Videotechnik Flashcards
Was ist ein Bewegtbild?
Eine zweidimensionale Anordung (h,v) von Leuchtdichtewerte.
Diese Ändern sich über die Zeit.
Was besagt das Abtasttheorem?
Abtastfrequenz mind. Doppelt so große wie größte im Signal vorkommende Frequenz. Um eine störfreie Bildwandlung zu gewährleisten, muss für alle Dimensionen (Zeile,Spalte, Zeit) das Abtasttheorem erfüllt sein.
Was ist der Grenzwinkel?
Der Grenzwinkel gibt an, unter welchem Winkel man 2 Zeilen gerade noch auflösen kann.
Welche Alias-Strukturen können auftreten?
Zeitlich:
Flimmern, ruckelnde Bewegung, sich scheinbar rückwärts drehende Speichenräder
Räumlich:
Treppenstrukturen an Diagonalen
Was ist die Modulationstransferfunktion?
Die MTF beschreibt die Abbildungseigenschaften eines abgebildeten Systems.
In der Mathematischen Darstellung entspricht das Linienraster des Objekts einem eckigen Kurvenverlauf.
→ Objektmodulation
Durch den Kontrastverlust verändert sich dieser Kurvenverlauf. Der neue Kurvenverlauf (des Bildes mit dem Kontrastverlust) wird idealisiert als Sinuskurve dargestellt.
→ Bildmodulation
Die beiden Modulationen werden miteinander verglichen und das Ergebnis drückt die Höhe des Kontrastverlustes aus
Wie wird ein Bewegtbild Diskretisiert?
Zeitliche Diskretisierung:
Ein Bewegungsvorgang wird in einzelne Bilder zerlegt.
Räumliche Diskretisierung:
Zeilen und Spalten bzw. einzelne Bildpunkte im Bild
Was ist das Zeilensprungverfahren?
Was sind segmented Frames?
Wurde entwickelt um Flimmern durch zu geringe Anzahl von Lichtimpulsen zu beseitigen
Bilder konnten nicht 2x gezeigt werden wie im Kino, da die Speicherung der Bilder damals noch nicht möglich war
Gesamtbild wird bei der Aufnahme in zwei Teilbilder erzeugt (ineinander verkämmt)
→ Aus 25 Vollbildern (Frames) werden 50 Halbbilder (fields)
segmented Frames:
Es werden zuerst Vollbilder erstellt, die dann zu Halbbilder getrennt werden. Dadurch wird das Problem mit den ausgefransten Kanten gelöst.
Was sind die Vorteile bzw. Nachteile des Zeilensprungverfahrens?
Vorteile:
→ Genügend Lichtimpulse / Flimmerproblem gelöst (25/30 Hz → 50/60 Hz)
→ Bessere temporale Auflösung
→ Bei gleichbleibender Bandbreite können doppelt so viele Bilder gesendet werden
Nachteile:
→ Geringe Bildverschlechterung/Artefakte
→ Vertikale Auflösung wird verringert
→ Dünne Linien werden nur von einem Halbbild wiedergegeben (flackern mit 25 Hz)
→ Ausgefranste Kanten dadurch, dass zwei Halbbilder zusammengesetzt werden
Was ist der Unterschied zwischen Interlaced und Progressiv?
Interlaced
Das Gesamtbild wird in 2 Halbbilder aufgeteilt die eineinander verkämmt sind
→ Computermonitor, Projektoren
Progressive:
Die Bildzeilen werden Zeile für Zeile nacheinander fortschreitend abgetastet
→ Aufnahme bei Fernsehkameras
Wofür steht das BAS-Signal?
Was ist die Gesamztspannung und deren Aufteilung im BAS-Signal?
Die Abkürzung BAS steht für Bild-, Austast-, und Synchronsignal.
Die Bildhelligkeit der Bildpunkte wird durch eine Signalspannung repräsentiert.
→ Helle Punkte – hohe Spannung; dunkle Punkte – niedrige Spannung
Die Spannung des Gesamtsignals beträgt 1V.
→ Synchronboden: -0,3 V
→ Austastpegel: 0 V
→ Weißwert: 0,7 V
- Schwarzanhebung: Oft wird Schwarz (der Minimalwert) nicht exakt auf 0V, sondern auf 0,01V eingestellt um nicht mit H-Austastlücke verwechselt zu werden
Erklären Sie die Horizontale Austastlücke.
Der Elektronenstrahl darf beim Rücksprung vom rechten Bildrand zurück zum linken nicht sichtbar sein und wird daher ausgeschaltet (ausgetastet).
Der Pegel ist mit 0V festgelegt. Die Dauer der horizontalen Austastung ist, abhängig von der Bildfrequenz international unterschiedlich.
Es ergibt sich aus der Differenz der Gesamtzeilendauer und der aktiven Zeilendauer.
Erklären sie die vertikale Austastlücke.
Der Elektronenstrahl darf nicht sichtbar sein für den Strahlenrückgang nach Beendigung eines Halbbildes.
Für den Strahlenrücksprung wird jeweils eine Lücke von 1,6 ms reserviert, d.h. für die Dauer von 25 Zeilen pro Halbbild ist der Elektronenstrahl ausgeschaltet. (575 Zeilen anstatt von 625 Zeilen)
Wieso braucht man den Synchronimpuls und wie funktioniert dieser?
Im Empfänger müssen die Zeilen in gleicher Weise geschrieben werden, wie sie in der Kamera erzeugt wurden. Der Gleichlauf wird mit Synchronsignalen erreicht.
Horizontalsynchronisation
Zur Horizontalsynchronisation wird nach jeder Zeile ein Rechtecksignal in der Horizontalaustastlücke positioniert. Dieser H-Synchronpuls liegt zwischen der sogenannten vorderen und hinteren Schwarzschulter. Um eine sichere Synchronisation zu gewährleisten, hat der Synchronimpuls einen großen Wert, der bei SD-Systemen in Europa 3/7 (300 mV) des Bildausteuerbereichs beträgt.
Vertikalsynchronisation
Zur Vertikalsynchronisation wird nach jedem Halbbild Synchronimpulse in der Vertikalen Austastlücke positioniert. Ein Kondensator wird durch die Impulse geladen bzw. entladen sodass zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Kondensatorspannung erreicht wird, die den Strahlenrücksprung zum Bildanfang, also den Bildwechsel auslöst.
Was sind Spektralfarben?
Was ist die Additive Farbmischung?
Was sagt die Farbtemperatur aus?
Weißes Licht kann durch einen Prisma in Spektralfarben zerlegt werden
→ bricht Licht wellenlängenabhängig
Mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau lassen sich mit der additiven Farbmischung alle Farben mischen.
→ R=G=B = 1 weiß
→ R=G=B = 0 schwarz
Farbtemperatur: je niedriger die Farbtemperatur desto bläulicher das Licht
Wie funktioniert die Farbempfindung in unserer Netzhaut?
Zapfen:
Dienen bei hohen Leuchtdichten als Rezeptoren der Helligkeits- und Farbwahrnehmung. Es gibt 3 verschiedene Arten von Zapfen die jeweils eine Empfindlichkeit für eine Grundfarbe aufweisen.
Stäbchen:
Sind sehr empfindlich und registrieren die schwachen Helligkeitswerte. Bei wenig Umgebungslicht spielen die Zapfen keine Rolle mehr, dann ist auch keine Farbunterscheidung mehr möglich.
Wie ist der Dreidimensionale Farbraum aufgebaut?
Dreidimensionale Darstellung von Farben
Achsen werden durch die Primärvalenzen gespannt
→ Grundfarben: R→ x; G→ y; B→ z)
Die Information über die Farbart allein lässt sich in einer Ebene darstellen, die sich aus einem diagonalen Schnitt durch den RGB-Würfel als sogenanntes Primärvalenzdreieck.
Was ist das CIE-Diagramm? Was sind die Nachteile?
Spektralfarbenzug am Rand, alle anderen Farben liegen innerhalb des Kurvenzugs
Purpurgerade: Zwischen kurz und langwelligem Ende
Weißpunkt liegt in der Mitte. Jede Gerade, die vom Weißpunkt ausgeht kennzeichnet eine Farbart mit gleichem Farbton aber verschiedene Farbsättigung
Im CIE-Diagramm ist nur die Farbart dargestellt (keine Helligkeit)
Jede Farbe kann über 2 Zahlen (Koordinaten) bestimmt werden:
- Farbton: auf Ort auf Spektralfarbenzug
- Sättigung: durch Abstand zum Weißpunkt
Nachteile:
→ vom Menschen empfundene Farbunterschiede werden nicht gleichabständig wahrgenommen
→ Bereich der Grüntöne ist sehr ausgedehnt, Auflösefähigkeit in Richtung Rot-grün größer als in Richtung Gelb-Blau
Was sind die McAdam-Ellipsen?
McAdam-Ellipsen: Farbauflösungsfähigkeiten
→ große Ellipsenflächen entspricht geringer Farbauflösefähigkeit
→ kleine Ellipsenflächen entspricht großer Farbauflösefähigkeit
Was zeichnet das RGB Signal aus?
Höchste Bildqualität, hat jedoch auch die größte Bandbreite, Datenrate und Speicherbedarf
→ dreifache Bandbreite eines S/W-Verfahren
Anwendung: wegen den hohen Bandbreiten- und Laufzeitbedarf nur auf kurzen Strecken
→ von Kamera zu Einrichtung der Bildtechnik
Wie sieht das Prüfsignal für das RGB-Signal aus?
Für alle elektrischen Farbsignalinformationen wird als Farbprüfsignal ein Farbbalken-Testbild verwendet, bei dem jede Zeile es Bildsignals die acht Farbkombinationen enthält, die sich ergeben wenn die drei Signale R,G,B eingeschaltet werden
Neben Schwarz und Weiß und den Farben R,G,B ergeben sich die Grundfarben der subtraktiven Farbmischung: Cyan, Magenta und Gelb
Was ist das Komponentensignal? Wieso wurde es eingeführt?
Farbsignal sollte schwarz/weiß kompatibel sein.D.h. aus dem Farbsignal sollte das Leuchtdichtesignal für konventionelle S/W-Empfänger einfach ableitbar sein
Es sollte dafür keine zusätzliche Bandbreite beansprucht werden
Farb- und Helligkeitsinformationen werden getrennt
- YCRCB sind die digitalen Komponenten
- YPRPB sind die analogen Komponenten
Wie gewinnt man das Leuchtdichtesignal?
S/W kompatibles Leutedichtesignal Y
Man erhält das Y-Signal aus der Summe der RGB Anteile
→ ~ 30% Rot, 60% Grün, 11% Blau
Wenn nur das Y-Signal übertragen wird, erscheint eine Grautreppe
Das Luminanzsignal liegt zwischen 0 und 0,7 V.
Wie gewinnt man das Farbdifferenzsignal? Und warum wird eine Pegelreduktion vorgenommen?
Da der Y-Kanal die Informationen über die Helligkeit enthält, ist es günstig, dass die zwei weiteren Kanäle Informationen allein über die Farbart enthalten.
Es werden die Farbdifferenzkomponenten R-Y und B-Y gebildet.
Pegelreduktion
Differenzsignale werden im Pegel reduziert damit sie keine höheren Spannungen als das Luminanzsignal aufweisen damit eine Übersteuerung vermieden werden soll.
Die Maximalspannung soll bei allen 3 Komponenten 0,7V aufweisen.
• PR = 0,7 (R-Y)
• PB = 0,6 (B-Y)
Das Chrominanzsignal liegt zwischen -0,35 und +0,35 V
Warum ist eine Bandbreitenreduktion für den Menschen schwer zu erkennen?
Menschliches Auge bemerkt wegen geringem Ortsauflösungsvermögen eine Verschlechterung für feine Farbdetails nicht.
Was muss man beim Übergang zwischen 2 Signalformen beachten?
Das Signal muss bei der Transformation in ein anderes innerhalb des Gamut Limits liegen.
Verletzung des Gamut-Limits macht das Signal illegal
→ 0V – 700 mV
Warum braucht man die Signalkontrolle?
Welche technischen Parameter müssen beachtet werden?
Man braucht die Signalkontrolle um technische Parameter zu überprüfen, damit das Bildsignal eine korrekte Austeuerung während des Programmablaufs hat.
Dabei müssen folgende technische Parameter beachtet werden:
→ Signalpegel
→ Signallaufzeiten
→ Grenzfrequenz des Systems
→ Übersprechen zwischen Teilsignalen
→ Pegel und Laufzeitdifferenzen überprüfen
→ Kamera Matching
Was ist ein Waveformmonitor?
Für was ist er Schlecht und für was ist er gut geeignet?
Der Waveformmonitor ist ein spezielles Oszilloskop welches in der Videotechnik zum Messen von Videopegeln benutzt wird.
Beim XY-Betrieb werden zwei Spannungen für die Ablenkung in X- und Y-Richtung verwendet.
Um ein periodisches Signal als stehendes Bild darzustellen, wird mit einer Triggerstufe die Zeitablenkung gezwungen, immer bei einem bestimmten Pegelwert und damit immer zur selben Zeit mit derselben Phasenlage zu beginnen.
→ alle Zeilen können übereinander abgelesen werden.
Der Luminanzanteil ist Normgerecht wenn er 100% erreicht.
Ein Waveformmonitor ist zur Überprüfung der Chrominanzsignale schlecht geeignet, da der Farbtonbestimmende Phasenwinkel im hochfrequenten Farbträgersignal schlecht bestimmbar ist.
Welche 3 Parameter können bei dem Waveformmonitor eingestellt werden?
Amplitude:
In der Videotechnik immer maximal 1 V.
Frequenz:
In der Videotechnik gibt es nur einen Wahlschalter für H/2H und V/2V.
→ Einstellung der Zeit die für eine Zeile zur Verfügung steht (Zeilenfrequenz)
→ H/2H: Bei der Horizontaldarstellung werden alle Zeilen übereinander
dargestellt. Dies dient vor allem der Gesamtbeurteilung des Videopegels.
→ V/2V: Bei der Vertikaldarstellung werden alle Zeilen des Halbbildes nebeneinander gezeigt, wobei sich die Darstellung beider Halbbilder
überlagern. Damit lassen sich Signalfehler erkennen, die mit der Bildwechselfrequenz im Zusammenhang stehen.
Triggerpunkt:
Ab wann im linken Bildrand das Signal geschrieben werden soll, dass sich ein periodisches Signal mit Darstellung eines stehenden Bildes ermöglichen lässt.
Welche 2 Darstellungen können beim Waveformmonitor gewählt werden?
Parade-Darstellung
Die 3 Komponenten des Komponentensignals werden in zeitlich komprimierter Form nebeneinander dargestellt.
In dieser Darstellung können die einzelnen Pegel gut kontrolliert werden
Die Nulllinie wird dabei für die Farbdifferenzkomponenten auf 50% des Videopegels angehoben, sodass alle Signale im positiven Bereich liegen.
Overlay-Darstellung
Um den Zeitbezug der Signale untereinander berurteilen zu können bzw. Zeitbasisfehler aufzudecken, werden die drei Anteile ohne zeitliche Kompression in der Overlay-Darstellung übereinander dargestellt.
Was ist ein Vektorskop?
Ein spezielles Oszilloskop der Betriebsmesstechnik im Videobereich zur Überprüfung des Chrominanzsignals. (Keine Aussage über die Luminanz)
Das Gerät enthält Filter und Demodulatoren, mit denen ein Komponentensignal gewonnen wird.
→ Ablenkung in Y-Richtung: CR (amplitudenreduziertes Rot-Signal)
→ Ablenkung in X-Richtung: CB (amplitudenreduziertes Blau-Signal)
→ Die Luminanz fehlt dadurch ist in der Mitte der Anzeige der Unbuntpunkt.
Auf der Skala gibt es 6 Toleranzfelder für die 6 Farbwerte des Testsignals (R, G, B, Cyan, Magenta, Yellow).
Die Farben einer Zeile werden bei der Abtastung ständig durchlaufen, sodass dauernd sechs Punkte sichtbar sind, die bei optimaler Einstellung innerhalb der Toleranzfelder liegen sollten.
Was bedeutet eine Winkelabweichung beim Vektorskop?
Was eine Amplitudenabweichung?
Winkelabweichung = Phasenfehler, also Farbton (Toleranzbereich 3%)
Amplitudenabweichung = Sättigungsfehler (Toleranzbereich 5%)
Was sind die Vorteile von Digitalen Videosignalen?
Die Digitalwerte sind eindeutig rekonstruierbar
Digitalwerte können so gewählt werden, dass sie sich eindeutig von Störungen und Rauschen abheben.
Sie können aufgrund der zeitlichen Diskretisierung flexibler als ein Analogsignal verarbeitet werden.
Möglichkeit der Fehlerkorrektur bzw. Manipulation
Digital arbeitende Systeme sind günstiger als analoge.
Digitale Schaltungen arbeiten wesentlich stabiler und sich auch störfester
Die Rückwandlung in ein analoges System erfolgt nicht Fehlerfrei
→ Quantisierungsfehler bleiben erhalten
Was ist die Digitalisierung?
Was sind die 3 Schritte der Digitalisierung?
Diskrete statt kontinuierliche Werte
- Abtastung - zeitliche Diskretisierung
- Quantisierung
- Codierung
Erklären sie die Abtastung, also die Zeitliche Diskretisierung.
Auf was muss man bei der Abtastfrequenz achten und wieso braucht man eine Tiefpassfilterung?
in regelmäßigen Abständen werden dem Signal Samples entnommen
Diese werden bis zur nächsten Probeentnahme gespeichert
Dies wird durch Aufladung eines Kondensators realisiert
Nach Zeitdiskretisierung liegt Puls-Amplitudenmoduliertes (PAM) Signal vor (Werte noch analog)
Abtastfrequenz (Samplingrate)
Je höher die Abtastfrequenz desto besser wird der Signalverlauf angenähert, aber auch desto mehr Daten müssen übertragen werden.
Die Abtastfrequenz muss aber mindestens doppelt so groß wie die höchste auftretende Signalfrequenz sein
•Tiefpassfilterung
Eine Tiefpassfilterung muss durchgeführt werden, damit keine störenden Spektralanteile (über höchste Frequenz) im Signal auftreten.
Erklären sie die Quantiserung- Also die Werte Diskretisierung
Warum entstehen Quantisierungsfehler? Was ist das Quantisierungsrauschen?
Je mehr Quantisierungsstufen, desto besser ist die Signalqualität
Sinnvolle Auflösung richtet sich nach den Qualitätsansprüchen, die durch die menschlichen Sinne bestimmt sind.
Es sind 6500 Stufen (16 Bit) in der Audio- und Videotechnik nötig, um keine Verfälschungen gegenüber dem Original wahrzunehmen
Quantisierungsfehler
Abweichungen, die entstehen, wenn unendlich viele mögliche Werte auf endliche Anzahl reduziert werden. Diese können z.B. als stufiger Grauwertübergang sichtbar sein
Quantisierungsrauschen
Bei genügend hoher Aussteuerung sind Quantisierungsfehler statisch gleich verteilt. Dies ist bei kleinen Signalpegeln nicht gegeben (da Quantisierungsfehler in starken periodischen Anteilen auftritt)
Dieses Quantisierungsrauschen kann durch zugesetzte unregelmäßige Signale (Dither) verdeckt werden.
Ab 42 dB ist eine Rauschstörung nicht mehr wahrnehmbar.
Erklären Sie die Codierung.
Welche Unterschiedlichen Arten der Codierung gibt es?
Veränderung des Datenstroms durch Umordnung und Einfügen von Bits derart, dass sich der Originaldatenstrom eindeutig rekonstruieren lässt.
Quellencodierung
→NRZ Code
Kanalkodierung
→ NRZI Code
→ Bi-Phase-Mark Code
Erläutern sie näher die Quellencodierung und den NRZ Code.
Um Datenreduktion zu erhalten
Anpassung an die besonderen Eigenschaften des Übertragungskanals
Basis: PCM-Signal an der Quelle
NRZ Code (Non Return to Zero)
• Wird nicht bei aufeinanderfolgenden High-Zuständen zurückgesetzt
• Unregelmäßig
• Nicht selbsttaktend
• Nicht gleichwertfrei → Signal ändert sich lang nicht wenn lange Folgen gleicher Bits kommen
• Höchste Frequenz ergibt sich aus einem ständigen Wechsel der Zustände
• Bilddauer T entspricht kürzestem Signalzustand
→ daraus Bitrate/Bittaktfrequzenz
Erläutern sie näher die Kanalcodierung und den NRZI bzw. Bi-Phase-Code
Für Übertragung, wegen Übertragungsfehler
Findet unter Berücksichtigung des Fehlerschutzes statt
Beachten:
→ welche spektralen Anteile das Signal aufweist
→ Bandbreite zu berücksichtigen
→ ob Gleichwertanteile auftreten
→ welche Modulationsarten verwendet werden
→ ob Taktgewinnung aus dem Signal selbst erforderlich ist
NRZI (Non Return to Zero Inverse)
Bei jeder 1 wird Signalzustand zwischen 0 und 1 bzw. 1 und 0 umgeschaltet
Jede 1 entspricht einem Pegelwechsel
Polaritätsunabhängig
•Nicht selbsttaktend (da niederfrequente Anteile enthalten)
Bi-Phase Mark-Code
Selbsttaktend
An jeder Bitzellengrenze findet Pegelwechsel statt
Bei 1 findet zusätzlicher Pegelwechsel statt
Braucht viel Brandbreite durch hohe Frequenz
