Video Home System

Das Video Home System / VHS ist ein analoges, 1976 von der Firma JVC veröffentlichtes System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Videokassetten über einen Videorekorder. VHS setzte sich als Standard für private Video-Magnetbandaufzeichnungen durch und wurde erst durch ein digitales System abgelöst. Im Gegensatz zu vielen konkurrierenden Systemen nutzt VHS einen "M"-Lademechanismus, der für die kontinuierliche Signalübertragung zwei Köpfe notwendig macht, jedoch kompaktere Geräte erlaubt.

Technische Daten

VHS speichert jedes Halbbild in einer eigenen Schrägspur auf dem Band. Progressive Video wird nicht unterstützt. Moderne Geräte mit Hifi-Stereo können analog kodierte Dolby-Surround-Signale aufzeichnen.

NTSC-Videorekorder verwenden eine andere Bandgeschwindigkeit als PAL- und SECAM-Geräte. Zwar können alle Leerkassetten in allen Videorekordern verwendet werden, doch die auf den Videokassetten angegebene Laufzeit stimmt dann nicht mehr. Zur Unterscheidung gibt es die Formate T für NTSC und E für PAL/SECAM, die mit der auf den Standard Play-Modus (SP) bezogenen Spielzeit in Minuten gekennzeichnet werden ("E-180" bezeichnet also ein für PAL/SECAM geeignetes Format mit 180 Minuten Spieldauer). Die verringerte Bandgeschwindigkeit bei PAL-Videorekordern ist Folge des technischen Fortschritts, der nach der Entwicklung der NTSC-VHS-Spezifikationen zur Verfügung stand.

Bei vielen Videorekordern wird der Aufnahmebeginn durch ein Indexsignal markiert, wodurch später ein leichter Zugriff auf eine bestimmte Bandstelle ermöglicht wird. Mit einigen Geräten können diese Markierungen auch während der Aufnahme an beliebigen Stellen eingefügt werden.

Im englischsprachigen Raum ist bei der Veröffentlichung von Spielfilmen auf VHS "Pan & Scan" üblich, bei dem links und rechts ein beträchtlicher Teil des Bildinhalts verlorengeht. Im deutschsprachigen Raum war dies bis Anfang der 1990er Jahre üblich, danach wurde häufig Letterbox mit den bekannten schwarzen Balken eingesetzt.

Ein anamorphes 16:9-Bildformat ist möglich, wegen der Inkompatibilität zum 4:3-Format (bei Fernsehern ohne 16:9-Umschaltung) besonders bei kommerziell bespielten Kassetten jedoch unüblich. Werden anamorph ausgestrahlte Programme mit VHS aufgezeichnet, können entsprechende Fernseher das Widescreen-Signal auswerten und schalten automatisch auf 16:9 um.

Bildauflösung

Da das Fernsehsignal direkt (ohne Zwischenspeicherung) aufgezeichnet wird, müssen alle Zeilen (auch diejenigen ohne Bildinhalt) berücksichtigt werden - pro Vollbild sind das bei NTSC 525 Zeilen, bei PAL 625 Zeilen. Die vertikale Bildauflösung beträgt bei NTSC-Vollbildern 485 Zeilen, bei PAL 576 Zeilen. In horizontaler Richtung beträgt die Auflösung 220-240 Linien. Da dies auf die Höhe des Bildes gerechnet wird und VHS für 4:3-Formate entwickelt wurde, ist die tatsächliche Helligkeitsauflösung pro Scanline bei höchstens 280-300 Informationen (also etwa 160 Schwingungen pro Scanline.)

Systembedingt (durch die Wahl der FM-Trägerfrequenz) ist die Bildauflösung (der Helligkeitsinformation) von VHS begrenzt, gleichgültig wie fein die Partikeldichte der verwendeten Magnetbänder oder wie ausgereift die Aufzeichnungstechnik ist. Dünne horizontale Linien werden deshalb nur noch unscharf dargestellt. An harten Kontrasten (z. B. weiss nach schwarz) ist auf VHS-Aufzeichnungen oft ein dicker Strich dazwischen zu sehen (in diesem Falle grau). Etwas höhere Frequenzen werden nur noch mit schwacher Amplitude gespeichert.

Das vollständige Halbbild wird (mit allen Zeilen) in einer einzelnen Spur aufgezeichnet. Bei der Aufzeichnung und Wiedergabe ist die Synchronisation mit dem Zeilenanfang (H-Sync) oft nicht genau, so dass sich ein leichtes "Zeilenwackeln" beobachten lässt (insbesondere im LP-Modus). Abhilfe schafft im professionellen Bereich ein sogenannter Time Base Corrector.

Da der Farbträger zur Magnetaufzeichnung heruntergesetzt wird und das Farbsignal in der noch verfügbaren Bandbreite nur quadraturamplitudenmoduliert (und nicht frequenzmoduliert) gespeichert werden kann, unterliegt es starken Rauscheinflüssen.

Farbe wird mit deutlich reduzierter Auflösung aufgezeichnet. Pro Zeile werden nur etwa 30-40 unterschiedliche Farbwerte gespeichert. VHS nutzt ausserdem ein System zur Farbrausch-Reduktion, in dem die Farbwerte mehrerer Zeilen zusammengemischt werden, so dass auch die vertikale Farbauflösung deutlich sinkt. Trotz der Rauschreduktion flimmern Bildflächen mit starker Farbsättigung heftig. Eine weitere Folge der Farbrauschreduzierung ist das "Ausbluten" der Farbe bei mehrfachen Videokopien. Das macht VHS für professionelle Zwecke ungeeignet, bietet jedoch für den Heimgebrauch einen guten Kompromiss, um das Farbflimmern zu minimieren.

Audioqualität

Die Standard-Tonspur ist ein am unteren Rand des Bandes linear aufgezeichnetes Mono-Signal mit maximal 10 kHz Bandbreite bei einem Rauschabstand von nur etwa 40 dB. Später wurde dazu übergegangen, statt der Mono-Spur zwei getrennte Kanäle (also Stereo) zu speichern. Einige sehr hochwertige Videorekorder wurden zusätzlich mit dem Rauschminderungssystem Dolby B ausgestattet.

Schliesslich wurde Mitte der 1980er Jahre das Hifi-Stereo-Tonverfahren entwickelt, bei dem auch das Audiosignal in die Video-Schrägspuren geschrieben wird, wodurch die lineare Stereo-Aufzeichnung überflüssig wurde. Aus Kompatibilitätsgründen bleibt die Mono-Spur auch bei Hifi-Stereo-Rekordern erhalten. Der (analoge) Hifi-Stereo-Ton wird frequenzmoduliert mit einem separaten Kopfpaar in die Tiefe der Magnetschicht geschrieben, während das Videosignal nur die Oberfläche magnetisiert. Die Audiospur enthält den linken Kanal auf einem 1.4-MHz-Träger und den rechten Kanal auf einem 1.8-MHz-Träger. Damit überschneiden sich Audio- und Video-Frequenzen. Um eine möglichst gute Trennung beider Signale zu erreichen, sind die Winkel der schmalen Öffnungen der Audioköpfe gegenüber den Videoköpfen etwas versetzt.

HiFi-VHS-Videorekorder bieten dabei eine Tonqualität, die sehr nahe an die CD heranreicht. Ausserdem verfügten bis etwa Mitte der 1990er Jahre nahezu alle solchen Geräte über eine manuelle Tonaussteuerung.

Bei Geräten mit HiFi-Stereo-Ton wird eine Bandbreite von 20 Hz bis 20 kHz bei einem Rauschabstand von etwa 75 dB aufgezeichnet. Allerdings kommt es dabei bedingt durch das Aufzeichnungsverfahren mit rotierenden Köpfen teilweise zu Störgeräuschen in Form eines Knisterns mit 50Hz, dieses Problem tritt insbesondere bei Wiedergabe auf einem anderen als dem aufzeichnenden Gerät auf. Ausserdem werden bei älteren Bändern zuerst diese Audioinformationen unleserlich, bevor im weiteren Verlauf der Alterung Bildstörungen auftreten.

Geräteanschlüsse

Die meisten VHS-Videorekorder besitzen einen TV-Tuner, um auch bei ausgeschaltetem Fernseher (oder anderer Fernseher-Programmwahl) aufzeichnen zu können, und bieten dementsprechend einen analogen TV-Anschluss. Damit kein externer Antennenverteiler benötigt wird, verfügen die Videorekorder auch über einen TV-Ausgang, sodass das Signal durch den Videorekorder zum Fernseher durchgeschleift wird.

Zur Ausgabe an den Fernseher hat sich ab 1984 bei europäischen Geräten der SCART-Anschluss durchgesetzt, der zusätzlich zum üblichen Composite-/ Ton-Anschluss (bei Stereo-Geräten mit drei Steckern: Video, Audio links, Audio rechts) vorhanden ist. Um von einem anderen Gerät direkt aufnehmen zu können, bieten die meisten Geräte auch einen Composite-Video- und einen Audio-Eingang (wenn SCART-Buchse vorhanden, in diese integriert).

FAQ

Überspielen von VHS-Aufnahmen auf DVD

Das analoge VHS-Band altert und verliert mit der Zeit immer mehr an Bild- und Tonqualität - die Bildbrillanz und vor allem die Bildschärfe lassen nach, auch der Ton verliert an Transparenz. Je häufiger die Bänder abgespielt wurden, desto wahrscheinlicher wird das Auftreten von "Drop-outs", also Stellen mit abgeschabter Magnetschicht, was zu hellen, horizontalen Streifen im Bild führt.

Zur Rettung der Aufnahmen kommt eine Digitalisierung in Betracht.

Es gibt viele Möglichkeiten, ein VHS-DVD-Kopiersystem zusammenzustellen - neben einem Rechner mit DVD-Brenner und passendem Brennprogramm werden wahlweise benötigt:

• eine Grafikkarte mit Videoeingang sowie Software zum Videograbben und Kodieren.
• eine Video-Grabberkarte oder eine USB-Box ohne oder besser mit eigenem Audioeingang und Software zum Kodieren von MPEG-2.
• eine Karte oder USB-Box mit eigenem Audioeingang, einem in Hardware bereitgestellten MPEG-2-Encoder und geeigneter Bearbeitungssoftware.
• ein eigenständiges Gerät, das als DVD-Brenner die VHS-Videos auf die Scheibe brennt oder in Form eines Kombi-Recorders Band- und DVD-Laufwerk in einem Gehäuse unterbringt.

Zudem sind im Internet Dienstleister zu finden, welche professionelle Überspielungen von VHS nach DVD anfertigen. Üblich sind dabei allerdings Preise von ...

Was auf dem Fernseher akzeptabel wirkt, sieht auf dem Rechnerbildschirm oft gnadenlos schlecht aus: Zu helle digitalisierte Videos mit flauen Farben - und wegen der helleren Darstellung deutlich sichtbare Kompressions-Störungen (Artefakte). Zur Beurteilung des Endergebnisses taugt der Rechnerbildschirm nur sehr beschränkt; Farbwiedergabe, Kontrastumfang und Signaltiming (Halbbilddarstellung) der auf einem Rechner gezeigten Videos unterscheiden sich deutlich von dem, was ein normales Farbfernsehgerät anzeigt. Die Referenz ist und bleibt damit der Fernseher.

Leider bietet die VHS-Aufzeichnung im Vergleich zu einer Original-Kinofilmkopie eine deutlich schlechtere Ausgangsbasis. Das betrifft nicht nur die Bildqualität, sondern auch die medientypischen Beschränkungen des VHS-Bands wie die Gleichmässigkeit der Wiedergabe (Jitter) oder die Anfälligkeit gegen Drop-outs. Auch der Ton erweist sich als vergleichsweise bescheiden. Endgültig sind auch Breitbildverluste, die sich aus der Abtastung des Kino-Originals für das Fernsehen oder die Videokaufkassette ergeben: Cinemascope-Filme im Format 2.35:1 in voller Darstellungsgrösse lassen sich aus dem VHS-Material nicht wiederherstellen.

Die schwarzen Balken oben und unten im Bild können einfach auf die DVD übernommen und der Film im Format "Letterbox" (4:3) gebrannt werden. Versuche, die Balken durch eine Umskalierung des Videos (eine anamorphe Korrektur) wegzurechnen, führen fast immer zu unschönen Ergebnissen, da die notwendige Qualitätsreserve fehlt.

Für eine möglichst hohe Qualität der DVD-Überspielung wird als Signallieferant am besten der Videorekorder bzw. die Videokamera verwendet, mit der die Aufnahmen gemacht wurden. Auch S-VHS-Videos bringen die beste Qualität mit dem bei der Aufnahme verwendeten Gerät. Grund dafür ist, dass sich alle bei der Bandabtastung auftretenden Fehler bei der Wiedergabe auf dem Herkunftsgerät minimieren. Hauptsächlich Tracking-Fehler und Drop-outs schlagen auf die digitale Fassung durch und lassen sich so minimieren; diese im Bild sichtbaren Effekte lassen sich sonst nur mit erheblichem Aufwand und viel Handarbeit entfernen, etwa mittels ausgefeilter Signalbearbeitung (z. B. mit einem Time Base Corrector), welche solche Effekte wenigstens teilweise beseitigen kann.

Die Anschaffung eines Video-Enhancers (ein analoger Signalverbesserer) eigens für die Digitalisierung macht sich nur selten bezahlt. Die Möglichkeiten der digitalen Korrektur am Rechner sind fast durchwegs leistungsfähiger als die analogen Tricks.

Leider spielt der analoge Kopierschutz namens Macrovision auch hier noch eine Rolle. Gewisse DVD-Brenner verweigern das Umkopieren einer mit Macrovision kodierten VHS-Kassette. Die meisten USB-Boxen und Fernsehkarten dagegen akzeptieren das Signal klaglos; in der erteugten MPEG-Datei ist keinerlei Störung erkennbar.

Soll der Rechner die Umwandlung von VHS auf DVD erledigen, wird neben einem DVD-Brenner und dazu passendem Brennprogramm eine Hardware-Erweiterung benötigt, welche das vom VHS-Videorekorder angelieferte Signal digitalisiert. Solche Lösungen sind entweder als externe (USB-)Box oder als interne PCI-Erweiterungskarte erhältlich. Die Wandler-Hardware setzt das analoge Videosignal in einen digitalen Datenstrom um, der je nach Bauart und Wandler mehrere Megabyte pro Sekunde einnehmen kann.

Die Rechnerlösungen wiederum unterscheiden sich, je nachdem ob die MPEG-2-Kodierung von einem Hardware-Kompressor übernommen oder ob dies von einem Programm auf dem angeschlossenen Rechner erledigt wird. Oft reichen schon die in gewöhnlichen Brennprogrammen enthaltenen Funktionen uas, um per Grabberkarte oder Videoeingang auf der Grafikkarte Videos zu grabben, bei Bedarf zu komprimieren und zu brennen.

Vorgehensweise

Bevor die folgenden Schritte für das vollständige Filmmaterial durchgeführt werden, empfiehlt sich ein Probelauf für einen kürzeren Abschnitt, anhand dessen die meist noch verbesserungsbedürftigen Ergebnisse im voraus begutachtet werden können. Besonders lohnt sich der Probleauf, wenn eine aufwendige Kombination digitaler Filter und Korrektur-Plugins verwendet wird. Die Probesequenz sollte möglichst viel Bewegung im Bild, aber auch ruhige detailreiche Passagen enthalten. Das Ergebnis wird als DVD-kompatible MPEG-2-Datei gespeichert und über einen Fernseher begutachtet.

1. Zuerst wird das Analogvideo vom VHS-Videorekorder wiedergegeben und dabei mit der daran angeschlossenen Fernseh- oder Grafikkarte mit Videoeingang digitalisiert; dieser Vorgang nennt sich "Grabben".

2. Der digitale Datenstrom wird auf der Festplatte komprimiert gespeichert - mit einer RAW-Datenflut von rund 22 MB/s würde Video am Rechner nur unhandlich. Idealerweise erfolgt die Kodierung nach MPEG-2 bereits beim Grabben, ansonsten ist eine spätere Rekomprimierung notwendig. Für die meisten Filme genügt dabei eine Datenrate von 6'000 kbit/s. Bei einer Vorkomprimierung werden die Videobilder meist im MJPEG-Format (vergleichbar einem I-Frame in MPEG-2) verlustbehaftet komprimiert. Dabei sollten Datenraten von höchstens 2.5 MB/s einkalkuliert werden (DV ergibt 3.5 MB/s); eine höhere Datenemnge lohnt sich bei der VHS-Kopie nicht. Alternativ zu Motion JPEG kann der verlustfrei arbeitende Huffyuv-Codec genutzt werden, der aber nur auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Datenrate komprimieren kann - das führt zu Datenraten ab 6 MB/s. Anschliessend oder je nach Systemleistung auch erfolgt dann per Software die MPEG-2-Kodierung. Weil die Videodaten dabei bereits auf der Festplatte verfügbar sind, muss sie nicht zwingend in Echtzeit erfolgen, was bei der Kodierung meist eine bessere Qualität ergibt und den Rechner weniger beansprucht.

Für altes und schlechtes VHS-Ausgangsmaterial genügt eine VCD oder SVCD, vorausgesetzt dass der eigene DVD-Spieler ein solches Format wiedergeben kann. Die maximal erlaubte Bildauflösung verringert sich dabei auf 352x288 bzw. 480x576 Pixel. Für beide Formate genügt ein gewöhnlicher CD-Rohling.

Um später aus dem für die VCD bzw. SVCD gegrabbten Material doch noch eine DVD zu erzeugen ist eine Rekodierung erforderlich, da die DVD mit 44.1 kHz statt mit 48 kHz gesampelt wird. Das für die SVCD erzeugte MPEG-1-Videomaterial indes ist in der Viertel-PAL-Auflösung quasi identisch mit MPEG-2, bei der Umwandlung kommt es also zu keinen Verlusten.

Format (PAL)	Bandbreite	Vertikal	Horizontal	Wiederholrate	Qualität
VHS analog	2.5 MHz	250	576	50 Halbbilder/s	ausreichend
S-VHS, Video 8	3.5 MHz	400	576	50 Halbbilder/s	befriedigend
VCD (MPEG-1)	--	352	288	25 Vollbilder/s	schlechter als VHS
SVCD (MPEG-1)	--	480	576	25 Vollbilder/s	vergleichbar S-VHS
DVD (MPEG-2)	--	720	576	25 Vollbilder/s	sehr gut

Statt der meist vorgegebenen PAL-Standardwerte (720x576 Pixel) für die Videoauflösung beim Grabben lassen sich oft auch andere Werte eintragen, wobei vor allem die Abtastung mit halbierter Zeilenbreite (also 352x576 Pixel) interessant sein kann; für schlechte Aufnahmen reichen auch 352x288 Pixel. Vor allem bei älteren VHS-Bändern mit kräftigem Rauschen lohnt sich ein versuch - die Digitalaufnahme wird anschliessend mit einer verhältnismässig hohen MPEG-2-Datenrate von 6 bis 7.5 MBit/s komprimiert. Bei S-Video-Aufzeichnungen dagegen verringert das kleiner Bildformat die Qualität erkennbar.

Weil Bild-Wandler (auf der Grafikkarte) und Ton-Digitalisierer (auf der Hauptplatine) unabhängig voneinander arbeiten, kann es zu ärgerlichen Synchronfehlern kommen, wenn der Ton dem Bild hinterherhinkt oder umgekehrt. Solche Fehler können schon durch Hintergrundbelastungen des verwendeten Rechners entstehen (z. B. Mailprogramme), wodurch es zu ausgelassenen Video- oder fehlenden Audiodaten kommt.

Damit sich Betriebssystem und die spätestens bei der Wiedergabe zeitkritische Videobearbeitung nicht in die Quere kommen, sollten dafür idealerweise je verschiedene Festplatten eingesetzt werden.

3. Aus dem digitalen Material werden nun unerwünschte Teile (z. B. Werbung) mit Hilfe der Schnittfunktionen entfernt. Der MPEG-2-Schnitt erfordert wegen der zu Gruppen zusammengefassten Bilder besondere Software, um eine DVD-kompatible Datenstruktur auch dann zu erhalten, wenn Bilder entfernt werden.

4. Mit Hilfe digitaler Filter wird das Video verbessert, üblicherweise mit Entrausch- und Schärfefiltern. Dabei spielt auch eine Rolle, in welcher Reihenfolge die Filter eingesetzt werden - Schärfenfilter sollten grundsätzlich zuletzt zum Einsatz kommen. Allgmein gilt: Weniger ist mehr.

• Bei der Anhebung des Kontrastes werden dunkle Bereiche noch dunkler, helle noch heller.
• Zum Entrauschen werden Pixel in einem oft einstellbaren Radius und wählbarer Schwelle farblich aneinander angeglichen.
• Der Schärfen-Algorithmus verstärkt den Kontrast zwischen sich farblich sehr unterscheidenden Bildpunkten.

Gerade bei Farben und Kontrasten ist die Kontrolle über ein Fernsehgerät unerlässlich. Denn auf dem Rechnerbildschirm wirken Videos aufgrund seines anderen Farbraums fast immer flau - nur das Fernsehgerät taugt als Referenz. Die Art der Optimierung unterscheidet sich normalerweise für

• aktuelle Fernsehaufzeichnungen
• moderne Farb-Kinofilme
• Farb-Kinofilme der 1950er und 1960er Jahre
• Schwarzweiss-Filme

5. Jetzt wird der soweit vorbereitete Film - sofern noch nicht geschehen - nach MPEG-2 umkodiert.

6. Beim DVD-Authoring erhält der Film ein Navigationsmenü und eine Kapiteleinteilung.

7. Mit einem DVD Authoring-Programm wird nun eine DVD-kompatible Datenstruktur erzeugt, die anschliessend auf einen DVD-Rohling gebrannt wird.

Schnitt

Für tiefgreifende Bearbeitung (Schnitte, Effekte, Audiotricks) eignet sich das MPEG-Format grundsätzlich weniger als die echten Produktionsformate (z. B. DV), die jedes einzelne Vollbild unabhängig von Vorgänger- und Nachfolgebild speichern. Bei der VCD- bzw. SVCD- und DVD-konformen MPEG-Komprimierung entsteht ein Datenstrom aus 15 zusammenhängenden Bildern (Bildgruppe bzw. Group of Pictures / GOP), von denen das erste vollständig gespeichert wird, während die 14 übrigen nur noch Informationen darüber enthalten, welcher Teil im Bild sich verändert hat. Solche Videodaten bildgenau zu schneiden erfordert bei den üblichen Videobearbeitungsprogrammen eine Rekomprimierung der Bilder, die nach der Schnittposition zu sehen sind. Erst eigens für den MPEG-Schnitt konzipierte Software (z. B. MPEG Craft) versteht es, die beim Schneiden zerteilten Bildgruppen wieder zu lesbaren, neuen Bildgruppen zusammenzusetzen. Je nach Anspruch an die Perfektion des Ergebnisses reicht es aber vielleicht auch, sich beim Schnitt im Bildgruppen-Raster zu bewegen - dabei kann der Schnittzeitpunkt immer noch auf 15/25 Sekunden genau festgelegt werden.

Die endgültige Struktur der Daten erzeugt erst ein Authoring-Programm. Es sorgt für die Sortierung der Datenströme, legt ein Navigationsmenü an und kümmert sich gegebenenfalls um die Verbidnung zum Brenner. Zwar lässt sich eine DVD auch ohne Menü erzeugen, aus Bequemlichkeitsgründen empfiehlt es sich aber, in regelmässigen Abständen von fünf bis zehn Minuten eine Kapitelmarkierung einzubauen. Das auf dieser Grundlage zusammengesetllte Menü kann bewegte Bildausschnitte beinhalten, was bei der eher schlichten Sprungtabelle der VCD bzw. SVCD nicht vorgesehen ist - ohnehin geben viele DVD-Spieler die VCD- bzw. SVCD-Menüs nicht wieder.

Weblinks

Herausgeber	Sprache	Webseitentitel	Anmerkungen