Grundlagen der Videosignalverarbeitung und Studio-Technik

Grundlagen der Videotechnik

Bildzerlegung und -struktur

• Jedes Bild (Frame) wird in horizontale Linien zerlegt.
• Jede Zeile besteht aus Bildpunkten.
• Parameter eines Bildpunktes:
  • Helligkeit
  • Farbton
  • Sättigung
• Synchronisation

Bildabtastung und -wahrnehmung

• PAL-System: 625/25
• Bildwahrnehmung:
  • Remanenz
  • Visuelle Persistenz
• Progressive Scan:
  • Bild: 625 Zeilen
• Interlace (Zeilensprungverfahren):
  • Bild: 2 Felder
  • Feld: 312,5 Zeilen

Helligkeit und Farbe

• Jeder Bildpunkt setzt sich aus drei Grundfarben zusammen: Rot (R), Grün (G) und Blau (B).
• Komponenten des Videosignals:
  • Rücklauf (Blanking)
• Das übertragene Signal besteht aus zwei Hauptkomponenten:
  • Luminanz (Y): Schwarz-Weiß-Bild + Synchronisation
  • Chrominanz oder Farbanteil (C): Farbsignal
• Bildung des Composite-Videosignals

Horizontale Synchronisation und Videolinienstruktur

• Horizontale Synchronisation
• Rückflanke (Back Porch)
• Aktiver Zeilenbereich
• Vorderflanke (Front Porch)

Auflösung und Bandbreite

• Horizontale Auflösung: Anzahl der Punkte, die pro Bildzeile dargestellt werden können.
• Bandbreite: Frequenzbereich, der verarbeitet werden kann.
• Effektive Auflösung:
  • 1 MHz = 80 Zeilen

Messung von Videosignalen

• Oszilloskop
• Wellenformmonitor
• Vektorskop
• Spektrumanalysator

Farbfernsehsysteme

Das PAL-System

• Übertragung der chromatischen Informationen durch Modulation eines Unterträgers in Amplitude und Phase.
• Unterträgerfrequenz: 4,43 MHz
• Zur Farbgewinnung basiert das Signal auf der Leuchtdichte.
• Es verfügt über eine Farbsynchronisation.

Farbsynchronisation (Color Burst)

• Sie ist auch bekannt als Burst oder Farbsynchronsignal.
• Besteht aus 9 bis 11 Zyklen des Unterträgersignals.
• Sie befindet sich auf der Rückflanke jeder Zeile.
• Amplitude: 300 mVss

Das Farbsignal

• Entsteht durch die Vektorsumme der Signale U und V.
• Wird im Quadraturamplitudenmodulationsverfahren (QAM) moduliert, mit einer Bandbreite von ± 1,3 MHz.
• Reduzierung des oberen Seitenbandes.
• Die Unterträgerfrequenz für PAL B/G beträgt F = 4,43 MHz.
• Jede Farbe des Bildes entspricht einer Phase des Chroma-Vektors.
• Ein Vektor repräsentiert eine gesättigtere Farbe.
• Ihr Spektrum ist diskret, mit Komponenten, die um bestimmte Frequenzen gruppiert sind.

PAL-Konsolidierung (Phasenalternierung)

• Das U-Signal wird immer mit 0° Phase moduliert.
• Das V-Signal wird in jeder zweiten Zeile phasenalternierend bei +90° / -90° moduliert.
• Die Burst-Phase wird ebenfalls geändert: 135° in einer Zeile und 225° in der nächsten.
• Jede Farbe wird durch ein Vektorpaar dargestellt, je nachdem, ob das V-Signal positiv oder negativ ist.

PAL-Farbfehlerkorrektur

• Wenn das Signal eine Ausbreitungsverzögerung erfährt, ändert sich die ursprüngliche Farbe.
• Diese Änderung ist in der nächsten Zeile ähnlich.
• Im Empfänger wird die Phase des V-Signals in der zweiten Zeile umgekehrt.
• Durch Addition der Signale beider Zeilen wird die ursprüngliche Phase wiederhergestellt und der Fehler korrigiert.

Das NTSC-System

• Implementiert in Amerika.
• 525 Zeilen / 60 Halbbilder
• Chroma-Quadraturmodulation (QAM).
• Unterträgerfrequenz: 3,58 MHz
• Es verwendet nicht die PAL-eigene Phasenalternierung.
• Es korrigiert keine Farbphasenfehler.

Kameratechnik

Kamerafilter

• Viertelwellenfilter (Lambda/4-Wellenfilter)
• Farbkorrekturfilter (CC)
• Neutraldichtefilter (ND)
• Infrarotfilter
• Tiefpassfilter

Vorteile des CCD-Sensors

• Geringeres Volumen und Gewicht
• Geringere Empfindlichkeit (weniger fragil)
• Keine geometrische Verzerrung
• Längere Lebensdauer
• Geringerer Stromverbrauch
• Höhere Empfindlichkeit
• Keine Remanenz

Chromaverarbeitung

• Weiß- und Schwarzabgleich
• Chroma-Matrix
• UV-Modulation
• PAL-Encoder

Timing und Steuerung

• Prozesssteuerung
• Synchronisation
• Iris-Steuerung
• CCD-Steuerung

Anschluss der Kamerasteuerung (CCU)

• Eingang für externe Synchronisation.
• Video-Rückkanal-Eingang.
• Eingänge für Hilfssignale.
• Videoausgänge
• Fernsteuerung
• Kamera-CCU-Verbindung:
  • Multicore-Kabel
  • Triaxialkabel
  • Glasfaserkabel

Anpassungen in einer CCU

• Iris
• Pedestal (Schwarzpegel)
• Verstärkung (Gain)
• Schwarz- und Weißabgleich
• Gamma und Knie
• Verschlusszeit (Shutter)
• Kabelkompensation
• Kameraphase

Studioausrüstung und Signalverarbeitung

Synchronisationsgenerator

• Erzeugt ein gemeinsames Synchronisationsmuster für alle Elemente im Studio.
• Erzeugt Black Burst (BB).
• Kann externe Signale von anderen Geräten empfangen, um eine Master-Slave-Verbindung herzustellen.

Logogenerator

• Fügt ein Logo oder erkennbare Merkmale in eine Ecke des Bildes ein, um die empfangende Station zu identifizieren.

Testsignalgenerator

• Fügt zu Beginn jedes Feldes Informationen zur Überprüfung der Signalqualität ein, bekannt als VITS (Vertical Interval Test Signal).

Text- und Grafikgenerator

• Anwendungen:
  • Bewertung der Qualität einer Anlage
  • Einfügen von Startinformationen für Aufzeichnungen
  • Signal-Ausfallreserve
  • Einrichtung der Studioumgebung

Videoverteiler

• Gibt das am Eingang anliegende Signal an jedem seiner Ausgänge aus.
• Hält Pegel und Impedanz (1 Vss, 75 Ω) unabhängig von der Anzahl der Ausgänge konstant.

Verbindungspaneele (Patch Panels)

• Eine Reihe von Steckverbindern (BNC, Muse etc.), montiert auf einem Träger.
• Mithilfe externer Patchkabel können Techniker die allgemeine Konfiguration der Anlage erstellen.
• Sie dienen als zentrale Verbindungspunkte für die Verkabelung der Installation.

Matrix-Umschalter

• Verfügt über eine große Anzahl von Ein- und Ausgängen.
• Enthält in der Regel Schaltkomponenten für Video und Stereo-Audio sowie drei Matrixebenen.
• Nutzt elektronische Schaltsysteme, die während der Austastlücken arbeiten.
• Dies ermöglicht nahtlose Übergänge.

Frame-Synchronizer

• Synchronisiert asynchrone Quellen im Studio anhand eines gemeinsamen Referenzpunktes.
• Struktur:
  • Digitalisierung des Eingangssignals
  • Lesen und synchrone Konvertierung der Daten

Grafik- und Effektgeneratoren

• Fügen Grafiken in das Videoprogramm ein.
• Sie basieren auf IT-Umgebungen.
• Werden mittels Genlock synchronisiert.
• Overlay (Überlagerung)
• Alpha-Kanal (Key)
• Zeitlupenfunktion

Videomischer

• Erzeugt Mischungen, Übergangseffekte und Filter für das Bildsignal.
• Arbeitet mit Composite-Videosignalen sowie analogen und digitalen Komponenten.

Keying-Effekte

Luminanz-Key

• Die Trennung erfolgt basierend auf der Helligkeitsdifferenz des Signals. Der Bediener legt den Schwellenwert fest, wodurch Bereiche mit geringerer Helligkeit transparent werden.

Chroma-Key

• Diskriminiert eine Farbe in der Szene (häufig Blau oder Grün), die für die Komposition transparent gemacht wird.

Signalverteilung

• Patch-Panel
• Verteiler

Routing-Umschalter

• Besitzt eine große Anzahl von Eingängen, von denen einer zum Ausgang durchgeschaltet wird.

Weitere technische Daten

• Dauer der horizontalen Synchronisation: 4,7 µs
• Unterträgerfrequenz PAL: 4,43 MHz