Grundlagen Videosignale. Prof. Dr. Ing. Marcus Purat

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Grundlagen Videosignale. Prof. Dr. Ing. Marcus Purat"

Waldemar Adenauer
vor 8 Jahren
Abrufe

1 Grundlagen Videosignale Prof. Dr. Ing. Marcus Purat Beuth Hochschule fürtechnik Berlin Sommersemester 2012

2 Grundlagen Videosignale 1. Visuelle Wahrnehmung n 2. Analoge Videosignale 3. Digitale Videosignale Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 2

3 Grundlagen Videosignale Visuelle Wahrnehmung Wh h

4 Bilder / Bildfolgen (Video) Licht: Elektromagnetische Welle im sichtbaren Spektrum Wellenlängen: 380nm (violett) bis 780 nm (rot) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 4

5 Augenaufbau (von oben) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 5

6 Aufbau der Retina / Fotorezeptortypen Lichtempfindliche Nervenzellen (Zapfen / Stäbchen) wandeln Lichtintensität in Nervenimpulse um Verteilung von Zapfen und Stäbchen [Quelle: Bilddatenkompression, Strutz] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 6

in Nervenimpulse um Verteilung von Zapfen und Stäbchen

7 Fotorezeptoren Normierte farbabhängige Empfindlichkeit der verschiedenen Fotorezeptoren Zapfen Typ M Grün (ca. 33% aller Zapfen) Zapfen Typ L Gelb Rot (ca. 65% aller Zapfen) Zapfen Typ S Violett Blau (ca. 2% aller Zapfen) z. Vgl. Stäbchen (Rods) [Quelle: Wikipedia] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 7

33% aller Zapfen) Zapfen Typ L Gelb Rot (ca.

8 Farbwahrnehmung CIE Normfarbtafel, 1931 G Mit RGB darstellbarer Farbbereich Jeder Punkt repräsentiert eine von normalen Beobachtern wahrnehmbare Farbe Alle Farben zwischen zwei Punkten sind durch Mischen der Farben der Endpunkte möglich ölih Alle Farben innerhalb eines Dreiecks sind durch MischenderFarben der Eckpunkte möglich R B x (rot, 700 nm) y (grün, 546,1 nm) z (blau, 435,8 nm) x+y+z= ++ 1 (konst. Intensität) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 8

Endpunkte möglich ölih Alle Farben innerhalb eines Dreiecks sind durch MischenderFarben der Eckpunkte möglich R

9 RGB Farbraum Darstellbare Farben im RGB Farbraum Additive Farbmischung (Lichtfarben) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 9

10 CMY Farbraum Magenta = (1 Green) Yellow = (1 Blue) CMYK: CMY+Black Cyan = (1 Red) Darstellbare Farben im CMY Farbraum Subtraktive Farbmischung (Pigmentfarben) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 10

11 Farbmischung Additiv (RGB / Lichtfarben) Subtraktiv (CMY / Pigmentfarben) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 11

12 HSI / HSV Farbraum [Gonzalez, Woods] Hue: Farbton Saturation: Sättigung Intensity/Value: Intensität/Grauwert [Wikipedia] Entspricht menschlicher Farbwahrnehmung Umrechnung möglich Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 12

13 RGB HSI Farbraumumrechnung H = Θ B G 360 Θ : B > G : 1 [( ) ( )] 2 R G + R B Θ = arccos 2 ( R G ) + ( R B ) ( G B ) S =1 1 ( R, G B ) 3 min, R + G + B ( R + G B) 1 I = 3 + Quelle: [Gonzalez/Woods] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 13

14 RGB-HSI-Farbraumumrechnung RG Sektor: (0 H<120 ) H ' = H S cos( H ') B = I ( 1 S ) ( ) R = I 1+ G = 3I ( R + B) cos 60 H ' GB Sektor: H ' = H 120 (120 H<240 ) S cos( H ') R = I ( 1 S ) G = I 1+ B = 3I ( R + G) cos( 60 H ') BR Sektor: Sk (240 H<360 ) H ' = H 240 S cos ( H ' ) G = I ( 1 S ) ( ) B = I 1+ R = 3I ( G + B) cos 60 H ' Quelle: [Gonzalez/Woods] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 14

1+ B = 3I ( R + G) cos( 60 H ') BR Sektor: Sk (240 H<360 ) H ' = H 240 S cos ( H ' ) G = I ( 1 S

15 Grundlagen Videosignale Analoge Videosignale i

16 Zeilen Scan Orts Zeit Umwandlung: [Quelle: Multimedia Communication Technology, Ohm] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 16

17 Zeilen Scan Progressive Scan: Jede Bildzeile nacheinander scannen Interlaced Scan: Zeilen mit Zeilensprung scannen 2 Halbbilder (fields) für ein Vollbild (frame) [Quelle: Multimedia Communication Technology, Ohm] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 17

Halbbilder (fields) für ein Vollbild (frame) [Quelle:

18 Zeilen Scan Progressive Wiedergabe von interlaced Video Interlace Artifacts (Kämme) [Quelle: Internet] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 18

19 Analoges Videosignal s/w Videosignal (BAS, engl. VBS) Aktives Bild / Videosignal Sync Impuls Austastlücke (Blanking) [Quelle: Wikipedia] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 19

20 Farbsignale Luminanz (Helligkeit) und Chrominanz (Farbe): Vergleichbar HSI Modell Kompatibilität zum s/w TV Verarbeitung von Grauwertbildern bei Farbaufnahmen Sinnesorgan (Auge) für Luminanz empfindlicher Luminanz Y = R G B Unterschiedliche Darstellungen von Chrominanz YUV (PAL System) YIQ (NTSC System) YCbCr (Digitales Video) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 20

für Luminanz empfindlicher Luminanz Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.

21 Farbsignale YUV: U = (B Y), V = (R Y) U U=V=0: Y=R=G=B Grauwert (weiß schwarz) V YIQ vergleichbar, aber andere Skalierung Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 21

22 Farbsignale YCrCb: Anpassung des Wertebereichs der Chrominanzsignale an 8 Bit Darstellung Darstellungdurch geeignete Normierung und Offset. 0 Y Y U und V bzw Cr und Cb C B = (B Y), C R = (R Y) Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 22

23 Farbsignale RGB und YCrCb: Y R = 081 CR G CB B R Y G = B C Ah Achtung: R, G, B, Y unsigned d8 Bit (0 dez = x00, dez = 0xFF) C R, C B signed 8 Bit (offset binary) ( 128 dez = 0x00, 0 dez = 0x80, 127 dez = 0xFF) C R B Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 23

24 Analoges Videosignal Analoges Farb Videosignal (FBAS, YUV, CVBS, Composite) Farbsynchronisationsburst Chrominanzsignale mit QAM dem BAS Signal überlagert [Quelle: Internet] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 24

25 Analoges Videosignal Spektrum 1. Unteres Seitenband des einseitenbandmodulierten Fernsehsignals (mit Nyquistflanke) 2. Bildsignalträgerfrequenz 3. BAS Spektrum Spektrum 4. Chrominanz Spektrum (f C = f + 4, MHz mit unterdrücktem Träger) 5. Monosignal Tonträgerfreqeunz 6. Stereosignal Tonträgerfreqeunz [Quelle: Internet] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 25

26 Analoges Videosignal Alternative analoge Farb Videosignale: Component Video Y/C (S VHS) (2 Signale) RGB (3 Signale) YUV (3 Signale) YPrPb (3 Signale äquivalent zu YCrCb, analog)) Zusätzlich manchmal explizite Sync Signale (HSYNC/VSYNC), z.b. VGA Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 26

27 Fernsehsignalnormen PAL: 25 Hz Bildfolgefrequenz (50 Hz Halbbilder) 625 Zeilen pro Vollbild 576 sichtbare Zeilen NTSC: 30Hz Bildfolgefrequenz (60 Hz Halbbilder) 525 Zeilen pro Vollbild 480sichtbare Zeilen Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 27

28 Grundlagen Videosignale Digitale it Videosignalei

29 Digitalisierung des Videosignals Abtastfrequenz gemäß ITU601 = 13,5 MHz [Quelle: DVB, Reimers] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 29

30 Digitalisierung des Videosignals Parameter: Abtastfrequenz 13,5 MHz 8 Bit Quantisierung Subsampling der Chrominanzkomponenten möglich Format 4:4:4 keine Unterabtastung Format 4:2:2 Horizontale Unterabtastung, Faktor 2 Format 4:1:1 Horizontale Unterabtastung, Faktor 4 Format t420 4:2:0 Horiz./Vertikale Unterabtastung, t Faktor Fkt 2 A:B:C A: Luminanzwerte pro Zeile B: Chrominanzwerte in 1. Zeile C: Chrominanzwerte in 2. Zeile Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 30

31 Digitalisierung des Videosignals Chroma Subsampling: [Examples from Farbmodell] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 31

32 Digitalisierung des Videosignals Bildformate: QCIF: Bildtelefon / Mobile Video (ca. 4Mbps) CIF/SIF: Bildtelefon+, CD Video (ca. 30Mbps) ITU R 601: TV, DVD Video (ca. 165 Mbps) ITU R 709: HDTV (ca. 830 Mbps) [Quelle: Multimedia Communication Technology, Ohm] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 32

33 Digitale Videosignale [Quelle: DVB, Reimers] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 33

34 Digitale Videosignale [Quelle: Multimedia Communication Technology, Ohm] Prof. Dr. Ing. Marcus Purat 34

Ähnliche Dokumente

Grundlagen Videosignale

Grundlagen Videosignale Prof. Dr. Ing. Marcus Purat Beuth Hochschule für Technik Berlin Sommersemester 2016 Grundlagen Videosignale 1. Visuelle Wahrnehmung 2. Analoge Videosignale 3. Digitale Videosignale