Produktionstechnik audiovisueller Medien II (TH Köln)

Oszilloskop

Waveform-monitor (WFM)
- Video Spezialoszilloskop das ausschließlich zur Analyse von genormten Videosignalen eingesetzt wird

Vektorskop
- Messgerät zur Darstellung der "Farbvektoren"

Waveform Rasterizer
moderne WTMs und Oszilloskope ahmen die Eigenschaften von CRT-Technologie nach, indem sie ein Rastersignal generieren, das z.B. auf einem LCD dagestellt wird

BER = Bit Error Rate
Übertragungsfehler lassen sich über Messung der Bit Error Rate (BER) messen

Problem: in wunschgemäß arbeitenden Systemen, z.B. mit 6dB
Headroom, ist keine BER messbar à digitale Systeme arbeiten
generell in Umgebung die frei von zufälligen Fehlern ist!

häufiger anzutreffen:
•  sog. „burst errors“ aufgrund von einstreuenden Pegelspitzen in
größeren zeitlichen Abständen
•  z.B. durch Übersprechen / crosstalk, abhängig von benachbarten
Signalen die veränderlich sind
•  z.B. durch schlechte elektrische Verbindung aufgrund mechanischer
Belastung der Steckverbindung

Besseres Maß als BER

Angabe wann zuletzt ein Fehler aufgetreten ist.

Hintergrund: insbesondere bei Burst-Fehlern kommt es für die
Fehlerwahrnehmung nicht auf die Stärke/Häufung an, sondern auf
die Verteilung/Häufigkeit pro Zeitintervall

zeitliche Signalschwankung, die sich auf die Taktgenauigkeit der einzelnen Bits auswirkt

mögliche Ursachen:
–  zu lange Übertragungswege
–  falsche Synchronisation
–  Gerätedefekte

Jitter kann im Augendiagramm erkannt werden, bevor er sich
auf das Bild auswirkt

„Eye-Pattern diagram“, Wellenformdarstellung.
graphische Darstellung der Signalqualität: Summation der statistisch verteilten möglichen Signalverläufe

„Augenöffnung“ ist Maß für die Genauigkeit einer Signalübertragung
--> je größer das Auge desto besser die Qualität

Jitter und return loss (Rückflussdämpfung) direkt erkennbar. Jitter in den Schnittpunkten (vertikal). 

SDI

Testverfahren für digitale Übertragungssysteme werden auch
als „Stresstests“ bezeichnet
–  out-of-service Tests: keine „normalen“ Bildinhalte, sondern solche,
die die Bitfehlerrate frühzeitiger ansteigen lassen
–  in-service Tests: Übertragung bestimmter Bitmuster im Ancillary-
Bereich des (HD-)SDI-Datenstroms
–  à dann Abschätzung möglich, wie weit die Übertragungsstrecke
von der digitalen Klippe (Totalausfall des Signals) entfernt ist
•  kritisch vor allem: Kabelentzerrung und Taktrückgewinnung
–  Test mittels pathologischer Signale: legale Tokens, aber bringen
System an seine Grenze

HD-SDI

CRC: Cyclic Redundancy Check
–  Fehlererkennungsverfahren bei HD-SDI auf Grundlage des CRC-
Verfahrens
–  Prüfdaten aus jeder Zeile des Videosignals werden ermittelt und
übertragen
–  ansonsten analog zu EDH

Begriff Gamut beschreibt die Grenzen eines definierten
Farbraums
•  Aufnahme und Wiedergabe geschehen idR im RGB-Farbraum
•  die Signalbearbeitung im Studio und die Übertragung geschieht
aber im YC B C R -Farbraum – dieser ist anders als der RGB-
Farbraum
•  Konvertierung von einem Farbraum in einen anderen im Laufe
der Produktionskette kann zu Clipping oder Fehldarstellung
derjenigen Farben führen, die außerhalb des Zielfarbraums
liegen
•  solche Farbraumverletzungen werden als Gamut-Fehler
bezeichnet

optisches Tracking
- Mustererkennung
- mit Hilfkameras

Sensor-Tracking
- Sensoren im Stativfahrwerk

NCAM-Tracking
-Hilfskameras mit zusätzlichen Sensoren

Operafolien:
- von hinten beleuchtet
- keine Abschätzung des Abstands durch fehlende Kanten
- Studio wirkt größer
- für gebogene Flächen ungeeignet

Rückprojektoren:
- muss entzerrt werden --> sehr aufwendig
- wartungsintensiv
 altern nicht gleich (Projektoren)
- Austausch einzelner Projektoren

Aufgrund von Zeilenabtastung kann es bei feinen Strukturen zu einer Unterabtastung kommen, wodurch Interferenzfelder entstehen

4:2:0 - CF-Bereich bei MPEG2/4 genutzt
4;1:1 - Mini DV
4:4:4 - Kino Postproduktion
4:2:2 - Farbdifferenzsignal Standard

- Bild wird in sogenannte Makroblöcke unterteilt
z.B 16x16 px für Luminanz, 8x8 für Chrominanz
unterteilbar in Partitionen und Sub-Makroblöcke
Bewegungsschätzung und -kompensation
Bewegungsvektoren für Sub-Makroblöcke auf 1/4 Pixel genau
- Transformation in Frequenzbereich (Integertransformation)
- Skalieren und quantisieren der Koeffizienten
- Entropiecodierung

- Makroblöcke in Slices organisiert
- Bild in ein/mehrere Slice Groups unterteilt
- Zusammenfassung von unabhängigen Bildbereichen möglich
- Schutz gegen Übertragungsfehler, da Makroblöcke aus benachbarten Blöcken rekonstruiert werden können

Wahrgenommene Qualität: Block-Artefakte besonders störend
Ursache: zu geringes Bitreservoir bei starker Quantisierung

--> In-loop Deblocking Filter:
- höher wahrgenommene Qualität
- Kompressionsgewinn: 5%-10%

Grundempfindlichkeit („Nominalempfindlichkeit“) einer Kamera
beruht auf Angabe der Blendenzahl die erforderlich ist, um bei
gegebener Beleuchtungsstärke E den vollen Videosignalpegel
zu erreichen

dazu folgende Messbedingungen:
–  Beleuchtungsstärke E = 2000 lx bei Kunstlicht (3200 K)
–  Verwendung einer "Weißkarte" mit 89,9 % Remission (= diffuse
Reflexion)
–  Verstärkung der Kamera ausgeschaltet (Gain = 0 dB)

Dann: Blende am Kameraobjektiv so einstellen, dass auf dem
Oszilloskop das Videosignal exakt Weißpegel (=100%) aufweist
-->  Der dann abgelesene Blendenwert (mit k oder F in
Datenblättern bezeichnet) ist die (Grund)Empfindlichkeit der
Kamera

Abtastung: 4:2:2
Auflösung: 1080i, 720p
Datenrate: 1,485 Gbit/s
Übertragungskabel: Koaxialkabel mit 75Ω Impendanz oder Lichtwellenleiter möglich

Sonstiges: Nahezu identisch mit SD-SDI

Dual Link:

Abtastung: 4:4:4
Auflösung: 1080p
Datenrate: 2.97 Gbit/s ~ 3Gbit/s
Übertragungskabel: Koaxialkabel mit 75Ω Impendanz
Sonstiges: Es wird eine parallele Übertragung mit Hilfe von zwei Leitungen genutzt


3G-SDI:

Abtastung: 4:4:4
Auflösung: 1080p
Datenrate: 2.97 Gbit/s ~ 3Gbit/s
Übertragungskabel: Koaxialkabel mit 75Ω Impendanz
Sonstiges: Es wird mit Hilfe der doppelten Übertragungsgeschwindigkeit eine doppelte Datenrate erreicht.

Abtastung: 4:4:4
Auflösung: 4K (3840x2160
Datenrate: 5,94 Gbit/s ~ 6 Gbit/s
Übertragungskabel: Koaxialkabel mit 75Ω Impendanz

Sonstiges: Die Übertragungsgeschwindigkeit eines 3G-SDI wird erneut verdoppelt.

- HDMI: Übertragung von Audio und Video
- DVI: Übertragung von analogen und digitalen Signalen
- DisplayPort
- Mini-DisplayPort
- FireWire

576i/25:
- 576 Zeilen mit 50 Halbbildern (= 25 Vollbilder)

1080i/25:
- 1080 Zeilen mit 50 Halbbildern (= 25 Vollbilder)

720p/50:
- 720 Zeilen mit 50 Vollbildern
- HD-Ready (Zwischenformat SD/HD)

1080p/24:
- 1080 Zeilen mit 24 Vollbildern
- wird auch auf Blue-Rays genutzt

Interlaced:
- Es werden Halbbilder generiert, bei denen jeweils immer eine Zeile übersprungen wird
- Wurde vor Allem bei analogen Systemen genutzt
Vorteile:
- Das Wahrnehmen von Flimmern auf dem Bildschirm ist nicht mehr so stark
Nachteile:
- Schnelle Bewegungen werden nicht richtig dargestellt (Halbbilder passen nicht zusammen --> "Zähnchen"-Bildung)

Progressive:
- Bei einem progressiven Signal werden Vollbilder generiert.
Vorteile:
- Es entstehen keine "Zähnchen"
- Schnelle Bewegungen sehen gut aus
Nachteile: 
- Es sind nur kleinere Framerates möglich

Weaving:
Beim Weaving werden zwei Halbbilder zu einem Vollbild zusammengesetzt und zweimal angezeigt. 
Vorteil: Framerate bleibt gleich
Nachteil: Vollbilder sehen evtl komisch aus, da Halbbilder nicht zusammenpassen

Skip-Field:
Beim Skip-Field-Verfahren werden alle Vollbilder aus jeweils einem Halbbild generiert. Dabei wird jede Zeile doppelt angezeigt, um auf die volle Auflösung zu kommen.

progrssive segmented Frame (psF): 
Sonderform bei der progressive Videos segmentiert werden und als Interlaced gespeichert werden. So kann im Nachhinein ein Interlaced-Video durch Weaving verlustfrei rekonstruiert werden.

Beispiel: 8 Bit
--> 2^8 = 256 mögliche Stufen

Datenrate = Quantisierung [bit] * Abtastrate [1/s]

Dabei setzt sich Quantisierung wie folgt zusammen:
Farbtiefe * Auflösung * Anzahl der Kanäle * Abtastung

Um die Datenrate von Signalen zu verkleinern wird oft eine Farbunterabtastung genutzt. Dabei wird das Signal in 3 Teile gesplittet. Luminanz + 2 Chrominanz-Kanäle.
Der Luminanzkanal wird in voller Auflösung dargestellt. Die Farbkanäle mit jeweils kleinerer Auflösung.

4:4:4 - keine Farbunterabtastung. Alle Kanäle haben die gleiche Auflösung
4:2:0 - vertikale und horizontale Unterabtastung. Jeweils jede zweite Zeile und Spalte nutzen die gleichen Farbwerte wie davor.
4:1:1 - horizontale Unterabtastung. Jede 4 Spalte beinhaltet Farbinformationen, die für die Pixel dazwischen genutzt werden.

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B
U = 0,493 (B-Y)
V = 0,877 (R-Y)

additiv: Pegel beider Signale wird addiert
nicht-additiv: Der jeweils höchste Pegel der Signale wird genutzt

Hartschnitt (Cut): Wechsel von einem Bild zum nächsten ohne Bilder zu vermischen.

Mix/Dissolve (Bildmischung): Beide Bilder laufen langsam ineinander. Einfache Blende.

Trickblende, Wipe (Teilfläche der Ausgangsbilder): Bilder liegen aufeinander und werden von links nach rechts oder anders herum ausfgedeckt.

Wipe mit Soft-Edge: Wie normaler Wipe. Übergang ist keine klare Kante sondern ein Verlauf.

Digital Video Effects: Alles ist möglich wie beispielsweise 3D-Effekte und so weiter.

Picture-in-Picture (PiP): Ein kleineres Bild wird innerhalb eines größeren angezeigt.

Stanzverfahren (Keying): Eine Refferenz im Bild wird genutzt, um den Rest auszustanzen und auf einen beliebigen Hintergrund zu legen. Es gibt versch. Verfahren.
1) Luminanz-Key - Helligkeitsinformationen werden genutzt.
2) Chroma-Key - Farbwerte werden genutzt. Traditionell Bluescreen (Analog), Greenscreen (Digital)

Linear-Key - Ein Teilbild im Vordergrund, bei dem der Hintergrund durchscheint. Beispiel: Bauchbinden

Down Stream Key - Keyer, der vor dem Ausgang des Mischers zum Einsatz kommt. Genutzt, um z.B. Logos anzuzeigen. 

Farbflächen - Kann genutzt werden, um Schatten oder Ränder von PiP zu generieren

Fade to Black - Ein Mix zu Schwarz

 

Editiervorgänge erfordern in der Regel die genaue Lokalisierung jedes Bildes. Dabei müssen Bild unf Ton synchron sein. 

Tape-Time: Beschreibt eine relative Zählung. Willkürlicher Startpunkt
Timecode: Absoluter und eindeutiger Wert.

Insgesamt 8 Ziffern mit jeweils max. 4 Bit codiert:

hh:mm:ss:ff

mit
h = Stunde
m = Minute
s = Sekunde
f = Frame

In der Praxis wird eine Kombination aus VITC und LTC genutzt, um beide Vorteile zu nutzen.
Vorraussetzung für fehlerfreies Zusammenspiel der Studioinfrastruktur: Absolute Synchronität der Bildgeneratoren --> Alle Geräte haben einen zentralen Studiotakt.
(Taktung unterscheidet sich bei SD und HD Signalen aufgrund der versch. Zeilenzahlen)