Die Auflösung, Bildrate und Fernsehnorm im Detail

Die Videofunktion ist bei Digitalkameras nicht mehr wegzudenken und nicht wenige Fotografen nehmen mittlerweile regelmäßig Videos auf. Wir wollen Ihnen in diesem Grundlagen-Artikel die technischen Spezifikationen der Videoaufnahme näher bringen.

Die Auflösung:
Bei der Videoaufnahme schauen natürlich alle zuerst einmal auf die Auflösung, sprich die Anzahl der aufgenommenen Bildpunkte. Diese werden – wie bei einem Bild – vertikal wie horizontal angegeben. Daraus resultiert eine Angabe von beispielsweise 1.920 x 1.080 Pixel, also 2.073.600 Bildpunkten.

Die aktuell gängigsten Auflösungen sind:
SD (Standard Definition): 640 x 480 Pixel bzw. 720 x 576 Pixel
HD (High Definition): 1.280 x 720 Pixel
Full-HD (Full High Definition): 1.920 x 1.080 Pixel
Ultra HD (Ultra High Definition) oder auch 4K: 3.840 x 2.160 Pixel

Die Auflösungen im Vergleich:

Auch wenn die Unterschiede der Pixel auf den ersten Blick nicht so groß erscheinen mögen, geben die höheren Auflösungen deutlich mehr Bildpunkte wieder. So steigt die Auflösung von SD auf HD um den Faktor zwei bis drei, von HD auf Full-HD um den Faktor zwei und von Full-HD auf Ultra HD sogar um den Faktor vier. Vergleicht man die jahrelang gängige Videoauflösung von vielen Digitalkameras, 640 x 480 Pixel, mit den Full-HD-Aufnahmen aktueller Modelle, wird der Unterschied deutlich: Full-HD-Aufnahmen besitzen fast sieben Mal so viele Bildpunkte wie SD-Aufnahmen.

Da sich ein Seitenverhältnis der Aufnahmen von 16:9 bei HD-Auflösung eingebürgert hat, wollen wir darauf nicht näher eingehen. SD-Aufnahmen erfolgen in aller Regel jedoch noch im 4:3-Format.

Wie sich die unterschiedlichen Auflösungen bei der Detailwiedergabe unterscheiden, können Sie mit unseren Beispielaufnahmen in SD, HD, Full-HD und Ultra-HD-Auflösung selbst testen.

Beispielaufnahmen-Downloads mit 640 x 480 Pixel (links) und 1.280 x 720 Pixel (rechts):

Beispielaufnahmen-Downloads mit 1.920 x 1.080 Pixel (links) und 3.840 x 2.160 Pixel (rechts):

Die Bildrate:
Doch nicht nur die Auflösung ist entscheidend, einen großen Einfluss auf das spätere Sehvergnügen hat auch die verwendete Bildrate oder Bildfrequenz pro Sekunde (engl. Framerate; FPS: frames per second). Diese bestimmt, wie viele Bilder pro Sekunde aufgenommen werden. Desto höher die Bildrate ausfällt, desto mehr Informationen speichert die Kamera pro Zeit. Höhere Bildraten erlauben daher flüssige Aufnahmen auch von bewegten Motiven.

Die am häufigsten angebotenen Bildraten sind aktuell:
24 Bilder pro Sekunde
25 Bilder pro Sekunde
30 Bilder pro Sekunde
50 Bilder pro Sekunde
60 Bilder pro Sekunde

PAL und NTSC – wo ist der Unterschied?
Damit sind wir auch schon beim nächsten Punkten angekommen, der Fernsehnorm. Während in großen Teilen Europas die PAL-Form (Phase Alternating Line) verbreitet ist, ist in den USA die NTSC-Norm (National Television System Committee) beheimatet. Diese Normen definieren, neben einigen anderen Standards, auch die Anzahl der Bilder pro Sekunde. Im PAL-Raum sind 25 oder 50 Bilder pro Sekunde Standard, im NTSC-Raum 30 oder 60 Bilder pro Sekunde (genau genommen sind es 29,97 und 59,94 Bilder pro Sekunde, dies spielt für unsere Überlegungen allerdings keine Rolle). Durch die Kinoproduktion sind zudem weltweit 24 Bilder pro Sekunde verbreitet.

Die NTSC-Norm erlaubt dank einer höheren Bildrate etwas flüssigere Aufnahmen als die PAL-Norm. Der Unterschied ist nicht groß, teilweise aber doch sichtbar.

Warum erlauben dann nicht alle Kamerahersteller die Aufnahme mit 30 oder 60 Bildern pro Sekunde?

Warum dies der Fall ist, bleibt im Grunde genommen ein Geheimnis der Hersteller. Sofern ein Kameramodell auf einen Fernsehnorm-Bereich beschränkt ist, wird ein zweites Modell (das auch den gleichen Namen tragen kann) meistens für den anderen Fernsehnorm-Bereich angeboten. Technisch ist eine Beschränkungen also nicht zu begründen.

Allerdings gibt es auch noch einen anderen Grund. Wird ein Videos beispielsweise mit 60 Bildern pro Sekunde aufgenommen, kann die Belichtung eines Einzelbildes mit 1/60 Sekunde erfolgen. Dadurch können, falls die Lichtquelle eine Lampe ist, Überlagerungen mit der Netzfrequenz des Stromnetzes von 50 Hz (in Deutschland bzw. Europa) für ein Flimmern im Bild sorgen. Diese Überlagerungen lassen sich allerdings durch Belichtungszeiten, die der Netzfrequenz oder einem Vielfachen davon entsprechen, verhindern. Dies ist aber natürlich nur möglich, falls die Digitalkamera manuelle Einstellungen im Videomodus erlaubt. Insgesamt bleibt trotzdem festzuhalten: Dass die Kamerahersteller teilweise nur 25 bzw. 50 Bilder pro Sekunde oder 30 sowie 60 Bilder pro Sekunde anbieten, ist eine Bevormundung der Nutzer. Ein Warnhinweis vor dem Umschalten auf die jeweils andere Fernsehnorm, der das gerade genannte Phänomen erklärt, wäre ausreichend.

Vollbilder und Halbbilder:
Neben der Bildrate gibt es einen weiteren entscheidenden Faktor bei der Videoaufnahme, nämlich ob Halb- oder Vollbilder aufgezeichnet werden. Bei der Aufnahme von Halbbildern wird abwechselnd nur jede zweite Zeile eines Einzelbildes verarbeitet und gespeichert, genau genommen wird dadurch die vertikale Auflösung halbiert. Bei Full-HD-Auflösung sinkt die Auflösung somit rechnerisch auf 1.920 x 540 Pixel. Achtung: Werden mit Halbbildern aufgenommene Videos auf Computerbildschirmen ohne entsprechende „Umrechnung“ (Deinterlacing) wiedergegeben, entstehen – besonders bei Bewegungen – unschöne „Kammeffekte“. Da die meisten Videoplayer und Fernseher aber mittlerweile eine sehr gute Deinterlacingfunktion besitzen, treten diese Effekte heutzutage allerdings kaum oder überhaupt nicht mehr auf.

Halbbilder abgespielt ohne Deinterlacing-Software (links) sowie mit Deinterlacing-Software (rechts):

Wie lässt sich erkennen, ob die Digitalkamera Halb- oder Vollbilder aufzeichnet?

Diese Angabe erfolgt bei den Videooptionen. Hier wird zu erst die Auflösung und darauf folgend das Aufzeichnungsverfahren genannt. „p“ steht für progressiv und Vollbilder, „i“ für interlaced und Halbbilder.
Da nun alle Begrifflichkeiten geklärt sind, lässt sich auch erläutern, was die bei Videoaufnahmen angegebenen „Zahlen und Buchstaben“ zu bedeuten haben.

Als Beispiel wollen wir uns das Kürzel 1080p25 anschauen.

Bei diesem Kürzel steht die erste Zahl für die vertikale Auflösung, der Buchstabe steht für das Aufzeichnungsverfahren und die letzte Zahl steht für die Bildrate pro Sekunde.
In unserem Beispiel bedeutet dies: Die Videos werden mit 1.920 x 1.080 Pixel und 25 Vollbildern pro Sekunde gespeichert.

Eine Ausnahme sollte hier allerdings erwähnt werden. Einige wenige Kameramodelle geben 1.440 x 1.080 Pixel ebenfalls mit dem Kürzel 1080p an. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein Video mit einem Seitenverhältnis von 4:3, sondern um ein 16:9-Video, bei dem Pixel nicht quadratisch aufgezeichnet werden.

Welche Bildrate sollte bei der Videoaufnahme gewählt werden?
Normalerweise bietet es sich an, immer die höchste Bildrate zu wählen, die möglich ist. Ist man dabei allerdings auf die Aufnahme mit Halbbildern beschränkt, kann es durchaus sinnvoll sein, eine niedrige Bildrate in Kauf zu nehmen, dafür aber Vollbilder zu speichern.

Grundsätzlich gilt: Desto mehr Bewegung im Bild ist, desto mehr profitiert man von einer höheren Bildrate. Mit 25 oder 30 Bildern pro Sekunde lassen sich viele Motive gut aufnehmen, gerade bei Sportaufnahmen sind 50 Bilder oder 60 Bilder pro Sekunde jedoch besser geeignet.

Full-HD ist nicht gleich Full-HD – die reale Auflösung:
Full-HD-Videos sind dank 1.920 x 1.080 Pixel immer gut und jede Digitalkamera mit dieser Auflösung macht gute Videos – das stimmt leider nicht. Dass eine Kamera Full-HD-Videos aufzeichnen kann, ist zwar eine gute Voraussetzungen, letztendlich entscheiden jedoch noch andere Faktoren darüber, ob die Bildqualität gut ausfällt. Dafür sind vor allem der verwendete Bildsensor und der Bildprozessor verantwortlich. Diese beiden bestimmen, wie ein Bild intern verarbeitet wird und welche Darstellungsqualität die Aufnahmen am Ende besitzen.

Wie die Videoqualität einer Digitalkamera ausfällt, können Sie anhand unserer Beispielaufnahmen prüfen, die wir zu jedem Testbericht erstellen. Dabei bieten wir Ihnen unter anderem eine Aufnahme des ISO 12233 Test-Charts an. Mit diesem können Sie die reale Auflösung besonders gut vergleichen.

Links sehen Sie ein Einzelbild aus der Videoaufnahme einer FujiFilm X-M1 (1080p30), rechts das Einzelbild einer Sony Cyber-shot DSC-RX10 (1080p50).

Trotz gleicher Auflösung ist das Bild der Sony Cyber-shot DSC-RX10 deutlich detailreicher als die Aufnahme der FujiFilm X-M1.

Der Rolling-Shutter-Effekt:

Seitdem in modernen Kameras CMOS-Sensoren verwendet werden, kommt es vor allem bei der Aufnahme von Videos (denn hier kommt ein elektronischer Verschluss zum Einsatz) zum sogenannten Rolling-Shutter-Effekt. Dieser tritt auf, da CMOS-Sensoren zeilenweise ausgelesen werden. Dies bedeutet, dass zwischen dem Auslesen des "ersten" und "letzten" Pixels eines Sensors ein gewisser Zeitraum vergeht, da nicht alle Pixel gleichzeitig gespeichert werden. Verändert sich das Motiv innerhalb dieser Zeit, kommt es zu Verschiebungen im Bild. Desto schneller sich das Motiv bewegt, desto größer wird die Verschiebung und desto besser lässt sich der Rolling-Shutter-Effekt erkennen. In vielen Situationen fällt der Rolling-Shutter-Effekt wegen der nur geringen Verschiebungen im Bild nicht weiter auf, wer sich beim Filmen beispielsweise schnell dreht oder bewegt, muss sich aber unter anderem auf verzerrte Objekte im Bild einstellen.

Gut lässt sich der Rolling-Shutter-Effekt auf den folgenden zwei Beispielbildern erkennen:

Im linken Beispielbild bewegt sich der Zaun im Vordergrund pro Zeiteinheit sehr schnell und wird deshalb gekippt aufgenommen. Die Landschaft dahinter bewegt sich deutlich langsamer, weshalb sie "korrekt" abgebildet wird. Ein typisches Beispielbild, um den Rolling-Shutter-Effekt zu demontieren, ist die Aufnahme eines Propellers. Dieser bewegt sich so schnell, dass die einzelnen Propellerblätter deutlich verzerrt dargestellt werden.

Wie lässt sich der Rolling-Shutter-Effekt verhindern?

Im Prinzip überhaupt nicht, denn der Rolling-Shutter-Effekt ist technisch bedingt. Wie stark der Effekt auffällt, lässt sich allerdings teilweise beeinflussen. Schnelle Bewegungen sollten grundsätzlich vermieden werden, zudem kann das Verlängern der Belichtungszeit Abhilfe schaffen.

Was ist die Bitrate?
Die Bitrate bestimmt, welche Datenmenge bei der Aufzeichnung eines Videos anfällt. Bei Full-HD-Aufnahmen speichern die aktuellen Kameramodelle rund 16 bis 44 MBit/s. Um daraus die Datenmenge in Megabyte pro Minute zu berechnen, muss die Bitrate durch acht geteilt und mit 60 multipliziert werden.

Ein Beispiel: Speichert eine Digitalkamera Videos mit 24 MBit/s pro Sekunde ergibt sich eine Datenmenge 180MB/min. Die Rechnung dazu sieht wie folgt aus: 24 / 8 = 3 x 60 = 180

Wenn Sie beispielsweise eine 16GB große Speicherkarte besitzen, können Sie damit ein rund 85-minütiges Video mit einer Bitrate von 24MBit/s speichern.

Genauso wie bei der realen Auflösung gilt: Die Bitrate hat keine Aussagekraft über die Bildqualität eines Videos, sie kann lediglich ein sehr grober Anhaltspunkt sein.