Mtv 3-kino-tv

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

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

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

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

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

CCD-TypenCCD-Typen
Interline und Frame TransferInterline und Frame Transfer
http://www.ccd-sensor.de

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

CCD: Foveon-X3CCD: Foveon-X3
http://www2.informatik.hu-berlin.de/~goehring/papers/ccd-vs-cmos.pdf
http://www.macnews.de/news/95313.html

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

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/

28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere28.12.1895, Paris, Gebr. Lumiere
Cinematograph:Cinematograph:
– Perforierter 35mm-FilmPerforierter 35mm-Film

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

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))

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/

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

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]

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

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

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

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

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)

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

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!

Deinterlacing-PraxisDeinterlacing-Praxis
VirtualDub: Video/Filters/DeinterlaceVirtualDub: Video/Filters/Deinterlace

Video-DemosVideo-Demos
 Kino (DVD)Kino (DVD)
 Bourne - TrailerBourne - Trailer
 Bourne - AusschnittBourne - Ausschnitt

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)

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)

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 ]

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

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

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
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

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

WidescreenWidescreen

Cinemascope / Anamorphe DarstellungCinemascope / Anamorphe Darstellung
Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht)Aufnahme verzerrt (horizontal gestaucht)
Anwendung bei Analog-Film und DVDAnwendung bei Analog-Film und DVD

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)

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

Pixel-Abmessungen / Pixel Aspect Ratio PARPixel-Abmessungen / Pixel Aspect Ratio PAR
Square / Non-Square PixelsSquare / Non-Square Pixels
Video/HDTV: quadratische PixelVideo/HDTV: quadratische Pixel
SDTV: nicht quadratische PixelSDTV: nicht quadratische Pixel
http://help.adobe.com/de_DE/AfterEffects/9.0/WS3878526689cb91655866c1103906c6dea-7f3aa.html
http://www.artbeats.com/assets/articles/pdf/aspect_ratio_1.pdf
http://www.artbeats.com/assets/articles/pdf/aspect_ratio_2.pdf

HDTV-LogosHDTV-Logos
HD readyHD ready HD readyHD ready 1080p1080p HDTVHDTV 1080p1080p
– DisplayDisplay - Display- Display - Receiver- Receiver
– min. 1280x720min. 1280x720 - 1080p- 1080p
– Input 720p / 1080iInput 720p / 1080i - „Full HD“- „Full HD“
– HDMI / HDCPHDMI / HDCP
Copy ProtectionCopy Protection
– Display meist nurDisplay meist nur
1366x720 !1366x720 !
http://www.eicta.org

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