Aus welchen Bestandteilen besteht ein Videosignal?

Ein Video enthält viele Bilder. Die Bilder wiederum bestehen aus vielen Bildpunkten. Ein auf dem Bildschirm angezeigter Bildpunkt wird auch als Pixel (picture element) bezeichnet. Wie wird ein solcher Bildpunkt gespeichert?

Pixel

schwarz/weiss

Ein s/w-Bild besteht aus so genannten Graustufen bzw. Helligkeitswerten.

Ein einfaches s/w Beispiel

Mit 2 Bit können wir die Helligkeitsinformation eines Pixels in 4 Werten beschreiben, z.B. 00=weiss, 01=hellgrau, 10=dunkelgrau und 11=schwarz. Ein mit 2Bit-Pixelinformationen gespeichertes s/w-Bild entspricht allerdings nicht unserer Vorstellung eines schönen s/w-Bildes.

• siehe auch http://www.unfoto.de/handbuch/digitaltechnik/bild.php

Realistisches s/w

Wir möchten mindestens so viele Abstufungen von Grauwerten, dass unser Auge die feinen Übergänge zwischen den verschiedenen Graustufen nicht mehr wahrnimmt. Die Qualität von 256 Graustufen kennen wir heute aus den meisten Streams und Dateien, die die Daten für unsere digitale Anzeige liefern. 256 Stufen können mit 8 Bit dargestellt werden (2^8 = 256). Genau 256 ergeben sich aus den genutzten 8Bits. Wahrscheinlich hätten auch 200 Graustufen gereicht, aber man wird natürlich immer die volle Anzahl der zur Verfügung stehenden Zustände zur Beschreibung nutzen.

Farbe / Farbtiefe / Farbauflösung

Durch das Mischen von 3 Grundfarben erhalten Sie einen Farbton, siehe z.B.

• https://lehrerfortbildung-bw.de/kompetenzen/gestaltung/farbe/physik/additiv/

• http://www.filmscanner.info/Farbmodelle.html

Für jeden Pixel erzeugt die Kamera genau die Helligkeitsinformationen jeder Grundfarbe, die in Kombination den angezeigten Farbton repräsentieren.
Sozusagen 3 Graustufenbilder für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) erzeugen also unser Farbbild. Sie kennen die Darstellung der drei Helligkeitswerte vielleicht aus Photoshop oder aus der Programmierung, wo der Farbton des Pixels aus den drei Helligkeitswerten für R,G und B zusammen gesetzt wird.

• Weitere Details siehe http://wisotop.de/Farbmodelle-RGB-CMYK-HSS-HSL.php

Datenmenge ...

... für einen Pixel

• Die Datenmenge für einen Pixel beträgt im s/w-Bild bei 8Bit-Auflösung genau 8Bit.

• Da das Farbbild aus den 3 Komponenten R,G und B besteht, benötigen wir für den farbigen Bildpunkt dann also 3x8=24Bit.

... für ein Bild

Die Datenmenge eines Pixels wird multipliziert mit der Anzahl der Bildpunkte. Die Anzahl der Bildpunkte ergibt sich wiederum aus der Multiplikation der Zeilen und Spalten des Bildes, z.B. Datenmenge für ein Bild = 24 Bit * 1920 Zeilen x 1080 Spalten = 2073600 Bit = 2,1 MBit

... für ein Bild mit Alphakanal

Wenn in einem Videoformat ein Alphakanal zum Einsatz kommt, dann kommt zu den 3 Grundfarben ein weiterer Wert für die Transparenz in gleicher Auflösung hinzu. 8 Bit x 4 ergibt im obigen Fall dann 32 anstelle von 24 Bit.

... in einer Sekunde

Datenrate = Datenmenge pro Sekunde
In einer Sekunde liefern Sie z.B. 25Bilder, d.h. wir müssen die Datenmenge des Einzelbilds mit der Anzahl der Frames multiplizieren, z.B.
2,1 MBit x 25 1/s = 52,5 MBit/s