analog Videos capturen und archivieren

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Einleitung
Der Datenmolloch analog-Video und Wege ihn zu bändigen
analog-Video auf VCD/SVCD - die Praxis mit einer normalen Capure-Karte (z.B. Hauppauge WinTV)
analog Video mit Pinnacle PCTV / PCTV-Sat-Karte capturen und auf DVD speichern



Einleitung
Paradoxerweise ist das Aufzeichnen des alten analogen TV- oder Video-Signals das mit Abstand größte Problem ei der Verarbeitung von Video am Computer.

Zur Zeit erscheinen in vielen PC-Zeitschriften Artikel, denren reißerische Schlagzeilen suggerieren, wie einfach doch das Überspielen vom Viderekorder auf CD ist - na ja, ich habe da meine eigenen Erfahrungen..
 
Medium Format (Spalten x Zeilen) horizontale Auflösung in Linien Kompression Datenrate
Norm TV-Bild 768 x 576 550 keine 33 000 kByte/s
reduziertes TV-Bild 720 x 576 550 keine 31 000 kByte/s
DV / Digital 8 720 x 576 500 DV 3 125 kByte/s (25 MBit/s)
VCD 352 x 288 200 MPEG-1 150 kByte/s (1,15 MBit/s)
SVCD 480 x 576 330 MPEG-2 ca. 315 kByte/s (2,52 MBit/s)
DVD 720 x 576 (704 x 576 , 352 x 576) 550 MPEG-2 ca. 500 kByte/s (4 MBit/s)
DVB-Sat 720 x 576 (480 x 576) 550 MPEG-2 ca. 350 ...650 kByte/s (3..5 MBit/s)

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Der Datenmolloch analog-Video und Wege ihn zu bändigen
Ein in Europa normales analoges PAL-TV-Videosignal besteht aus 25 Bildern (Frames) pro Sekunde. Jedes Bild enthält 576 sichtbare Zeilen. Da ein Fernsehbild ein Breiten/Höhen-Verhältnis von 4:3 hat, kann man davon ausgehen, das jede Zeile aus etwa 768 Punkten besteht. Da es sich um eine analoges Signal handelt spricht man von einen Auflösung von ca 380 Linien, womit 380 senkrechte weiße Linien auf dem schwarzen Bildschirm gemeint sind.

Da eine Bildrate von 25 Bildern pro Sekunde unerträglich flacken würde, wird jedes Bilder in zwei Hälften aufgeteilt, die nacheinander gesendet werden. Das erste Halbbild enthält alle Bildzeilen mit ungerader Zeilennummer, das zweite Halbbild alle geraden Zeilen. Damit ergeben sich eigentlich 50 Bilder mit je ca. 288 Zeilen.

Wie auch immer, will man dieses analoge Signal auf einem digitalen Medium (wie z.B. eine CD-R) speichern, so muss es digitalisiert werden. Dazu ist eine schneller Analog/Digital-Wandler nötig, der Bildpunkt für Bildpunkt in digitale Zahlen wandelt. Da TV heutzutage farbig ist, sind sogar 3 parallele Wandler erforderlich, die für jeden Bildpunkt je ein Byte ausgeben. Eine Bildzeile besteht folglich aus 2304 Byte, ein Bild (576 Zeilen) aus 1,3 MByte. In einer Sekunde fallen 33 MByte an.

Das Digitalisieren erfolgt in einer speziellen Steckkarte die in einem PCI-Steckplatz des PC sitzt, oder in einer Grafikkarte mit Video-in-Funktion bzw. TV-Tuner. Nur wenige teure Steckkarten besitzen einen Chip, mit dem sie das Signal auf eine geringere Datenrate komprimieren können. Für den Normalanwender ist eine solche Lösung zu teuer. Folglich fließt der unkomprimierte 33 MByte-Datenstrom über den PCI oder AGP-Bus zum Prozessor. Das belastet den Bus stark, und lässt keine Reserven, um parallel andere Programme auf dem PC zu benutzen.

33 MByte / Sekunde sind 1,98 GByte / Minute und wenigstens 120 GByte für einen normalen Film. Es ist klar, das man diesen Datenstrom nicht auf der Festplatte speichern kann. Weder die Größe noch die Datentransferleistung aktueller Platten ist hoch genug. Das Signal muss vor dem Speichern vom Prozessor komprimiert werden. An die Komprimierung werden drei gegensätzliche Ansprüche gestellt:

Zum Komprimieren wird ein Codec (Encoder/Decoder) benötigt. Das ist ein Softwaretool, das in Windows eingebunden ist und das Komprimieren während der Videoaufnahme wie auch das Entpacken während der späteren Wiedergabe übernimmt.Es gibt in einer Windows Standardinstallation schon einige Video-Codecs, die aber alle nicht leistungsstart genug sind. Der brauchbare Kompromiss heißt MJPEG. Ich benutze einen alten MJPEG-Codec von PIC-Video, der vor  Jahren noch frei verteilt wurde, heute aber leider kostenpflichtig ist. Mit ihm gelingt es schon auf einem Duron-1200-System, über Stunden TV-Video auf 20 MByte/Minute zu schrumpfen. Ein normaler Film benötigt damit noch 2 GByte. Die starke Komprimierung geht aber am Videomaterial nicht spurlos vorüber. Die Bildqualität entspricht in etwa Long-Play-VHS.

MJPEG eignet sich zum Aufzeichnen wie auch zum Schneiden eines Films, nicht aber zur Archivierung. Ein solcher Film ist nämlich nur auf einem PC mit installiertem Codec abzuspielen. Außerdem ist MJPEG-Video immer noch recht groß. Ein Umrechnen in's MPEG-Format ist noch nötig. Dabei hat man die Wahl zwischen MPEG-1, MPEG-2 und DivX.

Allen drei Standards ist gemeinsam, dass das Umcodieren aus MJPEG in das neue Format Stunden dauert. Auf einem (nicht rekordverdächtigen) Duron-1200 läuft eine MJPEG-MPEG2 Umcodierung mit ca. 10 Bildern pro Sekunde. Das umcodieren einen Films ist also etwas, mit dem man den PC über Nacht beschäftigen kann.
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analog-Video auf VCD/SVCD - die Praxis mit einer normalen Capure-Karte (z.B. Hauppauge WinTV)

Um ein analoges Videosignal (vom TV oder VCR) auf VCD oder SVCD zu kopieren benötigt man

Die nötigen Arbeitsschnitte sind Video capturen
Das ist der komplizierteste Teil der Arbeit. Um ihn etwas zu vereinfachen, sollte man zunächst für ein möglichst gutes analoges Videosignal sorgen. Problematisch sind alle Aufnahmen von Videobändern, da sie in jedem Bild einen hohen Rauschanteil enthalten. Dieses Rauschen kann die Capture-Software nicht vom realen Bild unterscheiden. Folglich versucht sie auch das Rauschen in Echtzeit zu komprimieren. Der dafür verwendete Anteil am komprimierten Videodatenstrom geht für die echte Bildinformation verloren. Wer einen Videorekorder mit Rauschunterdrückung besitzt, sollte diese also tunlichst einschalten. SVHS-Rekorder sollten über ein SVHS-Kabel an die Capture-Karte angeschlossen werden. Das vermindert Übersprechen zwischen Farb- und Helligkeitsinformation. Die dadurch reineren Signale lassen sich besser komprimieren.

Als Programm zur Videoaufnahme hat sich das kostenlose VirtualDub bewährt. Es kann Video von allen sauber ins Windows-System integrieten Capture/TV-Karten aufnehmen, mit einem Codec komprimieren und als AVI-File auf der Festplatte abspeichern. Das Programm bringt selber keinen Codec mit, kann aber die im Windows-System integrierten Codecs nutzen.
Ich habe es zusammen mit der Hauppauge WinTV und der Elsa Erasor 3 vivo benutzt.

Man startet das Programm. Und geht in den Capture-Modus. Nun muss die Videoquelle ausgewählt werden. Danach ist die Auswahl des Capture-Formats (also die zu verwendende Bildgröße) erforderlich. Soll die Aufnahme später nur auf VCD gebrannt werden reicht hier 352x288 aus ansonsten ist 480x576 (S-VCD) bzw 720 x 567 (DVD) einzustellen. Eine höhere Auflösung lässt sich zwar später herunterrechnen, belastet aber Prozessor und Festplatte unnötig.

Beispiel:
Soll z.B. auf die Platte mit nur 30 MByte/Minute geschrieben werden (um einen 2-Stunden-Film sicher unter 4 Gigabyte zu halten) so fallen die nötigen Kompressionsraten für verschiedene Capture-Formate sehr unterschiedlich aus. Dementsprechend belastet ein kleineres Format die CPU weniger, und der Capture-Prozess läuft stabiler.
Format
Datenrate zur CPU
nötige Kompression im Codec
352 x 288 (VCD)
8 MByte/s = 456 MByte/Minute
15:1
480 x 576 (SVCD)
21 MByte/s = 1,2 GByte/Minute
42:1
720 x 576 (DVD)
31 MByte/s = 1,8 GByte/Minute
62:1

Als Frame-Rate (Anzahl der Bilder pro Sekunde) ist 25 auszuwählen. Die Capture-Karte nimmt Vollbilder auf.

Wichtig ist nun noch die Auswahl der Komprimierung. Hier ist der MJPEG-Codec auszuwählen. (Wer einen Rechner mit wenigstens 1,5 GHz hat kann auch den DivX-Codec probieren.) Wenn sich dessen Komprimierung justieren lässt, helfen Testaufnahmen, einen guten Kompromiss zwischen Prozessorlast und Bildqualität zu erreichen.

Die erreichbare Kompressionsrate ist je nach Codec sehr unterschiedlich. Der frei erhältliche Huffyuv-Codec comprimiert das Video zwar verlustfrei, aber schrumpft das Video nicht stark genug. Mit MJPEG läss sich arbeiten, nur leider ist so ein Codec meines Wissens nicht mehr frei verfügbar. DivX ist frei verfügbar und komprimiert gut. Leider benötigt DivX einen schnellen PC (ab 1,5 GHz) und die DivX-Files eignen sich nicht gut zum nachfolgenden Schneiden des Films:
Codec
verlustarme Kompression
Festplattenplatz für einen 100 Minuten-SVCD-Film
Huffyuv
3:1
40 GByte
PIC-Video-MJPEG
10:1
12 GByte
DivX
20:1
6 GByte

Für die parallel erfolgende Tonaufzeichnung sind noch die Audioparameter einzustellen. Um Probleme bei späteren Konvertierungen zu vermeiden, ist eine Samplerate von 44,1 kHz zu bevorzugen. (Soll später auf DVD gespeichert werden ist 48 kHz einzustellen.) Nicht zuletzt sollte auch das Audiosignal komprimiert werden, sonst belegen es am Ende mehr Patz als die Videodaten. Da Audio- und Video-Signale oft auf getrennten Wegen in den PC kommen, und in separater Hardware digitalisiert werden, ist die richtige Einstellung der Audiopegels bei der Aufnahme wichtig. Nach ein paar Versuchen weiß man, wie die einzelnen Regler stehen müssen (für das nächte mal bitte aufschreiben).

Wenn während des Capturens einzelne Bilder ausgelassen werden (Frame-Drops), dann ist das normal, falls Video und Ton in separaten Chips digitalisiert werden. Da deren Takte dann  nicht absolut synchron sind, hält das Captureprogramm Bild und Ton durch Weglassen oder Wiederholen einzelner Bilder synchron. Nur wenn gleich ganze Gruppen von Bildern weggelassen werden, muss am Finetuning (Kompressionseinstellun des Codec, Festplatte...) geschraubt werden.

Erreicht die gespeicherte Datei 4 GByte, dann bricht das Capturen normalerweise ab, da Windows 9x so große Dateien nicht verwalten kann. Deshalb sollte man in  VirtualDub das Segmentieren der Files aktivieren und eine geeignete File-Maximalgröße (z.B. 1,5 GByte) einstellen. VirtualDub zerschneidet dann das File beim Speichern automatisch in mehrere Dateien.
Wird nun das Capturen gestartet, wird das Video auf der Festplatte im MJPEG-Format (*.AVI) abgelegt. (Es gibt in Win 9x auch noch eine 2-GByte-Grenze für AVI-Files, die sich mit 1,5-GByte-Schnipseln auch gleich noch umgehen lässt.)

Video schneiden
Nach dem Ende der Aufzeichnung wird die gespeicherte MJPEG-Datei (als AVI-File) wieder mit  VirtualDub geladen. Bereiche, die aus dem Video entfernt werden sollen, kann man einfach markieren und löschen. Dabei lässt sich mit VirtualDub auch in langen Videos sehr präzise navigieren. Das Programm kann sogar selbständig Schnitte im Videomaterial erkennen, z.B. den Beginn der Werbung.  Bei Bedarf lässt sich die Bildqualität durch verschiedene Filter verbessern. Das Abspeichen muss wieder in einem komprimierten Format erfolgen. Wenn ein MPEG-2-Codec im Windows-System vorhanden ist, kann der genutzt werden, ansonsten ist wieder MJPEG zu wählen. Das Speichern dauert seine Zeit. Falls noch Filter aktiviert wurden können einige Stunden vergehen, bis das geschnittene Video wieder auf der Festplatte liegt.

Wenn das Video nicht auf eine einzelne CD passt, dann muss das Video in CD-gerechte Stücke zerschnitten werden. Das kann schon an dieser Stelle (also mit VirtualDub) erfolgen. VCD-Schnipsel sollten nicht länger als 65 Minuten sein. Für SVCD lässt sich keine konkrete Zeit angeben, da die Größe eines Videos von den Einstellungen des Encoders und der Art des Videomaterials abhängen. Als Richtwert mag 30 Minuten (640 MByte CD-R) bzw 35 Minuten (700 MByte CD-R) gelten. Wenn man sich an dieser Stelle für zu große Stücke entscheidet ist die Arbeit der nächsten Stunden umsonst. (Mit einem guten MPEG-Encoder und gutem rauscharmen Videomaterial ohne viel Action lässt sich auch fast eine Stunde SVCD auf einen 90-Minuten-CD-Rohling brennen. Aber alles Gute kommt selten zusammen.)
Wer TMPGEnc benutzt, kann damit das Video auch später (nach der MPEG-2-Wandlung) mit der Funktion Merge & Cut in CD-gerechte Stücke zerschneiden..

Video 'restaurieren'
Während DV, DVD und DVB glasklare Videos liefern, ist das bei analogem Ausgangsmaterial nicht unbedingt der Fall. Hier können Rauschen, Farb- und Helligkeitsschwankungen und andere Ungereimtheiten auftreten. Diese lassen sich (ganau wie eingeblendete Senderlogos) mit entsprechenden Filtern vermindern. Solche Filter bietet VirtualDub an. Falls die internen Filter nicht genügen, gibt es einige Zusatzfilter im Internet, die speziell für solche Quälgeister erdacht wurden.
Aus einer alten verrauschten VHS-Aufnahme wird aber trotz alledem kein DVD-gleiches Videoerlebnis entstehen können. Außerdem dauert so ein Videowaschgang ziemlich lange. Bei einem Durchsatz von 2..10 Bildern pro Sekunde dauert das Filtern eines Films zwischen 5 und 15 Stunden ! Ich versuche auf solche Excesse zu verzichten, wenn möglich.

Ein Entrauschen kann sich aber dennoch lohnen, da das Rauschen der MPEG-Komprimierung Probleme bereitet. So kann eine entrauschte Aufzeichnung später als MPEG-2-File bei gleicher oder besserer Bildqualität mit einer deutlich geringeren Datenrate auskomen. Dementsprechend mehr Video passt dann auf eine CD. Bei MPEG-1 (VCD) steigert sich zwar nicht die Laufzeit der VCD, dafür stehen dann aber alle 1,15 MBit/s für das Bildmaterial zur Verfügung, während ansonsten ein Teil des Datenstroms für das Rauschen abgezweigt werden würde.

Video  nach MPEG codieren
MPEG-1 Codierung für VCD erledigen einige Brennprogramme automatisch (WinOnCD5) wenn ihnen ein AVI-File (z.B. MJPEG) angeboten wird. Ansonsten kann mit der japanischen Shareware TMPGEnc das MJPEG-File nach MPEG codiert werden. Bei aktuellen TMPGEnc Varianten ist die MPEG-2-Codierung nur noch 30 Tage ab Installation möglich. Danach fallen Sharewaregebüren an. Alte TMPGEnc-Versionen waren komplett kostenfrei.
Auch das Programm AVI-2-MPEG eignet sich.
Das MPEG-Encoding dauert seine Zeit - also mehrere Stunden. Die Dateien für jede CD müssen einzeln codiert werden.

Video brennen
Das erledigen aktuelle Brennprogramme zum Glück problemlos. Für SVCDs erwartet aber z.B. WinOnCD5 ein fertiges MPEG-2 File in der Auflösung 480 x 576. Spätestens beim Codieren nach MPEG-2 mit TMPGEnc ist also dieses Format unbedingt einzustellen.

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analog Video mit Pinnacle PCTV / PCTV-Sat-Karte capturen und auf DVD brennen

Die Pinnacle PCTV-Sat ist zwar eine DVB-S-Karte zum Empfang von digitalem TV, sie besitzt aber auch einen analogen Video-Eingang. Die Software Vision der Sat-Karte macht das Capturen einfach (Die normale TV-Karte PCTV wird auch mit Vision ausgeliefert. Sie eignet sich deshalb warscheinlich auch gut zum Capturen.). Man wählt als Voreinstellung den Zieldatenträger (z.B. DVD) und startet danach die Aufnahme des analogen Eingangssignals. Die Karte captured automatisch in der richtigen Auflösung, und legt das File im richtigen Format ab Für DVD also als MPEG-2-File der Auflösung 720x576. Standardmäßig arbeitet Vision dabei mit 6 MBit/s , was 2,7 GByte/h entspricht. Ein 90-Minuten-Film mit Stereoton wird damit etwas zu groß für eine normale DVD, so dass man die Datenrate auf 5 MBit/s verringern sollte. Da die Pinnacle PCTV-Sat-Karte keinen Hardware-Encoder für MPEG besitzt, muss die CPU die MPEG-2-Komprimierung in Echtzeit erledigen. Die auf einem 2,5-GHz-Athlon-PC erreichte Qualität ist nicht 100%ig aber durchaus ansprechend.

Problematisch wird es, wenn das Videomaterial verrauscht ist. Ich rede dabei noch gar nicht von uralten bei schlechtem Wetter mit der Hausantenne aufgenommenen Filmen. Bereits bei normales VHS oder LP-SVHS (long play) sind die einzelnen Bilder des Videos mit einem recht hohen Rauschpegel behaftet. Während die träge menschliche Auge-Hirn-Kombination das unterdrückt, versucht die Capturekarte das Rauschen exakt zu digitalisieren. Die anschließende MPEG-Komprimierung reagiert allergisch auf Rauschen. Da sich das Rauschmuster von Bild zu Bild ändert, lässt es sich besonders mit MPEG schlecht komprimieren. Die Folge ist, das auch bei einer Voreinstellung von 6 MBit/s die Datenrate auf noch höhere Werte ansteigt. Die Bildqualität ähnelt dabei eher einer 1,5 MBit/s-Aufzeichnung.
Versuchsweise habe ich den analogen Ausgang meines digitalen Festplatten-Sat-Receivers an die Capture-Karte angeschlossen, und eine Festplattenaufnahme auf den PC 'überspielt'. Da hier das Bildrauschen weitestgehend fehlte, blieb die Datenrate geringer, und die Bildqualität war auf deutlich hörerem Niveau angesiedelt.

Die PCTV-Sat besitzt keinen Audio-Eingang. Folglich muss das zum Video gehörende Audiosignal beim Capturen in der Soundkarte des PC digitalisiert werden. Darum kümmert sich die Capture-Software automatisch, man muss aber vorher den Aufnamepegel von Hand einregeln.

Um das entstandene MPEG-2-File weiterzuverarbeiten, muss er zunächst gedemultiplext werden. Dabei werden Video und Audio voneinander getrennt, und in separaten Files abgespeichert. Dafür eignet sich ProjectX hervorragend (PVAStrumento kann ich in diesem Fall nicht empfehlen, da es - warum auch immer - am synchronen Datenstrom herumkorrigiert, was zu nichtsynchonem Ton führt).

Nach dem Demultiplexen, kann man mit MPEG2Schnitt Anfang und Ende der Aufnahme zurecht schneiden.

Mit IfoEdit wird die geschnittene Aufnahme nun in das DVD-Format überführt (Author new DVD).

Falls die erzeugte DVD-Struktur zu groß für einen DVD-Rohling ist, muss man sie mit einem Requantisierungsprogramm schrumpfen, besser ist es aber schon beim Capturen mit einer leicht verringerten Datenrate zu arbeiten.

Abschließend werden die von IfoEdit erzeugten Files  mit Nero in das VIDEO_TS-Verzeichnis einer DVD  gebrannt.

Fertig.

Wenn das analoge Videomaterial von guter Qualität ist und nicht 'restauriert' werden muss, ist das ein ausgesprochen schneller Weg von VHS zur DVD.

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Autor: sprut
erstellt: 12.11.2002
letzte Änderung: 01.13.2005