Videotechnik. Betrachtungsabstand d Mit d = 5 und mit 1 4. aufgebaut. Die Zeilenfrequenz beträgt also 1 = 15625Hz

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1 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Videotecnik Bildaufbau Ein cwarzweißbild bestet aus einer fläcenaften Anordnung von versciedenen Leuctdictewerten. Zur elektroniscen Aufzeicnung und Übertragung eines solcen Bildes ist es notwendig, die örtlice Verteilung der Leuctdictewerte zu erfassen. Berücksictigt man die Eigenscaften des mensclicen Auges, so läßt sic das Problem lösen: Wenn rasc aufeinanderfolgende Lictreize auf das Auge treffen, können sie zeitlic nict mer getrennt wargenommen werden. ie verscmelzen zu einem Licteindruck. Also können Bildvorlagen zeilenweise abgetastet werden. Aus dem räumlicen Nebeneinander der Bildpunkte wird ein zeitlices Naceinander der elektriscen ignale. cwarz wird durc die kleinste und weiß durc die größte Bildsignalspannung übertragen. Man bezeicnet die zu weiß geörende pannung mit Weißwert (%) und die zu scwarz geörende entsprecend mit cwarzwert (ca. 3%). Bildzerlegung In der Videotecnik wird die Bildvorlage in Zeilen zerlegt. Die Abtastung erfolgt dabei Zeilenweise von links nac rects und von oben nac unten. Je größer die Anzal der Zeilen, desto kleinere Bilddetails können übertragen werden. Mindestens notwendige Zeilenzal Man at festgelegt, daß der optimale Betractungsabstand eines Fernsebildes dem fünfacen der Bildöe entsprict. Also müssen soviele Zeilen projiziert werden, daß bei d = 5 zwei Zeilen gerade nict mer unterscieden werden können. Die Grenze des Auffassungsvermögens des mensclicen Auges liegt bei etwa α. Mit z als α = 4 Zeilenanzal (und somit als Abstand z zweier benacbarter Zeilen) können wir also jetzt direkt ausrecnen, wieviele Zeilen angezeigt werden müssen: z tanα = = z = Betractungsabstand d d d z d tanα Mit d = 5 und mit 4 tanα = tan 4 eralten wir für die Zeilenzal z: 4 z = = Also würde ein Fernsebild mit 5 Zeilen ausreicen. In Europa at man sic allerdings für 625 Zeilen entscieden, davon sind 576 sictbar. Bewegungsauflösung Bei 25 Bildern je ekunde wird für den Aufbau eines Bildes 4ms benötigt. Eine Zeile wird also 4 inneralb von = 64ìs aufgebaut. Die Zeilenfrequenz beträgt also = 5625Hz. ms 625 Zeilensprungverfaren Wärend Bildverscmelzung scon bei Wiedergabe von 5 bis 2 Bildern pro ekunde gewärleistet ist, genügen 25 Bilder je ekunde nict aus, um bei der Wiedergabe ein flimmerfreies Bild zu erzeugen. Dies rürt daer, daß die Zeilen nict gleiczeitig projiziert werden, sondern die einzelnen Bildpunkte stets naceinander gescrieben werden. Daer werden anstelle von 25fps (frames (= Vollbilder) per second) 5 Fields (= Halbbilder) pro ekunde gescrieben. Die Flim :4 (Jens Kuttig) eite 64ìs Bildöe

2 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik merfrequenz verdoppelt sic dadurc von 25Hz auf 5Hz. Das Fernsebild wird ruiger und weitgeend filmmerfrei. Ein Bild mit 625 Zeilen wird in zwei Fields von je 32,5 Zeilen aufgetielt. Die beiden Teilbilder werden nac dem sogenannten Zeilensprungverfaren (interlace) ineinander verscactelt (siee Grafik).. Frame: Zeile Zeile3 Zeile5 2. Frame Zeile2 Zeile4 Zeile6 Rein tecnisc verlaufen die Zeilen also nict waagrect, sondern leict scräg. Durc gedreten Einbau der Röre in Kameras und Fernseer wird dies beoben. Zeile7 Zeile8 Zeile9 Zeile Im ersten Halbbild werden die Rücklauf (unsictbar) ungeraden und im zweiten die geraden Zeilen bescrieben. Beide Teilraster sind ineinander verscactelt, weil am Ende des ersten und zu Beginn des zweiten Fields jeweils eine albe Zeile gescrieben wird. Flimmerreduktion Wir untersceiden zwei Arten von Flimmerstörungen: Das 5Hz-Großfläcenflimmern. Dies tritt vor allem bei großfläcigen ellen Bildpartien auf. Man nimmt es zum Beispiel besonders dann war, wenn man einen Fernseer im Augenwinkel betractet. Das 25Hz-Kantenflimmern ist bedingt durc die ineinander versetzten Raster des Zeilensprungverfarens. Der Effekt tritt bei orizontalen Linien, zum Beispiel der Netzkante bei einem Tennisspiel auf. Die Flimmerstörungen lassen sic mit einem Bildspeicer durc mermaliges Auslesen der Bildinformationen weitestgeend beseitigen. Die Bildwiederolfrequenz wird von 5Hz auf Hz eröt. Dies kann nac zwei Mustern erfolgen. Im folgenden Beispiel bestet unser Bild aus einen scwarzen senkrecten treifen auf einer ellen Fläce. A und B steen für das Vollbild, das aus den Halbbildern und 2 zusammengesetzt wird. Darstellungsdauer tandard 5Hz intarlace Hz AA2AA2 Hz AAA2A2 ms A A A ms A2 A ms A2 A A2 ms A2 A2 ms B B B ms B2 B ms B2 B B2 ms B2 B2 eite :4 (Jens Kuttig)

3 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Kantenflackern Bildspeicer Horizontale Bewegungen In der gleicen Zeit, in der im tandard-5hz-verfaren also ein Halbbild gescrieben wird, werden bei den Hz-Geräten zwei Halbbilder gescrieben. Die Tecniken untersceiden sic in der Reienfolge der dargestellten Halbbilder. Damit ergeben sic folgende Untersciede: Hz AA2AA2 Hz AAA2A2 Großfläcenflimmern Durc oe Wiederolrate besei- Durc oe Wiederolrate besei- tigt. Beseitigt, da die Kanten jetzt mit 5Hz und nict mer mit 25Hz wiederolt werden Es wird ein Vollbildspeicer benötigt Es treten cmiereffekte auf, da nac dem zeitlic später aufgenommenen Halbbild A2 das zeitlic früer aufgenommene Halbbild A nocmals gezeigt wird. tigt. Immer noc voranden, da zwiscen den Halbbildern A und B immer noc 4ms vergeen. Ein Halbbildspeicer reict aus. Keine Probleme. yncronisation Wird ein Fernsebild von der Kamera abgetastet und gleiczeitig auf dem Bildscirm eines Empfängers wiedergegeben, so muß gewärleistet sein, daß Abtaststral und creibstral in jedem Moment syncron laufen. mit yncronisation one yncronisation H- und V-Impulse Um Gleiclauf zwiscen Abtast- und Zeilenlänge = 64µs creibstral zu erzielen müssen vom tudio zum Empfänger yncronsignale Übertragen werden. V Zum Übertragen des Zeilen-Rytmus verwendet man einen H-Impuls mit der Frequenz 5625 Hz. -,3V Der V-Impuls zur Übertragung des Halbbild- H-Impulse Rytmus at eine Frequenz von 5Hz. Dabei wird jeweils durc die negative Vorderflanke der Impulse der Zeilen- bzw. Bildrücklauf ausgelöst. Halbbildlänge = 2ms V-Impulse Austastung In der Zeit des Zeilen- bzw. Bildrücklaufs darf im Bildsignal keine Bildinformation voranden sein, damit der Rücklauf des creibstrals im Empfänger unsictbar bleibt. Das Bildsignal wird für diese Zeiten im Bildgeber ausgetastet, das eißt dunkel steuert. Das bei der Abtastung entsteende Bildsignal (B-ignal) ist also ein Bildsignal mit vorläufiger Austastung. In den Videoverstärkern der Bildgeber erfolgt durc das A-ignal die normgerecte Austastung. Aus dem B-ignal wird das BA-ignal :4 (Jens Kuttig) eite 3

4 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik cematisce Darstellung Dieses Bild wird abgetastet: Der Lesestral gibt ein Bildsignal aus, was wärend dem Rücklauf gelesen wird, stört: Bildabtastung Rücklauf Im Videoverstärker wird wärend dem Rücklauf auf dunkel gescaltet: Bildabtastung Rücklauf -ignal Um Bild- Austast- und ync-informationen auf einem Kanal übertragen zu können müssen die H- und V-ync-Impulse zu einem ignal, dem -ignal zusammengefaßt werden. Die -Impulse werden in den Austastlücken übertragen. Das -ignal kann zum BA-ignal addiert werden, one daß es im Bild stört, weil der -Anteil immer negativ ist. omit sind alle zur Bildübertragung notwendigen Informationen in ein ignal zusammengefaßt. Es entstet das BA-ignal: vordere bzw. intere cwarzsculter Austastlücke Bildabtastung -Impuls 64µs = Dauer einer Zeile. Von -Impuls zu -Impuls,7V = % = Weißwert,V = % = Austastwert -,3V = -43% = yncwert Bild und Bildsignal Optik Kamera CCD-Bildwandler B 5625Hz und 5Hz Lesetakt A Verstärker BA-ignal ync- Generator Oszilloskop Bildvorlage: Zur Beurteilung und Überwacung der Bildsignale werden im Fernsestudio Oszillograpen verwendet, deren Ablenkgeneratoren walweise mit der H- oder mit der V-Frequenz getrigert eite :4 (Jens Kuttig)

5 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik werden. Beim H-Oszillogramm wird die ignalspannung aller Zeilen übereinander gescrieben, das V-Oszillogramm zeigt die pannung aller Zeilen eines Halbbildes nebeneinander. Bildvorlage H-Oszillogramm alle Zeilen werden übereinander gescreiben,7v V A B -,3V V-Oszillogramm alle Zeilen eines Frames werden nebeneinander gescreiben,7v V -,3V B (. Field) A B (2. Field) Auflösung Das Fernsebild wird in folgende Dimensionen aufgelöst: Bildwecselfrequenz: 25Hz Vollbildfrequenz, bzw. 5Hz Halbbildfrequenz Auflösung in V-Rictung: 576 (sictbare) Zeilen Auflösung in H-Rictung: läßt sic aus den biser bekannten Angaben berecnen: Die Maximale Auflösung in V-Rictung beträgt 576 Zeilen es lassen sic maximal 576 abwecselnd weiße und scwarze treifen darstellen :4 (Jens Kuttig) eite 5

6 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Durc das festgelegte eitenverältnis von 4:3 erält man als gewünscte H-Auflösung = 768. In einer Zeile sollten wir also 768 abwecselnd scwarze und weiße Punkte darstellen können Da scwarz die niedrigste ignalspannung und weiß die öcste ignalspannung at, würde eine solce alternierenden Zeile also aus 576 / 2 = 384 Grundscwingungen besteen. Eine komplette Zeile wird inneralb von 64µs gescrieben. Hiervon muß noc die Zeit für die Austastlücke (2µs) abgezogen werden. Also bleiben 52µs um den Inalt einer kompletten Zeile zu screiben. 384 omit eralten wir eine Frequenz von f = 7, 4MHz für die Auflösung in H- = t 52µ s Rictung. Diese Zal ist zu optimistisc. Durc Leitungseigenscaften usw. ist die Maximale Auflösung begrenzt. Kell macte ierzu Experimente. Er stellte fest, daß man stallt 576 Zeilen nur 4 Zeilen sauber übertragen kann. Damit erält man scließlic eine Auflösung in H-Rictung von 5MHz. Anmerkung: elbstverständlic werden im Fernseer nict 4 sondern nac wie vor 576 Zeilen dargestellt. Allerdings at das Bild in H-Rictung nict die zu erwartenden 768 Bildpunkte, es können je Zeile nur etwa 52 Grundscwingungen dargestellt werden. Farbe Farbempfindung des mensclicen Auges Augenempfindlickeit V-Kurve λ UV 38nm sictbar 78nm IR Wellenlänge des Licts in nm Bescreibung der Farbe über das HB-Modell Farbe läßt sic über versciedene Farbsysteme bescreiben. In der Videotecnik verwendet man die Komponenten Farbton (= Hue), ättigung (= atturation) und Helligkeit (= Brigtness). Farbton und ättigung werden zusammen auc als Farbart oder Croma bezeicnet. Der Farbton wird aussscließlic von der Wellenlänge der Lictscwingung bestimmt. Die ättigung gibt an, wie groß der Weißanteil einer Farbe ist. Die Helligkeit ist als Empfindung des Auges von tärke und Farbe der Lictquelle abängig. (Vλ- Kurve) Additive Farbmiscung grün cyan gelb blau rot purpur / magenta Farbbestimmung in einem Grafikprogramm mit dem Farbkreis und den Komponenten HB. H B eite :4 (Jens Kuttig)

7 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Das Helligkeitssignal Das Helligkeitssignal (K- oder Y-ignal) muß aus dem RGB-ignal unter Berücksictigung der spektralen Helligkeitsempfindung des mensclicen Auges (Vλ-Kurve) errecnet werden. Man at ierfür folgende Formel festgelegt: Y =,3R +,59G +,B Außer dem Helligkeits-ignal müssen noc zwei der drei möglicen Farbdifferenzen generiert werden. Gewält wurden die beiden ignale mit der größeren Amplitude: R-Y und B-Y. G-Y wird nict gebildet. Bildvorlage: Color-Bars R-ignal G-ignal B-ignal Y-ignal weiß gelb cyan grün purpur rot blau scwarz R-Y - Amplitude:,4 B-Y Amplitude:,78 - Reduzierte Farbdifferenzsignale Die modulierten Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y werden zusammen mit dem -ignal dem Helligkeitssignal aufaddiert. Dabei können Pegel weit über % entsteen. Dies würde zu ereblicen törungen füren. Desalb müssen die Farbdifferenzsignale vor der Übertragung verkleinert und im Empfänger um das gleice Verältnis wieder vergrößert werden. Man überträgt die Komponenten Y... Helligkeitssignal U =,493 (B-Y) V =,877 (R-Y) er feine farbige trukturen werden vom Auge nict mer farbig aufgelöst. Daer können die Farbdifferenzsignale in der Bandbreite reduziert werden (,3MHz Bandbreite) :4 (Jens Kuttig) eite 7

8 B- Y t Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Vektorskop Zur Farbbestimmung wird im tudio ein Vektorskop eingesetzt. An die orizontale Auslenkeineit wird das R-Y-ignal angesclossen, an die vertikale Auslenkeineit das B-Y-ignal. Die Helligkeitsinformation kann man dem Vektorskop nict entnemen. Hierzu verwendet man ein Oszilloskop wie bei der cwarz- Weiß-Tecnik. Im Nebensteenden Bild sind R-Y und B- Y dargestellt und nict U und V. Desalb eralten wir kein Ei, sondern einen Farbkreis. Farbträger Zur Übertragung addiert man die U- und v Das Zeigerdiagramm für die Farbe Purpur siet zum Beispiel wie nebensteend aus. Die beiden Vektoren u und v läßt man nun mit 4,43MHz um den Mittelpunkt kreisen und addiert die Amplituden in jedem Moment. Damit erält man folgendes ignal: purpur u V-ignale einer Farbträgerfrequenz von 4,43MHz pasenverscoben auf. Vektorskop gelb grün rot purpur R-Y blau cyan Eingangssignale R-Y und B-Y: Farbbalken. Das Vektorskop bildet aufgrund der versciedenen Faktoren für R-Y und B-Y ein Ei und keinen Farbkreis. t v purpur u Betrag v-vektor Betrag u-vektor t Addition der beiden Vektoren Bezugspunkt Damit der Empfänger die Farbartinformationen von der Trägerwelle des Helligkeitssignals wieder differienzieren kann, wird in der Austastlücke auf die intere cwarzsculter eine cwingung bestimmter Amplitude, Frequenz und Pase aufgebract, die als Bezugswert für die Farbart-cwingungen. cwingungen werden Burst genannt. Der Burst dient also als Pasen- und Amplitudenreferenz des Farbart-ignals. Der Burst ist zen bis zwölf Grundscwingungen lang. Farbtreue bei PAL Um die Versciebung des Farbtones durc die Übertragung zu minimieren, verwendet man bei der Übertragung in Europe den PAL-tandard (PAL = Pase-Alternating-Line). Hierbei werden die Farbvektoren zweier naceinander gesendeter Zeilen (also zum Beispiel Zeile 42 und 44) abwecselnd mit positiven und negativem Vorzeicen gesendet. Der Empfänger vergleict die ignale und verwendet davon den Mittelwert. Durc dieses Vorgeen wird die Pasenversciebung, die durc die Übertragung entsteen kann und eine Versciebung der Farbart zur Folge ätte minimiert: eite :4 (Jens Kuttig)

9 Audiovisuelle Tecnik (395) Videotecnik Zeile n v Purpur - vom ender ausgestralt ignal, das der Empfänger erält Pasenversciebung u Zeile n+ v u Pasenversciebung - von Betrag und Rictung identisc mit der von Zeile n Purpur - vom ender ausgestralt ignal, das der Empfänger erält Mittelwert der Zeilen n und n+ v ignal, Zeile n+, Vorzeicen gewecselt Purpur - vom ender ausgestralt ignal, Zeile n u Mittelwert der beiden empfangenen ignale Der Mittelwert ist zwar nict exakt mit dem Ursprünglicen Vektor überein, ist allerdings genauer als die beiden einzeln übertragenen. Für diese Optimierung nimmt man eine Halbierung der Farbauflösung in vertikaler Rictung in Kauf :4 (Jens Kuttig) eite 9