Videosanasto

25.12.2008 kirjoittanut Lassi A. Liikkanen

Tällä sivulla:
o Kuvasuhde
o Laajakuva
o Tarkkuus
o Panscan
o Letterbox
o Anamorfinen
o Lomitettu
o Progressiivinen
o Yhteensopivuus

Videosanasto
Kuvaformaattien kummallisuudet

Tässä artikkelissa esitellään videokuvan käsitteistöä ja traditionaaliset videoformaatit (PAL ja NTSC). Erillisessä artikkelissa lisää videoliitännöistä ja kuvaliittimistä.

Kuvasuhde

Kuvasuhde tarkoittaa kuvan leveyden ja korkeuden suhdetta toisiinsa. Kuvasuhde vaihtelee käytettävän esitys- ja tallennustekniikan mukaan.

Laajakuva, Widescreen

Laajakuva viittaa moninaisiin formaatteihin, joissa kuvasuhde poikkeaa analogisessa televisioissa ja vanhoissa elokuvissa käytetystä ns. normaalikuvasuhteesta 4:3 (tai 1,33:1). Nykytilanteeseen on päädytty monen välivaiheen kautta. Laajakulmaisuus ei ollut elokuvan alkuaikoina kovin kätevää ja tekniset rajoitteet television alkuaikoina ohjasivat kehityksen siihen, että TV oli hetken aikaa yhteensopiva sen aikaisen elokuvan kanssa. Elokuvat alkoivat kuitenkin 1950-luvulla järjestelmällisesti levenemään, ihmisen silmän kannalta leveämpi oli miellyttävämpi ja tekniikan kehitys mahdollisti kuvan leventämisen, joten 4:3 jäi oikeastaan vain television yksinoikeudeksi. Tällä hetkellä laajakuvatelevisioina myytävät laitteet on tehty kuvasuhteeseen 16:9 (1,78:1). Televisio-ohjelmissa on mahdollista edelleenkin nähdä silloin tällöin myös eräs väliformaatti, 14:9 (1,56:1). Elokuva maailmassa käytetään järjestelmällisesti vieläkin laajakulmaisempia kuvaformaatteja. Yleisin on 2,35:1 -suhteen (Cinemascope) elokuva, joka voi löytyä myös DVD-levyiltä. Tällä kuvasuhteella esitetään lähes kaikki elokuvateattereissa pyörivät filmit. Vaikka laajakulmaisempiakin formaatteja on kokeiltu, ei niitä ole laajasti käytössä.

Digitaalisesti tuotettu laajakuva sisältää enemmän informaatiota kuin normaalin kuvasuhteen mukainen kuva. Laajakuvassa on 1024x576 pikseliä, siinä missä normaalikuvassa on vain 720x576. Vaikka informaatiota siis teoriassa onkin enemmän tarjolla, ei sitä käytössä olevissa kuvan välitysratkaisuissa voida hyödyntää, vaan laajakuvan informaatio mahdutetaan pienemmän, normaali mittasuhteen resoluutioon niin digitaalitelevisiossa kuin DVD-levyilläkin. Tämän tempun tekemiseen on kaksi vaihtoehtona, letterbox tai anamorfinen kuva, joista molemmat ovat kuvanlaadun kannalta aina kompromisseja. Tästä syystä tulevaisuuden HDTV kuvaformaatit ovat luontaisesti 16:9 kuvasuhteen mukaisia.

Kuva 1. Maisemakuva 16:9 widescreen kuvasuhteessa.

Videokuvan tarkkuus, juovat ja viivat

Katselijalle tarjottavan tarkkuuden määrää videokuvan tallennus- ja siirtotapa. Digitaalikuvaan tottuuneelle tarkkuus merkitsee yleensä pikseleitä ja niiden lukumäärää. Elokuvan filmin tai perinteisen television analogisessa kuvaformaatissa ei yksittäisten pikselien erottelu ole kuitenkaan yksiselitteistä, eivätkä tietokoneen pikselit ole suoraan verrattavissa television vaakasuuntaiseen tarkkuuteen. Sen sijaan television kohdalla puhutaankin pystysuuntaisesti tarkkuudesta eli juovista, joka vastaa digitaalisen kuvan y-akselia ja kuvan vaakasuuntaisista raidoista eli viivoista, joka on taas x-akseli. Viivoista käytetään joskus nimitystä piste, järkevämpi nimi olisi kylläkin englanninkielinen vastike pixel, joka on suomalaisillekin jo nykyään tuttu juttu. Viivojen määrä on suhteellinen signaalin kaistanleveyteen, toisin sanoen suurempi määrä viivoja vaatii suuremman kaistanleveyden.

Kuvio 1.

Viivat ja juovat

Videokuvan teoreettinen tarkkuus riippuus käytettävästä värinormista. NTSC värinormin mukainen tarkkuus esim. DVD-levylle digitioituna on 480 juovaa (lines), 720 pistettä juova (720x480) ja 30 kuvaruutua per sekunti. PAL/SECAM värinormissa 576 juovaa, noin 720 pikseliä (720x576) ja 25 ruutua/sekuntia. Tämän seurauksena PAL video sisältää siis 20% enemmän kuvainformaatiota ruutua kohden, kun taas NTSC:n 20% korkeampi ruutunopeus jossain mielessä korvaa ajassa ruutukohtaiset puutteet. Tämän seurauksena sama elokuva kestää n. 4% lyhyemmän ajan PAL kuin NTSC-formaatissa, sillä elokuvat on kuvattu 24 ruutua/sekunti nopeudella, mutta PAL järjestelmässä ne esitetäänkin yksinkertaisuuden vuoksi 25 ruudun nopeudella. NTSC:ssa näin suurta nopeutusta ei voida tehdä. PAL videossa on myös ääntä nopeutettava, jotta kuvan ja äänen yhdenaikaisuus säilyisi. Näistä lisää kohdessa lomitetty kuva.

Erot johtuvat siitä, millaisissa televisioissa videokuva on tarkoitettu katseltavaksi. Japanissa ja Yhdysvalloissa käytettävä NTSC on tarkoitettu 60 hz televisioihin, kun taas eurooppalainen PAL on suunnattu 50 hz laitteisiin. Elokuvat tuotetaan kuitenkin aina 24 ruutua /sekunti -formaattiin.

Normien mukainen tarkkuus voidaan saavuttaa vain laadukkailla tallennusvälineillä, esimerkiksi DVD:llä, jonka käytännön suurin viivatiheys (pikselien määrä) on 540. Se johtuu levyn 6,75 Mhz kaistanleveydestä. Tyypillinen PAL videonauhuri pääse ainoastaan n. 320 pikseliä ja televisio n. 530 pikseliä resoluutioon. Juovaluku on kuitenkin aina värinormin mukainen vakio, 576. Nämäkin arvot ovat optimistisia tulkintoja huonosti pikseleillä määriteltävästä analogisesta signaalista. Televisioilla on lisäksi ikävä tapa jättää osa juovista kokonaan näyttämättä, jolloin erottelu entisestään tippuu. Digitaaliseen ja erityisesti progressiiviseen kuvaan siirtyminen tulevaisuudessa tekee asioista kuitenkin selkeämpiä.

Taulukko 1. Laitteiden resoluutiot vertailussa. Luvut ovat suuntaa-antavia eivätkä keskenään suoraan vertailukelpoisia.

Järjestelmä Viivat x juovat (X x Y)
PAL, digitoituna 720 x 576
NTSC, digitoituna 720 x 480
PAL DVD teoriassa 540 x 576
PAL TV käytännössä 440 x 576
PAL VHS käytännössä 250 x 576

Tekniikan maailman mittauksissa halpa video pääsee parhaimmillaan 250 pikselin (viivan) ja laadukas 50 hz laajakuvatelevisio noin 440 viivan tarkkuuteen, normaalikuvasuhteen television jäädessä parhaimmillaan hieman alle neljän sadan (390). Laajakuvatelevision tapauksessa saadaan tässä tapauksessa hyödennettyä jo täysin PAL kuvan 3-3,5 Mhz kaistanleveyden mahdollistama n. 350 viivan erottelukyky. NTSC:n kaistanleveys on tätäkin pienempi. Erottelukyky koskee nimenomaan mustavalkokuvaa, värien erottelukyky on tästä vain noin puolet. Onkin mielenkiintoista havaita, miten vähän väri-informaation vähentäminen vaikuttaa kuvaan.

Kuva 1.

Kuva 2. Ylläoleva kuva 1, mutta väri-informaation tarkkuus tiputettu kummallakin akselilla puoleen (yht. 1/4 väri-informaatiota jäljellä).

Asioiden sekavuutta lisää entisestään se, että normien pitkissä nimissä, NTSC 525/60i ja PAL 625/50i, esiintyvät luvut taas kuvaavat koko lähetyssignaalin juovamäärää, joka sisältää myös teksti-tv:n yms. kuvan kanssa yhtaikaa lähetettävät signaalit. PAL kuvan näkyvän osan muodostaa 576 juovaa, eli 49 juovaa käytetään muun informaation siirtämiseen.

Pan & scan -kuvasuhde

Ei varsinainen kuvaformaatti, vaan tekniikka, jonka avulla laajakuva voidaan rajata mahtumaan 4:3 kuvasuhteeseen. Yleisesti käytössä DVD-levyillä normaali kuvasuhteisen kuvan tallentamiseksi, negatiivinen puoli on se, että alkuperäisen laajakuvaversion pinta-alasta on menetetty n. 30%.

Kuva 2. Normaali kuvasuhteeseen rajattu 16:9 kuva, jossa korkeus on säilytetty samana. (Kuva 1.) Huomaa oikeasta reunasta kadonnut pensas.

Letterbox

Letterbox formaatilta puuttuu vakiintunut suomenkielinen nimi. Se voidaan suomentaa vaikkapa postiluukuksi ja sellaiselta letterbox-kuva näyttääkin. Letterboxissa laajakuvaa pienennetään mittasuhteet säilyttäen niin, että pidempi sivu mahtuu 4:3 mittasuhteet täyttävään ruutuun. Koska kuva on suhteessa leveämpi, täytetään kuvan ylä- ja alapuolelle jäävä tyhjä tila mustalla. Letterboxia käytetään myös 2,35:1 kuvasuhteen mahduttamisessa 16:9 kuvasuhteeseen.

Letterbox on siirtymävaiheen tekniikka, pelkkä kompromissi. Se ei ole erityisen hyvä kummallekaan kuvasuhteelle, mutta mahdollistaa lähetysten seuraamisen oikeassa mittasuhteessa kaikilla laitteilla. Laajakuvatelevisioissa letterboxin kuvan osuus, 432 juovaa, voidan levittää koko ruudun alalle, mutta tällöin television on itse keksittävä miten 144 mustaa juovaa täytetään lähetettyjen kuvajuovien perusteella, eikä tulos koskaan ole yhtä hyvä kuin aidossa laajakuvassa.

Oma ongelmansa letterboxin kanssa tv:ssä on tekstityksen sijoittaminen ruutuun. Jos teksti sijoitetaan mustalle alueelle, ei kuvan levittäminen laajakuvatelevisiossa enää onnistukaan ilman tekstin katoamista! Tästä ongelmasta päästään kuitenkin digitv:n kanssa toivottovasti eroon, sillä siinä tekstitys voidaan lähettää muusta kuvasta erillisenä.

Kuva 3. Mittasuhteet säilyttävä laajakuva letterbox formaatissa

Anamorfinen kuva

Anamorfista kuva on käytetty 2:1 kuvasuhteen ja laajempienkin kuvien luomiseen filmiin luottavassa elokuvamaailmassa jo yli 70 vuotta. Tässä tallennusmuodossa laajakuvaa litistään leveyssuunnassa kasaan niin, että se mahtuu 4:3 kuvasuhteeseen, tai kapeammaksikin. Anamorfisuuden aste voi vaihdella, elokuvissa käytetään yleensä 2:1 anamorfisuutta, televisiossa sen sijaan riittää 1,33:1. Televisiossa näin käsitelty kuva näkyy myös normaali kuvasuhteen laitteissa, tosin mittasuhteiltaan hieman vääristyneenä. Tästä myös nimi, uudelleenmuotoiltu tai epämuodostunut . Koska koko kuva-ala on käytössä, sisältää se enemmän informaatiota kuin pan&scan tai letterbox. Anamorfinen kuva on tyypillinen tallennusmuoto DVD:n 16:9 laajakuvalla ja nykyään myös joissakin tv-elokuvissa. Jos DVD:llä on käytössä tätäkin leveämpi 2,35:1 kuvasuhde, käytetään anamorfisuuden lisäksi pientä letterboxia. DVD-soitin tai televisio osaa yleensä muuntaa haluttaessa anamorfisen signaalin 4:3 yhteensopivaksi, myös kuvasuhteeltaan tavallisissa televisioissa.

Kuva 4. Anarmofinen kuva, 16:9 venytettynä 4:3 mittasuhteeseen. Huomaa reunan pensas ja laihat, venähtäneen näköiset ihmishahmot.

Lomitettu kuva (interlacing)

Kuten aiemmin mainittiin, esitetään PAL normin mukaisissa televisioissa 25 kuvaa / sekunti, mutta kuitenkin 50 hertsin taajuudella eli 50 kertaa /sekunti. Koska kuvia ei riitä jokaiselle taajuudelle, niin turvaudutaan kuvan lomittamiseen. Lomittamisessa piirretään vuorotellen kuvaan jokaisen ruudun parilliset ja parittomat vaakajuovat, eli kentät. Näin saadaan kaksinkertainen määrä ruutuja.

Kuva 5. Simuloitu lomitettu puolikas eli kenttä 16:9 kuvan ruudusta.

Samaa tekniikkaa käytetään myös kuvan tallentamiseen videokameroissa. Se tarkoittaa, että kuvaamiseen riittää puolikas vaakatason resoluutio ja kuvanopeus onkin oikeastaan 50 kuvaa /sekunti. Tämän ilmiön huomaa katsomalla VHS -videoiden surkeaa pysäytyskuvaa, joka koostuu vain yhdestä kentästä. Lomittamisen vaikutukset näkyvät myös normaalissa tv-kuvassa vaakasuuntaisten viivojen värinänä, esimerkiksi letterbox-kuvan mustan palkin reunoissa. Tämän vuoksi kuvaa on aina katsottava riittävän kaukaa, jotta lomituksen aiheuttamat häiriöt olisivat mahdollisimman pieniä.

Televisiolähetyksen suurempi kuvanopeus voi tulla esiin tilanteissa, joissa sadan hertsin (100 hz) televisiolla katsotaan 50 ruutua / sekuntia televisiolähetystä. Sadan hertsin television toimintatavasta johtuen voidaan tässä tapauksessa kuvassa havaita kummaa nykimistä, jota 50 hertsin televisiossa ei ole.

NTSC formaatissa ruutuja esitetään itseasiassa n. 30 / sekunti, mutta joka viides ruutu muodostetaan neljän muun perusteella. Tässä tapauksessa käytetään lomituksen lisänä 3:2 pulldown -teknikkaa 30 ruutua / sekunti nopeuden saavuttamiseen . Siinä neljästä ruudusta ja niiden kaiken kaikkiaan kahdeksasta kentästä muodostetaan viisi ruutua. Viides ruutu muodostetaan parittomien (järjestysluku) ruutujen parittomia kenttiä toistamalla, jolloin kuvioksi muodostuu 3:2:3:2 kenttää alkuperäisen 2:2:2:2 kenttää sijaan. Kummassakin järjestelmässä lomitus voi tietyissä tilanteissa muokata kuvaa lisäämällä siihen olemattomia vaakasuuntaisia juovia.

Kuva 6. Ruudut ja kentät. Kenttien erot näkyvät kuvaa zoomaamalla.

Omaa, lomitusta muistuttavaa tekniikkaa käyttävät myös sadan hertsin televisiot. Niiden on pystyttävä muokkaamaan lomitetusta 50 ruutua/sekunti -signaalista sadan ruudun sekuntivauhdilla pyörivä esitys. Yksinkertaisin tapa on kahdentaa jokainen kenttä, malliin 1:1:2:2:1:1:2:2. Hienostuneemmat laitteet käyttävät digitaalista kenttien yhdistelyä uudeksi kentäksi 1' (yhden ruudun kenttien välinen) ja 2' (kahden ruudun kenttien välinen), jolloin kahden ruudun kenttäjärjestys on 1:1':2':2:1:1':2':2.

Progressiivinen kuva (progressive scanning)

Progressiivinen kuvassa lomituksesta on luovuttu ja koko kuva esitetään kerralla. Näin tehdään esimerkiksi tietokoneen näytöissä ja muissa luontaisesti progressiivisissa näyttölaitteissa, joiden on osattava muuttaa lomitettu videosignaali progressiiviseen muotoon.

Joissakin DVD-soittimissa on erityinen toiminto lomitetutn kuvavirran muuttamiseksi progressiiviseksi kuvaksi (progressive scanning), joka soveltuu parhaiten progressiivista kuvaa tukeville näyttölaitteille, esimerkiksi projektiokäyttöön. Itseasiassa DVD-levyissä käytettävä MPEG2 kuvanpakkaus mahdollistaa myös progressiivisen, lomittelemattoman kuvan levyllä. Vaikka kuva olisikin progressiivisessa muodossa levyllä, tavallinen DVD-soitin muuttaa sen takaisin lomiteltuun muotoon!

Progressiivinen kuva ei ole kuitenkaan mikään yhtenäinen normi, vaan se voidaan eri laitteistoissa toteuttaa hyvin erilaisilla tavoilla. Progressiivisen kuvan muodostaminen ei myöskään ole täysin ongelmatonta, etenkin jos soittimen tuettava sekä PAL että NTSC standardeja ja erilaisia alkuperäisiä kuvanopeuksia. Sillä sen sijaan, että digitoitu elokuva olisi alunperin pyörinyt 24 ruutua sekunnissa, saattaa materiaali olla alunperin kuvattu NTSC televisiota silmällä pitäen 30 ruutua per sekunti nopeudella. Näistä vaihtoehdoista progressiivista kuvaa muodostavan laitteen on selvitettävä originaalin tyyppi, jotta oikea lopputulos voidaan varmistaa.

Soittimien lisäksi myös televisioista voi löytyä progressiivisia ominaisuuksia, yleensä niitä kutsutaan viivantuplauksista (line doubler). Jos kuvalähde on DVD, on progressiivinen kuva kuitenkin ehdottomasti järkevintä muodostaa sen ollessa digitaalisessa muodossa soittimessa.

Progressiivinen skannaus voidaan toteuttaa ainakin kahdella levyn lukutavalla, kadenssi ja merkintä-pohjaisella (cadence- and flag reading). Merkintäpohjainen on täysin riippuvainen levyssä olevista ajoittain virheellisistä merkinnöistä, jotka ohjaavat lomituksen poistoa. Kadenssipohjainen laite selviää vääristä merkinnöistä tarkkailemalla kuvavirtaa jatkuvasti, mutta saattaa kompastella, jos koodaustapa yllättäen vaihtuu, kuten joissakin DVD ekstroissa. Lisäksi markkinoilta löytyy yhdistelmälaitteita, jotka käyttävät kumpaakin strategiaa. Kuluttajan kannalta tilanteen tekee ongelmalliseksi se, etteivät valmistajat ainakaan keskihintaisissa tuotteissaan kerro käytetyn progressiivisen piirin toimintatavasta.

DVD soittimissa on yleensä myös NTSC filmioriginaalin tunnistus, mikä takaa parhaan mahdollisen lopputuloksen, ominaisuus jota eurooppalainen DVD -levyjen katselija tuskin tosin kaipaa.

Televisioiden ja videoiden 16:9 yhteensopivuus

Kaikki videolaitteet ovat automaattisesti yhteensopivia laajakuvan kanssa. Laajakuvalähetykset näkyvät myös kaikissa televisioissa anamorfisina, joten tässäkään suhteessa ei ole ongelmia, niin kauan kuin analogisia lähetyksiä ylipäätään lähetetään.

Päivitys: Digiboksien aikakaudella ongelmia kuvasuhteissa voi kuitenkin aiheuttaa se, että boksista on erikseen mahdollista 'muuttaa kuvasuhdetta'. Käytännössä boksille voidaan kertoa, että television kuvasuhde on esim. 3:4 jolloin boksi voi letterboxata kuvan valmiiksi. Tämä voi olla hyödyllistä jos televisio ei itse kykene tähän, mutta väärä asetus (3:4 boksissa, 16:9 televisio) voi tehdä mahdottomaksi koko kuva-alan oikean käytön.

Laitteissa olevat erilaiset merkinnät laajakuva-yhteensopivuudesta tarkoittavat yksinkertaisesti vain sitä, että laite osaa tallentaa kuvan yhteyteen ohjauskoodin, joka kertoo, että kuva on anamorfista 16:9 kuvaa.

Keskieuroopassa myydään edelleen PALplus normin mukaisia erityisiä laajakuvatelevisioita, mutta tätä tekniikkaa ei enää Suomessa ilmeisesti tulla koskaan käyttämään. Sen idea oli esittää letterbox-kuvaa 4:3 televisioille ja laajakuvaa 16:9 televisioille automaattisesti, mutta sen lähettäminen Suomessa kaatui teknisiin ongelmiin.

Erillisessä artikkelissa lisää videoliitännöistä ja kuvaliittimistä.

Lähteet

http://www.digivideo.fi/editointi/artikkelit/laajakuva.php
Lainattu 23.12.2003

http://www.dvdpure.net/arviot/arvio_dvdtekniikka.php
Lainattu 23.12.2003

http://www.hut.fi/Misc/Electronics/faq/sfnet.harrastus.audio+video/termit.html
http://www.hut.fi/Misc/Electronics/faq/sfnet.harrastus.audio+video/elokuvat.html
http://www.hut.fi/Misc/Electronics/faq/sfnet.harrastus.audio+video/dvd.html
http://www.hut.fi/Misc/Electronics/faq/sfnet.harrastus.audio+video/video.html
sfnet.harrastus.audio+video faq on todellinen aarreaitta videotekniikasta kiinnostuneelle, suosittelen lämpimästi suomenkielistä tietoa halajaville.
Lainattu 23.12.2003

http://www.digivideo.org/dv/news/mx500.html
Lainattu 23.12.2003

http://www.progressivescan.co.uk/threetwo_whatisit.php
Lainattu 24.12.2003

http://www.hometheaterhifi.com/volume_7_3/dvd-benchmark-part-1-video-9-2000.html
http://www.hometheaterhifi.com/volume_7_4/dvd-benchmark-part-5-progressive-10-2000.html
Tyhjentävä katsaus progressiivisen kuvan mahdollisuuksiin ja ongelmiin.
Lainattu 24.12.2003

Tekniikan Maailma 2/1998, 1/2000, 4/2000

Samaan aiheeseen liittyvää:
Ohjeita passikuvan ottamiseen itse., 08.01.2015

Videotykin kaveriksi tarvittavan heijastuspinnan valmistusohje, 10.02.2014

Audio- ja videoliitäntästandardien ja -liittimien esittely, 30.01.2012

Tätä sivua ei ole kommentoitu
Kommentoi | Näytä kaikki kommentit

Nimi*:
Email*:
Sähköpostiosoitettasi ei näytetä julkisesti tai välitetä eteenpäin, sitä käytetään viestin alkuperän varmemtamiseen
Paikka (Kaupunki, Maa):
* Tämä tieto on pakollinen.

Avainsanat: [audio_video] , [elektroniikka] Dokumentin tila: Ok (päivämäärien selitykset)

Tämä dokumentti luotu: 07.03.2005
Muokattu: 25.12.2008
Julkaistu: 16.03.2008


Tämän dokumentin pysyvä URI (linkittäminen):
http://iki.fi/lassial/artikkelit/audio_video/081225-videosanasto

© Lassi A. Liikkanen 2005 - 2016. Kaikki oikeudet pidätetään.
^Sivun yläreunaan^

*Muuta ulkoasua:
Tuloste tuloste
Suurempi teksti

Myydään:

@lassial Twitter feed: