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Veröffentlicht von:Hedda Gertz Geändert vor über 10 Jahren
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Digital Videotechnology 1.Basics a.Analog Video b.Composite, S-Video, Component 2.Digital Video 1.Sampling 2.Compression 3.Digital Camera 4.DV Format 5.Digital TV
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Videotechnology: Actual Situation Studio Digital Video compressed MPEG 2 Modulated QPSK Cable Digital 64 QAM Set Top Box Cable analog Direct Satellite receiver Analog Video Terrestrical Distribution Digital Video Terrestrical OFDM
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Introduction to Videotechnology TV Systems (analog) Germany, Austria, Poland... PAL: Phase Alternate Line 625 (576 active) Lines, 50 Hz Interlace aspect ratio 4:3 USA, Japan, latin America NTSC: 525 Lines (480 active) 60 Hz Interlace aspect ratio 4:3
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1.Field2.FieldFrame Introduction to Videotechnology = + Interlace
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Introduction to Videotechnology Interlace progressive interlaced
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CameraCRT or Display Principle of Videotransmission (analog)
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0.7 Luminance Distribution in one line
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Different Screen Format Introduction to Videotechnology
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The Composite Signal How to transmit Color ?
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The Colorcompositing Additive ColorcompositingSubtractive Colorcompositing Displays, CRT Print (Paper) RGB CMYK
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Y Luminance Cr = R-Y Cb = B-Y In the Videotechnology people are working with Component Signals Y=0.299R+0,587G+0.114B
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Matrix R G B Y Cr Cb QAM Chrominace Videosignal (Composite) Luminance C Component signal Different Video Signals S-Videosignal Y/C -Signal Introduction to Videotechnology
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The Component Signal Y=0.299R+0,587G+0.114B Generation of Luminance signal from RGB 100 % intensity Red kamera100 % Intensity 100 % Intensität Rot B/W Kamera 30% Intensity
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The Component Signal Y=0.299R+0,587G+0.114B Generation of Luminance signal from RGB 100 % Intensity Green kamera100 % Intensity Green B/W Kamera 59% Intensity
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The Component Signal Y=0.299R+0,587G+0.114B Generation of Luminance signal from RGB 100 % Intensity Blue kamera100 % Intensity Blue B/W Kamera 11% Intensity
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WeißGelbCyanGrünMagendaRotBlauSchwarz The Colorbar How we can explain color bar with RGB ? Task
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WeißGelbCyanGrünMagendaRotBlauSchwarz
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WeißGelbCyanGrünMagendaRotBlauSchwarz 0,89 1 0,7 0,59 0,41 0,3 0,11
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WeißGelbCyanGrünMag.RotBlauSchwarz
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Die Chrominanz QAM:Quadratur Amplitude Modulation Principle of QAM: (R-Y,B-Y) is a vector with angle and lenght : V=0,877(R-Y) und U=0,493(B-Y) (U,V) (C,Φ) mit
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QAM: Quadrature Amplitude Modulation
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Composite Signal Saturation Hue
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Farbkreis
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Introduction to Videotechnology TV Systems (digital) SDTVHDTVDigitale Filmkamera Pixel720 x 5761920 x 10804096 x 3072 Size for Luminance 0,4 MegaPixel2,0 MegaPixel12 MegaPixel Quantisierung8 Bit10 Bit14 Bit Sampling4:2:2 /Y,Cr,Cb 4:4:4/RGB Datarate 25fps125 MBit/s1,485 GBit/s17,3 Gbit/s
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Digital Component Signal Y, Cr,Cb Die Components are digitized Quantisation with 10 Bit Die Norm CCIR 601 4:2:2 Y: Digitalization with 13,5 MHz Cr:Digitalization with 6,75 MHz Cb:Digitalization with 6,75 MHz
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Digital Component Signal 3,375 MHz 4 13,5 MHz Basic frequency 2 6,75 MHz
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Digital Component Signal Sampling and Quantisation of Component CCIR 601 Sampling 4:2:2 and Quantisation with 10 Bit Datarate 270 Mbit/s 1 hour Video material ca. 122 Gbyte
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Sampling 4:2:2 Zeile 1 Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6
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4:1:1 Zeile 1 Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Digital Component Signal
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DV - Format
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576 720 Digital Videoformat Digitalization of Videosignals
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1 Frame 1 Sekunde 2 Frames3 Frames 25 Frames How big is the data rate ? What is the memory amount for storing 1 hour Video ? Digitalization of Videosignals
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DV Format MPEG 2 Standard DVD DVB Digital Video Broadcasting Camcorder Digitalization of Videosignals
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DV- Format was establish by Consortium of the leading Broadcast Companies (Sony, Thomson, Panasonic, Philips) Standard since 1994 Applications: Recording Video im consumer field Compression algoritm is optimized of constant Byte/Frame Intraframe Codierung /DV Format
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Resolution: 720*576 /25Hz (Luminanz) Sampling 4:2:0 und Quantization 8 Bit Input data rate : ca 125 Mbit/s Compression 5:1 ; Discrete Cosinus Transformation DCT Constant Outputdata rate: 25 Mbit/s Intraframe Codierung /DV Format
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Matrix R G B Y Cr Cb Sampling (4:2:0) & Quantization 125 Mbit/s YCrCb Intraframe Coding /DV Format Preprocessing
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Zeile 1 Zeile 2 Zeile 3 Zeile 4 Zeile 5 Zeile 6 Intraframe Codierung /DV Format Digitalization of Videosignals 4:2:0 Grid
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Huffman- Codierer 011010101 DCT Transformation Huffman- Decodierer Inverse- Transformation Treshold Coeffizients with small Energy are omitted Intraframe Codierung /DV Format DV Compression: DCT Transformation
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18519120462 98110116112 101108104106 1009997101 A 00 A 04 273,6111,812,11,6 94,174,2-3,81,2 -1,40,40,3-0,6 0,50,70,20,125 2741100 9700 0000 0000 17 DCT Treshold weighting & Quantization DV (JPEG) : Codierung Muster der 2 dimensionalen DCT Intraframe Codierung /DV Format
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27411200 947400 0000 0000 274, 112, 94, 0, 74, 0, 0, 0, 0, 0,0,0,0,0,0,0 274, 112, 94, 0, 74, 0, !,11 RLE Coding Coeffizienten Matrix Intraframe Coding/DV Standard Zig Zag Process
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Block 1Block 2Block N Huffman Codierung DPCM RLE DC 011010101 Intraframe Codierung/DV Standard
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Exsample of DV Compressions Intraframe Codierung/DV Standard Rekonstruktion 26,6 KBOriginal 133,5 KB Compression 1:5
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Examples of DV Compression Intraframe Coding/DV Standard Reconstruktion 26,6 KBOriginal 133,5 KB Compression 1:5
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Examples of DV Compression Intraframe Coding/DV Standard Rekonstruktion 3,8 KBOriginal 133,5 KB Kompression 1:35
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Examples of DV Compression Intraframe Coding/DV Standard Rekonstruktion 2,26 KBOriginal 133,5 KB Compression 1:60
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DV Format Intraframe Verarbeitung, Block shuffling 5 Makroblöcke aus unterschiedlichen Bereichen des Bildes werden zu einem Videosegment zusammengefasst 1 Videosegment =5*384Bytes=1920 Bytes 1 Frame 324 Videosegmente Block Shuffling bewirkt gleichmäßige Verteilung der Kompressionseffekte M1 M2 M5 M3 M4 Intraframe Macroblock- Shuffling M1M2M3M4M5 1 Videosegment 1920 Bytes
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Intraframe Processing, Block shuffling Bilding Makroblocks 1 Makroblock contain 6 DCT Blocks (8*8 or 2*4*8 Blocks) The Size of Makroblocks is 6*8*8 Byte=384 Bytes 1 Makroblock contain 4 Luminance and 2 Crominanzblocks Intraframe Codierung/DV Standard
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Makroblocks 1 Makroblock contains 6 DCT Blöcke (8*8 Blöcke) 1 Makroblock : 4 Luminance and 2 Crominance The Size of the Makroblocks ist6*8*8 Byte=384 Bytes Intraframe Codierung/DV Standard 123456 YCrCb
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4:2:0 Y Cr Cb Intraframe- Block Shuffling DCT Buffer Quanti- sierung VCL Analyse feste Videodatenrate 25 Mbit/s Feed Forward Steuerung Intraframe Codierung/DV Standard Videoblock
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DV Format Verschiedene Herstellerformate DVDVCAMDVCProDVCPro50 Y-Bandbreite5,75 MHz C-Bandbreite2,75 MHz 1,37 MHz2,75 MHz Pegelauflösung8 bit Abtastraster4:2:0 4:1:14:2:2 Signal/Rausch- abstand >56dB Datenreduktionsfaktor5:1 3,3:1 Aufzeichnungsrate42 Mbit/s 84 Mbit/s Videodatenrate25 Mbit/s 50 Mbit/s Anzahl der Zeilen/Halbbild 288 Anzahl der Audio Kanäle 2/4 24
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Artefakte bei DV Durch Farbreduktion 3 Probleme: 1.Mosquito Noise 2.Quilting (Diskontinuität benachbarter DCT-Blöcke) 3.Motion Blocking
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Artefakte bei DV Mosquito Noise
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Artefakte bei DV Quilting bei horizontalen Linien
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Artefakte bei DV Motion Blocking
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Artefakte bei DV Dropout
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Artefakte bei DV Dropout
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MPEG Moving Pictures Expert Group 1988 gegründet Ziel: Normierung von Kodiervorgängen für Bewegtbilder und dazugehörigen Tonsignalen Offener Standard Zur Zeit bereits standardisiert: MPEG1, MPEG2, MPEG4 In der Planung MPEG7, MPEG21
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MPEG Moving Pictures Expert Group MPEG Algorithmus basiert auf Hybride DCT eine Kombination von DPCM und DCT Bei der DPCM wird die closed loop DPCM verwendet
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+ P Huffman coder Huffman decoder – + p + Open-Loop DPCM Schätzwert Diiferenzwert Rekonstruktionswert MPEG Moving Pictures Expert Group
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Huffman coder Huffman decoder Methoden der Bildcodierung Close-Loop DPCM + p + + P – Q + + Q
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aktuelles Bild vorhergehendes Bild Differenz Methoden der Bildcodierung Interframe DPCM
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aktuelles Bild vorhergehendes Bild Bewegungsschätzung und kompensation BK Bild Bewegungsvektor vorhergehendes Bild BK Bild Bewegungsschätzung und kompensation Diff. Bild Methoden der Bildcodierung Interframe DPCM Encoder Decoder
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MPEG Moving Pictures Expert Group DCT Q Q Q Q PPPP
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MPEG Moving Pictures Expert Group DCT Q B
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GOP Group of Picture
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B- Frames
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Profiles & Levels MPEG 2
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