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14 01.04.09 1 Kompression und Datenformate 1
15 08.04.09 2 Kompression und Datenformate 2
16 15.04.09 3 Kompression und Datenformate 3
17 22.04.09 4 Videotechnik 1
18 29.04.09 5 Videotechnik 2
19 06.05.09 6 Farbe
20 13.05.09 7 Medienarchitekturen 1
21 20.05.09 8 Medienarchitekturen 2
22 27.05.09 9 Authoring 1
23 03.06.09 10 Authoring 2
24 10.06.09 11 Audio
25 17.06.09 12 Mediendesign
26 24.06.09 13 Multimedia XML 1
27 01.07.09 14 Multimedia XML 2
28 08.07.09 15 Mobile Multimedia
29 15.07.09 16 Fazit, Konsultationen
Seite 2
14 01.04.09 Bildbearbeitung 115 08.04.09 PS
16 15.04.09 Bildbearbeitung 217 22.04.09 PS
18 29.04.09 Videobearbeitung 119 06.05.09 FCP
20 13.05.09 Videobearbeitung 221 20.05.09 FCP
22 27.05.09 Virtual Reality23 03.06.09 QTVR-Authoring
24 10.06.09 Authoring 125 17.06.09 Flash
26 24.06.09 Authoring 227 01.07.09 Flash
28 08.07.09 Multimedia XML29 15.07.09 RSS, Podcast, SMIL
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Seite 3
Seite 4
Seite AGENDA 6
Analoges Video- Videosignal- Fernsehstandards und Dialekte- Composite-, Y/C-, YUV und RGB-Signale- VHS, S-VHS, Video8, Hi8, Betacam SP
Digitales Video – Normen und Formate- Digitalisierungsverfahren- D1..D6, BetaCam, Digital Betacam, - DV & Co.- MPEG2 basierte Formate- HDCAM, HDV
Digitale Video-Signalübertragung- SDI, SDTI, HD-SDI- HDMI, DVB, IPTV
Seite Übersicht Analoges Video 7
Interlaced RasterZeilensprungverfahrenVideosignal-AufbauAustastlückenSynchronimpulsFernseh-Dialekte: NTSC, PAL, SECAM & Co.Farbvideo-Signale: Composite-, Y/C-, YUV und RGBVideoformate: VHS, S-VHS, Video8, Hi8, Betacam SP
Seite Analoges Video • Interlaced 8
Ein Interlaced-Raster-System besteht aus zwei ineinander-greifenden Einzelbildern. Diese Methode, auch Zeilensprung-Verfahren genannt, wurde eingeführt, um die Videobandbreite bzw. die Bildwiederholrate möglichst klein zu halten.
Ein Bild das nur 30-mal pro Sekunde neu geschrieben wird, fängt an vor dem menschlichen Auge zu zittern (Flicker). Beim Interlaced-Verfahren ist die Vollbild-Wiederholrate nur 25Hz (bzw. 30Hz).
Durch den Aufbau der ineinander verzahnten Halbbilder mit der doppelten Frequenz wird das Auge jedoch getäuscht.
Seite Analoges Video • Interlaced 9
Das erste Halbbild beginnt mit den Zeilen 1, 3, 5 usw.. das zweite Halbbild füllt die Zeilen 2, 4, 6 usw.
Heute bestehen die Bandbreite-Probleme nicht mehr, zudem möchte man die zeitliche Verzerrung der Einzelbilder vermeiden, weshalb das Interlaced-Verfahren bei neueren Anzeige-Standards nicht mehr angewendet wird.
Seite Analoges Video • Interlaced 10
Setzt man Halbbilder zu Vollbildern zusammen, entstehen unansehnliche Strukturen. Wer Halbbilder auf Computerbildschirmen darstellen will, muss mit Qualitätseinbußen rechnen.
Seite Analoges Video • Interlaced 11
Qualitätsverluste:- Grafikhardware setzt einfach die Halbbilder zu Vollbildern zusammen- Interpolation 25Hz/50Hz des Videos auf 75Hz des Computerbildes
Zur Beurteilung von Videomaterial: Video- bzw. TV-Monitor unerläßlich!
Seite Analoges Video • Zeilensprungverfahren
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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Seite Analoges Video • Videosignal
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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Seite Analoges Video • Austastung 14
25 Bilder/s (Europa)= Bilddauer 40ms (vertikale Periodendauer TV)
625 Zeilen, d.h. Zeilendauer (horizontale Periodendauer) TH=64μs, entspricht 15,625 kHz- Austastlücken: Abschaltung (Austastung) des Kathodenstrahls
für den Rücksprung- 12μs horizontaler Zeilenrücksprung- 1,6ms vertikaler Zeilenrücksprung
Seite Analoges Video • Austastung
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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Seite Analoges Video • Austastung
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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25 Zeilen pro Halb-bild ist der Strahl ausgeschaltet, d.h. von 625 Zeilen sind nur 575 nutzbar.
Seite Analoges Video • Synchronimpuls
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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Gleichlauf bei der Übertragung wird durch negative Synchronimpulse in der Austastlücke realisiert.
Seite Analoges Video • Fernseh-Dialekte 18
NTSC (National Television System Commitee, 1953)- Zwei Farbinformationen als Modulation eines Trägersignals
innerhalb des Frequenzbandes für die Helligkeitsinformation - 525 Zeilen- 29,97 Frames per second (fps, Vollbilder) - 59,94 Fields per second (60 Hz, Halbbilder)
Seite Analoges Video • Fernseh-Dialekte 19
PAL (Phase Alternation Line, 1967)- Modifikation von NTSC:
Zeilenweise Phasenänderung der Farbträgersignale,dadurch störungsärmer
- 625 (576) Zeilen- 25 Frames per second (fps, Vollbilder) - 50 Fields per second (50 Hz, Halbbilder)
Seite Analoges Video • Fernseh-Dialekte 20
SECAM (Séquentiel Couleur à Mémoire)- PAL sehr ähnlich:
Farbsignal wird anders auf das Luminanzsignal aufmoduliert. Sequentielle Übertragung der Farbsignale.
- s/w -Darstellung mit PAL-Empfänger- 768 x 625 (576) Pixel (Breite x Höhe)- 25 Frames per second (fps, Vollbilder)- 50 Fields per second (50 Hz, Halbbilder)
Seite
Format Zeilen Frequenzin Hz
SubcarrierFrequenz inMHz
Land Bemerkung
NTSC-M 525 60 3,58 USA, etc.NTSC-Japan 525 60 3,58 JapanPAL-B 625 50 4,43 vielePAL-D 625 50 4,43 ChinaPAL-G 625 50 4,43 vielePAL-H 625 50 4,43 BelgienPAL-I 625 50 4,43 GroßbritannienPAL-M 525 60 3,58 BrasilienPAL-N 625 50 4,43 Paraguay, UruguayPAL-Ncombination
625 50 3,58 Argentinien
PAL-60 525 60 4,43 China CD-VideoplayerNTSC (4.43) 525 60 4,43 Spezial-AnwendungenSECAM 625 50 4,406/4,25 Osteuropa, Frankreich
Analoges Video • Fernseh-Dialekte 21
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 22
Anforderung an analoges Farbvideosignal: - kompatibel zum analogen s/w Videosignal - keine größere Bandbreite
Deshalb: - keine direkte RGB-Codierung.- Teilung in Helligkeits- (Luminanz Y )
und Farbdifferenzsignal (Chrominanz C).- Chrominanzsignale werden auf die
Farbhilfsträgerfrequenz (4,4 MHz bei PAL) aufmoduliert.
Effekt: Wegfall der Chrominanz ergibt s/w-Signal.
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 23
Der wesentliche Unterschied ist die Anzahl der verwendeten Leitungen und die damit einhergehende Codierung der Videosignalbestandteile, Farb-, Helligkeits- und Synchron-Signal.
Das Compositesignal vereinigt alle Signale auf einer abgeschirmten Leitung, es wird auch FBAS- (Farb-Bild-Austast-Synchron-) Signal genannt.
Zur Kontaktierung des Composite-Signals wird die robuste BNC-Verbindung oder der gelb eingefärbte Cinch-Stecker verwendet.
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 24
Das Y/C-Signal (auch S-Video oder Komponentensignal) kennt zwei Leitungen,eine ( Y ) transportiert die Helligkeitsinformation und das Synchronsignal, die andere (C) überträgt die Farbinformation, wie sie auch im FBAS-Signal enthalten ist.
Durch die Trennung der Farbe (Chrominance) von der Helligkeit (Y = Luminance) werden Interferenzen zwischen beiden Signalen vermieden. Die Auflösung, die Bildschärfe und auch die Farbwiedergabe ist besser im Vergleich zum Composite-Signal.
Neben dem abgebildeten Y/C-Steckverbinder werden vor allem RCA-(Cinch-)Steckverbinder für Y/C-Signale verwendet.
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 25
Seite
Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B
Analoges Video • Farbvideo-Signale 26
Seite
(G - Y) = - 0,51 (R - Y) - 0,19 (B - Y)
Analoges Video • Farbvideo-Signale 27
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 28
Die beste Übertragungsqualität wird beim Transport der Bildinformation mit drei Leitungen RGB erreicht.
Hier überträgt jede Leitung eine der drei Grundfarben (Farbkomponenten). Ein Farbhilfsträger wird nicht benötigt, daher ist die Decodierung unkritisch, die Bildschärfe und Farbwiedergabe ist am Besten.
Zur Vermeidung einer vierten Leitung wird meist das Synchronsignal in die Grünkomponente integriert.
Zur Kontaktierung am TV-Monitor wird oft die Scartbuchse verwendet.
Seite Analoges Video • Farbvideo-Signale 29
Seite Analoges Video • Videoformate 30
VHS: - Entwicklung von JVC, 1976 vorgestellt- 1/2“ Kassetten bis 240min- FBAS mit verlegtem Chrominanzsignal (Colour Under Aufzeichnung)- 240 Linien Vertikalauflösung
S-VHS: - Verbesserte Qualität durch höhere Luminanz-Bandbreite.- Dadurch bessere Kopierqualität, auch über mehrere Generationen.- Getrennte Führung von Y/C-Signal aber FBAS-Aufzeichnung!
Wegen ihrer enormen Verbreitung wohl noch einige Jahre in Verwendung
Seite Analoges Video • Videoformate 31
Video8: - Amateur-Format von vielen Herstellern entwickelt- Ähnlich wie VHS, vor allem für Camcorder- 1984 vorgestellt- 8mm-Bandbreite
Hi-8:- höhere Qualität durch separate Führung des Farbsignals wie bei
S-VHS (Luminanz noch besser als S-VHS)- Camcorder-Bandformat mit der größten Verbreitung
Seite Analoges Video • Videoformate 32
1988 vorgestellt (Sony, Ampex, Thomson, BTS)Weltweit dominierendes professionelles Analog-FormatKomponentenaufzeichnung (Farbqualität!)Timecode-Unterstützung1/2“ Bandbreite, 2 Kassettengrößen (L/S mit 32min/108min Spielzeit)Volle PAL-Auflösung mit 500 Linien vertikalVier Audiospuren (50Hz ... 15kHz) digital (!)Unterstützung für Dolby C, PCMIn den 90er Jahren wurden mit der Einführung von Betacam SP (oder dem Konkurrenzformat Panasonic MII) viele Studios für Komponentensignalverarbeitung umgestellt(3-fach Verkabelung BNC).
Seite Übersicht Digitales Video 33
Seite Digitales Video • CCIR601 34
CCIR: International Radio Consultative Committee. wurde durch ITU abgelöst. CCIR601 heißt heute ITU-R BT.601 behandelt die Konvertierung der YUV Signale in ein digitales Format über die Definition der Abtastraten der analogen Signale.Y-(Helligkeits-) Werte werden mit doppelt so hoher Frequenz wie U/V- (Farb-) Signale abgetastet. - 4:2:2 Abtastung bei einer Grundfrequenz von 3,375 MHz,
d.h. 13,5 MHz Luminanz- und jeweils 6,75 MHz Chrominanzabtastung).
D1 Aufzeichnung auf 19mm(3/4“)-Metalloxyd-Band.
Seite Digitales Video • D1 35
752 x 576 rechteckige Pixel; 4:2:2 Abtastung, ~ 21,6 MB/s für Videodaten.Abtastrate Audio 48KHz bei 16 bis 20 Bit Oversampling.Gesamt-Datenrate rund 27 MB/s.
Seite Digitales Video • CCIR601 36
Doppelt so viele Luminanzabtastungen (Samples) wie Chrominanzabtastungen je Zeile.Daher resultiert die Bezeichnung 4:2:2. Zu je 2 Chrominanzsamples gibt es 4 Luminanzsamples.In der PAL Standardisierung bei 13,5 MHz 4:2:2 wird eine Zeile genau 864 mal auf Luminanzwerte abgetastet und 432 mal auf Chrominanz (siehe nächste Folie).Bei PAL (wie auch bei NTSC) existieren aber nur 720 aktive Luminanz- und 360 aktive Chrominanz-Samples pro Zeile.Der Rest wird für andere Informationen verwendet (Digitale Austastlücke).
Seite Digitales Video • CCIR601
Quelle: Schmidt, U. Professionelle Videotechnik, Springer 2000
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Seite Digitales Video • CCIR601 38
Voriges Beispiel: Abtastung mit 13,5 MHz, 4:2:2 an einer PAL-Zeile (720 bzw. 864 Samples).
Das ganze wird nun für jede der 625 PAL-Zeilen ausgeführt. Die daraus resultierende Datenmenge beträgt ungefähr:
(864 + 2 * 432)* 8Bit * 625 ~ 8,24 MBit je Bild.
Seite Digitales Video • CCIR601 39
System 18MHz 4:2:2 18MHz 4:4:4 13,5MHz 4:2:2 13,5MHz 4:4:4 PAL 1152/576 1152/1152 864/432 864/864 NTSC 1144/572 1144/1144 858/429 858/858
* 18 MHz für HDTV Anwendungen mit höherer horizontaler Auflösung* 13,5 MHz für normale TV Anwendungen* 4:2:2 bei normaler Farbauflösung* 4:4:4 bei erhöhter Farbauflösung
Seite Digitales Video • D2 und D3 40
D2 setzt FBAS (Composite-Signal) digital um- 3/4“-MP-(Metallpartikel-)Band - Von Ampex entwickelt, von Sony übernommen - Bandgeschwindigkeit bei D2 niedriger als bei D1- Dadurch längere Aufzeichnungskapazitäten pro Band- Datenrate bei etwa 19 MB/s
D3 als Konkurrenzstandard von Panasonic- Weitgehend ähnlich zu D2- 1/2“-MP-Band (Kleinere Kassettengröße)
(D3-Cassetten können auch auf D5-Maschinen abgespielt werden)
! Bei D2 und D3 wird das analoge Signal nicht in Luminanz und Chrominanz umgewandelt und dann digitalisiert, sondert direkt das FBAS-Signal digitalisiert.
Nachteil: Es ist qualitativ etwas schlechter als D1.
Seite Digitales Video • D5, DigiBeta 41
Digital Betacam als Sony-Folgeentwicklung- Komponentensignal wie bei D1 (CCIR 601)- Abwärtskompatibel zu Betacam SP, 608 Zeilen- Datenkompression 2:1 mit DCT (108,9 Mbit/s)
D5 als Konkurrenzformat von Panasonic- 1/2-Zoll-MP-(Metallpartikel-) Band. - Das System arbeitet ohne Daten-Kompression- Abwärtskompatibel zu D3
Seite Digitales Video • DV 42
Gilt als Amateurverfahren mit professionellem AnspruchErheblich bessere Bildqualität als S-VHS oder Hi-8CCIR601 KomponentensignalFarb- und Datenreduktion- 4:2:0 (PAL): Jede zweite Chrominanz-Zeile unberücksichtigt- 4:1:1 (NTSC): Nur 1/4 horizontale Chrominanzauflösung- Datenrate bei nur 3,2 MB/s
Ton mit 48 kHz/44 KHz bei 16 Bit oder 32 KHz bei 12bit576 Zeilen aufgezeichnet
Seite Digitales Video • DV 43
DCT 5-fach Datenkompression- 25 Mbit/s statt 125 Mbit/s- + Zusatzdaten, Fehlerredundanz, Audio
= 42 MBit/s Gesamtdatenrate
DV Kompression basiert auf Einzelbildern (!)(nicht wie bei MPEG-2 »I/B/P-Frame«)Von EBU standardisiert; mehr als 60 HerstellerDurch IEEE1394 (FireWire, iLink) Verbreitung unterstützt- verbindet Videogeräte und Computerwelt mit 400 Mbit/s- Video-, Ton- und Steuerinformationen auf einem bidirektionalen Kabel
(4 Datenleitungen) (näheres in der 2. Video-Vorlesung)
Varianten: DVCAM, miniDV, Digital8, DVCPRO, Digital Betacam
Seite Digitales Video • MPEG2-Formate 44
Betacam SX (D7)- I/B/P-Frames codiert (Bearbeitung problematisch)- Abwärtskompatibel zu Betacam SP (1/2“ 184/90/60min) - 10:1 Kompression / 18 Mbit/s
IMX (D10)- Ausschließlich in i-Frames codiert (Bearbeitungsmöglichkeiten!)- Abwärtskompatibel zu Betacam SP (1/2“ 220/72min) - 3,3:1 Kompression / 50 MBit/s
MicroMV- Consumerformat mit extrem kleinen Kassetten- I/B/P-Frames codiert (Bearbeitung problematisch)- 10:1 Kompression / 12 Mbit/s
Seite
Format D1 D2 D3 D5 D6
Hersteller Sony Ampex Panasonic Panasonic Sony
Betriebsart Komponenten FBAS FBAS Komponenten Komponenten
Abtastprinzip 4:2:2 - - 4:2:2 4:2:2
Zeilen/Halbbild 300 304 304 304 > 1.150
Quantisierung 8Bit 8Bit 8Bit 10/8Bit 8Bit
Datenkompr - - - DCT ~2-fach -
Videodatenrate 173 Mbit/s 115 Mbit/s 110 Mbit/s 207 Mbit/s 860 Mbit/s
Band-geschwindigkeit
~ 28 cm/s ~ 13 cm/s ~ 8 cm/s ~ 17 cm/s ~ 50 cm/s
Bandbreite 3/4“ (19mm) 3/4“ (19mm) 1/2“ (12,7mm) 1/2“ (12,7mm) 3/4“ (19mm)
Digitales Video • Formatübersichten 45
Seite Digitales Video • Formatübersichten 46
Seite
Format miniDV DVCAM DVCPRO DVCPRO 50
Digital Betacam
MicroMV
Hersteller Sony Sony Panasonic Panasonic Sony Sony
Betriebsart Komponenten
Abtastprinzip 4:2:0 4:2:0 4:1:1 4:2:2 4:2:2 4:2:0
Zeilen/Halbbild 288 288 288 288 304 288
Quantisierung 8bit 8bit 8bit 8bit 10Bit 8bit
Videodatenrate 25Mbit/s 25Mbit/s 25Mbit/s 50Mbit/s 108 Mbit/s 12Mbit/s
Datenkompr. 5:1 (DCT) 5:1 (DCT) 5:1 (DCT) 3,3:1 (DCT) 2:1 (DCT) 10:1 (MPEG2)
Bandge-schwindigkeit
~2cm/s ~3cm/s ~3cm/s ~7cm/s ~ 1 cm/s ~7cm/s
Bandgröße 1/4“ (6,3mm)
1/4“ (6,3mm)
1/4“ (6,3mm)
1/4“ (6,3mm)
1/2“ (12,7mm)
~5mm
Digitales Video • Formatübersichten 47
Seite
Format Betacam SX (D7) Digital 8 (D8) Digital S (D9) IMX (D10)
Hersteller Sony Sony JVC Sony
Betriebsart Komponnenten
Abtastprinzip 4:2:2 4:2:0 4:2:2 4:2:2
Zeilen/Halbbild 304 288 288 304
Quantisierung 8bit 8bit 8bit 8bit
Videodatenrate 18Mbit/s 25Mbit/s 50Mbit/s 50Mbit/s
Datenkompression 10:1 (MPEG2) 5:1 (DCT) 3,3:1 (DCT) 3,3:1 (MPEG2)
Bandgeschwindigkeit ~6cm/s ~3cm/s ~6cm/s ?
Bandgröße 1/2“ (12,7mm) 8mm 1/2“ (12,7mm) 1/2“ (12,7mm)
Digitales Video • Formatübersichten 48
Seite 49
Seite Digitales Video • HDCAM 50
High Definition mit höherer Auflösung
1/2“ Bänder, abwärtskompatibel
1.440 x 1.080 HDTV-Auflösung, 16:9 (nichtquadratische Pixel)
Varianten- 24P: 24 fps, progressive (ehemals NTSC),
ITU-compliant! 4% schneller bei PAL-Wiedergabe.- 60i: 60 fps, interlaced (ehemals NTSC)- 50i: 50 fps, interlaced (ehemals PAL)
4:1 Kompression, 140 Mbit/s
AES/EBU 8-Kanal, Dolby-E und Dolby AC-3 Audio
Geräte seit 2001 am Markt (Sony)
Seite Digitales Video • HDCAM SR 51
2003 eingeführt (HDCAM »superior resolution« »cine alta«)Bänder mit höherer Datendichte440 Mbit/s (statt 140 Mbit/s)4:4:4 RGB Aufzeichnung (statt 4:2:2 YUV )MPEG4 Kompression (statt 4:1 JPEG/DV )12 Spuren Audio (statt 4)1920 x 1080 Pixel (statt 1440 x 1080)1080p oder 1080i mit voller HDTV-Auflösung und RGB-Farbspektrum
Seite Digitales Video • HDCAM SR 52
Seite Digitales Video • HDV 53
Von Canon, Sharp, Sony, JVC entwickeltes HD-Format für Consumer
HD-Video auf DV-Tapes mit max. 25 Mbit/s
MPEG2 Datenstrom
1080i (1.440 x 1.080 Pixel interlaced), 50/60 Fps
720p (1.280 x 720 Pixel progressive) 60/50/30/25 Vollbilder pro Sekunde
48 kHz 16 bit MPEG-1 Audio Layer II 384 kbit/s
Gleiche Mechanik wie DV-Laufwerke
Seite
Format HDCAM HDCAM SR HDV
Hersteller Sony Sony Sony, JVC, Canon, Sharp
Betriebsart Komponenten
Abtastprinzip 4:2:2 YUV 4:4:4 RGB 4:2:0 YUV
Zeilen 1080 1080 1080
Spalten 1.440 1.920 1.440
Quantisierung 10Bit 10Bit 8Bit
Datenkompression 4:1 4,2:1 MPEG4 (SP) MPEG2 (MP@HL14)
Videodatenrate 140 Mbit/s 440 Mbit/s 19...25 Mbit/s
Bandgeschwindigkeit ~ 0,77 cm/s ~ 0,94 cm/s ~2 cm/s
Bandbreite 3/4“ (19mm) 3/4“ (19mm) 1/4“ (6,3mm)
Digitales Video • Überblick HD 54
Seite Analoges/digitales Video • Zusammenfassung 55