WAS BRINGT ULTRA HIGH TV? FKTG Regionalveranstaltung 18.Juni Prof. Dr. Rolf Hedtke

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1 WAS BRINGT ULTRA HIGH TV? FKTG Regionalveranstaltung 18.Juni 2013 Prof. Dr. Rolf Hedtke

2 AGENDA - örtliche Auflösung - zeitliche Auflösung - Dynamik Auflösung - Farb Auflösung - UHD Formate - HEVC Codierung -Fazit 2

3 Historie 1935 Beginn des analogen S/W Fernsehens in Deutschland ca. 32 Jahre 1967 Einführung des Farbfernsehens (PAL) in Deutschland Abschaltung terrestrisches Fernsehen, Beginn digitales Fernsehen 2012 Abschaltung analoges Satellitenfernsehen 1984 Beginn der HDTV Entwicklung ca. 40 Jahre ca. 25 Jahre 2010 Einführung des HDTV Regelbetriebs

4 Voraussetzungen HDTV: - Keine großen Fernseher UHD-TV: - Große Fernseher vorhanden - Keine digitale Übertagung - Übertagungswege vorhanden - Deutlich sichtbare Qualtiätsunterschiede (PAL Komponenten Analog Digital Auflösung x 2,2 (5) - Deutlich sichtbare Qualtiätsunterschiede? Auflösung x 4 4

5 AGENDA - örtliche Auflösung 5

6 SEHVERMÖGEN DES AUGES Auge 1 Winkelminute (60cpd)

7 SEHBEREICH DES AUGES

8 BERECHNUNG DER AUFLÖSUNG w hmin δ = 1Bogenminute (1/60 0 ) h Betrachtungswinkel α d Zeilenzahl Z = h/hmin = h / (2d x tan(δ/2))

9 Bildschirmauflösung Bildschirmdiagonale (Zoll) UHD2 (8k) UHD1-(4k) 1080p i25 720p50 SDTV Bildschirmauflösung SDTV 720p i p50 UHD1 (4k) UHD2 (8k) (m) Betrachtungsabstand 9

10 SICHTBARKETTSGRENZE

11 AUSWIRKUNG DER AUFLÖSUNG 11 J.Vieron 2012 SMPTE technical conference

12 EMPFINDEN DER REALITÄT - AUFLÖSUNG Auflösung (cpd) Masaoka, NHK NAB

13 SUBJEKTIVES EMPFINDEN DER AUFLÖSUNG 1080p 4k 8k Sugawara: EBU-DVB Workshop London

14 AGENDA - zeitliche Auflösung 15

15 HIGH FRAMERATES (HFR) 6h Sichtbarer Bewegungswinkel

16 HIGH FRAMERATES (HFR) Ca. 2-fache Bildgröße Sichtbarer Bewegungswinkel 6h 3h Bei gleichem Bildinhalt größerer Bewegungswinkel! Auge reagiert empfindlicher! ( Hz erforderlich) SDTV HDTV

17 AUSWIRKUNG DER BEWEGUNG SDTV Diagonale=30 HDTV Diagonale= 68 UHD-1 (4k) Diagonale=135 6h 3h 1,5h Betrachtungs- Abstand = 2,7m

18 BEWEGUNGSUNSCHÄRFE (SCHWENK) Folie 19

19 HFR Die 100 (200..)Hz Technik bei den Fernsehern interpoliert zeitliche Zwischenbilder, bei Schwenks kann die Unschärfe nicht verhindert werden! 20

20 HFR Die 100 (200..)Hz Technik bei den Fernsehern interpoliert zeitliche Zwischenbilder, bei Schwenks kann die Unschärfe nicht verhindert werden! Bei ruhender Kamera und bewegten Objekten: SDTV: Auge kann der schnellen Bewegung nicht folgen, daher werden bewegte Objekte nicht scharf wahrgenommen. Aber: Bei größeren Bildschirmen und kleinerem Betrachtungsabstand fällt das Auge in die Bewegung des Objektes ein: Objekt steht daher für den Betrachter still, Hintergrund bewegt sich! Höhere Framerate = höhere Datenrate???? 21

21 HFR 46 Comparison JSVM fps and GOP size 44 PSNR / db JSVM 150 Hz GOP 64 JSVM 100 Hz GOP 32 JSVM 100 Hz GOP 64 JSVM 50 Hz GOP 16 JSVM 50 Hz GOP 32 JSVM 50 Hz GOP data rate / Mbit/s 22

22 HFR Die 100 (200..)Hz Technik bei den Fernsehern interpoliert zeitliche Zwischenbilder, bei Schwenks kann die Unschärfe nicht verhindert werden! 75% Bei ruhender Kamera und bewegten Objekten: SDTV: Auge kann der schnellen Bewegung nicht folgen, daher werden 60% bewegte Objekte nicht scharf wahrgenommen. 45% 30% 15% Aber: Bei größeren Bildschirmen und kleinerem Betrachtungsabstand fällt das Auge in die Bewegung des Objektes ein: 1080p Objekt steht daher für den Betrachter still, Hintergrund bewegt sich! Höhere Framerate = höhere Datenrate????

23 Tests HFR Perceptible limit Acceptable limit Accumulation time 1/320sec Quelle NHK 24

24 AGENDA - Dynamik Auflösung 25

25 HÖHERE DYNAMIKAUFLÖSUNG Log cd/m Sterne Mondlicht Lampe Sonnenlicht Sichtbarer Bereich Wiedergabe 10bit sind nicht genug! Quelle: DCI SMPTE DCS2011

26 HIGH DYNAMIC RANGE Scott Daly, dolby, NAB

27 HIGH DYNAMIC RANGE Moderne Kameras lösen mehr als 10bit auf (z.b. ARRI ALEXA RED Epic und SONY F65) In der Nachbearbeitung entscheiden, was gezeigt werden soll: Quelle: gohdr

28 AGENDA - Farb- Auflösung 29

29 FARBRÄUME VON NATÜRLICHEN BILDERN Sugawara: EBU-DVB Workshop London

30 FARB-STANDARDS Sugawara: EBU-DVB Workshop London

31 AGENDA - UHD - Formate 32

32 UHD-1 (4K)

33 4K FERNSEHER Toshiba 3840 x 2160 Auflösung 4 x HD 84 / 72 / 60 Samsung Ankündigungen von: Sharp Sony Panasonic

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35 4K Kameras

36 UHDTV PARAMETER REC 2020 Sugawara: EBU-DVB Workshop London 2013

37 ULTRA-HIGH RESOLUTION TV (Quelle: NHK)

38 ULTRA-HIGH RESOLUTION TV NAB Chip Kamera 120Hz

39 ULTRA-HIGH RESOLUTION TV NAB 2013 Prototyp Kamera mit 60Hz

40 ULTRA-HIGH RESOLUTION TV-SOUND Kanäle

41 OBJEKT ORIENTIERTES AUDIO Ton Szene Wahrnehmung Hör- Szene Reproduktion Beschreibung virtuelle Szene

42 UHDTV AUDIO Okubo, Hiroyuki; Sugimoto, Takehiro; Oishi, Satoshi; Ando, Akio A Method for Reproducing Frontal Sound Field of 22.2 Multichannel Sound Utilizing a Loudspeaker Array Frame von der 133rd AES Convention

43 ULTRA-HIGH RESOLUTION TV ROADMAP

44 DATENRATE IN GBIT/S Format 4:2:2 (8bit) 4:2:2 (10bit) SDTV 720x576i/25 0,166 0,207 HDTV 1280x720p/50 0,737 0, x1080i/25 0,829 1, x1080p/50 1,659 2,074 UHD x2160p/50 6,636 8,294 (3840x2160p/100 13,271 16,589) 3840x2160p/120 15,925 19,907 HD-SDI 3G 4x HD-SDI 3G 40 GbE UHD x4320p/60 31,850 39, x4320p/120 63,701 79, GbE 45

45 AGENDA - HEVC Codierung 46

46 ÜBERBLICK HEVC Joint Collaborative Video Team gegründet im Januar 2010 Final Specs im Jan 2013 High Efficient Video Coding HEVC Effizienz Faktor 2 gegenüber AVC Komplexität des Decoders ca. 3x AVC Struktur ähnlich AVC aber verbesserte Tools, z.b.: - verbesserte motion vector prediction (1/4pel,unterschiedliche Blockgrößen) Quelle: JCTVC-A114

47 HEVC AVC EBU-DVB Workshop London 2013

48 ÜBERBLICK HEVC - verbesserte Intra prediction (32 Modi) Q A B C D E F G H I a b c d J e f g h K i j k l L m n o p M N O P 3 AVC HEVC Quelle: JCTVC-A114

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50 GEWINN DURCH HEVC EBU-DVB Workshop London 2013

51 HEVC vs AVC HEVC AVC Poly. (HEVC) Poly. (AVC) Mbit/s 52

52 HEVC PROFILES & LEVELS EBU-DVB Workshop London 2013

53 AGENDA -Fazit 54

54 FAZIT UHD-TV kommt! Zunächst in 4k/50p! Aufnahme Interfaces Post Verteilung Interfaces Displays 4k Kameras verfügbar Live-Interfaces fehlen 4x 3G für 50/60p Workaraound Produkte fehlen (Codecs >200Mbt/s teilweise vorhanden) Prizipiell vorhanden DVB Bandbreite? HDMI 2.0 für 50/60p angekündigt 4k Displays verfügbar nur 50/60p

55 Das war s Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 56