ist die Intraframe Kompression abgeschlossen, für das nächste Bild fängt die Prozedur wieder von vorne an..

Für die Interframe Kompression werden den oben erwähnten Stufen weitere hinzugefügt, die ein Anfangsframe mit dem jeweils folgenden vergleichen. Bei diesem Vergleich werden die Bildpunkte über die Zeit analysiert die sich im Vergleich zum Anfangsframe verändert haben. Diese Bildpunkte werden aufgezeichnet, der Rest aber nicht, da sich hier keine Änderung zum Anfangsbild ergeben hat.

Bei diesem Verfahren unterscheidet man zwischen:

I Frames: (I = Intraframe) nennt man die Anfangsframes, die wie bei einer Intraframe Kompression ohne Vergleich zu folgenden Bilder komprimiert werden.

P-Frames: (P = predicted, vorausgesagt) nennen sich Frames die aufgrund der Informationen aus dem vorigen Bild berechnet werden.

B-Frames: (B = bidirektional, in zweiRichtungen) diese Frames werden berechnet in dem man die Werte des vorigen und des darauffolgenden I-Frames analysiert.

Die Sequenz von I, B, oder P Frames legt fest wie stark die Kompression ist. Einmal festgelegt wird diese Sequenz immer wiederholt. Eine durchgehende Sequenz von einem I Frame zum nächsten wird auch Group of Pictures, GOP, (Bilderfolge) genannt.

Eine typische GOP sieht zum Beispiel so aus

I-B-B-P-B-B-P-B-B-I Diese GOP enthält 12 Frames, also wird etwa alle halbe Sekunde ein neues I Frame erzeugt.

B und P Frames enthalten nur die Unterschiede bezogen auf das erste Referenzbild, dem I-Frame. Wobei B Frames eine höhere Genauigkeit haben aber auch mehr Rechen- und Datenaufwand erfordern. Dieser Prozeß ist relativ einfach bei einem Testbild, da sich das Bild über die Zeit überhaupt nicht verändert. Die Qualität eines solchen Verfahrens zeigt sich wie es mit Szenenwechsel innerhalb einer solchen GOP umgeht. Im Zweifelsfall sind hier überhaupt keine Bildpunkte mit dem vorausgehenden Bild vergleichbar. Meist wird dann hier ein neuer I-Frame gesetztund die GOP Sequenz unterbrochen. Bei schlechteren Encodern oder höherer Kompression kommt es zu leichten Überblendungseffektenzwischen den Szenen.      

Eine weitere Möglichkeit Daten zu reduzieren ist die Auflösung zu verringern. Für die hier beschriebenen Postproduktionsmethoden ein inakzeptabler Schritt. Für Internetvideo z.B. aber nötig. Dabei wird bei die volle PAL Auflösung von 768x576 Bildpunkten einfach halbiert oder gar geviertelt. 384x288 bzw. 192x144 sind die resultierenden Auflösungen. Der logische Qualitätsverlust macht sich hier nicht durch Artefakte, sondern durch ein generell 'weicheres', unschärferes Bild bemerkbar.

Kompression wird auch in Zukunft eine Rolle spielen, selbst wenn die Preise für z.B. Speichermedien fallen. Eine Technik mitKompression wird immer kostengünstiger sein als eine unkomprimiertarbeitende Technik. Digitaler Rundfunk wird ebenfalls auf Kompression angewiesensein um die gegebene Programmvielfalt transportieren zu können.

 

2.5. Formate die über unkomprimiertes Video hinausgehen

Für TV und Multimedianwendungen ist dieAuflösung des D1 Standards ausreichend. Die Auflösung ist dem Fernsehformatangepaßt. Anders sieht das bei einer Anwendung für Film aus. Das35mm Filmnegativ besitzt eine wesentlich höhere Auflösung als derzeitigesVideo.Ein Bild im D1 Videoformat würde im Kino projiziert unscharfwirken.Details, Farbbrillianz, Kontrastumfang, etc. sind beim Film nochwesentlichgrößer.

Um also digitale Bildbearbeitung auch für die höhere Filmauflösung zu ermöglichen sind folgende Formate, die auch als Hochauflösung zusammengefaßt werden gebräuchlich:

Bezeichnung	Pixelformat horiz. x vert.	Kommentar
HDTV	1280 x 720	siehe HDTV Kap.8.5.
HDTV	1920 x 1080	HDTV Kap.8.5. entspricht horizontal etwa 2k
	1826 x 1332	'halbes Cineon' Format
2k	2048 x 1538	numerisch exakt 2k
3k	2880 x 2048	Quantel Domino, D16
3k	3072 x 2363	numerisch exakt 3k
3k, 4k	3656 x 2664	Kodaks 'Cineon' Format
4k	4096 x 3112	Discreet Inferno, numerisch exakt 4k

Im Einzelfall gilt es zu überprüfen wasmit 2k,3k oder 4k exakt gemeint ist. Viele der Workstations sind in der Lagemehrere dieser Auflösungen zu unterstützen (siehe Kap.4.9.,formatunabhängig).

Die Datenmenge ist extrem groß. Der Faktor16 errechnet etwa die benötigte Zeit für Berechnungen und Speicherplatzim Verhältnis zu D1 Video.

Für die Speicherung der Bilder ab 2k, kann man nicht auf einVideoformat zurückgreifen. Da es auf D1 (oder HDTV) Format festgelegtist. Mit dem 'D16' System von Quantel ist es mit bestimmten Einschränkungenaber möglich ein hochauflösendes Bild datenmäßig aufmehrere Videoframes zu verteilen (siehe Quantel Kap.4.3).

Kodak hat ein Interesse daran das Aufkommen digitaler Filmtechnik zu verzögern. Man arbeitete an Standards, die eine hohe Meßlattefür digitalen Film darstellen.

Kodak propagierte den 4k Standard als unterste Möglichkeit Film digital darzustellen.

Sony kann als Beschleuniger zur Entwicklung digitalen Films gelten, daher propagiert Sony auch das Format mit der geringsten Auflösung also HDTV als vollwertigen Ersatz für 35mm Film.

Andere Technologiefirmen versuchen ebenfallsan der Auflösung zu sparen. Jedes gesparte Pixel bedeutet auch gespartes Geld.

Nutzt man eine hochauflösende Technik wird das Bild meist bei der Filmabtastung digitalisiert und auf Computerdatenträgern (Festplatte, Backup Streamer) gespeichert. Eine Arbeitsweise ohne Tape und Zwischenträger ist in Kap.5.3.1. SohoNet und Telecine beschrieben.

 

2.6. Speichertechnologie

Sämtliche beschriebenen Vorgänge sind abhängig von der Speicherung der Bilder auf einem hinreichend schnellen und beliebigen Zugriff gewährendem Datenträger. Allgemein werden dazu Festplatten eingesetzt.

Idealerweise sind die Festplatten am System angeschlossen und bedürfen keiner weiteren Einstellung oder Konfektionierung durch den User.

Die Technologie erlaubt es zur Zeit nicht (zu einem finanzierbaren Preis) nennenswerte Datenmengen elektrisch dauerhaft zu speichern. Aufgrund der hohen Datenraten bei Video ist man also zwingend auf Festplatten angewiesen.

Eine Festplatte ist ein mechanisches Wunderwerk am Rande der physikalischen Grenzen und man kann sie mit einem Auto oder Briefkastenvergleichen...

Der Name Festplatte (engl. Hard Drive) kommtvon der Benutzung von 'harten' Metallscheiben im Inneren, im Gegensatz zur weichen flexiblen Plastikfolie bei den Disketten. In einer Festplatte dreht sich einStapel von kreisrunden, magnetisch beschichteten Metallplatten.Wie bei einemSchallplattenspieler bewegen sich auf jeder Seite jeder Platte ein Arm mitAbtastkopf, um die Daten zu lesen.

Dieser Arm schwebt in einem Abstand von mittlerweile nur noch wenigen Mikrometern Abstand über die Plattenoberfläche. DieseOberfläche muß daher extrem eben sein. Schaut man auf diese Oberflächeeiner solchen Scheibe, so erscheint sie wie ein perfekter Spiegel. Vergleichtman die Dimensionen mit einem Auto auf der Straße, so würde einHaar auf der Festplatte einem Baumstamm auf einer Straße entsprechen.Nicht gerade ideal, wenn man mit einem Auto mit 200 km/h darüber fahrenwill.

Bei solchen Präzisionsanforderungen ist klar,das Festplatten luftdicht abgekapselt sind, um zu verhindern das Staub dieFestplatte zerstört.

Fällt eine Festplatte hin, so kommt es zum 'Headcrash'. Der Abtastkopf berührt die Oberfläche und zerstört sie an dieser Stelle. Je nachdem, an welcher Stelle die Datenstruktur zerstört worden ist, ist die komplette Platte nicht mehr lesbar für den Computer. Möglich ist auch das der Abtastkopf selbst dabei zerstört wird unddie möglicherweise fehlerfreie Oberfläche trotzdem nicht mehr lesbarist. Moderne Platten haben einen Schutz, der zumindest bei Stromausfall denAbtastkopf nicht einfach auf die Platten fallen läßt. (wie beimPlattenspieler der Tonarmlift). Weitere Schutzmaßnahmen gegen Datenverlust siehe RAID weiter unten in diesem Kapitel       

Frühe Systeme zur Bildbearbeitung waren inder Lage ganze 90 Sekunden an laufenden Bildern zu speichern. Innerhalb wenigerJahre hat sich die Festplattentechnologie derart weiterentwickelt,das derPlatz auf einer Festplatte sich jährlich verdoppelt, der Preis pro Gigabytesich allerdings halbiert.

Mittlerweile ist es Standard einige Stunden Videomaterial speichern zu können.

Ein Spielfilm beinhaltet aus Festplattensicht zig Milliarden Ja/Nein Informationen.

Trotz dieser enormen Datenmenge findet die Festplatte auf Anforderung vom Computer exakt die Bilder die wir sehen wollen. Um das Finden von einem Bild zu vereinfachen ist jede Festplatte in Sektoren aufgeteilt. Pro Sektor werden nur ein paar tausend Ja/Nein (An/Aus, 0/1) Informationen gespeichert. Als Aufenthaltsort für diese Daten ist dem System nur dieser Sektor bekannt.

Eine passende Analogie ist das Adressensystem der Post.

Briefe, also Daten werden vom Postamt, dem Computer verteilt. Der Standard nach dem die Bilddaten verteilt werden heißt SCSI (Small Computer System Interface sprich 'skasi') Bei der Post heißt er Briefträger.

Die Unterteilung nach Postleitzahlen Postleitzahl, Straße und Hausnummer bestimmt eine 'Adresse'. Tatsächlich wird dieser Begriff auch in der Computerterminologie benutzt. Jeder Sektor auf der Festplatte ist eine bestimmte Adresse.

Das System der Postleitzahlen ist eine Übereinkunft. Wenn sich Sender und Empfänger daran halten kommt der Brief (wahrscheinlich) an. Ein Grund dafür das sich die verschiedenen Computersysteme (z.B. Mac und PC) nicht auf die gleiche Festplatte zugreifen können ist das beide unterschiedliche Dateisysteme 'Postleitzahlen' verwenden.

Im Unterschied zum Postsystem muß der Computer das ganze auch rückwärts beherrschen. Briefe vom Briefkasten abholen und an das Postamt zurückgeben. Der 'elektronische BriefträgerSCSI' hat also die doppelte Arbeit wie sein reales Pendant. Spielt man einen Film im Computer ab passiert genau das. Für jedes aufeinanderfolgende Bild ist die Adresse (Sektor) bekannt. Nacheinander werden die Bilder gelesen undan das 'Postamt' geleitet. Von dort geht es auf den Bildschirm.

Beim Löschen einer Datei öffnet der Briefträger den Briefkasten und zerstört die Briefe die sich darin befinden. Bei diesem Prozeß sind die Analogien zur Wirklichkeit allerdings recht gering.

Moderne Festplatte drehen sich mit einer Geschwindigkeit von sieben bis zehntausend Umdrehungen pro Minute. Wobei natürlich schon Modelle mit 15.000 verkauft werden und solche mit  20.000 Umdrehungen angekündigt sind. Die Dichteder Sektoren wird immer größer, der Abstand dazwischen immer kleiner.Trotzdem verbrauchen moderne Platten weniger Strom und sind zuverlässigerals bisherige Generationen. Es ist erstaunlich das eine solche Leistungssteigerungüberhaupt möglich ist, wenn man bedenkt das hier ein vorwiegendmechanischer Vorgang abläuft.

Die Daten der Festplatten werden durch die mechanische Art der Aufzeichnung im Tempo limitiert. Die elektrischen Verbindungen sind in der Lage weit mehr an Daten zu transportieren, als eine Festplatte aufzeichnen kann. Aktuelle Spitzenmodelle sind im Moment in der Lage einen D1 Videostrom aufzuzeichnen. Bei unkomprimierten HDTV versagt die Methode eine einzige Festplattezu nutzen. Der SCSI Standard kann das elektrische Signal zwartransportieren, die Aufzeichnung würde aber fehlschlagen, weil eine Festplatte alleine nicht schnell genug ist. Meist werden mehrere Platten gleichen Typs zusammengefaßt. Zwei oder vier Platten werden vom Computerals eine physische Einheit gesehen. 'Striping' nennt sich diese Vorgehensweise. Beim zweifach Striping, also beizwei zusammengefaßten Festplatten addieren sich theoretisch die möglichenDatenraten der einzelnen Platten,in der Praxis wird allerdings eine etwasgeringere Datenrate erreicht.

Haben die beiden einzelnen Platten eine Datenrate von beispielsweise15MB/s, also nicht genug für D1 Video, so ergibt das Stripen der Platten eine Datenrate von etwa 30MB/s, genug um das unkomprimierte Video aufzuzeichnen. Ist eine der Platten defekt sind auch die Daten auf deranderen Platte wertlos, weil sie nur eine Hälfte des jeweiligen Bildes enthalten. 

Um diesen Nachteil zu vermeiden gibt es verschiedene Modi mit denen Festplatten zusammengefaßt werden. Arbeiten Festplatten in einem Verbund zusammender von einer Steuerelektonik überwacht wird, spricht man von einem 'RAID'System (Redundant Array of Independent Disks, Redundante Einheit unabhängigerFestplatten).

Arbeiten Festplatten nicht gesteuert zusammen nennt man das, (wenn auch inoffiziell) JBOD, Just a bunch of Disks (Nur ein Haufen Festplatten). Die verschiedenen Möglichkeiten des Betriebs eines RAID Systems faßt man in sogenannten Levels zusammen.

Raid Level	Art der Speicherung	Datensicherheit	Effiziente Speichernutzung
0	Striping, mehrere physische Festplatten als ein virtueller Datenträger zusammengefaßt	geringste	höchste
1	Mirroring, alle Daten werden doppelt (gespiegelt) auf zwei unterschiedlichen Platten gespeichert	höchste	geringste
3 und 5	Eine Platte speichert Wiederherstellungsdaten von den anderen	hoch	hoch

Raid Level 0 läßt eine Erhöhung der Datenrate zu, diese Technik wird auch Striping genannt.

Neue Systeme nutzen eine eigene Elektronik, die im Computer als eine einzige SCSI Festplatte auftaucht. Intern werden aber die preiswerteren IDE Festplatten benutzt. IDE ist der Festplattenstandard der üblicherweise in Heimcomputern genutzt wird. Eine Nutzung solcher Systeme für digitales Video bietet sich wegen der Preisvorteile für kleinere Firmen an.

Um den hohen Datenraten die von digitalen Video gerecht zu werden und eine Datensicherheit als zu gewährleisten, kombiniert man auch die Striping Technik mit dem Spiegeln von Daten. Diese Art des Raid Systems wird als Level 0/1 bezeichnet. Dazu braucht man allerdings mindestens vier physische Laufwerke. Produkte von Quantel zum Beispiel werden in Einheiten ausgeliefert, die 20 interne Platten beherbergen (Dylan Drive).

Beim sicheren Raid Level 1 ist es trotz eines Ausfalles einer Platte möglich den Betrieb ungestört fortzusetzen. Die fehlenden Daten sind komplett auf einer anderen Platte enthalten, während des Betriebes kann diese Platte herausgezogen (hot plugable) und gegen eine andere ausgetauscht werden. Die Daten werden dann von der gespiegelten Platte auf die neue kopiert um den Zustand vor dem Ausfall der Platte wiederherzustellen. Der Anwender merkt davon nichts. Diese Vorgehensweise empfiehlt sich für Sendeserver oder Filmbearbeitung bei der ein Datenverlust ein erneutes, kostspieliges und riskantes, Abtasten des Negativ zur Folge hätte.

Verfügt man als Sendeanstalt oder große Produktionsfirma über ein solches System möchte man es idealerweise für alle Arbeitsplätze nutzen können. Was nutzt der Sendeanstalt der On Air Server wenn die Beiträge auf anderen Arbeitsplätzen geschnitten werden und dann per Tape nochmals eingespielt werden müssen.     

Eine Lösung die dieses Problem umgeht ist das 'Storage Area Network', SAN (Speicherplatz-Netzwerk). An ein solches Systemkönnen mehrere Arbeitsplätze angeschlossen werden und vernetztauf einen Pool von Festplattenkapazität zurückgreifen. Der Festplattenplatz wird über einen zentralen Rechner gesteuert. Die Größe die einem bestimmten Arbeitsplatz zugewiesen wird, kann dabei während des Betriebs geändert werden, je nach Anforderung des Projekts. Aus Sicht des einzelnen Arbeitsplatzes ist nur auch hier nur eine einzige Festplatte angeschlossen.

Ist ein Projekt erst einmal digitalisiert können die verschiedenen Bearbeitungsschritte nun von den verschiedenen Arbeitsstationen gleichzeitig abgerufen werden. Der Austausch von Bändern und anderen Daten entfällt. Eine Weiterverarbeitung für andere Formate und Archivierung kann ebenfalls direkt vom zentralen Speicher aus erfolgen.

Um den zunehmenden Datenraten gerecht zu werden wird das Fibre Channel, FC,  Interface genutzt. Es handeltsich hierbei um einen flexiblen Netzwerkstandard, der er es erlaubt Speichertechnik,andere Peripheriegeräte und Computer miteinander zu vernetzen. Bei den angesprochenen SANs wird es zum Beispiel eingesetzt. Im Gegensatz zu SCSI kann FC mehr Daten transportieren, außerdem erhöht sich die Zahl der maximalen Anzahl von physischen Festplatten die an einen Controller angehängtwerden können. Das kommt durch die Möglichkeit mehrere Kanäleparallel zu betreiben. Die eigentlichen Festplatten sind zumeist immer nochim SCSI Standard, intern werden mehrere SCSI Kontroller zusammengefaßt,nach außen werden die Daten über das FC Interface transportiert.Dabei können auch mehrere FC Leitungen parallel benutzt werden. DiemöglichenKabellängen sind aufgrund der optischen Technik in Kilometernangegebenund bieten daher bei zentraler Aufstellung solcher Gerätein einem großenGebäudekomplex die besten Voraussetzungen.

Ein möglicher nächster Schritt könnte die Einführung der 'HiPPI' Schnittstelle werden.(High Performance Paralel Interface(Kap.8.3.)

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