Videotechnik Am7 at Hochschule Der Medien Stuttgart | Flashcards & Summaries

Lernmaterialien für Videotechnik Am7 an der Hochschule der Medien Stuttgart

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TESTE DEIN WISSEN
Erläutern Sie das interlaced Verfahren. Vor und Nachteile?
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Lösung des Flimmerproblems, da die zeitliche Auflösung verdoppelt wurde, indem man für ein Frame 2 Fields aufgenommen hat und so mit 50fps aufnehmen und wiedergeben konnte.

Nachteile Es kann zu ausgefransten Kanten kommen, da zwei aufnahmeseitig zeitlich versetzte Fields wiedergabeseitig parallel als ein Frame ausgegeben werden. Das kann gelöst werden, in dem man mit 25 fps aufnimmt und die Frames dann nachträglich in 50 fields aufteilt. D.h. aber auch, dass die temporale Auflösung nur 25 Bilder pro Sekunde ist.
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Wofür steht BAS? Erklären Sie kurz die Funktionen der einzelnen Bestandteile. Anhand einer beschrifteten Skizze.
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BAS steht für Bild-, Austast-, Synchronsignal.

Bild: Das eigentliche Signal für die einzelnen Bildpunkte wird in Form von Spannungsunterschieden übertragen.

Austast: Im Signal sind Austastlücken vorgesehen. Da das Bildsignal zeitlich versetzt und nicht parallel übertragen wird, muss z.B. der Strahl am Ende der Zeile wieder an den Anfang der nächsten Zeile oder an den Anfang des nächsten Bildes wandern. Die Zeit, die dafür benötigt wird, ist in den Austastlücken vorgesehen.

Synchron: Das Signal hat ein Synchronimpuls, damit die Spannungen auch den richtigen Bildpunkten zugeordnet werden können.
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Was ist Gamma-Vorentzerrung?
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Der Ausgleich des nicht linearen Zusammenhangs zwischen Signal und Wiedergabe.Dies geschieht schon in der Kamera. D.h. der Fehler wird schon korrigiert bevor er entsteht. In der Kamera wird das Signal genau mit der invertierten nicht linearen Kurve in Spannung umgewandelt. Wenn dann in der Bildwiedergabe (Braunsche Röhre) das Signal wieder (nicht linear) in Licht umgewandelt wird, resultiert daraus ein lineares Signal.
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Wofür ist die Synchronisation da und wie wird sie realisiert?
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Sie ist dafür da, dass das Wiedergabegerät die Zeilen genauso schreibt, wie die Kamera sie aufgenommen hat. Also, dass der Spannungspegel den richtigen Bildpunkten in den richtigen Zeilen zugewiesen wird. Dies wird durch einen Rechteckimpuls gelöst (-0,3 V), der am Ende jeder Zeile steht. Nach diesem Rechteckimpuls muss in die nächste Zeile gesprungen werden. + Digitaltechnik
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Erläutern Sie die Vorteile von YCrCb und RGB.
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YCrCb:
- S/W-kompatibel: Luminanzsignal ist unabhängig von Informationen über die Farbart (möchte man also nur schwarz-weiß übertragen, lässt man CrCb einfach weg und überträgt lediglich das Y-Signal).
- Bandbreitenersparnis / man benötigt weniger Speicher: Durch die Komponentenform lässt sich YCrCB in der Bandbreite reduzieren, mit dem Argument, dass das menschliche Auge feine Farbunterschiede sowieso nicht wahrnehmen würde

RGB: 
-RGB bietet natürlich eine höhere Qualität / einen größeren Farbraum, weshalb RGB häufiger im professionellen Umfeld (Foto- oder Videobereich) verwendet wird
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Beschreiben Sie Schritt für Schritt die Gewinnung des Komponentensignals aus dem RGB Signal.
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- die erste Stufe ist die Gewinnung des S/W-kompatiblen Leuchtdichtesignals / Y-Signal

- das Y-Signal ergibt sich aus RGB (und wird mit Vorfaktoren bewertet):
Y = a * R + b * G + c * B -> dabei ist c < a < b (wegen Helligkeiten von RGB)

- da der Y-Kanal somit schon die Helligkeitsinformationen von RGB enthält, kann man nicht einfach parallel zu Y, R und B übertragen, sondern nutzt die zwei anderen Kanäle so, dass diese nur Informationen über die Farbart enthalten (dann können auch Signalmanipulationen / Bandbreitenreduktion vorgenommen werden, die nur Farbart betreffen)

- daher werden zusätzlich zum Y-Signale die so genannten Farbdifferenzsignale (R-Y) und (B-Y) gebildet

- die Differenz zu G wird nicht gebildet, da der Grünauszug dem Y-Signal am ähnlichsten ist und G-Y daher nur einen geringen Pegel ergeben würden

- anschließend werden die Farbdifferenzsignale in ihrem Pegel reduziert, damit sie keine höhreren Spannungen als das Luminanzsignal aufweisen / nicht aussteuern (die Maximalspannung darf max. 0,7V betragen)

- Bandbreitenreduktion: CR und CB benötigen zur Übertragung weiterhin drei Leitungen, bei voller Bandbreite - die Komponentenform bietet aber die Möglichkeit, die Übertragungsbandbreite für die Farbdifferenzsignale zu vermindern.
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Wie erzeugt man ein Digitalsignal aus einem Analogsignal?
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  • Analoges Signal liegt zeit- und wertkontinuierlich vor, digitales Signal muss zeit- und wertdiskret sein.

Vorgehen:
1. Abtastung des Analogsignals: Spannung des Signals am jeweiligen Abtastwert   speichern. Je höher Abtastfrequenz, desto besser Annäherung an urspr. Signalverlauf. Nun haben wir ein PAM-Signal. Für eine störungsfreie Rekonstruktion des Signals reicht es aus, die Abtastrate mehr als 2 mal so hoch wie die höchste auftretende Signalfrequenz (Video: 30MHz)  zu wählen.

2.  Quantisierung der Werte im A/D-Umsetzer: Werte werden gerundet. Je mehr Quantisierungsstufen, desto besser Qualität. Fehler dürfen gerade so groß sein, dass unser Auge sie nicht wahrnimmt.

3. Codierung (bitte um Vervollständigung/Zusammenhänge)
-> Basisband
-> Takt
-> Kanalcodierung (NRZ, NRZI-Code, Bi-Phase-Mark-Code)
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Welche Fehler können bei der Digitalisierung von analogen Signalen auftreten und wie kann man sie vermeiden?
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Aliasing-Effekte (Frequenzanteile, die höher als halbe Abtastfrequenz sind, werden als niedrigere interpretiert), Vermeiden: Tiefpassfilter anwenden, die nur Frequenzen unterhalb eingestellter Frequenz durchlassen. Aufdecken der Fehler durch Zoneplate-Testbild, in dem die Kreise außerhalb der Mitte Aliasing-Effekte darstellen.

Quantisierungsfehler/-rauschen: Vermeiden durch vorherige Bestimmung des tolerierbaren Fehlers über den Signal-Rauschabstand (Je kleiner die Amplitude vom Rauschen, desto kleiner ist der Fehler.)
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Was sind die Vorteile der Digitaltechnik gegenüber der Analogtechnik?
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Digitale Daten könne aufgrund der zeitlichen Diskretisierung flexibler verarbeitet werden.
—> Kurzzeitspeicher (RAM) mit sehr schnellen Zugriffszeiten werden realisierbar.
Bei analogen Kopien kommen mit jeder Kopie immer mehr Rauschen, Störungen und Fehler hinzu („maximal 5 Kopien“). Bei digitalen Kopien ist dies nicht der Fall.

Weniger wichtig, aber auch richtig:

Digitalwerte können einfach umsortiert und so für den entsprechenden Übertragungskanal optimiert werden.
Nachträgliche Fehlerkorrektur und auch vielfältige Manipulation/Bearbeitung wird möglich.
Die wenigen Digitalwerte (begrenzte Menge an ganzen Zahlen) sind im Gegensatz zu den unzähligen Analogwerten eindeutig rekonstruierbar.
—> Digitalwerte können so gewählt werden, dass sie sich eindeutig von Störungen und Rauschen abheben.
Digitale Schaltkreise sind wesentlich stabiler und störfester als analoge, und müssen daher nicht so oft abgeglichen und auch nicht so aufwändig von äußeren Einflüssen abgeschirmt werden.
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Was ist der Quantisierungsfehler und wie äußert sich die Menge der verwendeten Quantisierungsbits im Videobereich?*
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*(Überschneidet sich teilweise mit Frage 29)
Der Quantisierungsfehler ist im Grunde ein Rundungsfehler, der bei der Analog/Digital-Umsetzung entsteht.

Da eine unendliche Menge an möglichen Analogwerten auf eine endliche Menge Digitalwerte reduziert wird, wird das resultierende Signal sozusagen eckiger und ungenauer.
Verwendet man viele Bits werden die Quantisierungsfehler ausgeglichener verteilt, diese Fehler werden dann als Rauschen wahrgenommen. Bei wenig Bits ist das nicht der Fall und man verliert Bildinformationen. Zudem wird der Signal/Rausch-Abstand größer je mehr Bits verwendet werden, dementsprechend wird auch das Rauschen weniger sichtbar und somit die Bildqualität besser.
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1) Welche entscheidende Rolle spielt der Nachbildeffekt in der Fernsehtechnik? Gehen Sie dabei auf die Begriffe der seriellen und parallelen Übertragung ein.
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parallele Übertragung zu aufwendig 

Nachbildeffekt: bei genügend schneller Abtastung kann Signal seriell (Zeile für Zeile) abgetastet werden

aus räumlichem Nebeneinander wird zeitliches Nacheinander
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 Wie ist die temporale Auflösung beim Film und Fernsehen?
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Die Bildfrequenz beim Film beträgt entsprechend 24 Hz. Bei einer Flimmer-frequenz von 48 Hz (doppelte Projektion) beziehungsweise 72 Hz (dreifache Projektion)
Bei Fernsehen  EU: 25, 50Hz; USA: 30, 60HZ
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Q:
Erläutern Sie das interlaced Verfahren. Vor und Nachteile?
A:
Lösung des Flimmerproblems, da die zeitliche Auflösung verdoppelt wurde, indem man für ein Frame 2 Fields aufgenommen hat und so mit 50fps aufnehmen und wiedergeben konnte.

Nachteile Es kann zu ausgefransten Kanten kommen, da zwei aufnahmeseitig zeitlich versetzte Fields wiedergabeseitig parallel als ein Frame ausgegeben werden. Das kann gelöst werden, in dem man mit 25 fps aufnimmt und die Frames dann nachträglich in 50 fields aufteilt. D.h. aber auch, dass die temporale Auflösung nur 25 Bilder pro Sekunde ist.
Q:
Wofür steht BAS? Erklären Sie kurz die Funktionen der einzelnen Bestandteile. Anhand einer beschrifteten Skizze.
A:
BAS steht für Bild-, Austast-, Synchronsignal.

Bild: Das eigentliche Signal für die einzelnen Bildpunkte wird in Form von Spannungsunterschieden übertragen.

Austast: Im Signal sind Austastlücken vorgesehen. Da das Bildsignal zeitlich versetzt und nicht parallel übertragen wird, muss z.B. der Strahl am Ende der Zeile wieder an den Anfang der nächsten Zeile oder an den Anfang des nächsten Bildes wandern. Die Zeit, die dafür benötigt wird, ist in den Austastlücken vorgesehen.

Synchron: Das Signal hat ein Synchronimpuls, damit die Spannungen auch den richtigen Bildpunkten zugeordnet werden können.
Q:
Was ist Gamma-Vorentzerrung?
A:
Der Ausgleich des nicht linearen Zusammenhangs zwischen Signal und Wiedergabe.Dies geschieht schon in der Kamera. D.h. der Fehler wird schon korrigiert bevor er entsteht. In der Kamera wird das Signal genau mit der invertierten nicht linearen Kurve in Spannung umgewandelt. Wenn dann in der Bildwiedergabe (Braunsche Röhre) das Signal wieder (nicht linear) in Licht umgewandelt wird, resultiert daraus ein lineares Signal.
Q:
Wofür ist die Synchronisation da und wie wird sie realisiert?
A:
Sie ist dafür da, dass das Wiedergabegerät die Zeilen genauso schreibt, wie die Kamera sie aufgenommen hat. Also, dass der Spannungspegel den richtigen Bildpunkten in den richtigen Zeilen zugewiesen wird. Dies wird durch einen Rechteckimpuls gelöst (-0,3 V), der am Ende jeder Zeile steht. Nach diesem Rechteckimpuls muss in die nächste Zeile gesprungen werden. + Digitaltechnik
Q:
Erläutern Sie die Vorteile von YCrCb und RGB.
A:
YCrCb:
- S/W-kompatibel: Luminanzsignal ist unabhängig von Informationen über die Farbart (möchte man also nur schwarz-weiß übertragen, lässt man CrCb einfach weg und überträgt lediglich das Y-Signal).
- Bandbreitenersparnis / man benötigt weniger Speicher: Durch die Komponentenform lässt sich YCrCB in der Bandbreite reduzieren, mit dem Argument, dass das menschliche Auge feine Farbunterschiede sowieso nicht wahrnehmen würde

RGB: 
-RGB bietet natürlich eine höhere Qualität / einen größeren Farbraum, weshalb RGB häufiger im professionellen Umfeld (Foto- oder Videobereich) verwendet wird
Mehr Karteikarten anzeigen
Q:
Beschreiben Sie Schritt für Schritt die Gewinnung des Komponentensignals aus dem RGB Signal.
A:
- die erste Stufe ist die Gewinnung des S/W-kompatiblen Leuchtdichtesignals / Y-Signal

- das Y-Signal ergibt sich aus RGB (und wird mit Vorfaktoren bewertet):
Y = a * R + b * G + c * B -> dabei ist c < a < b (wegen Helligkeiten von RGB)

- da der Y-Kanal somit schon die Helligkeitsinformationen von RGB enthält, kann man nicht einfach parallel zu Y, R und B übertragen, sondern nutzt die zwei anderen Kanäle so, dass diese nur Informationen über die Farbart enthalten (dann können auch Signalmanipulationen / Bandbreitenreduktion vorgenommen werden, die nur Farbart betreffen)

- daher werden zusätzlich zum Y-Signale die so genannten Farbdifferenzsignale (R-Y) und (B-Y) gebildet

- die Differenz zu G wird nicht gebildet, da der Grünauszug dem Y-Signal am ähnlichsten ist und G-Y daher nur einen geringen Pegel ergeben würden

- anschließend werden die Farbdifferenzsignale in ihrem Pegel reduziert, damit sie keine höhreren Spannungen als das Luminanzsignal aufweisen / nicht aussteuern (die Maximalspannung darf max. 0,7V betragen)

- Bandbreitenreduktion: CR und CB benötigen zur Übertragung weiterhin drei Leitungen, bei voller Bandbreite - die Komponentenform bietet aber die Möglichkeit, die Übertragungsbandbreite für die Farbdifferenzsignale zu vermindern.
Q:
Wie erzeugt man ein Digitalsignal aus einem Analogsignal?
A:

  • Analoges Signal liegt zeit- und wertkontinuierlich vor, digitales Signal muss zeit- und wertdiskret sein.

Vorgehen:
1. Abtastung des Analogsignals: Spannung des Signals am jeweiligen Abtastwert   speichern. Je höher Abtastfrequenz, desto besser Annäherung an urspr. Signalverlauf. Nun haben wir ein PAM-Signal. Für eine störungsfreie Rekonstruktion des Signals reicht es aus, die Abtastrate mehr als 2 mal so hoch wie die höchste auftretende Signalfrequenz (Video: 30MHz)  zu wählen.

2.  Quantisierung der Werte im A/D-Umsetzer: Werte werden gerundet. Je mehr Quantisierungsstufen, desto besser Qualität. Fehler dürfen gerade so groß sein, dass unser Auge sie nicht wahrnimmt.

3. Codierung (bitte um Vervollständigung/Zusammenhänge)
-> Basisband
-> Takt
-> Kanalcodierung (NRZ, NRZI-Code, Bi-Phase-Mark-Code)
Q:
Welche Fehler können bei der Digitalisierung von analogen Signalen auftreten und wie kann man sie vermeiden?
A:
Aliasing-Effekte (Frequenzanteile, die höher als halbe Abtastfrequenz sind, werden als niedrigere interpretiert), Vermeiden: Tiefpassfilter anwenden, die nur Frequenzen unterhalb eingestellter Frequenz durchlassen. Aufdecken der Fehler durch Zoneplate-Testbild, in dem die Kreise außerhalb der Mitte Aliasing-Effekte darstellen.

Quantisierungsfehler/-rauschen: Vermeiden durch vorherige Bestimmung des tolerierbaren Fehlers über den Signal-Rauschabstand (Je kleiner die Amplitude vom Rauschen, desto kleiner ist der Fehler.)
Q:
Was sind die Vorteile der Digitaltechnik gegenüber der Analogtechnik?
A:
Digitale Daten könne aufgrund der zeitlichen Diskretisierung flexibler verarbeitet werden.
—> Kurzzeitspeicher (RAM) mit sehr schnellen Zugriffszeiten werden realisierbar.
Bei analogen Kopien kommen mit jeder Kopie immer mehr Rauschen, Störungen und Fehler hinzu („maximal 5 Kopien“). Bei digitalen Kopien ist dies nicht der Fall.

Weniger wichtig, aber auch richtig:

Digitalwerte können einfach umsortiert und so für den entsprechenden Übertragungskanal optimiert werden.
Nachträgliche Fehlerkorrektur und auch vielfältige Manipulation/Bearbeitung wird möglich.
Die wenigen Digitalwerte (begrenzte Menge an ganzen Zahlen) sind im Gegensatz zu den unzähligen Analogwerten eindeutig rekonstruierbar.
—> Digitalwerte können so gewählt werden, dass sie sich eindeutig von Störungen und Rauschen abheben.
Digitale Schaltkreise sind wesentlich stabiler und störfester als analoge, und müssen daher nicht so oft abgeglichen und auch nicht so aufwändig von äußeren Einflüssen abgeschirmt werden.
Q:
Was ist der Quantisierungsfehler und wie äußert sich die Menge der verwendeten Quantisierungsbits im Videobereich?*
A:
*(Überschneidet sich teilweise mit Frage 29)
Der Quantisierungsfehler ist im Grunde ein Rundungsfehler, der bei der Analog/Digital-Umsetzung entsteht.

Da eine unendliche Menge an möglichen Analogwerten auf eine endliche Menge Digitalwerte reduziert wird, wird das resultierende Signal sozusagen eckiger und ungenauer.
Verwendet man viele Bits werden die Quantisierungsfehler ausgeglichener verteilt, diese Fehler werden dann als Rauschen wahrgenommen. Bei wenig Bits ist das nicht der Fall und man verliert Bildinformationen. Zudem wird der Signal/Rausch-Abstand größer je mehr Bits verwendet werden, dementsprechend wird auch das Rauschen weniger sichtbar und somit die Bildqualität besser.
Q:
1) Welche entscheidende Rolle spielt der Nachbildeffekt in der Fernsehtechnik? Gehen Sie dabei auf die Begriffe der seriellen und parallelen Übertragung ein.
A:
parallele Übertragung zu aufwendig 

Nachbildeffekt: bei genügend schneller Abtastung kann Signal seriell (Zeile für Zeile) abgetastet werden

aus räumlichem Nebeneinander wird zeitliches Nacheinander
Q:
 Wie ist die temporale Auflösung beim Film und Fernsehen?
A:
Die Bildfrequenz beim Film beträgt entsprechend 24 Hz. Bei einer Flimmer-frequenz von 48 Hz (doppelte Projektion) beziehungsweise 72 Hz (dreifache Projektion)
Bei Fernsehen  EU: 25, 50Hz; USA: 30, 60HZ
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