Filtereinstellungen für VHS in AVIDEMUX

Durch die typischen Störungen (Rauschen und Aussetzer) können VHS-Aufnahmen
erst nach einer Filterung gut mit modernen Codecs komprimiert werden.
Diese Seite erklärt, wie du mit Avidemux das Videosignal filterst.

In Virtualdub (Freeware) hast du jedoch sehr viel mehr Möglichkeiten, das Videosignal zu bereinigen.
VHS-Signal in Virtualdub aufbereiten

Typische Filter Kaskade für VHS in Avidemux

Videofilter in AVIDEMUX für VHS

Videofilter in AVIDEMUX für VHS

1. Yadif (hochwertiger Deinterlacer), als Strategie unbedingt Bob, zeitliche & räumliche Prüfung auswählen!

VHS-Videos besitzen eine Bildauflösung von etwa 576 Zeilen (mit 320 Punkten bzw. maximal 160 Sinusschwingungen innerhalb einer Zeile). Davon werden nacheinander im Zeilensprungverfahren Halbbilder mit jeweils 288 Zeilen übertragen. Die Bildwiederholrate beträgt 50 Halbbilder pro Sekunde (576i50). Rechenrisch ergäben sie zusammen eine Vollbildrate von 25 Bildern pro Sekunde, diese würde aber kein fließendes Bild mehr ergeben.
In Wirklichkeit werden nämlich nacheinander nicht die geraden und ungeraden Zeilen eines 25 Hz-Vollbildes übertragen, sondern die beiden Halbbilder stammen aus zwei unterschiedlichen 50 Hz-Vollbildern. Viele Video-Grabber werfen immer zwei Halbbilder zusammen und geben das Ergebnis mit 25 fps als 720 × 576 Vollbilder aus.

Die ursprünglichen 50 Hz-Vollbilder müssen zunächst durch ein Deinterlacing-Filter wieder rekonstruiert werden, damit die Kammartefakte verschwinden.

Yadif rekonstruiert den originalen Bilddatenstrom zu einem zeitlich voll aufgelösten Vollbild (576p50). Zwingende Voraussetzung für eine nachfolgende Rauschfilterung.

2. Zuschneiden (Crop) (720 × 576 --> 694 × 554)

Meist gibt es bei VHS ein unruhiges Zittern der ersten Bildzeilen, das im komprimierten Video viel Bandbreite schlucken würde.
Ebenso zeigen die untersten Zeilen oft Zittern und Aussetzer. Das Crop-Filter schneidet diese Zeilen weg.
Wie viele Zeilen und Spalten du entfernen solltest, siehe
VHS filtern (Virtualdub).

Alternativ könnte man diese Zeilen auch mit schwarzen Balken maskieren. Diese müssten aber im Videobild mitkodiert werden und würden dadurch die Datei sinnlos vergrößern.

Auf jeden Fall gilt: Erst diese unruhigen Zeilen abschneiden oder maskieren, sonst werden diese Störungen durch spätere Rauschfilter und Glättung in intakte Bildbereiche verschmiert.

3. MPlayer hqdn3d (hochwertiger Denoiser)

Dieser hochwertige (aber langsame Rauschfilter) arbeitet hier mit den Standardeinstellungen.
Bei sehr verrauschten Videos mit wenig Bewegung kann man die zeitliche Filterung auf temporal: 8 erhöhen. Das hat den Vorteil, das Bild räumlich nicht allzu sehr weichzuzeichnen. Bei zu hohen Werten von temporal: > 10 ziehen bewegte Bildteile kurzzeitig Schlieren.

Zum Testen der Filtereinstellungen ist es hier sinnvoll, einige Sekunden einer Szene zu rendern, die schnelle Bewegungen enthält. Tu dies mehrmals mit unterschiedlichen Filtereinstellungen. Durch ansehen des Testscreenshots in der Filtersektion von Avidemux kannst du das zeitliche Verhalten des Filters nämlich nicht beurteilen.

Bei stark verrauschtem Bildmaterial sieht das entrauschte Ergebnis manchmal inhomegen aus, weichgezeichnete Flächen wechseln mit unruhigen Rauschinseln.
Manchmal sieht das verrauschte Video besser aus, als die geglättete Variante. Dann verzichte besser auf das Entrauschen.
Bei einem X.264-Quantizer von 22 und weniger verringert sich die Dateigröße nicht mehr wesentlich, wenn man das Video entrauscht, da dann die Encodierqualität von X.264 dann bereits alles umsetzt, was im Bild vorhanden ist.

4. Mplayer Größe ändern / Resize

Resize filter dialog
Resize-Filter von Avidemux

Moderne Videocodecs arbeiten mit Pixelfeldern von 4×4, 8×8 und 16×16. Deshalb sollte das Zielformat bei der Größenänderung in X- und Y-Richtung immer ein Vielfaches von 16 darstellen.
Im Filter Mplayer Resize aktivierst du zu diesem Zweck die Checkbox [x] 16 aufrunden. Wenn du nun mit dem Schieberegler die Zielgröße änderst, springt das Format auf die nächstliegenden Vielfachen von 16 und zeigt zugleich den dabei entstehenden Fehler in X- und Y-Richtung an. Bei der im Beispiel gewählten Auflösung entsteht in Richtung X-Richtung eine leichte Streckung um 0,5%, die optisch nicht ins Auge fällt. Sie ergibt sich durch das vorherige Entfernen von 10 Pixeln am oberen und unteren Bildrand.

So findest du eine gute Zielauflösung:
Das Beispielvideo war recht unscharf. Ich habe ein kurze Testszene einmal mit voller Auflösung und einmal mit 288 Zeilen gerendert und mit VLC jeweils einen Screenshot erstellt. Den Screenshot der 288-er Auflösung habe ich anschließend auf doppelte Größe skaliert. Nun konnte ich durch Hin- und Herschalten zwischen beiden Screenshots sehen, dass bei Verringerung auf 288 Zeilen keine Bildinformation verloren ging.

Bei VHS-Videos in guter Bildqualität ist meist eine Auflösung von 512×384 ausreichend (siehe VHS filtern (Virtualdub)).

Die Einstellung Lancos erzeugt schärfere Kanten, was nur bei Vergrößerung sichtbar besser aussieht.

4. Nachschärfen, nur bei unscharfen Kopien verwenden!

Nachschärfen ist nur bei unscharfen Kopien sinnvoll. Es erhöht den Bandbreitebedarf des Zielvideos.
Oft sehen nachgeschärfte Bilder unnatürlich und anstrengend aus.

5. Schwarzpegel korrigieren

Schwarzpegel anpassen mit EQ in AVIDEMUX

Manche Grabber erfassen als dunkelsten Digitalwert Teile außerhalb des Videobildes, die schwärzer als schwarz sind. Das Bild wird dadurch zu hell. Mit dem EQ kann man den Schwarzpegel des Bildes korrigieren. In der Voransicht wähle dazu ein Bild mit möglichst vielen dunklen Teilen, um ein aussagekräftiges Histogramm angezeigt zu bekommen.

In Virtualdub lässt sich der Schwarzpegel leichter anpassen.

So findest du die optimale Bildgröße für dein fertiges Video

Von der Bildgröße hängt die Größe deiner Zieldatei ab und ebenso die Zeit, die du zum Encoden brauchst.
VHS-Material mit 720×576 Auflösung ergibt nach Encoding mit X264 etwa 1,2 GB/h.
Die Zeit zum Encoden ist 4,5 Stunden pro Stunde.
Mit der halben Auflösung dauert das Encoden nur noch 1,5 Stunden pro Stunde. Die Zieldatei ist nur noch 255 MB/h groß (1/4 der Größe).

Fertige einen Screenshot deines Videos an. Wähle dazu ein Bild mit vielen Strukturen. (In Avidemux kannst du den Slider für die Videoposition verschieben und so ein geeignetes Bild suchen).
Öffne Irfanview und füge den Screenshot ein. Speichere das Bild als Tiff. Nun reduziere in Irfanview die Auflösung des Bildes auf 50% und speichere es unter anderem Namen.
Unter Irfanview - Optionen - Einstellungen - Vollbildmodus aktiviere [x] Resample Funktion benutzen.

In Irfanview musst du nun den Vollbildmodus aufrufen. Das Bild soll auf die volle Bildschirmgröße skaliert sein. Wenn du beide Bilder in ein leeres Verzeichnis gespeichert hast, kannst du nun eines der Bilder öffnen und mit der Leertaste zwischen den Bildern umschalten. Qualitätsunterschiede sind so deutlich sichtbar.

Falls Details in der halben Auflösung verloren gegangen sind, kannst du es mit einer 75% Auflösung versuchen.
Die Art des Resizing-Algorhithmus spielt beim Verkleinern keine Rolle. Für das Verkleinern kannst du immer den schnellsten Algorithmus wählen.

Das Video rendern

Es ist günstig, das Video in einen MKV-Container zu packen, statt in einen AVI-Container. In MKV kannst du unter anderem Kapitelmarken definieren.
Auch erreichst du eine höhere Kompression mit dem X.264 Codec, den Virtualdub nicht mitbringt.

Bei den digitalisierten VHS-Videos verwende ich folgende Einstellungen in Avidemux:
Video:
Codec: X.264 mit einem Quantizer von Q=22 oder
bei stark gestörten Videos Xvid mit Q=4 und als Quantisierungsmatrix MPEG auswählen
Filter: Mplay hqdn3d Rauschfilter mit der Einstellung: 0-2-6

Audio:
MP3, 160 kBits, 44,1 kHz

Format
MKV-Container

Wunschliste: VHS Videofilter, die die Welt noch braucht

Die hier aufgeführten Filter muss noch jemand programmieren. Sie wären für VHS Aufnahmen äußerst sinnvoll.

Originales Farbbild
Originales Farbbild
Luminanz
Luminanz (scharf)
Verschmierte Farben bei VHS
Simulierte Croma-Artefakte bei VHS
(Unscharf in links-rechts Richtung und nach unten versetzt)
t
Gesamtwirkung im VHS-Bild

Abb. 2: Simulation typischer VHS-Artefakte: Horizontale Farbverschmierung und Croma-Versatz nach unten

Das Croma-Bild sieht genau genommen so aus. Weil man da nicht viel erkennt, enthält das obere Croma-Beispielbild auch Luminanz.

Gesuchtes Video Filter #1: Ersetzen von ausgefallenen Zeilen oder Zeilenbereichen (Repair VHS Dropouts)

Jeder bessere VHS-Player ersetzt automatisch fehlende Zeilen (Dropouts im Bandkontakt) durch den Inhalt der vorhergehenden Zeile, die in einer Verzögerungsleitung vorrätig gehalten wird. Der entstehende Bildeffekt ist viel weniger störend als ein schwarzer Strich, aber trotzdem auffällig. Leider lässt sich diese Korrektur nicht abschalten.

Ein digitales Filter könnte gestörte Zeilen sehr viel eleganter, nämlich aus dem temporalen Kontext korrigieren: Es würde fehlenden Zeilen durch Inhalte der zeitlich davor oder danach liegenden selben Zeile ersetzen.

Dazu müssten aber die oben erwähnten Eingriffe der Verzögerungsleitung erkannt und maskiert werden, was nicht ganz leicht sein dürfte.

Gesuchtes Video Filter #2: Farbversteilerung (Enhance color edges, Steepening of colour signal transients)

Unscharfes Farbbild
Unscharfes Farbbild
Scharfer Luminanz-Kanal
Scharfer Luminanz-Kanal
Flankenversteilertes VHS-Bild
Flankenversteilertes VHS-Bild
(nur oberhalb des Graubalkens schärfer!)

Da beim Analogfernsehen die Farbinformation mit geringer Auflösung als das Schwarzweißbild übertragen wird, sieht man an Objektkanten oft ein Nachbluten der Farben nach rechts.

Eine Schaltung zur Farbversteilerung erzeugt mit einem Kunstgriff nachträglich einen steilen Farbübergang an Objektkanten. Dazu wird das schärfere Helligkeitssignal auf sprunghafte Änderungen untersucht. An solchen Positionen wird das stetige Farbsignal durch einen gesampelten Farbwert ersetzt, wie er vor der Kante auftrat. Nach dem Flankenende des Helligkeitssignals springt der Farbkanal dann auf den neuen Zielwert. Seit Anfang der 80-er Jahre ist diese Baugruppe in Farbfernsehern üblich.

Bei VHS-Kassetten ist die Auflösung der Farbinformation noch schlechter. Farbe wird nur mit deutlich reduzierter Auflösung aufgezeichnet. Pro Zeile werden nur etwa 30-40 unterschiedliche Farbwerte gespeichert.
VHS nutzt außerdem ein System zur Farbrausch-Reduktion, in dem die Farbwerte mehrerer Zeilen zusammengemischt werden, so dass auch die vertikale Farbauflösung deutlich sinkt und verschmiert. Trotz der Rauschreduktion flimmern Bildflächen mit starker Farbsättigung heftig. Eine weitere Folge der Farbrauschreduzierung ist das „Ausbluten“ der Farbe bei mehrfachen Video-Kopien.

Die digitale Variante eines Filters zur Farbversteilerung wäre daher bei VHS-Aufnahmen absolut hilfreich. Es könnte in horizontaler Richtung die PAL-typischen Farbflanken versteilern. Zusätzlich aber auch das Croma-Bild in vertikaler Richtung überarbeiten, und damit die Unschärfe aus Mittelwertbildung im VHS-Player reduzieren.
(Mit Schärfen des Croma-Kanals kann beides nicht erreicht werden, weil die Kantendetails im Croma-Kanal gar nicht vorhanden sind. Man erhielte auf diese Weise nur mehr Rauschen.)

Gesuchtes Video Filter #3: 2D Fourieranalyse von Videobildern zur Anzeige der real vorhandenen Bildschärfe des Quellmaterials und des Rauschhintergrundes

Die Analyse mit Fouriertransformation würde auf einen Blick anzeigen, wie viele Details ein Videobild enthält.

Dieses Filter könnte darauf aufbauend einen Wert für die Zielauflösung vorschlagen, bis zu der das Video ohne Detailverlust in der Auflösung verkleinert werden kann.

Gesuchtes Video Filter #4: Entferne Zeilenversatz des PAL Farbsignals (Remove PAL croma line offset)

VHS simuliert
Abb. 3: Farbversatz im VHS-Bild

Da zur Dekodierung des PAL-Signals jeweils die Information der aktuellen sowie der vorherigen Zeile benötigt werden, durchläuft das eingehende PAL-Signal im Empfänger eine Verzögerungsleitung mit einer Laufzeit knapp von der Länge einer Fernsehzeile (63,943 μs) zur Speicherung. Ausgegeben wird jeweils ein Mittelwert zwischen dem gerade einlaufenden und dem aus der vorigen Bildzeile gespeicherten Signal.
Dadurch verschiebt sich die Farbinformation um eine halbe Zeile nach unten, was besonders unangenehm bei mehrfach kopierten Videokassetten auffällt, da bei jedem Kopiervorgang eine weitere Verschiebung entsteht (siehe Abb. 3).

Zur Korrektur muss das PAL-Farbsignal um n halbe Zeilenhöhen nach oben verschoben werden. Die unteren Zeilen könnten mit Kopien aus einer frei wählbaren unteren Zeile aufgefüllt werden.

In Virtualdub kann das Pluginin VHS genau dies: Es verschiebt Chroma um eine frei vorgebbare Anzahl von Pixeln in x- und y-Richtung.

 

Ich bitte um Eure Ergänzungen und Rückmeldungen, wenn jemand eines der hier genannten Filter in freier Wildbahn entdeckt.

Nach dem Filtern geht es weiter mit dem Video-Encoding. Einstellungen für X.264

Quellenangabe: Texte teilweise aus Wikipedia entnommen, Originalfoto aus Wikipedia

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