Deinterlacing

Deinterlacing setzt ein Zeilensprungsignal wieder zu Vollbildern zusammen. Ein solches Signal überträgt je Durchgang nur jede zweite Bildzeile — einmal die ungeraden, einmal die geraden —, und beide Hälften eines Vollbildes sind bei Videoaufnahmen zu verschiedenen Zeitpunkten entstanden. Genau daraus entsteht die Aufgabe: Das Verfahren muss die fehlenden Zeilen ergänzen, ohne zwei verschiedene Zeitpunkte übereinanderzulegen.

Ausführliche Erklärung

Das Zeilensprungverfahren stammt aus der analogen Fernsehtechnik und löste dort ein Bandbreitenproblem. Ein Vollbild wurde in zwei Halbbilder zerlegt: Das erste enthält die ungeraden Zeilen, das zweite die geraden. So kam bei gleicher Datenmenge doppelt so oft ein neues Bild auf den Schirm, und weil das Auge Helligkeitsschwankungen über die ganze Fläche stärker wahrnimmt als feine vertikale Details, wirkte das ruhiger als eine halb so schnelle Folge ganzer Bilder.

Die Zahlen dahinter stehen bis heute in den Formatangaben. Ein europäisches Standardsignal mit 576 Zeilen liefert 50 Halbbilder je Sekunde und damit 25 Vollbilder; das nordamerikanische Gegenstück mit 480 Zeilen liegt bei knapp 60 Halbbildern. Das i in 576i, 480i und 1080i steht für den Zeilensprung, das p in 1080p oder 2160p für die Vollbildfolge.

Entscheidend für alles Weitere ist ein Punkt, den die Formatangabe verschweigt: Eine Videokamera belichtet die beiden Halbbilder nacheinander. Zwischen ihnen liegt ein halbes Bildintervall, bei 50 Halbbildern also ein Fünfzigstel Sekunde. Was sich in dieser Zeit bewegt hat, steht in den beiden Hälften an verschiedenen Stellen. Ein Zeilensprungsignal enthält damit doppelt so viele Zeitpunkte wie Vollbilder, jeder davon aber nur mit halber vertikaler Auflösung — und diese Verrechnung ist der Kern der Aufgabe.

Nötig wurde das Deinterlacing, als die Röhre verschwand. Ein Röhrenfernseher schrieb die Halbbilder einfach nacheinander auf den Schirm und ließ die Nachleuchtdauer den Rest erledigen. Jeder heutige Bildgeber — LCD, DLP, OLED, LED-Wand — stellt dagegen immer ein ganzes Bild auf allen Punkten gleichzeitig dar. Irgendein Gerät in der Kette wandelt also, und die Frage ist nur, welches und wie gut.

Weben, Verdoppeln, bewegungsadaptiv

Die einfachste Antwort heißt Weben: Die Zeilen beider Halbbilder werden ineinandergelegt, fertig ist das Vollbild. Bei ruhendem Bildinhalt ist das die perfekte Lösung, weil die volle vertikale Auflösung ohne jede Schätzung entsteht. Sobald sich etwas bewegt, legt dieses Verfahren zwei Zeitpunkte übereinander, und an senkrechten Kanten entsteht das bekannte Streifenmuster.

Der Gegenentwurf heißt Verdoppeln, im Englischen nach der auf und ab springenden Zeilenlage „Bob" genannt: Jedes Halbbild wird für sich zu einem Vollbild ausgebaut, die fehlenden Zeilen werden aus den vorhandenen Nachbarn geschätzt. Bewegung bleibt sauber, und aus 50 Halbbildern werden 50 Vollbilder je Sekunde — flüssiger als jede Filmvorführung. Bezahlt wird das mit der Hälfte der vertikalen Auflösung und mit Zeilenflimmern an feinen waagerechten Strukturen.

Zwischen diesen beiden Polen liegt der Normalfall guter Geräte, das bewegungsadaptive Verfahren. Es vergleicht die Halbbilder und entscheidet kleinräumig, oft bildpunktweise: Wo sich nichts geändert hat, wird gewebt und die volle Auflösung behalten; wo Bewegung erkannt wird, greift die Schätzung aus den Nachbarzeilen. Ein Nachrichtenstudio mit ruhigem Hintergrund und einem sprechenden Menschen davor ist der Fall, für den das gebaut wurde. Die aufwendigste Stufe geht noch einen Schritt weiter und schätzt die Bewegungsrichtung, um die fehlende Zeile entlang der Bewegung zu bilden statt senkrecht darüber und darunter — dieselbe Rechenart, die auch der Zwischenbildberechnung zugrunde liegt, hier aber ohne zusätzliche Bilder.

Sparsame Geräte kennen nur eine dieser Möglichkeiten. Ein reiner Weber zeigt Kämme, sobald jemand durchs Bild geht; ein reiner Verdoppler zeigt nie Kämme und bleibt trotzdem dauerhaft weich. Beides ist im laufenden Programm erkennbar, wenn man weiß, worauf man achtet.

Kammartefakte und Zeilenflimmern

Zwei Fehlerbilder verraten, was ein Gerät wirklich rechnet.

Kammartefakte — umgangssprachlich Mäusezähne — sind waagerechte Streifen an senkrechten Kanten bewegter Objekte: an einem Spieler, der quer durchs Bild läuft, an der Laufschrift im Nachrichtenband, an jedem Kameraschwenk. Sie entstehen, wo gewebt wurde, obwohl zwei Zeitpunkte übereinanderlagen. Am deutlichsten zeigen sie sich im angehaltenen Bild, weil das Auge in Bewegung vieles davon verschleift.

Zeilenflimmern ist das umgekehrte Symptom: Feine waagerechte Muster — ein Nadelstreifensakko, eine Jalousie, ein Gitter im Stadion — zittern mit halber Bildfrequenz, weil die Struktur abwechselnd im einen und im anderen Halbbild liegt. Das ist die Handschrift des Verdoppelns.

Ein dritter Fehler ist seltener und wird oft falsch gedeutet: die falsche Halbbildreihenfolge. Setzt ein Gerät das zweite Halbbild vor das erste, bleibt das Bild scharf und kammfrei, aber jede Bewegung geht in einem feinen Vor-und-Zurück-Muster voran. Wer bei einem hakeligen Schwenk auf die Bildfrequenz oder den Fernsehmodus des Anzeigegeräts sieht, sucht an der falschen Stelle — die Ursache liegt in der Halbbildreihenfolge und verschwindet, sobald das wandelnde Gerät sie richtig annimmt.

Film im Fernsehmaterial

Der wichtigste Sonderfall entsteht bei gesendetem Filmmaterial. Kinofilm liegt mit 24 Vollbildern je Sekunde vor, und dort gibt es die zeitliche Trennung zwischen den Halbbildern nicht: Beide Hälften stammen aus derselben Belichtung. Ein Gerät, das das erkennt, kann die ursprünglichen Filmbilder exakt zurückgewinnen — ohne jede Schätzung, mit voller Auflösung.

Wie der Film ins Sendeformat kam, entscheidet, wie schwer die Erkennung fällt:

• 2:2-Kadenz in den 50-Hz-Ländern: Der Film läuft rund vier Prozent schneller mit 25 Bildern je Sekunde, und jedes Filmbild wird auf genau zwei Halbbilder verteilt. Die Paarung ist regelmäßig, aber sie hat zwei mögliche Lagen. Fasst ein Gerät jeweils die falschen zwei Halbbilder zusammen, kombiniert es zwei verschiedene Filmbilder und zeigt durchgehend Kämme — ein Fehler, der die ganze Szene über anhält und nicht nur gelegentlich aufblitzt.
• 3:2-Kadenz in den 60-Hz-Ländern: Aus 24 Bildern werden 60 Halbbilder, indem abwechselnd drei und zwei Halbbilder je Filmbild ausgegeben werden. Das Muster wiederholt sich alle vier Filmbilder und ist charakteristisch genug, dass Geräte es zuverlässig finden.

Erkennt ein Gerät die Kadenz, spricht die Bedienoberfläche meist von einem Filmmodus. Verliert es sie, sieht man ein kurzes Zucken, bis die Erkennung wieder einrastet — und genau das passiert regelmäßig, weil Sender nach der Wandlung noch Grafiken, Einblendungen und Werbung ins Bild geben. Dann liegt im selben Signal echtes Video neben Filmmaterial, und ein Verfahren, das die Kadenz starr über das ganze Bild annimmt, macht an der eingeblendeten Laufschrift Fehler.

Die Reihenfolge im Signalweg

Deinterlacing steht vor der Skalierung, und diese Reihenfolge lässt sich nicht tauschen. Ein 576i-Signal wird erst zu 576 vollen Zeilen ergänzt und dann auf das Punktraster des Anzeigegeräts gerechnet. Wer zuerst skaliert, verwischt die Zeilenstruktur — danach lässt sich nicht mehr feststellen, welche Zeile aus welchem Halbbild stammt, und die Kadenzerkennung hat gar keine Grundlage mehr.

Daraus folgt der eigentliche Planungsbefund: Ein schwaches Deinterlacing liefert dem Skalierer bereits beschädigtes Material. Der Skalierer sieht die Kammstreifen als echte Bildstruktur an, hebt sie mit an und verteilt sie über mehr Bildpunkte. Auf einer drei Meter breiten Leinwand kommt der Fehler dadurch mehrfach vergrößert an, und keine noch so gute Skalierung holt das zurück. Wer die Bildkette beurteilt, prüft deshalb den ersten Schritt zuerst und nicht den auffälligsten.

Wandeln können mehrere Geräte: der Satelliten- oder Kabelempfänger, der DVD- oder Blu-ray-Spieler bei DVDs, der AV-Receiver auf dem Weg, das Anzeigegerät selbst und ein externer Videoprozessor. Sinnvoll ist auch hier genau ein Schritt, im Gerät mit dem besten Verfahren; alle anderen geben das Signal unverändert weiter. Praktisch heißt das, den Empfänger auf die native Ausgabe zu stellen — 1080i bleibt 1080i, 576i bleibt 576i — und die Wandlung dem Gerät zu überlassen, das sie beherrscht.

Häufiges Missverständnis

„Zeilensprung ist Vergangenheit, meine Quellen sind alle progressiv" ist der verbreitetste Irrtum, und er hält der ersten Fernsehsendung nicht stand. Die HD-Ausstrahlung in Europa läuft bis heute im Zeilensprung, DVDs liegen grundsätzlich so vor, dazu kommen Archivmaterial, ältere Serien und Camcorder-Aufnahmen aus zwei Jahrzehnten. Für die UHD-Blu-ray und die gängigen Streamingkataloge stimmt die Annahme, für einen großen Teil dessen, was an einem normalen Abend läuft, gerade nicht.

Der zweite Irrtum verschiebt die Verantwortung auf die Auflösung: „Das Gerät kann 4K, das rechnet das schon." Die Punktzahl eines Panels sagt nichts über die Qualität seiner Wandlung. Deinterlacing verlangt einen Vergleich über die Zeit und Speicher für mehrere Halbbilder, und beides ist eine Ausstattungsfrage der Signalverarbeitung. Ein günstiges Gerät mit hoher Auflösung kann durchaus reines Verdoppeln machen — dann sieht man in 4K sauber aufgelöst zu, wie die halbe vertikale Information des Fernsehbildes fehlt.

Nicht zu verwechseln mit

• Bildskalierung: Rechnet ein vollständiges Bild auf ein anderes Punktraster um. Deinterlacing ergänzt dagegen Zeilen, die in der Übertragung nie gleichzeitig vorlagen. Im Signalweg steht es davor.
• Zwischenbildberechnung: Erzeugt zusätzliche Bilder zwischen zwei aufgenommenen Zeitpunkten und ändert damit die Bewegungsanmutung des Materials. Deinterlacing gewinnt zurück, was die Übertragung aufgeteilt hat, und erfindet keinen neuen Zeitpunkt.
• Segmentiertes Vollbild (PsF): Ein Signal, das wie Zeilensprung aussieht, dessen beide Halbbilder aber aus derselben Belichtung stammen. Es gehört immer gewebt und niemals verdoppelt — ein Gerät, das hier bewegungsadaptiv eingreift, verschenkt die halbe Auflösung ohne Not.
• Zeilenverdopplung als Gerätename: „Line Doubler" hieß in den neunziger Jahren die ganze Geräteklasse, die Fernsehmaterial für Projektoren aufbereitete, obwohl schon damals mehr als reines Verdoppeln darin steckte. Der Name beschreibt die Herkunft der Geräte und nicht das Verfahren, das ein heutiger Prozessor anwendet.

In der Planung

Ein Wohnzimmerkino mit 2,50 Metern Bildbreite, 4K-Projektor, Satellitenempfänger und einer gewachsenen DVD-Sammlung. Gesehen wird werktags Nachrichten und Sport, am Wochenende Filme — die neuen von der UHD-Blu-ray, die alten von der DVD.

Zuerst die Konzeptfrage: Wie viel des Programms kommt im Zeilensprung? Hier sind es die Nachrichten, der Sport und die halbe Filmsammlung, zusammen also der überwiegende Teil der Betriebsstunden. Damit ist die Wandlung kein Randthema dieses Raums, sondern der Normalfall.

Gebraucht wird ein bewegungsadaptives Verfahren mit Kadenzerkennung: adaptiv wegen des Sports, wo echtes Video mit schnellen Schwenks läuft; Kadenzerkennung wegen der DVDs, weil dort mit der richtigen Erkennung die volle Auflösung ohne Schätzung herauskommt. Und es bleibt bei einem Wandlungsschritt — der Empfänger gibt 1080i weiter, statt selbst zu rechnen.

Zum Schluss das Gerät — das beantwortet ein Vergleich mit dem eigenen Material: die Laufschrift eines Nachrichtenkanals, ein Stadion mit Gitterstruktur im Hintergrund, ein langsamer Schwenk aus einer DVD-Szene. Oft wandelt der vorhandene Projektor besser als der AV-Receiver oder umgekehrt, und der Test dauert eine Viertelstunde. Bleibt danach ein sichtbarer Rückstand, ist ein externer Videoprozessor die nächste Stufe — wovon das abhängt, führt die Seite zum externen Videoprozessor aus.

Verknüpfte Inhalte

Was nach dem Deinterlacing mit dem Vollbild geschieht und warum Rechenfehler mit der Bildgröße wachsen, steht bei der Bildskalierung. Wie sich das Erzeugen zusätzlicher Bilder davon unterscheidet, führt die Zwischenbildberechnung aus. Warum knapp komprimiertes Material der ganzen Bildkette schwerer fällt, erklären die Bildtypen der Videokompression. Ob sich für Skalierung und Halbbildwandlung ein eigenes Gerät im Signalweg lohnt, behandelt die Seite zum externen Videoprozessor.

Quellen

Die Beschreibung des Zeilensprungverfahrens, der Halbbildfolge und der Verfahrensfamilien folgt dem Grundlagenwissen der Videotechnik. Dass bildpunktweises Deinterlacing von Standard- und HD-Material zum Aufgabenzuschnitt externer Videoprozessoren gehört, ist auf der Seite zu dieser Geräteklasse an zwei unabhängigen Herstellerdokumentationen belegt.