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Normwandlung (Frameraten nachträglich ändern)

Frameraten in der digitalen Videotechnik - Einführung

Technische Details rund ums Thema Frameraten

Frameraten-Testvideos für den praktischen Vergleich

Normwandlung (Frameraten nachträglich ändern)

Leider kann man nicht jedes Video immer mit der Framerate wiedergeben, mit der es aufgenommen wurde. Da macht uns zum Einen die Unflexibilität unserer Wiedergabegeräte einen Strich durch die Rechnung, zum Anderen kommen wir um bestehende Standards und die daraus abgeleiteten Arbeitsabläufe nicht herum.

Die Freiheit in der Wahl der Framerate kommt also immer dann an Grenzen, wenn ein Film auf einem bestimmten Medium gezeigt werden soll, das eine unveränderliche Framerate hat und/oder die Framerate als Standard fest vorschreibt - und das ist viel öfter der Fall, als man denkt. Passt das Ausgangsmaterial nicht zum Zielmedium, muss die Framerate angepasst werden.

Wann das Wandeln der Framerate nötig ist

Wo wir täglich die Anpassung von Frameraten erleben (ohne uns dessen immer bewusst zu sein), ist die Wiedergabe von Videos auf Computermonitoren, Smartphones und Tablets - also insbesondere Videos aus der eigenen Handykamera und aus dem Internet. Online-Videos können erst mal jede beliebige Framerate haben, und tatsächlich findet sich auf Plattformen wie YouTube oder Vimeo ein ziemlich bunter Mix. Bei der Wiedergabe findet dann stets eine Wandlung statt - denn die meisten Computerbildschirme arbeiten mit 60 oder 59,94 fps und lassen sich nicht variabel auf andere Frameraten umstellen. Da die Wandlung im Computer auf recht einfache Weise durchgeführt wird ("Nächster Nachbar"), ist die Wiedergabe von Online-Videos immer etwas ruckelig.
Gelegentlich wird empfohlen, Videos fürs Internet grundsätzlich in 60 fps zu drehen, um die nötige Wandlung zu umgehen. Das hilft jedoch nur teilweise, weil es nach wie vor auch Computerbildschirme mit anderen Bildraten gibt, für die das dann nachteilig wäre - von alternativen Wiedergabegeräten wie TV-Receivern, Blu-ray-Playern und internetfähigen Smart-TVs ganz zu schweigen. Es gibt nicht "das eine und einzig richtige" Format fürs Internet, denn die Zahl der alternativen Wiedergabegeräte, die nicht unbedingt mit computertypischen 60 Hz arbeiten, nimmt seit Jahren zu. Ganz abgesehen davon wird nach heutigem Stand der Technik selbst ein 60-fps-Video auf einem 60-Hz-Monitor nicht hundertprozentig ruckelfrei wiedergegeben, weil die beiden Takte nicht synchronisiert sind und es daher zumindest zu Microrucklern (gelegentliche Abweichungen um 1 Frame) kommt.

Fürs Fernsehen muss das Endprodukt den Fernsehstandards entsprechen. Das sind in Europa immer 50-Hz-basierte Videoformate, also 25 oder 50 Bilder pro Sekunde (ob das dann Vollbilder oder Halbbilder sind, spielt eine untergeordnete Rolle - Hauptsache, es passt in den Takt). Die Sendenormen sehen keinen Wechsel der Bildrate im laufenden Programm vor; unsere Fernsehgeräte könnten gar nicht so schnell (wenn überhaupt) auf andere Geschwindigkeiten umschalten. Will man vorhandenes oder zugekauftes Filmmaterial aus 60-Hz-Regionen, aus Handykameras o. Ä. im Fernsehen verwenden, muss es also "normgewandelt" werden.

Dasselbe gilt für den Videoamateur, der auf seiner Urlaubsreise einen typischen 50-fps-Camcorder verwendet. Stellen ihm Mitreisende nach der Reise auch Material aus ihren Fotokameras mit z. B. 30 fps zur Verfügung, muss er dieses Material umwandeln, um es in seinen Film einzubinden. Der Amateur muss sich zwar nicht an Fernsehstandards halten und könnte seinen ganzen Film z. B. auch in 29,97 oder 23,976 fps produzieren, aber ein durchgehender Film kann immer nur eine einzige Bildrate haben; man kann nicht mittendrin wechseln, sondern muss sich für eine einzige entscheiden. Also wann immer Bildraten innerhalb eines Filmes nicht zusammenpassen, ist eine Wandlung fällig.

Anderes Beispiel: Jemand hat einen Fernsehfilm mit 25 fps gedreht und möchte ihn in die Kinos bringen. Zwar gibt es Kinofilm-Projektoren, die sich auch mit 25 fps betreiben lassen, aber der offizielle Kinostandard lautet immer noch 24 fps. Wenn man die Gewähr haben möchte, den Film in allen Kinos problemlos abspielen zu können, wird man ihn auf 24 fps bringen müssen.

Vor einer ähnlichen Situation steht jemand, der in Deutschland einen Dokumentarfilm mit 25 oder 50 fps gedreht hat und ihn auch in den USA verkaufen möchte. Die allermeisten amerikanischen DVD-Player, Blu-ray-Player und Fernseher können keine europäischen Formate abspielen, und die amerikanischen Fernsehsender sind ohnehin auf 59,94 fps festgelegt - also muss der Film gewandelt werden.

Für die Vermarktung amerikanischer Filme in Europa ist die Situation ähnlich - zumindest im Fall der DVD: Zwar können relativ viele DVD-Player und Fernsehgeräte in Europa auch die amerikanischen Standards wiedergeben, aber darauf verlassen kann man sich leider nicht. Wer als Anbieter einer Kauf-DVD nicht Beschwerden riskieren will, wird also auch für den europäischen Markt eine Normwandlung durchführen, sobald er amerikanisches Video auf DVD veröffentlicht.

Wann man auf das Wandeln der Framerate verzichten kann

Zum Glück gibt es auch immer mehr Fälle, die eine Normwandlung erübrigen. Speziell in Europa sind die neueren Fernsehgeräte sehr flexibel im Hinblick auf Fernsehnormen anderer Länder und Regionen. Man darf davon ausgehen, dass alle in Deutschland jemals verkauften Flachbildschirme problemlos auch 59,94-fps-basierte Formate darstellen können. 24 und 23,976 fps gelten ohnehin als internationale Formate. Wenn dann auch das Zuspielgerät es unterstützt (was z. B. bei allen Blu-ray-Playern der Fall ist - leider nicht immer bei DVD-Playern), kann man sich die Normwandlung im privaten Bereich sparen und auch Filme, die von der europäischen Norm abweichen, mit Originalbildrate abspielen. Das betrifft nicht zuletzt die Videofunktionen moderner Fotokameras, die oft nur noch 59,94-fps-Formate aufnehmen, obwohl sie in Deutschland verkauft werden. Man kann sich leider noch nicht darauf verlassen, dass diese Formate wirklich in allen deutschen Wohnzimmern abspielbar sind, aber die Unterstützung nimmt mit dem Aussterben alter Röhrenfernseher immer mehr zu (wobei auch viele Röhrenfernseher schon 59,94-fps-Formate wiedergeben können - bei Bedarf lohnt also der Versuch).

Die Vermarktung von Spielfilmen auf Blu-ray erübrigt Normwandlung sogar im kommerziellen Umfeld. Die Blu-ray kennt nämlich einen speziellen international gültigen Modus mit 24,000 oder wahlweise 23,976 fps für Spielfilme.

Sogar 59,94-fps-basierte Formate (1080/59,94i oder 720/59,94p) auf Blu-ray, etwa selbstgedrehte Videos, kann man ruhigen Gewissens ohne Wandlung in Europa verteilen. Anders als für DVD-Player war deren Unterstützung für Blu-ray-Player in Europa von Anfang an ein verbindlicher Teil der Norm. Und Blu-ray-Player werden ja nahezu auschließlich an Flachbildfernsehern betrieben, die ihrerseits alle die 59,94-fps-Formate beherrschen.

Einen Spezialfall in Sachen Abspielbarkeit bilden DVDs und Blu-ray-Discs, die mit einem sogenannten Regionalcode versehen sind. Das ist eine künstliche Beschränkung, die verhindern soll, dass Scheiben außerhalb der Region abgespielt werden, in der sie gekauft wurden. Mit unterschiedlichen Frameraten und Fernsehstandards hat das überhaupt nichts zu tun. (Zum Beispiel verwenden die USA und Japan dieselben Fernsehstandards, aber unterschiedliche Regionalcodes.)

So gut wie alle käuflichen Spielfilm-DVDs haben so einen Regionalcode. Bei Blu-ray gibt es ihn noch teilweise (je nach Filmstudio). Für die neue Ultra-HD-Blu-ray wurde von vornherein darauf verzichtet.
Es gibt technische Wege, diese Beschränkungen ggfs. zu umgehen, aber das ist eine juristische Grauzone und sei hier nur am Rande erwähnt.

Wichtig für den Praktiker zu wissen: In gebrannten DVDs und Blu-rays gibt es keinen Regionalcode. Das Problem betrifft also niemals selbstgemachte Filme, sondern ausschließlich kommerziell in Serie hergestellte ("gepresste") Video-Discs.

Wandlung der Bildrate - wie geht das?

Zunächst ist Film oder Video eine Abfolge stehender Bilder, die jeweils eine bestimmte Phase im Bewegungsablauf repräsentieren. Man kann sich das auf einer Zeitachse vorstellen: Je nach Bildrate der verwendeten Kamera sind die Momente, die aufgenommen werden, etwas andere. Es ist schwer vorstellbar, wo im Fall einer Normwandlung die neuen Einzelbilder herkommen sollen, denn es wurden an den benötigten Zeitpunkten ja keine Bilder von der Kamera aufgenommen.

Solange es nur ums Verdoppeln oder Halbieren der Bildraten geht, ist das noch kein großes Problem: Zum Halbieren lässt man jedes zweite Bild weg, zum Verdoppeln spielt man jedes Bild zweimal ab. Hier spricht man normalerweise noch nicht von einer Normwandlung:

Frame-Verdoppelung

Kompliziert wird es erst, wenn krummere Zahlen ausgeglichen werden müssen.

Es haben sich vier Ansätze herausgebildet, um Wandlungen der Bildrate durchzuführen. Jeder dieser Ansätze ist heute an bestimmter Stelle gebräuchlich - teilweise auch in Kombination oder in Abwandlungen:
1) Einfaches Verlangsamen bzw. Beschleunigen (mit Änderung der Lauflänge des ganzen Films)
2) Verlangsamen bzw. Beschleunigen und Ausgleich der Spielzeit durch Auslassen/Verdoppeln einzelner Bilder ("Nächster Nachbar")
3) Proportionales Überblenden zwischen benachbarten Bildern
4) Interpolieren von Zwischenbildern

Für die Verfahren 2) bis 4) gilt: Je höher die Quell- und/oder Zielframeraten sind, desto unproblematischer ist die Wandlung. Denn höhere Frameraten sorgen für geringere zeitliche Abstände zwischen Quell- und Zielframes; somit werden die Fehler der jeweiligen Verfahren unauffälliger. Wenn man z. B. Quellmaterial mit 29,97 fps hat und dieses fürs deutsche Fernsehen anpassen muss, wählt man als Zielframerate am besten 50 fps und nicht etwa 25 fps.

1) Einfaches Beschleunigen oder Verlangsamen

Das Beschleunigen oder Verlangsamen des ganzen Films ist das denkbar simpelste Verfahren und kommt insbesondere dort in Frage, wo die Unterschiede so gering sind, dass die Zuschauer es nicht bemerken. Prinzipiell geht es aber auch mit größeren Frameraten-Unterschieden.

Schema Verlangsamen
Besonders gering und unmerklich sind die Unterschiede, wenn zwischen NTSC-basierten "krummen" und den entsprechenden "glatten" Bildraten gewandelt werden muss. Etwa die glatten 30,00 fps aus manchen Kompaktkameras lassen sich unbemerkt auf 29,97 fps verlangsamen (engl. "Downspeed"). Ignorieren darf man den Unterschied jedoch auch in diesem Fall nicht, weil sonst Bild und Ton hörbar auseinanderlaufen würden (pro Stunde um rund 3 1/2 Sekunden).

Nicht mehr ganz so gering ist die 4,2-prozentige Erhöhung der Bildrate von 24 fps auf 25 fps. Und doch ist eine solche Beschleunigung (engl. "Upspeed") die bis heute vorherrschende Methode, wenn man Kinofilme im europäischen Fernsehen zeigen will. Ein 120-minütiger Kinofilm ist somit im Fernsehen nur noch gut 115 Minuten lang. Problematischer als das Bild ist hierbei der Ton, der durch das Beschleunigen um etwa eine halbe Tonhöhe ansteigt - was musikalischen Zuhörern durchaus auffallen kann. Im Direktvergleich hört auch der Ungeübte den Unterschied; z. B. in Making-Offs von Kinofilmen hat man manchmal Videomaterial vom Drehort (das in Originalgeschwindigkeit läuft) und gleich danach oder davor einen Ausschnitt aus dem Film (der wegen des Upspeeds etwas höher klingt).

Tonbearbeitungen, die die Laufzeit auch ohne Änderung der Tonhöhe verändern, sind technisch möglich. Sie sind jedoch prinzipbedingt fehlerbehaftet und erfüllen klanglich keine hohen Ansprüche. Wenn man sie unter professionellen Produktionsbedingungen verwendet, dann nur getrennt für die einzelnen Spuren einer Filmmischung und stets unter Kontrolle eines erfahrenen Tonmeisters, der hörbare Fehler ggfs. manuell ausbügelt. Das ist natürlich viel Aufwand; deshalb kommt die tonhöhengleiche Laufzeitänderung in der Praxis nur sehr selten zur Anwendung und man nimmt lieber den leichten Anstieg der Tonhöhe in Kauf.

In Ausnahmefällen (z. B. für einzelne kurze Filmszenen) wird das Beschleunigen oder Verlangsamen auch zum Ausgleich größerer Differenzen benutzt, etwa zwischen 25 und 30 fps. Voraussetzung ist, dass der Ton des Originalmaterials nicht gebraucht wird, und dass die Aufnahme den Unterschied inhaltlich nicht erkennen lässt (z. B. ein Schwenk über eine weitgehend starre Landschaft - da weiß ja niemand, wie schnell der Kameramann tatsächlich geschwenkt hat).

Der große Vorteil des einfachen Beschleunigens und Verlangsamens ist, dass die Einzelbilder als solche unangetastet bleiben können (d. h. es können keine neuen Bildfehler entstehen), und dass der Bewegungsfluss trotzdem voll erhalten bleibt. Die Nachteile liegen in den besagten Ton-Problemen sowie in der Tatsache, dass die Gesamtlaufzeit eines Films sich ändert. Für Spielfilme und vorproduzierte Fernsehsendungen mag das keine besondere Rolle spielen, aber im Fall von Live-Übertragungen scheidet so ein Verfahren von vornherein aus.

Wenn die Tonqualität klar im Vordergrund steht, etwa bei Konzertvideos, finden manche Produzenten weder eine Veränderung der Tonhöhe noch die hörbaren Fehler einer tonhöhenkonstanten Laufzeitveränderung akzeptabel. Sie weichen dann auf andere Konvertierungsmethoden aus, d. h. sie nehmen lieber Nachteile beim Bild in Kauf und lassen dafür den Ton unangetastet. Das sind jedoch seltene Ausnahmen.

2) Beschleunigen oder Verlangsamen mit Einzelbild-Ausgleich ("Nächster Nachbar")

Die Laufzeitunterschiede, die das Beschleunigen oder Verlangsamen mit sich bringt, lassen sich durch gezieltes Einfügen oder Auslassen von Einzelbildern wieder ausgleichen. Zum Beispiel für eine Wandlung von 50 fps auf 60 fps würde man jeweils fünf Einzelbilder etwas schneller hintereinander abspielen und dann das fünfte Bild wiederholen, so dass das Ergebnis ins Raster des 60er-Formats passt. Umgekehrt würde man für die Wandlung von 60 fps auf 50 fps jeweils fünf Bilder etwas langsamer abspielen und jedes sechste Bild auslassen. In beiden Fällen ergibt sich also ein fester Rhythmus der Abweichungen. Sind NTSC-basierte Bildraten im Spiel (z. B. 59,94 fps), wird gelegentlich noch vom Rhythmus abgewichen, um die Synchronität aufrechtzuhalten - ähnlich wie bei Schaltjahren.
Diese Methode wird von Technikern auch "Nächster Nachbarframe" oder kurz "Nächster Nachbar" (engl. "Next Neighbour") genannt. Wenn man nämlich als jeden Zielframe grundsätzlich den zeitlich am nächsten liegenden Quellframe verwendet (sozusagen den nächsten Nachbarn) kommt man auf dasselbe Ergebnis - also das Beschleunigen/Verlangsamen mehrerer Frames mit ausgleichendem Auslassen/Verdoppeln von Einzelframes.

Schema "Nächster Nachbar"

Logischerweise zeigen Bewegungen in Filmen, die nach diesem Prinzip normgewandelt wurden, an jedem verdoppelten oder ausgelassenen Bild ein leichtes Stocken bzw. ein leichtes Springen - mit anderen Worten: Es tritt ein sichtbares Ruckeln auf. Etwa beim Wandeln zwischen 50 und 60 fps ruckelt es zehnmal pro Sekunde, was noch einigermaßen akzeptabel ist. Beim Wandeln zwischen 25 und 30 fps ruckelt es nur fünfmal pro Sekunde, und das fällt dann schon ziemlich unangenehm auf.
Wie störend das Ruckeln ist, hängt ganz stark vom Inhalt des Films ab. Am stärksten fällt es in gleichmäßigen Motiv- und Kamerabewegungen auf. In statischen Einstellungen sieht man davon nichts, und in sehr hektischen/ungleichmäßigen Bewegungen (z. B. unstabilisierte Handkamera-Aufnahmen) geht das Ruckeln nahezu unbemerkt unter.

Der große Vorteil des Verfahrens ist, dass es sich vergleichsweise einfach umsetzen lässt. Man braucht dazu keine leistungshungrigen Rechenverfahren; es genügt ein kleiner Speicher, der die nötige Bildanzahl bis zur nächsten Auslassung/Verdoppelung zwischenspeichern kann. In erschwinglichen Videogeräten, die in Echtzeit Normwandlungen durchführen können (z. B. die früheren Normwandel-Videorecorder oder auch manche DVD-Player) kommt daher fast immer diese Methode zur Anwendung. Auch auf Computern ist es die vorherrschende Methode, um Bildmaterial an die Frequenz des Bildschirmes anzupassen.

Ein Sonderfall des Einzelbild-Ausgleichs ist der sogenannte Pulldown. Gebräuchlich ist Pulldown insbesondere in den 60-Hz-Ländern, um dort Kinofilme an Fernsehstandards anzupassen: Der Kinofilm wird zunächst von 24,00 fps auf 23,976 fps verlangsamt. Dann wird das erste Filmbild verdoppelt, das zweite Filmbild verdreifacht, das dritte Filmbild wieder verdoppelt, das vierte Filmbild wieder verdreifacht usw. Man spricht daher auch vom 3:2-Pulldown. Als Ergebnis stehen vollständige 59,94 fps (urpsprünglich im NTSC-Standard nur als Halbbilder, heute manchmal auch Vollbilder).

3:2 Pulldown
Natürlich leidet eine solche Umsetzung an deutlichem Ruckeln, aber die Zuschauer in den NTSC-Ländern hatten sich über Jahrzehnte daran gewöhnt, Kinofilme im Fernsehen so anzuschauen. Mittlerweile sind gute Fernsehgeräte in der Lage, den Pulldown zu erkennen und rückgängig zu machen ("Reverse Pulldown"), d. h. sie extrahieren wieder die Originalbilder und spielen sie geschmeidig hintereinander ab, so dass die Zuschauer vom Pulldown keinen sichtbaren Nachteil mehr haben.
Nicht nur Kinofilme, sondern auch US-Fernsehserien werden heute in 24 fps (bzw. 23,976 fps) gedreht. Das erleichtert die internationale Vermarktung, weil sie dann in 50-Hz-Ländern genau wie Kinofilme mit 4,2-prozentigem Upspeed ausgestrahlt werden können. Früher wurden US-Serien mit 29,97 fps produziert und ließen sich für den europäischen Markt sehr viel schlechter normwandeln.

3) Proportionales Überblenden zwischen benachbarten Bildern

Die einfachste und billigste Variante, das Beschleunigen/Verlangsamen zu vermeiden und stattdessen Zwischenbilder zu erzeugen, ist das sogenannte "Blending" - das Überblenden zweier benachbarter Bilder: Man schaut, an welcher Stelle der Zeitachse das neu zu erzeugende Bild stehen müsste. Dann sucht man sich die beiden nächstliegenden Bilder aus dem Original und blendet sie prozentual übereinander. Wenn z. B. das neue Bild zeitlich näher an dem vorderen Originalbild liegt, wird das vordere Originalbild in der Blende entsprechend stärker berücksichtigt als das hintere Originalbild. Ab und zu trifft das neue Bild zeitlich perfekt mit einem Originalbild zusammen; dann wird an dieser Stelle gar nichts geblendet.

Schema Frame-Überblendung

Über die Qualität des Ergebnisses kann man streiten, gerade auch im Vergleich zu "Nächster Nachbar". Beide Verfahren ruckeln sichtbar, wenn es um wirklich gleichmäßige Bewegungen mittlerer Geschwindigkeit geht. Blending liefert bessere Ergebnisse bei langsamen Bewegungen, fällt aber durch Doppelkonturen bei hektischen/ungleichmäßigen Bewegungen stärker auf. Je weniger Bewegungsunschärfe die Frames enthalten, desto unangenehmer treten die Doppelkonturen des Blendings in Erscheinung; für Material, das mit kurzen Verschlusszeiten gedreht wurde, ist daher häufig "Nächster Nahbar" die bessere Wahl. Im Einzelfall muss man es immer ausprobieren.

Blending kommt heute häufig automatisch in Schnittprogrammen zum Einsatz, wenn man Material mit abweichender Framerate auf eine Timeline zieht. Da es wenig Rechenleistung braucht, eignen sich Blending und "Nächster Nachbar" gut für alle Echtzeit-Anwendungen. In der aktuellen Fernseh-Berichterstattung mit Material aus internationalen Quellen (Handykameras) erkennt man häufig die Spuren des Blendings, genau wie in billig produzierten Langzeit-Werbesendungen. Ältere US-Fernsehserien und US-Sitcoms, die mit 29,97 fps gedreht waren, wurden fast immer per Blending normgewandelt, weil es damals noch gar keine besseren Verfahren gab; am deutlichsten erkennt man das im Abspann, wenn die Rolltitel Doppelkonturen bekommen.
Heute taucht das Blending als gleichberechtigte Alternative zu "Nächster Nachbar" überall dort auf, wo hochwertige Normwandel-Methoden aus organisatorischen oder finanziellen Gründen nicht zur Verfügung stehen.

4) Interpolieren von Zwischenbildern

Schon in der Einleitung zu diesem Abschnitt war klar, dass das Optimum einer Normwandlung (soweit Methode 1, also die simple Beschleunigung/Verlangsamung, nicht in Frage kommt) die Erstellung richtiger Zwischenbilder sein müsste. Aber das lässt sich sehr viel leichter fordern als umsetzen, und die Realität zeigt: Zwischenbildberechnung ist immer mit Qualitätskompromissen behaftet. Eine perfekt fehlerfreie Zwischenbildberechnung wird es nie geben, weil fehlende Bewegungsinformation nicht einfach nachträglich herbeigezaubert werden kann. Man kann sich dem Ideal aber so weit annähern, dass 99 % der Zuschauer nichts von dem Trick merken.

Echte Zwischenbildberechnung heißt auch "Frame-Interpolation". Es ist das gleiche Prinzip wie bei Morphing-Effekten: Die Software analysiert eine Abfolge von aufeinanderfolgenden Bildern und versucht, darin identische oder zusammengehörige Bildteile auszumachen; hieraus werden Bewegungsvektoren ermittelt, mit deren Hilfe dann die Position der Objekte zum gewünschten Zeitpunkt zwischen zwei Originalbildern rekonstruiert wird. Außerdem muss der jeweilige Hintergrund eines bewegten Objektes aus den benachbarten Bildern rekonstruiert werden, damit sich am Ende wirklich nur das Objekt bewegt und der Hintergrund kein Eigenleben entwickelt.
Das klingt kompliziert. Und genauso kompliziert, wie die Beschreibung klingt, ist das Verfahren tatsächlich.

Schema Frame-Interpolation

Je nach Bildinhalt kann die Frame-Interpolation verblüffend gut funktionieren. Im Idealfall ist das Ergebnis nicht mehr von Filmmaterial zu unterscheiden, das schon direkt mit der anderen Bildrate gedreht wurde. Es klappt nahezu perfekt, wenn die Kamera eine unbewegte Szenerie abschwenkt oder wenn einzelne Objekte sich vor neutralem Hintergrund bewegen. Sind die Bewegungen im Bild jedoch zu komplex für das verwendete Rechenverfahren, etwa wenn der Hintergrund stark strukturiert ist, sich ein Objekt um die eigene Achse dreht oder sich gar mehrere Objekte überlappend in verschiedene Richtungen bewegen, treten häufig Artefakte und fehlerhafte Zusammensetzungen auf.
Wann immer die Software nicht genügend Übereinstimmung findet, um Bewegungsvektoren zu ermitteln, sollte sie dies erkennen und dann ersatzweise auf Frame-Überblendung ausweichen; das ist insbesondere an Szenenwechseln oder bereits vorhandenen Überblendungen nötig, aber auch in manchen überfrachteten Szenen mit zu vielen verschiedenen Bewegungsrichtungen. Manche Programme versuchen aber auch dann noch, irgendwelche vermeintlich zusammengehörenden Bildteile ineinander übergehen zu lassen - was mitunter zu sehr seltsamen Ergebnissen führt.

Die Qualität der Frame-Interpolation hängt also stark von der konkreten Umsetzung ab. Es gibt Frame-Interpolation sowohl in Form von reiner Software als auch in Form von Hardware-Normwandlern, d. h. Geräten fürs Studio. Überraschenderweise liefern die Hardware-Normwandler oft sogar bessere Ergebnisse als Software-Lösungen - obwohl die Hardware-Variante in Echtzeit und mit möglichst geringer Latenz arbeiten muss, während die Software sich hinreichend Rechenzeit gönnen kann. Man kann dies nur mit der langjährigen Erfahrung der Hersteller solcher Geräte erklären. Für den privaten Nutzer sind Hardware-Normwandler jedoch gänzlich unerschwinglich.

Wenn heute Fernsehbilder in Echtzeit gewandelt werden müssen und ein hoher Qualitätsanspruch besteht, etwa bei der Live-Übertragung großer Sport-Ereignisse aus Übersee, kommen immer die hochwertigen Interpolations-Normwandler zum Einsatz. Auch für die Wandlung von nicht live gesendetem Programm (soweit es sich nicht per Speedup wandeln lässt) setzen zumindest größere Sender solche Geräte ein. Die Ergebnisse sind mittlerweile so gut, dass die meisten Zuschauer sogar auf großen Fernsehgeräten den Unterschied zu unkonvertierten Aufnahmen nicht wahrnehmen; um eine hochwertige Interpolations-Normwandlung zu identifizieren, muss man schon genau auf kritische Stellen achten oder das Material einzelbildweise analysieren.

Die Bewegungsglättungen moderner Fernsehgeräte arbeiten ähnlich wie Hardware-Normwandler: Auch sie interpolieren Zwischenbilder - in diesem Fall sogar sehr viele Zwischenbilder, um auf die Eigenfrequenz des Fernsehers von z. B. 120 oder 240 Hz zu kommen.
Je nach Hersteller sind die Bewegungsglättungen mittlerweile recht ausgereift. Sie sind noch keineswegs fehlerfrei, aber sie arbeiten besser als so manche Konverter-Software. Leider funktionieren sie nur live während der Wiedergabe und lassen sich nicht als Normwandler für Videodateien zweckentfremden.

Will man als Amateur mit überschaubarem finanziellem Aufwand eine Interpolations-Normwandlung durchführen, bleibt nur die Verwendung von Software und die Inkaufnahme längerer Renderzeiten. Bisher ist die Auswahl geeigneter Programme nicht groß, und längst nicht jedes Produkt hält, was es verspricht. Wenn die Zwischenbildberechnung z. B. großräumige Artefakte um bewegte Objekte herum erzeugt, das Bild in weitem Radius verzerrt wird oder unbewegte Titelschriften "animiert" werden, ist das Verfahren für eine universelle Normwandlung nicht zu gebrauchen. Die Hersteller der guten Hardware-Normwandler bieten zwar ihr Know How teilweise auch in Form von Softwareprodukten an, aber sie verlangen dafür dann immer noch sehr "professionelle" Preise, wodurch sie für den Videoamateur unerschwinglich bleiben.

Außer den spezialisierten Programmen sind auch allgemeine Video-Effektprogramme und immer mehr Schnittprogramme in der Lage, Frame-Interpolationen durchzuführen; das nennt sich dann zum Beispiel "Motion Flow" oder "Optical Flow". Aber auch hier ist nicht alles Gold was glänzt: Die meisten dieser Funktionen erzeugen in kritischen Szenen immer noch zu viele Fehler, um sie universell für Normwandlungen einsetzen zu können. Es mag auf den ersten Blick sogar ganz ordentlich funktionieren, aber irgendwann kommt in jedem Film auch mal eine schwierig zu wandelnde Szene - und dann wird es hässlich.

Eine zwar langsame, aber relativ gute und sogar kostenlose Lösung für Interpolations-Normwandlungen bietet der Frameserver "AviSynth" in Verbindung mit dem PlugIn-Paket "MV Tools". Allerdings braucht dieser Weg sehr viel Einarbeitung und Sachkenntnis, weil Script-basierte Software ohne jede Automatisierung zum Einsatz kommt. Von einer bequemen 1-Klick-Lösung, die jedermann sofort nutzen kann, ist das noch weit entfernt.

Letztlich muss sich der Amateur, der gelegentlich einer Normwandlung bedarf (z. B. um Material verschiedener Kameras zusammenzuschneiden oder um DVDs/Blu-rays für die Übersee-Verwandtschaft zu brennen), die Frage nach dem Qualitätsanspruch stellen. Interpolations-Normwandlung ist zweifellos der Königsweg, aber bei Verwendung günstiger Software auch mit großen Qualitätsrisiken verbunden. Mit einfachen Methoden wie "Nächster Nachbar" oder Blending hat man zwar von vornherein eine schlechtere Bewegungswiedergabe, aber man erspart sich das Artefakt-Risiko, die langen Renderzeiten und (im Fall von kommerzieller Software) die enormen Kosten. Nicht jeder Zweck rechtfertigt einen hohen Aufwand; vielen Zuschauern fällt der Unterschied noch nicht einmal auf.

Auflösung und Halbbildbehandlung

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass Normwandlungen ggfs. noch andere technische Aspekte als die Framerate betreffen können: eine Änderung der Auflösung sowie die Behandlung der Halbbilder.

Das Ändern der Auflösung betrifft hauptsächlich SD-Video (z. B. von der "PAL"-Auflösung 720 x 576 in die "NTSC"-Auflösung 720 x 480) und ist technisch nicht schwierig: Man verwendet die bekannten Skalierungsmethoden, die auch in der Bildbearbeitung eingesetzt werden (Bilinear, Bikubisch, Lanczos etc.). Je nach Methode bekommt man eine etwas andere Qualität, aber richtig schiefgehen kann eigentlich nichts.

Schwieriger ist die Behandlung von Halbbildformaten - denn nur saubere progressive Bilder eignen sich als Grundlage für die Erzeugung von Zwischenframes. Vor einer Frameraten-Wandung muss aus Halbbildern also zuerst die gleiche Anzahl Vollbilder erzeugt werden (z. B. aus 50i muss 50p werden) - und dies sollte auf intelligente/inhaltsbasierte Art geschehen, damit keine flimmernden horizontalen Zeilen entstehen. Die meisten Schnittprogramme versagen hierbei. Man braucht also Zusatzprogramme, Effektprogramme oder PlugIns.
Die teuren Normwandelprogramme und Hardware-Normwandler beherrschen natürlich auch die hochwertige Halbbildergänzung, so dass sich der Anwender nicht eigens darum kümmern muss.

Wer schon vor Drehbeginn eine Normwandlung plant (z. B. weil der Film international vermarktet werden soll) und dennoch keine niedrige "Film-Framerate" verwenden möchte, sollte für Dreh und Schnitt unbedingt ein Vollbildformat mit 50 oder 59,94 fps wählen. Das lässt sich einfacher und besser in die jeweils andere Framerate interpolieren als ein Halbbildformat - ganz unabhängig davon, ob der Film am Ende als Vollbild- oder Halbbildformat vermarktet werden soll.

Aber trotz dieser möglichen Erschwernisse bleibt doch die Änderung der Framerate die größte und eigentliche Problemstellung jeder Normwandlung. Deshalb nimmt sie auf dieser Seite auch den größten Platz ein.

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Frameraten in der digitalen Videotechnik - Einführung

Technische Details rund ums Thema Frameraten

Frameraten-Testvideos für den praktischen Vergleich

Normwandlung (Frameraten nachträglich ändern)

Autor: Andreas Beitinger
Letzte Änderung: Juli 2017

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