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Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video Multimediatechnik / Video Multimediatechnik / Video Kino und TV Kino und TV Technik / Geschichte Technik / Geschichte Oliver Lietz Oliver Lietz http://www.nanocosmos.de/lietz/mtv http://www.nanocosmos.de/lietz/mtv

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Multimediatechnik / VideoMultimediatechnik / Video

Kino und TVKino und TVTechnik / GeschichteTechnik / Geschichte

Oliver LietzOliver Lietz

http://www.nanocosmos.de/lietz/mtvhttp://www.nanocosmos.de/lietz/mtv

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Kino und TVKino und TV

Digitales Kino („Digital Cinema“, DCI) und HDTVDigitales Kino („Digital Cinema“, DCI) und HDTV– Annäherung Kino/TVAnnäherung Kino/TV– Mind. Full HD 1080 oder „2k“ (2048 Pixel) bis zu 4k / 8k (iMax)Mind. Full HD 1080 oder „2k“ (2048 Pixel) bis zu 4k / 8k (iMax)

Kino:Kino:– Hohe Auflösung, große LeinwändeHohe Auflösung, große Leinwände– Volle 24 Bilder/s auf Zelluloid-Film (analog)Volle 24 Bilder/s auf Zelluloid-Film (analog)– 35mm entspricht digital ca 2k (2000x1000 Pixel)35mm entspricht digital ca 2k (2000x1000 Pixel)– Zusätzlich KopierverlusteZusätzlich Kopierverluste

TV:TV:– „„Heimkino“, aber auch Nachrichten usw.Heimkino“, aber auch Nachrichten usw.– Elektronische Abtastung: ZeilenweiseElektronische Abtastung: Zeilenweise– 25 oder 30 Bilder/s, 50 oder 60 Halbbilder („Interlaced Fields“)25 oder 30 Bilder/s, 50 oder 60 Halbbilder („Interlaced Fields“)– Auflösungen max. HDTV 1920x1080 Auflösungen max. HDTV 1920x1080

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Bild-ErfassungBild-ErfassungOptische Abbildung mit Auge / KameraOptische Abbildung mit Auge / Kamera

LichtCCD ChipFilmNetzhaut

3D ObjektLinse(n)

Projektion

2D Abbildung

Film/Video/Auge: Mehrere Einzelbilder pro Sekunde

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Digitale Bilderfassung / AbtastungDigitale Bilderfassung / Abtastung

CCD – Charge Coupled DevicesCCD – Charge Coupled Devices

1969 Boyle/Smith - Nobelpreis 2009 1969 Boyle/Smith - Nobelpreis 2009

Prinzipien: Prinzipien: – Matrix aus HalbleiternMatrix aus Halbleitern– Photoelektrischer EffektPhotoelektrischer Effekt– Endliche AuflösungEndliche Auflösung

(„Megapixel“)(„Megapixel“)

Ähnlich: CMOSÄhnlich: CMOS– Tendenziell billigerTendenziell billiger

– mehr Rauschenmehr Rauschen

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1-Chip-CCD1-Chip-CCD Farbe: unterschiedliche Arten von Filtern/SensorenFarbe: unterschiedliche Arten von Filtern/Sensoren

„ „Bayer-Matrix“Bayer-Matrix“

Nachteil: Verringerung der Auflösung, Interpolation Nachteil: Verringerung der Auflösung, Interpolation (Störungen an scharfen Kanten)(Störungen an scharfen Kanten)

http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filterhttp://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filterhttp://www.matrix-vision.com/info/articles/pdf/art_bayermosaic_de.pdfhttp://www.matrix-vision.com/info/articles/pdf/art_bayermosaic_de.pdf

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CCD-TypenCCD-Typen

Interline und Frame TransferInterline und Frame Transfer

http://www.ccd-sensor.de

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3CCD („3-Chip“)3CCD („3-Chip“) Farbe: unterschiedliche Farbfilter über „Dichroitisches Prisma“Farbe: unterschiedliche Farbfilter über „Dichroitisches Prisma“

Nachteil: aufwendige Optik (teuer)Nachteil: aufwendige Optik (teuer)

Einsatz in Professioneller StudiotechnikEinsatz in Professioneller Studiotechnik

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CCD: Foveon-X3CCD: Foveon-X3

http://www2.informatik.hu-berlin.de/~goehring/papers/ccd-vs-cmos.pdfhttp://www.macnews.de/news/95313.html

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Erstes KinoErstes Kino

„„Bioskop“ (Gebr. Skladanowski, Bastler)Bioskop“ (Gebr. Skladanowski, Bastler)

1895: Aufführung Tivoli Pankow / Wintergarten1895: Aufführung Tivoli Pankow / Wintergarten

Unpraktisches System, nur max. 20 Bilder, 8 / Sek. !Unpraktisches System, nur max. 20 Bilder, 8 / Sek. !

http://de.wikipedia.org/wiki/Bioskop http://www.filmmuseum-potsdam.de/en/436-0.htmhttp://www.pankeguide.de/skladanowsky.html

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Erstes KinoErstes Kino

1888 1888 Louis Augustin Le PrinceLouis Augustin Le Prince

1893/95 Edison/Dickson1893/95 Edison/Dickson

Kinetograph (Kamera)Kinetograph (Kamera)

Kinetoscope (Projektor)Kinetoscope (Projektor)

„„Guckkasten“+EndlosschleifeGuckkasten“+Endlosschleife

http://nygeschichte.blogspot.com/2007/07/edisons-filmexperimente-1891.html http://bioscopic.wordpress.com/library/

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Erstes KinoErstes Kino

28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere

Cinematograph:Cinematograph:– Perforierter 35mm-FilmPerforierter 35mm-Film

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Breitwand / CinemascopeBreitwand / CinemascopeKino+TV zunächst im Format 4:3 (1,3 : 1)Kino+TV zunächst im Format 4:3 (1,3 : 1)Breitwand 1:85 : 1Breitwand 1:85 : 11950er: „Cinemascope“ 2,3 : 11950er: „Cinemascope“ 2,3 : 1

16mm, 35mm, 70mm Film16mm, 35mm, 70mm Film24 Bilder/s, doppelt gezeigt = 48 / s24 Bilder/s, doppelt gezeigt = 48 / sSurround-Sound 5.1, 7.1Surround-Sound 5.1, 7.1

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Erstes FernsehenErstes Fernsehen

Elektronische BildübertragungElektronische BildübertragungZeilenweise Abtastung, heute 576 / 1080 Zeilen (SD/HD)Zeilenweise Abtastung, heute 576 / 1080 Zeilen (SD/HD)1882, Paul Nipkow, „Nipkow-Scheibe“, Fotozellen, 32 Zeilen1882, Paul Nipkow, „Nipkow-Scheibe“, Fotozellen, 32 Zeilen1927, Farnsworth, Elektronenröhre1927, Farnsworth, Elektronenröhre1935, IFA Berlin, 180 Zeilen1935, IFA Berlin, 180 Zeilen1930, Telefunken, „Zeilensprung“ wegen Bildflimmern 1930, Telefunken, „Zeilensprung“ wegen Bildflimmern ((Interlaced: bis heute verwendet – HDTV 1080iInterlaced: bis heute verwendet – HDTV 1080i))

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Erstes Fernsehen 1920/30Erstes Fernsehen 1920/30

Nipkow-Scheibe: 30 ZeilenNipkow-Scheibe: 30 Zeilen

http://www.movie-college.de/filmschule/medien/tv-geschichte.htmhttp://www.zarkovision.de/

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Elektronisches TVElektronisches TV

IFA 1931, Manfred v. ArdenneIFA 1931, Manfred v. Ardenne

Zeilenweise Abtastung mit Elektronenstrahl /Zeilenweise Abtastung mit Elektronenstrahl /Braunsche Röhre (Cathodic Ray Tube, CRT)Braunsche Röhre (Cathodic Ray Tube, CRT)

Farbfernsehen: USA 1953, D 1969Farbfernsehen: USA 1953, D 1969

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Analoges TV-Signal (s/w)Analoges TV-Signal (s/w)

Abtastung zeilenweiseAbtastung zeilenweise

Videosignal einer s/w-Bildzeile: Videosignal einer s/w-Bildzeile: - Ort/Helligkeit (Luminanz Y)- Ort/Helligkeit (Luminanz Y)

[Schmidt][Schmidt]

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Zeilensprung / InterlacedZeilensprung / InterlacedReduzierung des Bildflimmerns (1938, Telefunken)Reduzierung des Bildflimmerns (1938, Telefunken)– Verdopplung der Bildfrequenz und zeitlichen Auflösung mit „Halbbildern“, aber:Verdopplung der Bildfrequenz und zeitlichen Auflösung mit „Halbbildern“, aber:– Halbierung der vertikalen AuflösungHalbierung der vertikalen Auflösung

25 Vollbilder/s 25 Vollbilder/s 50 Halbbilder/s 50 Halbbilder/s25 Frames/s 25 Frames/s (progressive)(progressive) 50 Fields/s 50 Fields/s (interlaced)(interlaced)

Immer noch im Einsatz: HDTV 1080i / 1080pImmer noch im Einsatz: HDTV 1080i / 1080p

1. Halbbild (Field)1. Halbbild (Field) 2. Halbbild (Field)2. Halbbild (Field)

http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren

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Video-Demos „Interlaced“Video-Demos „Interlaced“ Problem: LCD-Bildschirme sind progressivProblem: LCD-Bildschirme sind progressiv Anzeige beider Halbbilder gleichzeitig statt nacheinanderAnzeige beider Halbbilder gleichzeitig statt nacheinander „„Kammeffekt“ bei horizontalen BewegungenKammeffekt“ bei horizontalen Bewegungen

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Frame Rate / Field RateFrame Rate / Field Rate

25 Vollbilder (frames) = 50 Halbbilder (fields)25 Vollbilder (frames) = 50 Halbbilder (fields)

Schreibweisen für 50 Halbbilder/s (Interlaced): Schreibweisen für 50 Halbbilder/s (Interlaced): – 1080i50 = 1080i/25, manchmal auch 1080i251080i50 = 1080i/25, manchmal auch 1080i25

Schreibweise für 50 Vollbilder/s (Progressive): 1080p50 Schreibweise für 50 Vollbilder/s (Progressive): 1080p50

Datenmenge/Bandbreite 1080i / 1080p ?Datenmenge/Bandbreite 1080i / 1080p ?– Verdopplung!Verdopplung!

Spezialfall: „Progressive Segmented Frames“ (PsF)Spezialfall: „Progressive Segmented Frames“ (PsF)Progressive-Material interlaced gespeichertProgressive-Material interlaced gespeichert

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Interlaced-EffektInterlaced-Effekt

Standards:Standards:576i 25 576i 25 (= 720x576, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)(= 720x576, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)1080i 251080i 25 (= 1920x1080, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)(= 1920x1080, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)1080p 501080p 50 (= 1920x1080, 50 Frames/s, progressiv)(= 1920x1080, 50 Frames/s, progressiv)1080p 241080p 24 (Kino/Blueray, 24 Frames/s, progressiv)(Kino/Blueray, 24 Frames/s, progressiv)

TV-Geräte ohne 24p: häufig unnötige Wandlung 24p -> 30i -> 25pTV-Geräte ohne 24p: häufig unnötige Wandlung 24p -> 30i -> 25p

Sieht man den Interlaced-„Kamm-Effekt“ auch auf alten Sieht man den Interlaced-„Kamm-Effekt“ auch auf alten Röhrenmonitoren / TV-Geräten?Röhrenmonitoren / TV-Geräten?

Wie sieht „progressive“ auf einem Interlaced-Monitor aus?Wie sieht „progressive“ auf einem Interlaced-Monitor aus?

– http://neuron2.net/LVG/interlacing.htmlhttp://neuron2.net/LVG/interlacing.html

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De-InterlacingDe-Interlacing

Ziel: optimale Darstellung von Video-Interlaced-Ziel: optimale Darstellung von Video-Interlaced-Material auf Progressiv-Monitor (LCD)Material auf Progressiv-Monitor (LCD)

Quasi immer notwendig bei TV-Aufnahmen!Quasi immer notwendig bei TV-Aufnahmen!

Nicht trivial, da Interlaced-Material:Nicht trivial, da Interlaced-Material:– Örtlich versetzt (zeilenweise)Örtlich versetzt (zeilenweise)– Zeitlich versetzt (1/50 Sekunde)Zeitlich versetzt (1/50 Sekunde)

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De-Interlacing VerfahrenDe-Interlacing Verfahren

1. Zeilen weglassen oder verdoppeln1. Zeilen weglassen oder verdoppeln

2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)

http://www.hamradio.si/~s51kq/V-INT-DL.HTM

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De-Interlacing VerfahrenDe-Interlacing Verfahren

1. Zeilen weglassen oder verdoppeln1. Zeilen weglassen oder verdoppeln→ → geringere Auflösunggeringere Auflösung

2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)→ → geringere Auflösung + Störeffektgeringere Auflösung + Störeffekt

3. Bildanalyse / Bewegungsschätzung, 3. Bildanalyse / Bewegungsschätzung, neue Zwischenbilder errechnen neue Zwischenbilder errechnen

→→ aufwändig!aufwändig!

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Deinterlacing-PraxisDeinterlacing-Praxis

VirtualDub: Video/Filters/DeinterlaceVirtualDub: Video/Filters/Deinterlace

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Video-DemosVideo-Demos

Kino (DVD) Kino (DVD) Bourne - TrailerBourne - Trailer Bourne - AusschnittBourne - Ausschnitt

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Analoges TV-SignalAnaloges TV-SignalSichtbare und nicht sichtbare BereicheSichtbare und nicht sichtbare Bereiche

Horizontal- (Zeilen-) und Vertikal- (Bild-) AustastungHorizontal- (Zeilen-) und Vertikal- (Bild-) Austastung

576 von 625 Zeilen sichtbar576 von 625 Zeilen sichtbar

Interlaced-Abtastung (Zeilensprung-Halbbilder)Interlaced-Abtastung (Zeilensprung-Halbbilder)

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Analoges TV-SignalAnaloges TV-SignalAufbau einer Zeile:Aufbau einer Zeile:

FBAS (Farb-Bild-Austast-Signal): FBAS (Farb-Bild-Austast-Signal): – 625 Zeilen (PAL) / 525 (NTSC)625 Zeilen (PAL) / 525 (NTSC)– (sichtbar 576 / 480)(sichtbar 576 / 480)

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Digitales TV-Signal – Bildzeile s/wDigitales TV-Signal – Bildzeile s/w

ITU-R 601 (ehem. CCIR-601)ITU-R 601 (ehem. CCIR-601)576 Zeilen (von 625) (2x288 interlaced)576 Zeilen (von 625) (2x288 interlaced)

Abtastung : 720 Werte / BildzeileAbtastung : 720 Werte / BildzeileQuantisierung (Stufen):Quantisierung (Stufen):

– Je Abtastwert 256 Stufen (8 Bit, im Studio auch 10 Bit)Je Abtastwert 256 Stufen (8 Bit, im Studio auch 10 Bit)– Benutzt wird nur 16..235: schwarz=16, weiss=235Benutzt wird nur 16..235: schwarz=16, weiss=235

[ NTSC (US/Jp.): 480 Zeilen von 525 ][ NTSC (US/Jp.): 480 Zeilen von 525 ]

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Digitales TV-Signal – Bildzeile Farbe (YUV)Digitales TV-Signal – Bildzeile Farbe (YUV)

ITU 601 ITU 601 (ehem. CCIR-601)(ehem. CCIR-601)

720 Abtastwerte / 720 Abtastwerte / Bildzeile (Y/Lum.)Bildzeile (Y/Lum.)

Farbe: YUV 4:2:2 Farbe: YUV 4:2:2 – 360 Werte für U,V360 Werte für U,V

8 Bit / 256 Stufen8 Bit / 256 Stufen

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Digitale Video-StandardsDigitale Video-StandardsStandard-TV (SDTV)Standard-TV (SDTV)– ITU-R 601ITU-R 601– 4:2:2 YUV, 8 Bit/Farbkanal, Interlaced4:2:2 YUV, 8 Bit/Farbkanal, Interlaced

PAL (Europa): 720x576, 25 Hz (576i50)PAL (Europa): 720x576, 25 Hz (576i50)

NTSC (USA/Japan): NTSC (USA/Japan): 720x480, 30 Hz („29.97 Hz Drop-Frame“)720x480, 30 Hz („29.97 Hz Drop-Frame“)

High Definition TV (HDTV)High Definition TV (HDTV)– ITU-R 709ITU-R 709

1920x1080 interlaced und progressiv (1080i, 1080p)1920x1080 interlaced und progressiv (1080i, 1080p)

25 Hz (auch 24, 30, 50, 60 Hz)25 Hz (auch 24, 30, 50, 60 Hz)

8 Bit YUV 4:2:2 Farbauflösung Standard, auch 10 Bit8 Bit YUV 4:2:2 Farbauflösung Standard, auch 10 Bit

Etwas andere RGB-YUV-WandlungEtwas andere RGB-YUV-Wandlung

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Digital Cinema Initiative (DCI)Digital Cinema Initiative (DCI)

2K oder 4K – Auflösung2K oder 4K – Auflösung

10 Bit statt 8 Bit RGB oder YUV 4:2:210 Bit statt 8 Bit RGB oder YUV 4:2:2

Format und Format und SeitenverhältnisSeitenverhältnis AuflösungAuflösung DatendurchsatzDatendurchsatz Datenmenge für 2 Datenmenge für 2

StundenStunden

2K mit 16:9 (1080p)2K mit 16:9 (1080p) 1920×10801920×1080 187 MByte/s187 MByte/s 1,34 TByte1,34 TByte

2K mit 1,90:12K mit 1,90:1 2048×10802048×1080 199 MByte/s199 MByte/s 1,43 TByte1,43 TByte

4K mit 16:94K mit 16:9 3840×21603840×2160 747 MByte/s747 MByte/s 5,37 TByte5,37 TByte

4K mit 1,85:14K mit 1,85:1 4000×21604000×2160 778 MByte/s778 MByte/s 5,60 TByte5,60 TByte

4K mit 1,90:14K mit 1,90:1 4096×21604096×2160 796 MByte/s796 MByte/s 5,73 TByte5,73 TByte

AudioAudio

6-Kanal-Ton, 24 bit, 6-Kanal-Ton, 24 bit, 48 / 96 kHz48 / 96 kHz -- 7 - 14 MByte/s7 - 14 MByte/s 0,1 TByte0,1 TByte

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

SeitenverhältnisSeitenverhältnisDisplay Aspect Ratio (DAR)Display Aspect Ratio (DAR)

TVTV– 4:34:3 (1,33:1) (1,33:1)

Foto:Foto:– 3:2 (1,66:1)3:2 (1,66:1)

Kino:Kino:– 1,85:11,85:1– 2,20:12,20:1– 2,39:12,39:1

HDTV:HDTV:– 16:916:9 (1,78:1) (1,78:1)

http://en.wikipedia.org/wiki/16:9

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WidescreenWidescreen

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Cinemascope / Anamorphe DarstellungCinemascope / Anamorphe Darstellung

Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht)Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht)

Anwendung bei Analog-Film und DVDAnwendung bei Analog-Film und DVD

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Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video

Widescreen TV (16:9)Widescreen TV (16:9)

Echtes 16:9 = 1,78 : 1 (schmaler als Cinemascope)Echtes 16:9 = 1,78 : 1 (schmaler als Cinemascope)

Anamorph 16:9 = 1,85 : 1Anamorph 16:9 = 1,85 : 1

16:9 auf 4:3-Anzeige: „Letterbox“ (schwarze Balken)16:9 auf 4:3-Anzeige: „Letterbox“ (schwarze Balken)

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Pan & ScanPan & Scan

Anpassung des 4:3-Bildausschnittes an BreitbildAnpassung des 4:3-Bildausschnittes an Breitbild

Auch Teil des DVD-StandardsAuch Teil des DVD-Standards

http://en.wikipedia.org/wiki/Pan_and_scan

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Pixel-Abmessungen / Pixel Aspect Ratio PARPixel-Abmessungen / Pixel Aspect Ratio PAR

Square / Non-Square PixelsSquare / Non-Square Pixels

Video/HDTV: quadratische PixelVideo/HDTV: quadratische Pixel

SDTV: nicht quadratische PixelSDTV: nicht quadratische Pixel

http://help.adobe.com/de_DE/AfterEffects/9.0/WS3878526689cb91655866c1103906c6dea-7f3aa.html http://www.artbeats.com/assets/articles/pdf/aspect_ratio_1.pdf http://www.artbeats.com/assets/articles/pdf/aspect_ratio_2.pdf

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HDTV-LogosHDTV-Logos

HD readyHD ready HD ready HD ready 1080p1080p HDTV HDTV 1080p1080p

– Display Display - Display- Display - Receiver - Receiver– min. 1280x720min. 1280x720 - 1080p- 1080p– Input 720p / 1080iInput 720p / 1080i - „Full HD“- „Full HD“– HDMI / HDCP HDMI / HDCP

Copy ProtectionCopy Protection– Display meist nur Display meist nur

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