Modulare Display-Systeme als aktiver Bildhintergrund in TV-Studios. Broadcast-Lösungen von eyevis

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1 Modulare Display-Systeme als aktiver Bildhintergrund in TV-Studios Broadcast-Lösungen von eyevis

2 MODULARE DISPLAY-SYSTEME ALS AKTIVER BILDHINTERGRUND IN TV-STUDIOS Broadcast-Lösungen von eyevis Modulare Display-Systeme ermöglichen immer kreativere Set-Designs im TV-Studio, bei denen der Hintergrund (Backdrop) als aktive Videowand ausgeführt ist. Sie zeichnen sich zudem durch eine hohe Flexibilität in der kreativen Gestaltung aus. Allerdings sind die Anforderungen hoch. Einleitung Das klassische Nachrichtenstudio mit einer einzigen festen Kameraposition gehört schon lange der Vergangenheit an. Verschiedene Blickwinkel sowie Kamerafahrten zeichnen das moderne Fernsehen aus. Dadurch steigen aber auch die Anforderungen an das Set-Design, da nahezu das ganze Studio ins Blickfeld der Kamera rückt (Bild 1). GreenScreen-Studios stellen eine Möglichkeit dar, ein Studio mit nahezu beliebiger virtueller Ausstattung bestücken zu können, sind aber mit einem sehr hohen technischen Aufwand verbunden. Sie ermöglichen es quasi automatisch, den virtuellen Studiohintergrund während der Sendung mit unterschiedlichen animierten Inhalten bespielen zu können. Um auch im realen Studio den Hintergrund mit Inhalten bespielen zu können, werden verschiedene Technologien wie LCDs, LED-Module, Rückprojektionen mit Überlappung und Blending sowie Rückprojektionsmodule eingesetzt. Jedes dieser Systeme hat seine eigenen Vor-, aber auch Nachteile. Bild 1: Aljazeera-Studio in Sarajevo mit 27 Rückprojektionseinheiten in drei Gruppen (3 3), die im Winkel zueinander angeordnet sind (60 -EC-LHD) Bild 2: Leitwarte eines Energieversorgers in Deutschland mit Rückprojektionsmodulen

3 Bild 3: Mobile Bildwand im ZDF-Hauptstadtstudio bestehend aus zwei Teilen mit je neun Rückprojektionsmodulen (60 -EC- LHD) links: Transport eines Bildwandteils und rechts: Bildwand im Set. LCDs stellen die kostengünstigste Variante dar, zeichnen sich aber durch einen Steg zwischen den Elementen aus. Mit knapp unter 4 mm Stegbreite zwischen den aktiven Bildflächen nebeneinanderliegender Displays ergibt sich jedoch bereits ein guter Bildeindruck. LCDs zeichnen sich durch eine geringe Einbautiefe aus, was sich positiv auf die Nutzung der Studiofläche auswirkt. LED-Module benötigen ebenfalls nur eine geringe Einbautiefe und sind dabei völlig stegfrei. Anders als bei LC-Displays, bei denen die Bildpunkte von einer Flüssigkristallschicht erzeugt werden und die LEDs nur zur Beleuchtung dienen, bilden bei den LED-Modulen die Leuchtdioden selbst die Bildpunkte. Mit Pixelabständen von 2 mm und darunter von Diode zu Diode werden die LED-Module zunehmend auch für Studioeinrichtungen interessant. So lässt sich bei einem Pixelabstand von 2 mm ein Full HD-Signal auf eine Fläche von nur 8 m² in nativer Auflösung darstellen. Dabei zeichnen sich die Module durch eine hohe Helligkeit, eine sehr gute Farbqualität und eine außergewöhnliche Farbstabilität aus. Rückprojektionssysteme mit Überlappung und Blending bieten die Möglichkeit, große Flächen nahtlos mit Bildinhalten zu bespielen. Dabei sind auch gebogene leinwandformen ohne störende harte Übergänge möglich. Allerdings zeichnen sich diese Systeme durch eine große Einbautiefe aus. Auch sind spezielle Projektoren nötig, die mit Hochleistungslampen ausgestattet sind, um die benötigte Helligkeit auf der Leinwand bei geringer Farbtemperatur zu erreichen. Durch die kurze Lebensdauer und den zum Teil hohen Preis der Lampen in den Projektoren entstehen hohe Unterhaltskosten für solche Lösungen. Modulare Rückprojektionsmodule, wie sie zum Beispiel in Kontrollräumen oder leitwarten eingesetzt werden (Bild 2), bieten eine weitere Möglichkeit für die Gestaltung von Videowänden in TV-Studios. Mit der Einführung von LEDs als Leuchtmittel anstelle der herkömmlichen UHP-Lampen sind solche Systeme zunehmend attraktiver geworden, da sie über eine lange Lebensdauer und eine präzise Farbeinsteilung auch für niedrige Farbtemperaturen verfügen. Mit Einbautiefen zwischen 40 cm und 90 cm ermöglichen sie eine platzsparende Ausnutzung der Studiofläche. Verschiedene Größen bieten dabei die Möglichkeit für kreative Anordnungen als gerade oder gebogene Leinwände. Generelle Anforderungen An Displaysysteme im TV-Studioumfeld werden besondere Anforderungen gestellt: geringe Einbautiefe, ausreichende Helligkeit (~100 cd/m2 bei 3200K), präzise Farbeinstellung für einen genauen Abgleich mit den Studiokameras, langzeitfarbstabilität, hoher Kontrast, Raumlichtunabhängigkeit mit möglichst geringer und diffuser Reflexion der Studiobeleuchtung und geringe Lautstärke. Diese Anforderungen lassen sich aber mit aktuellen Systemen einhalten. Mechanik Ein modulares Displaysystem sollte sich durch eine selbsttragende Bauweise auszeichnen, um einen Aufbau ohne zusätzliche Hinterkonstruktionen möglich zu machen. Es sollte sich möglichst nahtlos in die Studiodekoration integrieren lassen. In Studios, in denen mehrere unterschiedliche Sendungen produziert werden, kann die Notwendigkeit bestehen, die Bildwand mobil auszuführen, um sie für die unterschiedlichen Dekorationen an verschiedenen Stellen im Studio zu verwenden. Eine solche Anlage wurde im Hauptstadtstudio des ZDF in Berlin realisiert. Dort sind zwei Bildwände mit je neun Rückprojektionsmodulen (60 inch EC-LHD) auf einem mit Rollen ausgestatteten Untergestell aufgebaut, um sie im Studio an verschiedenen Plätzen verwenden zu können (Bild 3). Die beiden einzelnen und unabhängigen Bildwände lassen sich zu einer großen Bildwand zusammenstellen. Projektionsscheibe Bei Rückprojektionsmodulen wird das Licht vom Projektor über einen Spiegel oder direkt auf eine Rückprojektionsscheibe projiziert. Die Aufgabe der Projektionsscheibe ist es, das Bild über einen möglichst großen Winkelbereich in einer gleichmäßigen Helligkeitsverteilung darzustellen. Dabei sollen zusätzlich ein hoher Kontrast und eine Raumlichtunabhängigkeit gegeben sein, um die beste Bildqualität zu erreichen. Klassische Streuscheiben für Rückprojektionssysteme können hierbei nicht verwendet werden, da sie in Verbindung mit den sehr weitwinkeligen Projektoren eine ungleichmäßige Helligkeitsverteilung ergeben (Hot-Spot).

4 Bild 5: Helligkeit in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel für die drei Scheibentypen BB, CP und ISE. Bild 4: Kontrast der Projektionsscheiben (omnishapes im NOS-Sportstudio mit BlackBead-Scheiben). Oben: Ohne ein projiziertes Bild erscheinen die Scheiben schwarz, da das Raumlicht absorbiert wird. Unten: Das Licht vom Projektor wird von der Scheibe gestreut und hat einen hohen Kontrast, auch bei heller Studioausleuchtung. Streuscheiben mit besserer Charakteristik sind meistens weiß oder hellgrau, wodurch sie anfällig gegen Raumlicht sind. Wieder andere Scheiben sind aus mehreren Schichten aus Glas aufgebaut und haben eine hochreflektive Oberfläche, was sie für TV-Studios ebenfalls unbrauchbar macht. Abhilfe schaffen Rückprojektionsscheiben, die aus zwei Teilen bestehen: einer Fresnel-Linse und einer speziellen Streuscheibe. Bei diesen speziellen Streuscheiben stehen drei Typen zur Verfügung: BB (Black Bead), CP (Cross Prism) und ISE (lmproved Screen Element). Alle drei Typen zeichnen sich durch einen hohen Kontrast und eine geringe Raumlichtabhängigkeit aus. Die Struktur der Scheibe absorbiert nahezu alles Licht, das vorn auf die Scheibe trifft. Nur das Licht des Projektors, das von hinten auf die Scheibe trifft, wird an der Vorderseite der Scheibe gestreut (Bild 4). Die drei Scheibentypen haben aber unterschiedliche Charakteristiken hinsichtlich des Betrachtungswinkels. Technologisch bedingt fällt die Helligkeit mit zunehmendem Winkel ab. Bild 5 zeigt die unterschiedlichen Eigenschaften der drei Typen. Ebenfalls zu sehen ist, dass die CP-Scheibe eine höhere Helligkeit bei direkter Draufsicht aufweist (0 -Winkel). Die BB-Scheibe stellt zwar nur ein halb so helles Bild - verglichen mit der CP-Scheibe - dar, jedoch bietet sie eine gleichmäßigere und prozentual geringe Helligkeitsabnahme mit zunehmendem Betrachtungswinkel. Zusätzlich zur Helligkeitsabnahme zeigen die Scheiben eine Farbänderung mit zunehmendem Blickwinkel (Bild 6). Diese Farbänderung ist bei der CP-Scheibe am stärksten ausgeprägt und macht sie daher eher ungeeignet für den Einsatz Bild 6: Farbänderung in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel für die drei Scheibentypen BB, CP und ISE. im TV-Studio. Die BB-Scheibe zeigt auch hier die geringste Blickwinkelabhängigkeit und macht sie somit zur besten Wahl für den Einsatz im TV-Studio. Diese Winkelabhängigkeit spielt auch bei gebogenen Aufbauten eine wichtige Rolle. Um die Sichtbarkeit der Übergänge zwischen den Modulen so gering wie möglich zu halten, sollte ein Winkel von 12 zwischen den Modulen nicht überschritten werden. Bild 7 und Bild 8 zeigen den Helligkeitsverlauf auf einer Bildwand, bei der die Module mit einem Winkel von 11 aufgestellt Bild 7: Frontale Kameraposition auf einen gebogenen Aufbau (neun EC-LSXT+ -Module, 50 ) mit einem 11 -Winkel. Links: Kamerabild und rechts: Helligkeitsverteilung im Waveform-Monitor. Bild 8: Seitliche Kameraposition auf einen gebogenen Aufbau (neun EC-LSXT+ -Module, 50 ) mit einem 11 -Winkel. Links: Kamerabild und rechts: Helligkeitsverteilung im Waveform-Monitor.

5 Bild 9: RTV-Studio in Ljubljana (Slowenien) mit EC-LSXT + -Modulen (50 ) in einem Winkel von 11. Bild 10: Bildwand mit 18 Modulen (6 x 3 EC-LHD, 60 ) ohne Bildaufteilung. sind. Bild 9 zeigt einen Live-Mitschnitt aus einem Studio, in dem die Module in einem 11 -Winkel angeordnet sind. Im Gegensatz zu Rückprojektions-Cubes haben LCDs keinen Hotspot, da das Licht nicht von einer zentralen Quelle kommt, sondern von LEDs, die am Rand (Edge-LED) oder flächig hinter dem Panel (Direct-LED) angeordnet. Mit Direct-LED erreicht man aktuell (vor allem bei größeren Diagonalen) die gleichmäßigste Helligkeitsverteilung. Die Panel-Oberflächen der LCDs unterscheiden sich dadurch, wie sehr sie spiegeln. Dabei hängt die Präferenz von der Nutzungssituation ab. Spiegelnde Flächen bringen grundsätzlich einen höheren Kontrast, das hilft aber nur wenn keine störenden Einspiegelungen in der Bildfläche zu sehen sind. Bei kritischen Lichtbedingungen wie in TV-Studios (viele Leuchten, großer Einblickwinkel, etc.) empfiehlt es sich deshalb ggf. eine etwas mattere Panelscheibe zu wählen, die auf Kosten von etwas Kontrast (durch Diffusionsverluste) störende Elemente weniger scharf abbildet. Signalverarbeitung Die Zuspielung einer Bildwand ist hauptsächlich abhängig von den Auflösungsanforderungen. Die höchste Auflösung wird erreicht, wenn jedem Display-Modul die native Auflösung zugespielt wird. Das hätte jedoch eine hohe Anzahl an Rechnern für die Zuspielung zur Folge und ist zumeist unnötig, wenn die Kamera ein Bild über mehrere Module aufnimmt. Als Faustregel gilt: Die kleinste von der Kamera auf einmal aufgenommene Anzahl an Display-Modulen, braucht zusammen nicht mit einer höheren Auflösung als der der Kamera zugespielt zu werden. Wenn zum Beispiel eine HD-Kamera nicht weniger als einen 3x3 großen Bereich einer Bildwand im Bild hat, so braucht dieser auch nur mit Full-HD zugespielt zu werden. Die interne Signalverarbeitung der einzelnen Display-Module hat dabei die Aufgabe, das Bild so aufzuteilen, dass es zum Beispiel über die neun Module eines 3x3-Blocks angezeigt wird. Bild 10 zeigt eine Bildwand mit 18 Modulen, bei denen jedem Modul ein HD-Signal (1920 x 1080 Pixel) zugespielt wird. Im Bild 11 wird dieselbe Bildwand mit einer Bildaufteilung, bei der das zugespielte Full HD-Signal auf den linken und den rechten Block skaliert ist, gezeigt. Dieselbe Bildwand ist im Bild 12 mit einem auf die gesamte Fläche skalierten HD-Bild dargestellt. Bild 11: Bildwand mit 18 Modulen (6 x 3 EC-LHD, 60 ) mit einer Bildaufteilung auf zweimal Full-HD. Bild 12: Bildwand mit 18 Modulen (6 x 3 EC-LHD, 60 ) mit einer Bildaufteilung über die gesamte Wand. Eine solche interne Signalverarbeitung ermöglicht den flexiblen Einsatz mit unterschiedlichen Zuspielungen. Dabei ist eine wichtige Anforderung an die Signalverarbeitungselektronik, dass sie synchron zum Eingangssignal arbeitet. Dann ist gewährleistet, dass - wenn das zugespielte Videosignal synchron zum Studiotakt ist - auch das projizierte Bild synchron zum Studiotakt ist. Diese Synchronität ist nötig, damit das Bild von der Kamera flickerfrei aufgenommen wird. Eine weitere Aufgabe der Signalverarbeitung ist es, vorhandene ungleichmäßige Helligkeitsverteilungen auszugleichen. Wie bereits beschrieben, ist es bei den Rückprojektions-Modulen eine Anforderung an die Projektionsscheibe, eine möglichst gleichmäßige Helligkeitsverteilung zu gewährleisten. Dieser Aufgabe kommen die Scheiben durchaus nach, aber nicht zu 100 %. Sie weisen systembedingt immer noch eine leichte ungleichmäßige Helligkeitsvertei-

6 Bild 13: Oszillograf-Ausgabe der Helligkeitsverteilung eines Kamerabildes einer Bildwand links: ohne Helligkeitsausgleich und rechts: mit Helligkeitsausgleich. lung auf. Diese äußert sich darin, dass das Bild in der Mitte heller ist als am Rand. Dieser Effekt kann durch die Signalverarbeitung in jedem Modul kompensiert werden (Helligkeitsausgleich). Bild 13 zeigt die Oszillograf-Ausgabe eines Kamerabildes auf eine Bildwand ohne (links) und mit Helligkeitsausgleich (rechts). Farbwiedergabe Die Wiedergabe von Farben auf der Bildwand stellt eine wichtige Anforderung dar. Auf der einen Seite muss der Weißpunkt so eingestellt werden können, dass über die Kamera ein neutrales Weiß aufgenommen wird. Da die Kameras über das Studiolicht abgeglichen werden, muss die Bildwand dieser Vorgabe folgen können. Die LED-Module und LED-basierte Projektionstechnik ermöglichen eine präzise Einstellung der Farbbalance über eine Software und lassen sich somit auf jede Studiolichtbedingung einstellen. Neben dem Weißabgleich ist die Primärfarbenwiedergabe eine weitere wichtige Anforderung. Hierbei besteht die Aufgabe darin, das zugespielte Bildmaterial so darzustellen, dass das von der Kamera aufgenommene Bild dem Originalbild in den Farben so gut wie möglich entspricht. Um das zu erreichen, Bild 14: Vektorskopausgabe des Kamerabildes eines Farbbalkentestbildes auf der Bildwand. ist es wichtig, neben dem Weißwert auch die Primärfarben einstellen zu können. Bild 14 zeigt die Vektorskapausgabe eines Kamerabildes von einer Bildwand, auf der Farbbalken als Testbild dargestellt sind. Es ist zu erkennen, dass von der Kamera aufgenommene Primär- und Sekundärfarben sehr gut dem Farbraum entsprechen. Dadurch werden solche Farben, wenn sie auf der Bildwand dargestellt werden, von der Kamera genauso aufgenommen, wie sie als Bildmaterial zugespielt wurden. Das ist besonders bei Anwendungen wichtig, bei denen von einem Kamerabild der Bildwand auf die Zuspielung umgeschaltet wird. Dann sollte sich keine Farbänderung zeigen. Bild 15 zeigt die Zuspielung als Originalbild (linke Seite) und das Kamerabild mit einem Blick auf die Bildwand, die dieses Bild darstellt. Es ist zu erkennen, dass durch die exakte Primärfarbeneinstellung nahezu kein Unterschied zwischen dem zugespielten und dem abgefilmten Bild zu erkennen ist. Bei LCDs werden unterschiedliche Methoden zur Farbanpassung angewendet. So gibt es einmal die Möglichkeit, eine zusätzliche Folie ähnlich einem Farbfilter zwischen dem Panel und dem Backlight anzubringen. Die Folie verwandelt bläuliches (Tages-)Licht in rötliches (Kunst-)Licht. Durch die zusätzliche Folie wird zwar die Helligkeit des Displays etwas geringer, aber so bleibt der volle Regelbereich von Helligkeit, Kontrast, Farbtemperatur erhalten. Wird die Farbe dagegen über eine Regelung der RGB-Farben des Displays angepasst, muss der Blauwert so weit heruntergefahren werden, dass kaum mehr ein Spielraum besteht, um die Farben von verschiedenen Displays aneinander anzugleichen. Gleichzeitig wird viel mehr Helligkeit als durch die Folie verloren. Über eyevis eyevis, deutscher Hersteller von Großbildsystemen, ist einer der führenden Anbieter und Integratoren von Visualisierungssystemen für professionelle Anwendungen in Kontrollräumen, Virtual Reality und Simulation sowie im Broadcast- sowie im AV- und Digital Signage-Bereich. eyevis verfügt über ein weltweites Netzwerk an Niederlassungen und zertifizierten Händlern. Als einer von wenigen Anbietern ist eyevis in der Lage komplette Systeme aus einer Hand anzubieten. Die Komplettlösungen von eyevis beinhalten Displaylösungen, Grafik-Controller, IPTV und AV-Streaming-Systemen, Softwareanwendungen sowie alles notwendige Zubehör. Autoren Whitepaper: Hans-Günther Nusseck, Produktentwicklung, Tel.: , Fax: , Martin Wagner, PR-Manager, Tel.: +49 (0) , Fax: +49 (0) , m.wagner@eyevis.de Bild 15: Zugespieltes Bildmaterial (links) und das Kamerabild der Bildwand mit dem darauf dargestellten Bild (rechts). September 2014 eyevis GmbH Hundsschleestrasse 23, Reutlingen Tel.: +49 (0) , Fax: +49 (0) Web: info@eyevis.de