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Kommunikation
Nachrichtenaustausch
Signal
physikalischer Repräsentant einer Nachricht
Modell eines Kommunikationssystems
Jedes Kommunikationssystem besteht aus Nachrichtenquelle, Nachrichtensenke und einem Übertragungskanal für den Transport der Nachrichten
Information
In der Informationstheorie versteht man unter Information (nur) das Neue in einer Nachricht. Bekanntest wird als Redundanz und Signale, die nicht verarbeitet werden können als Irrelevanz bezeichnet
Linearität eines Systems
Ein System wird dann als linear bezeichnet, wenn jede beliebige Linearkombination der Eingangssignale zu der entsprechenden Linearkombination der Ausgangssignale führt.
(Superpositionsgesetz, Überlagerungsgesetz)
Stabilität eines Systems
Ein System wird als stabil bezeichnet, wenn zu jedem zulässigen, beschränktem Eingangssignal ein beschränktes Ausgangssignal gehört
Zeitinvariantes System
Ein System wird als zeitinvariant bezeichnet, wenn die Form des Ausgangssignals unabhängig ist von einer beliebigen zeitlichen Verschiebung t0 des Eingangssignals
Kausales System
Ein System wird als kausal bezeichnet, wenn der Verlauf des Ausgangssignals bis zu einem beliebigen Zeitpunkt t = t0 nur vom Verlauf des zugehörigen Eingangssignals bis zu diesem Zeitpunkt t = t0 abhängt
Fourier-Reihenentwicklung
Periodische Signale können durch Überlagerung von Sinus- und Kosinuswellen zusammengesetzt werden
Definition Fernsehen (1956)
Der Vorgang des Fernsehens besteht in der stetigen sichtbaren Übertragung eines Blickfeldes durch elektrische Fernwirkung, so dass alle Veränderungen des Blickfeldes aus der Ferne mit dem Eindruck der Gleichzeitigkeit verfolgt werden können
Definition Fernsehen (heute)
Verfahren und Systeme, die in der Lage sind:
2 oder 3 dimensionale Bilder abzutasten, das daraus entstehende Signal zu bearbeiten und zusätzlich dieses Signal in echt- und Nicht-Echtzeit zu speichern und es ggf. drahtgebunden oder drahtlos zu übertragen. Außerdem kann die ursprüngliche Bildvorlage in einem Wiedergabegerät reproduziert werden.
Ton gehört auch dazu!
Nachteile Simultanübertragung
hoher Aufwand, nicht geeignet für hohe BP-Zahlen
- n Elemente bedeutet n elektrische Verbindungen
Sequentielle Übertragung
Eine Verbindung. Beim analogen Fernsehen wurde zeilenweise abgetastet und sequentiell übertragen
Voraussetzungen für sequentielle Übertragung?
- Visionspersistenz (zeitliches Integrationsvermögen)
- Geometrische Integrationswirkungs (begrenzte örtliche Auflösung für Details, die in einem bestimmten Öffnungswinkel angeordnet sind)
- Beides sind Eigenschaften des menschlichen Gesichtssinns
Eigenschaften von Fernsehbildern
- besitzen einen zeilenförmigen Aufbau
- auf der Senderseite wird durch einen CCD- Bildwandler abgetastet. Die geometrischen Abmessungen bestimmten die Höhe der Zeilen und die Breite eines Pixels
- Bei der Wiedergabe entstehen Bilder dadurch, dass ein Elektronenstrahl von links nach rechts über eine mit Leuchtstoff beschichtete Glasscheibe wandert
Kriterien für die Festlegung der Bildwechselfrequenz?
- Ruckfreie Bewegungswiedergabe (beim Film 24Hz)
- Verträglichkeit mit der Netzfrequenz (50Hz/ 60Hz)
- Geringer Realisierungsaufwand (Bandbreite)
Apertur = endlicher Querschnitt eines Bildpunktes
Jeder Bildwandler besitzt in der Realität einen endlichen geometrischen Querschnitt, so dass er stets gleichzeitig eine mehr oder weniger große Fläche der Helligkeitsverteilung in der Bildvorlage bewertet bzw. wandelt
Modulationsgrad m
m = IDach (Amplitude)/ IMittel
= (Imax -Imin)/(Imax + Imin)
Abtasttheorem (Shannon 1948)
fA = 1/T > 2*fgrenz
oder T < 1/2*fgrenz
Austastung
- Unterdrückung des Bildsignales für einen bestimmten Zeitabschnitt (historisch begründet in den Rücklaufzeiten des Elektronenstrahls)
- Horizontalaustastung zwischen den Zeilen
- Vertikalaustastung zwischen den Halb- (Voll-)bildern
Synchronsignal
- Impulssignal, das die zeitlich richtige Zuordnung zwischen dem in den Kamera abgetasteten Bildelement und dem wiedergegebenen herstellt
- besteht aus horizontal- und vertikalsynchrominpulsen, die innerhalb der horizontalen und vertikalen Austastlücke übertragen werden
Leuchtdichtesignal Y
ist angepasst auf die spektrale Hellempfindung V(lamnda)
Y = 0,3R+0,59G+0,11B
Farbdifferenzsignale
R-Y
B-Y
Bei unbunten Bildvorlagen (R=G=B) werden Farbdifferenzsignale zu null
Kommunikationsarten
Sprach-, Bild-, Text- und Datenkommunikation
Sender
Nachrichtenquelle
Empfänger
Nachrichtensenke
Systemtheorie
Einem idealisierten Eingangssignal wird ein idealisiertes Ausgangssignal zugeordnet, ohne zunächst auf die Realisierbarkeit Rücksicht zu nehmen
Impulsantwort
Die Impulsantwort ist eine Systemkenngröße und dient zur Beschreibung des Übertragungsverhalten im Zeitbereich
Wovon ist der Flimmereindruck abhängig?
Von der Leuchtdichte
Lösungsmöglichkeiten für den Flimmereindruck?
- Zwischenspeicherung des Bildes
2. Zeilensprungverfahren
Ursache für Zeilenwandern?
Neigung des visuellen Systems, dem Schreibstrahl folgen zu wollen
Scanning
Kontinuierliches Abtasten einer Zeile durch einen Elektronenstrahl
Sampling
Entnahme diskreter Signalproben durch einen Halbleiter-Bildaufnehmer
Modulationsübertragungsfunktion (MTF Modulation Transfer Function)
Darstellung des Modulationsgrades m in Abhängigkeit der Ortsfrequenz
Wie hoch ist die genormte Videobandbreite?
5 MHz
Was waren die Randbedingungen bei der Entwicklung der analogen Farbfernsehübertragungssysteme?
Kompatibilität mit dem bestehenden S/W- Fernsehen und die Übertragung des Signals in nur einem Kanal
Was war wichtig bei der Kompatibilität mit dem bestehenden S/W-Fernsehen?
- Senderseitig: Nutzung der vorhandenen technischen Infrastruktur
- Emfangsseitig: vorhandene Fernsehempfänger müssen ein übertragenes Farbfernsehsignal in S/W ohne nennenswerte Beeinträchtigung empfangen können
Worin kann man eine bunte Bildvorlage gliedern?
- Leuchtdichteanteil/ -signal Y (Luminanz)
2. Farbanteil / Farbsignal C (Chrominanz)
Vorteil von Farbdifferenzsignalen?
Sie können in der Übertragungsbandbreite eingeschränkt werden.
Beim Farbfernsehstandard PAL arbeitet man nicht mit Farbdifferenzsignalen sondern?
V = 0,88 * (R - Y) = 0,62R - 0,52G -0,1B U = 0,49 * (B - Y) = -0,15R - 0,29G + 0,44B
In welchem Bereich liegt die praktische verwendete Bandbreite für U und V?
Zwischen 0,6 MHz (VHS-Videorecorder) und 1,5 MHZ
Wie ist die Farbsättigung definiert?
Betrag F = Wurzel[(R-Y)^2 + (B-Y)^2]
Wie ist der Farbton definiert?
Winkel Phi = arctan[ (R-Y)/(B-Y) ]
analoge Farbfernsehstandards?
PAL, NTSC, SECAM
Was ist Vorraussetzung für die gemeinsame Übertragung von Luminanz und Chrominanz?
Die Linienstruktur des Fernsehsignals
Was versteht man unter Halbzeilen-Offset oder Verkämmung?
Wahl der Farbträgerfrequenz, so dass die Frequenzlinien des Chrominanzsignals genau zwischen den Luminanz-Frequenzlinien liegen
cross luminance (crosstalk of color in luminance)
Verbleibende Störung beim S/W-Empfang
cross color (crosstalk of luminance in color)
Störung von Chrominanzsignalen durch hochfrequente Luminanz-Signalanteile
-> Fischgrätmuster oder Aufblühen der betroffenen Bildteile
Wie muss die Modulation der Farbdifferenzsignale auf einem Farbträger erfolgen?
- Der Farbträger muss verschwinden, wenn die Farbdifferenzsignale zu null werden
- Möglichkeit der Übertragung beider Farbdifferenzsignale mit einem Träger
Nachteil NTSC-Verfahren?
Abhängigkeit des Farbtons vom Phasenwinkel des Chrominanzsignals. Bereits leichte Abweichungen des Phasenwinkels führen zu störenden Effekten (grüne Gesichter)
Vorteil PAL-Verfahren?
Phasenfehler bei der Übertragung führen nicht zu Farbtonänderungen wie bei NTSC, sondern äußern sich in weniger kritischen Farbsättigungsänderungen
Vorteile des Einsatzes digitaler Technologien?
- höhere Störfestigkeit
- Digitale Schaltungen sind “abgleichfrei” und eigenen sich besser zur Hochintegration
- verlustfreie Speicherung über längere Zeiträume
- Ermöglichung von Trick- und Animationstechniken
- optimale Anpassung an den jeweiligen Übertragungskanal
Definition Digitales Fernsehen
Verfahren oder Systeme, die in der Lage sind:
- 2- oder 3-dimensionale Bildvorlagen abzutasten und das daraus entstehende Signal digital zu be- und verarbeiten. Dieses dann in Echtzeit oder Nicht-Echtzeit auf einem Datenträger zu speicher und/oder es drahtlos oder drahtgebunden zu übertragen. Die Bildqualität kann durch digitale Signalverarbeitung verbessert werden
Definition Digitalisierung
Umwandlung der zeit- und wertkontinuirlichen Signale in eine geeignete diskrete Form
Quantisierung
Durch die Quantisierung werden die amplitudenkontinuierlichen Abtastwerte auf diskrete Werte abgebildet. Durch die endliche Quantisierungsstufenzahl a entsteht ein Quantisierungsfehler
Quantisierungsstufenzahl a
a = m^b
Video: a = 256
Audio: a = 65536
Definition Dynamikbereich
Der Dynamikbereich beschreibt das Verhältnis vom Spitzenwert des Videosignals zum Spitzenwert des Quantisierungsfehlers im logarithmischen Maßstab.
-> Jedes Bit mehr an Auflösung erhöht den Dynamikbereich um 6dB
Definition Quantisierungsstörabstand (bewerteter Störabstand)
Verhältnis von Spitzenwert Videosignal zu Effektivwert des Quantisierungsfehlers
Was ist die Voraussetzung dafür, dass der Quantisierungsfehler als Rauschen betrachtet werden kann?
Quantisierungsfehler muss über den Frequenzbereich statistisch gleichverteilt sein (ist erfüllt bei genügend hoher Aussteuerung)
Ab wann sind Rauschstörungen im Videosignal nicht mehr wahrnehmbar?
ab etwa 42dB
Headroom bei Systemreserven
Übersteuerungsreserve 10dB
Footroom bei Systemreserven
Schutzabstand 20dB
Leerkanalstörpegel
14 dB
Scrambler
Aufbrechen langer 0- bzw. 1-Folgen durch Generator-Polynom -> Ausgang: NRZ-Code (Non-Return to Zero)
Inverter
Schaffung eines polaritätsfreien Signals
-> Ausgang: NRZI-Code
Redundanz
Überschüssige Information, die durch Gleicheit oder Ähnlichkeit von Werten entsteht
Informationsgehalt
Je nachdem, wie häufig ein bestimmtes Zeichen auftritt, sinkt oder steigt der Informationsgehalt
Entropie
Mittlerer Informationsgehalt
Welche psycho-physiologischen Eigenschaften der visuellen Wahrnehmung nutzt man bei der Bilddatenreduktion?
- Einschränkung der örtlichen Detailauflösung
- Einschränkungen bei der Wahrnehmung schneller, unvorhergesehener Bewegungen
- Einschränkung bei der Wahrnehmung der Zahl von Amplitudenstufen
I-Bild
Intraframe, d.h. innerhalb des Bildes codiert
P-Bild
unidirektional prädizierte Bilder aus I- bzw. P-Bildern
B-Bild
bi-direktional prädizierte Bilder aus I- bzw. P-Bildern
GOP (Group of Pictures)
Legt die Reihenfolge der IPB-Bilder fest
Mithörschwellen
Eine Mithörschwelle ist derjenige Schalldruckpegel den ein Testschall haben muss, damit er neben dem Störschall gerade noch wahrgenommen wird
Vorverdeckung
Eine Vorverdeckung tritt nur dann auf, wenn zwischen dem Gaußimpuls und Maskierer nicht mehr als 20ms liegen
Was ist die Aufgabe der Audi-Quellencodierung?
Die Aufgabe der Audioquellencodierung ist es, eine Datenreduktion so durch zuführen, dass diese für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar ist. Dabei werden sich Verdeckungseigenschaften des menschlichen Gehörs zu nutze gemacht.
Was ist der wesentliche Bestimmungsfaktor für die erreichbare Kompressionsrate? (MPEG Audio)
optimale Festlegung der Quantisierungsschwellen in den einzelnen Teilbändern.
Welche Signalverarbeitungsschritte des MPEG2-Encoders führen zu einer Redundanzreduktion?
Differenzcodierung und Lauflängencodierung
Welche Signalverarbeitungsschritte des MPEG2-Encoders führen zu einer Irrelevanzreduktion?
Quantisierung der DCT-Koeffizienten, Farbunterabtastung und Vorfilterung
