Medien- Technik. Videotechnik

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Irma Fürst
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1 Videotechnik 1

2 Optimaler Sehabstand Winkel < 1/60 Europa 625 / 50 / 2:1 USA 625 / / 2:1 HDTV 1125 / 60 / 2:1 Seitenverhältnis 4:3 trad. 16:9 HDTV Bildwiederholrate muß bei hellem Umfeld höher sein Kino: 2*24 Computer: >70! 2

3 d = 70cm 3 z = 70 / 576 cm = 0,73 mm 5 a = 3,6d = 2,50m Minimaler Betrachtungsabstand h Höhe einer Bildzeile: d b 1/60 a=betrachtungsabstand b : h h a = c cos z = c sin 2 z sin = 2a cos a = 4 : 3 b = h b 16 9 h h = 2 2 h 3 5 ( 1/120 ) ( 1/120 ) = 2 = ( 1/120 ) = ( 1/120 ) ( ) = z / 2 tan 1/120 a 3437z 3,6d d d d = 2 2 d h ( ) tan 1/120 z 3

4 NTSC/Pal-Zeilen-Signal Videosignal nach CCIR Weiß Zero-H H-Sync 52λs 4,7μs PAL: 64λs bezeichnet die Codierung des Farbsignals ebenso NTSC 1/625*50/2 Bild- Austast- Synchron Signal CCIR = Committee Consultatif International des Radio-Communications, jetzt ITU 4

5 2. 1. BR Breiter V-Sync-Impuls halbe Zeilenzeit-4,7λs EQ halbe Dauer von H-Sync Bild beginnt mit halber rechter Zeile! EQ = Ausgleichsimpuls 5

6 RS-170A CCIR Einheit Zeilen/Bild Zeilen Zeilen/Halbbild Zeilen darstellbare Zeilen/Bild Zeilen darstellbare Zeilen/Halbbild Zeilen vordere Schwarzschulter/Halbbild Zeilen Vert. Synchronisations Pulsbreite/Halbbild Zeilen Ausgleichspulsbreite 2.3± ± 1 µs hintere Schwarzschulter/Halbbild Zeilen Vertikaler Zeilenrücklauf/Halbbild Zeilen Zeilen-Frequenz KHz Dauer einer Zeile µs Dauer des Zeilenrücklaufs 10.9 ± ± 0.3 µs vordere Schwarzschulter (Zeile) 1.5 ± ± 0.3 µs Horizontale Synchronisations Pulsbreite 4.7 ± ± 0.2 µs hintere Schwarzschulter (Zeile) µs Dauer des aktiven Videosignals einer Zeile µs Bandbreite , 5.5, 6.0 MHz Effektive horizontale Auflösung Pixels Ausgangsspannung Vss Video Spannung Vss Synchronisations Spannung Vss Impedanz ohm 6

7 Berechnung der horizontalen Auflösung, Bandbreite 4 Zeilenfrequenz 625*25= : 3 = x : : 3 = y : Y=833 X=768 Bandbreite Nutzbild : 768 Pixel alternierend S/W =768/2 Farbwechsel =384 Hz 384*576*25 = 5,53 MHz Bandbreite Gesamtbild 833 Pixel alternierend S/W =833/2 Farbwechsel = 417 Hz 417*625*25 = 6,51 MHz 7

8 HDTV 720 Zeilen Berechnung der horizontalen Auflösung, Bandbreite : 9 = x : Zeilenfrequenz 625*25=15625 X=1280 Bandbreite Nutzbild : 1280 Pixel alternierend S/W =640 Farbwechsel =640 Hz 640*720*25 = 11,52 MHz 8

9 Zusammenfassung PAL-SW 50/2 Bilder pro Sekunde, interlaced 625 Zeilen, davon 575 sichtbar Horizontale Zeilenfrequenz 625*25 =15625 Digitale Auflösung Einzelbild: 768*576 Digitale Auflösung Gesamtbild 833*625 Bandbreite = 6,51 MHz Tonträger bei 6,75 MHz Kanalbreite 8 MB 9

10 Übersicht Bildauflösungen 10

11 HD ready Mindestanforderungen Native 16:9 Auflösung mit mind. 720 Zeilen mind. 1 Eingang für YPrPb-Signal Mind. 1 HDCP-verschlüsselungsfähigen Eingang (DVI bzw. HDMI) Über beide Eingänge Vollbilder 1280*720 mit 50 oder 60 Hz Und Halbblider von 1920*1080 mit 50 oder 60 Hz 11

12 Farbbild GBR-Signal (Studiotechnik) (3-) Komponentensignal 12

13 RGB->YUV Y = * R * G * B U = * R * G + 0.5* B V = 0.5 * R * G * B YUV -> RGB R = 1 * Y + 0 * U * V G = 1 * Y * U * V B = 1 * Y * U + 0 * V Y' = 219/255 * Y + 16 Cb = 224/255 * U +128 Cr = 224/255 * V

14 Farbbild YC R C B Falsch! NTSC (3-) Komponentensignal 14

Komponentensignal YC B C R Y = Luma, Y =gamma-korrigiertes Luma Y = 0.299R +0.587G +0.114B (R601) Y = 0.212R +0.701G +0.087B (SMPTE 240M) Y = 0.2125R +0.7154G +0.

15 Komponentensignal YC B C R Y = Luma, Y =gamma-korrigiertes Luma Y = 0.299R G B (R601) Y = 0.212R G B (SMPTE 240M) Y = R G B (R709) Im Sender Im TV-Gerät Gamma-Korrektur vor dem Senden R 709 (TV,PAL) R = 1.009R G = 1.009G B = 1.009B SMPTE240M (HDTV) R = 1.115R G = 1.115G B = 1.115B

16 Chroma+Luma = Composite Signal Chroma -Signal (Quadratur-Modulation) C = U cos 2π f t+ V sin 2π f t sc sc f SC : Farbträgerfrequenz, 4,43 MHz bei Pal (3,51 MHz NTSC) U = *(B -Y 601 ) V = *(R - Y 601 ) Spektrum U, V, C 16

17 Spektrum eines Fernsehbildes (Vielfache der Zeilenfrequenz f H ) NTSC = MHz Formel für Farbträgerfrequenz bei PAL: = MHz Minimierung des Hannover bar Effektes 17

18 3 Video-Signal-Typen BAS Bild, Austast- und Synchronsignal = Composite-Signal Kompontensignal (GBR oder YCC) S-Video: Chroma- und Luma getrennt 18

19 Farbreduktion ITU Jpeg RGB 4:4:4 YC B C R 4:4:4 YC B C R 4:2:2 YC B C R 4:2:0 YC B C R 4:1:1 R 0 R 1 Y 0 Y 1 Y 0 Y 1 Y 0 Y 1 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 R 2 R 3 Y 2 Y 3 Y 2 Y 3 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 G 0 G 1 C B0 C B1 C B01 C B0123 C B0123 G 2 G 3 C B2 C B3 C B23 C B4567 B 0 B 1 C R0 C R1 C R01 C R0123 C R0123 B 2 B 3 C R2 C R3 C R23 C R

4f SC -Sampling Sample-Frequenz = 4*Farbträger-Frequenz 14.

Video-Signalen Gesucht: Gemeinsame Samplerate für PAL und NTSC Vielfaches der

20 4f SC -Sampling Sample-Frequenz = 4*Farbträger-Frequenz MHz (NTSC) (D-2) 768 Pixel pro Zeile einfache Farbdekodierung Composite Sampling von Video-Signalen Gesucht: Gemeinsame Samplerate für PAL und NTSC Vielfaches der Zeilenfrequenzen 525*29,94 und 625*25 Lösung: n*2,25 MHz, n=6, 13,5 MHz Luma NTSC Y C R C B 4:2:2 Komponentensignal Sync on Green 20

21 Six-o-one Medien- PAL digital: ITU 601 PAL Luma 4:2:2 Komponente 4*f SC -Sampling Composite parallel BNC bitseriell Mbit/s 21

22 PAL digital: Datenmenge Pro Bild: 720*576 Pixel = Pixel 25 Bilder Pro sec Pixel Volles Bild Für jede Komponente (GBR oder YCC) ein solches Bild: 4:4:4-Sampling 3* Byte/s bei 8 Bit Sample-Tiefe Im Studio: 10 Bit Sample-Tiefe: + 25 %! Byte/s 31,104 MByte/s 248,832 MBit/s 1MB=1000*1000 Byte 22

23 PAL digital: Datenmenge Pro Bild: 360*576 Pixel = Pixel 25 Bilder Pro sec Pixel Halbe horizontale Auflösung Y als Vollbild, CR, CB als Teilbild 4:2:2-Sampling 2* Byte/s bei 8 Bit Sample-Tiefe Byte/s 20,736 MByte/s 165,888 Mbit/s 23

PAL digital: Datenmenge Pro Bild: 360*288 Pixel = 103.680 Pixel 25 Bilder Pro sec 2.592.

24 PAL digital: Datenmenge Pro Bild: 360*288 Pixel = Pixel 25 Bilder Pro sec Pixel Halbe horizontale und vertikale Auflösung Y als Vollbild, CR, CB als Teilbild 4:2:0-Sampling Byte/s +2* Byte/sec Byte/s 15,552 MByte/s 124,416 Mbit/s 24

25 Übungsaufgabe Berechnen Sie den Datenstrom für das PAL 4f SC Sampling! Eine Bildzeile 948 Pixel 25

26 26

27 Trägerfrequenzen 27

28 Vorlesung Medientechnik WS 2006/7 Dr. Manfred Jackel Institut für Informatik Universität Koblenz-Landau Postfach Koblenz Manfred Jackel WWW: mtech.uni-koblenz.de Literatur zu diesem Kapitel Hyperlinks zu diesem Kapitel Grafik-Quellen 28

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