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Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video
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  1. 1. Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video Multimediatechnik / VideoMultimediatechnik / Video Kino und TVKino und TV Technik / GeschichteTechnik / Geschichte Oliver LietzOliver Lietz http://www.nanocosmos.de/lietz/mtvhttp://www.nanocosmos.de/lietz/mtv
  2. 2. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Kino und TVKino und TV Digitales Kino („Digital Cinema“, DCI) und HDTVDigitales Kino („Digital Cinema“, DCI) und HDTV – Annäherung Kino/TVAnnäherung Kino/TV – Mind. Full HD 1080 oder „2k“ (2048 Pixel) bis zu 4k / 8k (iMax)Mind. Full HD 1080 oder „2k“ (2048 Pixel) bis zu 4k / 8k (iMax) Kino:Kino: – Hohe Auflösung, große LeinwändeHohe Auflösung, große Leinwände – Volle 24 Bilder/s auf Zelluloid-Film (analog)Volle 24 Bilder/s auf Zelluloid-Film (analog) – 35mm entspricht digital ca 2k (2000x1000 Pixel)35mm entspricht digital ca 2k (2000x1000 Pixel) – Zusätzlich KopierverlusteZusätzlich Kopierverluste TV:TV: – „„Heimkino“, aber auch Nachrichten usw.Heimkino“, aber auch Nachrichten usw. – Elektronische Abtastung: ZeilenweiseElektronische Abtastung: Zeilenweise – 25 oder 30 Bilder/s, 50 oder 60 Halbbilder („Interlaced Fields“)25 oder 30 Bilder/s, 50 oder 60 Halbbilder („Interlaced Fields“) – Auflösungen max. HDTV 1920x1080Auflösungen max. HDTV 1920x1080
  3. 3. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Bild-ErfassungBild-Erfassung Optische Abbildung mit Auge / KameraOptische Abbildung mit Auge / Kamera Licht CCD Chip Film Netzhaut 3D Objekt Linse(n) Projektion 2D Abbildung Film/Video/Auge: Mehrere Einzelbilder pro Sekunde
  4. 4. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Digitale Bilderfassung / AbtastungDigitale Bilderfassung / Abtastung CCD – Charge Coupled DevicesCCD – Charge Coupled Devices 1969 Boyle/Smith - Nobelpreis 20091969 Boyle/Smith - Nobelpreis 2009 Prinzipien:Prinzipien: – Matrix aus HalbleiternMatrix aus Halbleitern – Photoelektrischer EffektPhotoelektrischer Effekt – Endliche AuflösungEndliche Auflösung („Megapixel“)(„Megapixel“) Ähnlich: CMOSÄhnlich: CMOS – Tendenziell billigerTendenziell billiger – mehr Rauschenmehr Rauschen
  5. 5. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video 1-Chip-CCD1-Chip-CCD Farbe: unterschiedliche Arten von Filtern/SensorenFarbe: unterschiedliche Arten von Filtern/Sensoren „„Bayer-Matrix“Bayer-Matrix“ Nachteil: Verringerung der Auflösung, InterpolationNachteil: Verringerung der Auflösung, Interpolation (Störungen an scharfen Kanten)(Störungen an scharfen Kanten) http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filterhttp://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter http://www.matrix-vision.com/info/articles/pdf/art_bayermosaic_de.pdfhttp://www.matrix-vision.com/info/articles/pdf/art_bayermosaic_de.pdf
  6. 6. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video CCD-TypenCCD-Typen Interline und Frame TransferInterline und Frame Transfer http://www.ccd-sensor.de
  7. 7. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video 3CCD („3-Chip“)3CCD („3-Chip“) Farbe: unterschiedliche Farbfilter über „Dichroitisches Prisma“Farbe: unterschiedliche Farbfilter über „Dichroitisches Prisma“ Nachteil: aufwendige Optik (teuer)Nachteil: aufwendige Optik (teuer) Einsatz in Professioneller StudiotechnikEinsatz in Professioneller Studiotechnik
  8. 8. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video CCD: Foveon-X3CCD: Foveon-X3 http://www2.informatik.hu-berlin.de/~goehring/papers/ccd-vs-cmos.pdf http://www.macnews.de/news/95313.html
  9. 9. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Erstes KinoErstes Kino „„Bioskop“ (Gebr. Skladanowski, Bastler)Bioskop“ (Gebr. Skladanowski, Bastler) 1895: Aufführung Tivoli Pankow / Wintergarten1895: Aufführung Tivoli Pankow / Wintergarten Unpraktisches System, nur max. 20 Bilder, 8 / Sek. !Unpraktisches System, nur max. 20 Bilder, 8 / Sek. ! http://de.wikipedia.org/wiki/Bioskop http://www.filmmuseum-potsdam.de/en/436-0.htm http://www.pankeguide.de/skladanowsky.html
  10. 10. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Erstes KinoErstes Kino 18881888 Louis Augustin Le PrinceLouis Augustin Le Prince 1893/95 Edison/Dickson1893/95 Edison/Dickson Kinetograph (Kamera)Kinetograph (Kamera) Kinetoscope (Projektor)Kinetoscope (Projektor) „„Guckkasten“+EndlosschleifeGuckkasten“+Endlosschleife http://nygeschichte.blogspot.com/2007/07/edisons-filmexperimente-1891.html http://bioscopic.wordpress.com/library/
  11. 11. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Erstes KinoErstes Kino 28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere Cinematograph:Cinematograph: – Perforierter 35mm-FilmPerforierter 35mm-Film
  12. 12. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Breitwand / CinemascopeBreitwand / Cinemascope Kino+TV zunächst im Format 4:3 (1,3 : 1)Kino+TV zunächst im Format 4:3 (1,3 : 1) Breitwand 1:85 : 1Breitwand 1:85 : 1 1950er: „Cinemascope“ 2,3 : 11950er: „Cinemascope“ 2,3 : 1 16mm, 35mm, 70mm Film16mm, 35mm, 70mm Film 24 Bilder/s, doppelt gezeigt = 48 / s24 Bilder/s, doppelt gezeigt = 48 / s Surround-Sound 5.1, 7.1Surround-Sound 5.1, 7.1
  13. 13. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Erstes FernsehenErstes Fernsehen Elektronische BildübertragungElektronische Bildübertragung Zeilenweise Abtastung, heute 576 / 1080 Zeilen (SD/HD)Zeilenweise Abtastung, heute 576 / 1080 Zeilen (SD/HD) 1882, Paul Nipkow, „Nipkow-Scheibe“, Fotozellen, 32 Zeilen1882, Paul Nipkow, „Nipkow-Scheibe“, Fotozellen, 32 Zeilen 1927, Farnsworth, Elektronenröhre1927, Farnsworth, Elektronenröhre 1935, IFA Berlin, 180 Zeilen1935, IFA Berlin, 180 Zeilen 1930, Telefunken, „Zeilensprung“ wegen Bildflimmern1930, Telefunken, „Zeilensprung“ wegen Bildflimmern ((Interlaced: bis heute verwendet – HDTV 1080iInterlaced: bis heute verwendet – HDTV 1080i))
  14. 14. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Erstes Fernsehen 1920/30Erstes Fernsehen 1920/30 Nipkow-Scheibe: 30 ZeilenNipkow-Scheibe: 30 Zeilen http://www.movie-college.de/filmschule/medien/tv-geschichte.htm http://www.zarkovision.de/
  15. 15. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Elektronisches TVElektronisches TV IFA 1931, Manfred v. ArdenneIFA 1931, Manfred v. Ardenne Zeilenweise Abtastung mit Elektronenstrahl /Zeilenweise Abtastung mit Elektronenstrahl / Braunsche Röhre (Cathodic Ray Tube, CRT)Braunsche Röhre (Cathodic Ray Tube, CRT) Farbfernsehen: USA 1953, D 1969Farbfernsehen: USA 1953, D 1969
  16. 16. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Analoges TV-Signal (s/w)Analoges TV-Signal (s/w) Abtastung zeilenweiseAbtastung zeilenweise Videosignal einer s/w-Bildzeile:Videosignal einer s/w-Bildzeile: - Ort/Helligkeit (Luminanz Y)- Ort/Helligkeit (Luminanz Y) [Schmidt][Schmidt]
  17. 17. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Zeilensprung / InterlacedZeilensprung / Interlaced Reduzierung des Bildflimmerns (1938, Telefunken)Reduzierung des Bildflimmerns (1938, Telefunken) – Verdopplung der Bildfrequenz und zeitlichen Auflösung mit „Halbbildern“, aber:Verdopplung der Bildfrequenz und zeitlichen Auflösung mit „Halbbildern“, aber: – Halbierung der vertikalen AuflösungHalbierung der vertikalen Auflösung 25 Vollbilder/s25 Vollbilder/s 50 Halbbilder/s50 Halbbilder/s 25 Frames/s25 Frames/s (progressive)(progressive) 50 Fields/s50 Fields/s (interlaced)(interlaced) Immer noch im Einsatz: HDTV 1080i / 1080pImmer noch im Einsatz: HDTV 1080i / 1080p 1. Halbbild (Field)1. Halbbild (Field) 2. Halbbild (Field)2. Halbbild (Field) http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren
  18. 18. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Video-Demos „Interlaced“Video-Demos „Interlaced“  Problem: LCD-Bildschirme sind progressivProblem: LCD-Bildschirme sind progressiv  Anzeige beider Halbbilder gleichzeitig statt nacheinanderAnzeige beider Halbbilder gleichzeitig statt nacheinander  „„Kammeffekt“ bei horizontalen BewegungenKammeffekt“ bei horizontalen Bewegungen
  19. 19. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Frame Rate / Field RateFrame Rate / Field Rate 25 Vollbilder (frames) = 50 Halbbilder (fields)25 Vollbilder (frames) = 50 Halbbilder (fields) Schreibweisen für 50 Halbbilder/s (Interlaced):Schreibweisen für 50 Halbbilder/s (Interlaced): – 1080i50 = 1080i/25, manchmal auch 1080i251080i50 = 1080i/25, manchmal auch 1080i25 Schreibweise für 50 Vollbilder/s (Progressive): 1080p50Schreibweise für 50 Vollbilder/s (Progressive): 1080p50 Datenmenge/Bandbreite 1080i / 1080p ?Datenmenge/Bandbreite 1080i / 1080p ? – Verdopplung!Verdopplung! Spezialfall: „Progressive Segmented Frames“ (PsF)Spezialfall: „Progressive Segmented Frames“ (PsF) Progressive-Material interlaced gespeichertProgressive-Material interlaced gespeichert
  20. 20. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Interlaced-EffektInterlaced-Effekt Standards:Standards: 576i 25576i 25 (= 720x576, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)(= 720x576, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced) 1080i 251080i 25 (= 1920x1080, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced)(= 1920x1080, 25 Frames/s, 50 Fields/s, interlaced) 1080p 501080p 50 (= 1920x1080, 50 Frames/s, progressiv)(= 1920x1080, 50 Frames/s, progressiv) 1080p 241080p 24 (Kino/Blueray, 24 Frames/s, progressiv)(Kino/Blueray, 24 Frames/s, progressiv) TV-Geräte ohne 24p: häufig unnötige Wandlung 24p -> 30i -> 25pTV-Geräte ohne 24p: häufig unnötige Wandlung 24p -> 30i -> 25p Sieht man den Interlaced-„Kamm-Effekt“ auch auf altenSieht man den Interlaced-„Kamm-Effekt“ auch auf alten Röhrenmonitoren / TV-Geräten?Röhrenmonitoren / TV-Geräten? Wie sieht „progressive“ auf einem Interlaced-Monitor aus?Wie sieht „progressive“ auf einem Interlaced-Monitor aus? – http://neuron2.net/LVG/interlacing.htmlhttp://neuron2.net/LVG/interlacing.html
  21. 21. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video De-InterlacingDe-Interlacing Ziel: optimale Darstellung von Video-Interlaced-Ziel: optimale Darstellung von Video-Interlaced- Material auf Progressiv-Monitor (LCD)Material auf Progressiv-Monitor (LCD) Quasi immer notwendig bei TV-Aufnahmen!Quasi immer notwendig bei TV-Aufnahmen! Nicht trivial, da Interlaced-Material:Nicht trivial, da Interlaced-Material: – Örtlich versetzt (zeilenweise)Örtlich versetzt (zeilenweise) – Zeitlich versetzt (1/50 Sekunde)Zeitlich versetzt (1/50 Sekunde)
  22. 22. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video De-Interlacing VerfahrenDe-Interlacing Verfahren 1. Zeilen weglassen oder verdoppeln1. Zeilen weglassen oder verdoppeln 2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“) http://www.hamradio.si/~s51kq/V-INT-DL.HTM
  23. 23. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video De-Interlacing VerfahrenDe-Interlacing Verfahren 1. Zeilen weglassen oder verdoppeln1. Zeilen weglassen oder verdoppeln →→ geringere Auflösunggeringere Auflösung 2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“)2. Zeilen mitteln / interpolieren („Blending“) →→ geringere Auflösung + Störeffektgeringere Auflösung + Störeffekt 3. Bildanalyse / Bewegungsschätzung,3. Bildanalyse / Bewegungsschätzung, neue Zwischenbilder errechnenneue Zwischenbilder errechnen →→ aufwändig!aufwändig!
  24. 24. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Deinterlacing-PraxisDeinterlacing-Praxis VirtualDub: Video/Filters/DeinterlaceVirtualDub: Video/Filters/Deinterlace
  25. 25. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Video-DemosVideo-Demos  Kino (DVD)Kino (DVD)  Bourne - TrailerBourne - Trailer  Bourne - AusschnittBourne - Ausschnitt
  26. 26. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Analoges TV-SignalAnaloges TV-Signal Sichtbare und nicht sichtbare BereicheSichtbare und nicht sichtbare Bereiche Horizontal- (Zeilen-) und Vertikal- (Bild-) AustastungHorizontal- (Zeilen-) und Vertikal- (Bild-) Austastung 576 von 625 Zeilen sichtbar576 von 625 Zeilen sichtbar Interlaced-Abtastung (Zeilensprung-Halbbilder)Interlaced-Abtastung (Zeilensprung-Halbbilder)
  27. 27. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Analoges TV-SignalAnaloges TV-Signal Aufbau einer Zeile:Aufbau einer Zeile: FBAS (Farb-Bild-Austast-Signal):FBAS (Farb-Bild-Austast-Signal): – 625 Zeilen (PAL) / 525 (NTSC)625 Zeilen (PAL) / 525 (NTSC) – (sichtbar 576 / 480)(sichtbar 576 / 480)
  28. 28. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Digitales TV-Signal – Bildzeile s/wDigitales TV-Signal – Bildzeile s/w ITU-R 601 (ehem. CCIR-601)ITU-R 601 (ehem. CCIR-601) 576 Zeilen (von 625) (2x288 interlaced)576 Zeilen (von 625) (2x288 interlaced) Abtastung : 720 Werte / BildzeileAbtastung : 720 Werte / Bildzeile Quantisierung (Stufen):Quantisierung (Stufen): – Je Abtastwert 256 Stufen (8 Bit, im Studio auch 10 Bit)Je Abtastwert 256 Stufen (8 Bit, im Studio auch 10 Bit) – Benutzt wird nur 16..235: schwarz=16, weiss=235Benutzt wird nur 16..235: schwarz=16, weiss=235 [ NTSC (US/Jp.): 480 Zeilen von 525 ][ NTSC (US/Jp.): 480 Zeilen von 525 ]
  29. 29. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Digitales TV-Signal – Bildzeile Farbe (YUV)Digitales TV-Signal – Bildzeile Farbe (YUV) ITU 601ITU 601 (ehem. CCIR-601)(ehem. CCIR-601) 720 Abtastwerte /720 Abtastwerte / Bildzeile (Y/Lum.)Bildzeile (Y/Lum.) Farbe: YUV 4:2:2Farbe: YUV 4:2:2 – 360 Werte für U,V360 Werte für U,V 8 Bit / 256 Stufen8 Bit / 256 Stufen
  30. 30. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Digitale Video-StandardsDigitale Video-Standards Standard-TV (SDTV)Standard-TV (SDTV) – ITU-R 601ITU-R 601 – 4:2:2 YUV, 8 Bit/Farbkanal, Interlaced4:2:2 YUV, 8 Bit/Farbkanal, Interlaced PAL (Europa): 720x576, 25 Hz (576i50)PAL (Europa): 720x576, 25 Hz (576i50) NTSC (USA/Japan):NTSC (USA/Japan): 720x480, 30 Hz („29.97 Hz Drop-Frame“)720x480, 30 Hz („29.97 Hz Drop-Frame“) High Definition TV (HDTV)High Definition TV (HDTV) – ITU-R 709ITU-R 709 1920x1080 interlaced und progressiv (1080i, 1080p)1920x1080 interlaced und progressiv (1080i, 1080p) 25 Hz (auch 24, 30, 50, 60 Hz)25 Hz (auch 24, 30, 50, 60 Hz) 8 Bit YUV 4:2:2 Farbauflösung Standard, auch 10 Bit8 Bit YUV 4:2:2 Farbauflösung Standard, auch 10 Bit Etwas andere RGB-YUV-WandlungEtwas andere RGB-YUV-Wandlung
  31. 31. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Digital Cinema Initiative (DCI)Digital Cinema Initiative (DCI) 2K oder 4K – Auflösung2K oder 4K – Auflösung 10 Bit statt 8 Bit RGB oder YUV 4:2:210 Bit statt 8 Bit RGB oder YUV 4:2:2 Format undFormat und SeitenverhältnisSeitenverhältnis AuflösungAuflösung DatendurchsatzDatendurchsatz Datenmenge für 2Datenmenge für 2 StundenStunden 2K mit 16:9 (1080p)2K mit 16:9 (1080p) 1920×10801920×1080 187 MByte/s187 MByte/s 1,34 TByte1,34 TByte 2K mit 1,90:12K mit 1,90:1 2048×10802048×1080 199 MByte/s199 MByte/s 1,43 TByte1,43 TByte 4K mit 16:94K mit 16:9 3840×21603840×2160 747 MByte/s747 MByte/s 5,37 TByte5,37 TByte 4K mit 1,85:14K mit 1,85:1 4000×21604000×2160 778 MByte/s778 MByte/s 5,60 TByte5,60 TByte 4K mit 1,90:14K mit 1,90:1 4096×21604096×2160 796 MByte/s796 MByte/s 5,73 TByte5,73 TByte AudioAudio 6-Kanal-Ton, 24 bit,6-Kanal-Ton, 24 bit, 48 / 96 kHz48 / 96 kHz -- 7 - 14 MByte/s7 - 14 MByte/s 0,1 TByte0,1 TByte
  32. 32. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video SeitenverhältnisSeitenverhältnis Display Aspect Ratio (DAR)Display Aspect Ratio (DAR) TVTV – 4:34:3 (1,33:1)(1,33:1) Foto:Foto: – 3:2 (1,66:1)3:2 (1,66:1) Kino:Kino: – 1,85:11,85:1 – 2,20:12,20:1 – 2,39:12,39:1 HDTV:HDTV: – 16:916:9 (1,78:1)(1,78:1) http://en.wikipedia.org/wiki/16:9
  33. 33. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video WidescreenWidescreen
  34. 34. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Cinemascope / Anamorphe DarstellungCinemascope / Anamorphe Darstellung Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht)Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht) Anwendung bei Analog-Film und DVDAnwendung bei Analog-Film und DVD
  35. 35. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Widescreen TV (16:9)Widescreen TV (16:9) Echtes 16:9 = 1,78 : 1 (schmaler als Cinemascope)Echtes 16:9 = 1,78 : 1 (schmaler als Cinemascope) Anamorph 16:9 = 1,85 : 1Anamorph 16:9 = 1,85 : 1 16:9 auf 4:3-Anzeige: „Letterbox“ (schwarze Balken)16:9 auf 4:3-Anzeige: „Letterbox“ (schwarze Balken)
  36. 36. Oliver Lietz - Multimediatechnik / VideoOliver Lietz - Multimediatechnik / Video Pan & ScanPan & Scan Anpassung des 4:3-Bildausschnittes an BreitbildAnpassung des 4:3-Bildausschnittes an Breitbild Auch Teil des DVD-StandardsAuch Teil des DVD-Standards http://en.wikipedia.org/wiki/Pan_and_scan
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