Grundlagen der Video- und Bildbearbeitung

Quantisierungsstufe vs. Abtastrate

• Quantisierung gibt die Anzahl der möglichen Amplitudenwerte in Bit an.
• Abtastrate (Samplerate) gibt die Häufigkeit der Amplitudenabtastung in Hertz (Hz) oder Samples pro Sekunde an.

Verdopplung Quantisierungsstufen

• Um die Quantisierungsstufen zu verdoppeln, benötigt man ein zusätzliches Bit.

Farbtiefeänderung

• Eine Erhöhung der Farbtiefe von 2 Bit auf 3 Bit verdoppelt die möglichen Farbabstufungen auf 8. (von 4 auf 8)

Video-Codecs

• Beispiele für Video-Codecs: h.264, h.265/HEVC, ProRes, XAVC, Cineform, DNxHD, ProRes Raw, Blackmagic Raw, ArriRaw, Redcode Raw

Farbkanäle in Video-Codecs

• 4:4:4 Codec: Drei Farbkanäle (Rot, Grün, Blau) vollständig abgebildet.
• 4:2:2 Codec: Zwei Farbkanäle.
• 4:2:0 Codec: Zwei Farbkanäle.

Farbtemperatur

• Farbtemperatur wird in Kelvin (K) gemessen.

Farbtemperaturen

• Tageslicht: 5600 Kelvin
• Warmes Kunstlicht: 3400 Kelvin

Blende, Lichtmenge und Schärfentiefe

• Jede Blendenstufe erhöht die Blendenzahl, halbiert die Blendenöffnung und halbiert die durchgelassene Lichtmenge.
• Größere Blendenöffnung = kleinere Schärfentiefe
• Kleinere Blendenöffnung = größere Schärfentiefe

Bildwiederholrate

• Ab ca. 18 Bildern pro Sekunde werden Bewegungen als fließend wahrgenommen.
• Etablierte Bildwiederholraten (FPS) in der professionellen Videoproduktion: 24, 25, 30, 50, 60, 100, 120.

Bildseitenverhältnis

• Das Bildseitenverhältnis gibt das Verhältnis von Höhe zu Breite eines Bildes an.

Pixel und Seitenverhältnis

• Bei 16:9 Bildseitenverhältnis und 1080 Zeilen ergibt sich eine Breite von 1920 Pixel.

Unterschied zwischen Bild- und Pixelseitenverhältnis

• Bildseitenverhältnis: Verhältnis Breite zu Höhe des Bildes
• Pixelseitenverhältnis: Darstellung des Pixels; entweder Square Pixel (1:1) oder anamorphischem Pixel.

Pixelanzahl und Sensor

• Die Größe des Sensors beeinflusst nicht direkt die Pixelanzahl, aber die Größe der einzelnen Pixel.

Pixelbitanzahl

• Graustufen (8 Bit): 8 Bit pro Pixel
• RGB (8 Bit): 24 Bit pro Pixel

Timecode

• Darstellung des Timecodes: HH:MM:SS:FF

Verteilungswege für AV-Medien

• TV (Satellit, terrestrisch, Kabel)
• Web (On-Demand, Live-Streaming)
• Physische Medien (DVD, Blu-ray, HDD/SSD/USB-Sticks)

Broadcast vs. Unicast

• Broadcast: Unidirektionale Übertragung von einer Quelle an viele Empfänger (z.B. Live-Stream).
• Unicast: Übertragung von einer Quelle zu einem einzelnen Empfänger.

PGM und PVW

• PGM (Program): Signal, das auf Sendung geht.
• PVW (Preview): Vorauswahl, z.B. für Schnittübergänge oder zur Begutachtung.

Bildmischer-Geräte

• Inputs: Kameras, Zuspieler, Grafik, Außenschalte, etc.
• Outputs: PGM, PVW, Monitore, Scopes

Alphakanal

• Alphakanal: Transparenzkanal in Ergänzung zu den Farbkanälen.
• Verwendung: Maskierung oder Stanzung von Bildmotiven, z.B. bei transparenten Grafiken.

Greenscreen-Aufnahme

• Vermeide die Keying-Farbe im Vordergrund.
• Pass die Ausleuchtung des Hintergrunds dem Motiv an.
• Gleichmäßige Ausleuchtung des Greenscreens.
• genügend Abstand zwischen Motiv und Greenscreen.
• Separate Ausleuchtung des Motivs.
• Vermeide reflektierende Gegenstände am Motiv.
• Schneller Verschluss (Shutter-Speed)

Rolling Shutter

• Vermeidung von Rolling Shutter:
• Auflösung reduzieren
• Weitwinkelobjektive verwenden
• Kamera mit Global Shutter Sensor verwenden
• Vermeidung von schnellen Kameraschwenks

Bewegungsunschärfe

• Lange Belichtungszeit => größere Bewegungsunschärfe bei bewegten Motiven/Kameras
• Kurze Belichtungszeit => kleinere Bewegungsunschärfe.
• Optimale Belichtungszeit: Bildrate (FPS) * 2

Kreuzschiene

• Eingänge (verschiedene Signalquellen) und Ausgänge werden verschaltet.
• Jeder Ausgang empfängt nur einen Eingang.
• Ein Eingang kann an mehrere Ausgänge geschaltet werden.

Schallsignal: Frequenz und Amplitude

• Frequenz definiert die Höhe des Tons.
• Amplitude definiert die Lautstärke des Tons.

Equalizer Filter

• Low-Cut: Abschneiden von Frequenzen unterhalb einer Trennfrequenz.
• High-Cut: Abschneiden von Frequenzen oberhalb einer Trennfrequenz.

Low-Cut und High-Pass Filter

• Es gibt keinen technischen Unterschied.

Schallwellenlänge (400 Hz)

• Wellenlänge (bei 20°C): 0,85 m oder 85 cm

Mehrkanalaudioformate

• Kanalbasiert: 5.1, 7.1 Surround, Auro3D
• Objektbasiert: Ambisonics, Wellenfeldsynthese

Dolby Atmos vs. Ambisonics

• Dolby Atmos: Kanal- und objektbasiert; halbe Sphäre.
• Ambisonics: Objektbasiert; volle Sphäre.

Kompressor

• Verringert die Dynamik; senkt laute, hebt leise Signale an.
• Einstellungen: Threshold, Ratio, Gain, Attack, Release.

Kamera-Analogien zu Auge

• Linse -> Objektiv
• Iris -> Blende
• Netzhaut -> Bildwandler
• Sehnerv -> Datenübertragung
• Gehirn -> Speicherung

Schärfentiefe

• Abhängig von Blendenzahl, Sensor, Brennweite, Gegenstandsdistanz.

Wahl des Objektivs

• Sensorgröße, Mount, Brennweite, Blende, Fest/Zoom

Optische Abbildungsfehler

• Chromatische Aberration, Verzeichnung, Vignettierung, Lensflare

Objektivtypen

• Zoom, Festbrennweite

Dynamikumfang

• Dynamikumfang: Verhältnis des hellsten zum dunkelsten erfassbaren Lichtsignals.
• 10 Blenden: 1024-mal stärkeres hellstes als dunkelstes Signal.

Blendenstufen

• Beispielwerte: 1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22

Pixel und Photonen

• Untere Grenze: Erfassungsminimum an Photonen für Signale über Sensorrauschen.
• Obere Grenze (Full-Well-Kapazität): Maximum an erfassbaren Photonen pro Pixel.

Farbtiefe

• Farbtiefe (in Bit): Genauigkeit der Analog-Digitalwandlung der Helligkeitswerte pro Farbkanal.

Luminanz und Chrominanz

• Luminanz: Helligkeit eines Bildes
• Chrominanz: Farbinformationen eines Bildes

Farben mit 2 Bit

• 4 Farben

Videoaufzeichnungseinstellungen

• Auflösung, Bildrate, Weißabgleich, Blende, Shutter, Schärfe, ISO/Gain.

Datenrate und Kompression

• Bei Faktor 5:1 Kompression 1 Gbit/s wird auf 200 Mbit/s reduziert.
• Bei Faktor 10:1 Kompression 3 Gbit/s wird auf 300 Mbit/s reduziert.

Kompressionstypen

• Verlustfrei: Keine Informationsverluste.
• Verlustbehaftet: Datenreduktion durch Weglassen unwesentlicher Informationen, geringere Qualität, kleinere Datenmenge.

Chroma Subsampling

• 4:2:2: 2/3 der Chrominformationen
• 4:2:0: 1/2 der Chrominformationen

GOP-Kompression

• Vorteil: bessere Qualität bei gleicher Datenrate oder gleiche Qualität bei niedrigerer Datenrate
• Nachteil: höhere Rechenleistung benötigt; ungeeignet für sehr dynamische Inhalte.

Speichermedien

• SD-Karte, MicroSD-Karte, CFExpress-Karte, externes SSD-Laufwerk, PCIe NVMe M.2 SSD-Laufwerk.

Video-Codec vs. Container

• Codec: eigentliche Videoinformation (Verlustkomprimierung, z.B. h.264\265)
• Container: „Behälter“, um verschiedene Daten (Video, Audio) zu speichern (z.B. MOV, MP4).

Hörbereich

• Menschliches Ohr hört von 20 Hz bis 20.000 Hz.
• Wellenlängen: Untergrenze: ca. 17,15 m; Obergrenze: ca. 17 mm.

Schallgeschwindigkeit und Lichtgeschwindigkeit

• Schallgeschwindigkeit (20°C): 343 m/s
• Lichtgeschwindigkeit: ca. 300.000 km/s

Schalldauer (50 m)

• Zeit für den Schallweg über 50m (20°C): ca. 0,145 Sekunden

dB Bezeichnungen

• dBSPL: Physikalischer Schalldruckpegel
• dBu: Spannungsmessung im analogen Bereich
• dBFS: Full Scale (maximale digitale Amplitude).

Datensatzgrößenberechnung (1080p25 4:2:2 10 Bit)

• Berechnung der Datenmenge in Bit: 1920 x 1080 x 25 x 3 x 10 = [Rechenwert in Bit]
• Berechnung der Datenmenge in Byte: [Rechenwert in Bit] / 8 = [Rechenwert in Byte]

Formel Leistungsaufnahme (PUI)

• P = U * I (Leistung in Watt = Spannung in Volt x Strom in Ampere)

Schuko-Haushaltslast

• Maximale Last: 230V * 16A = 3680W (3,68kW)

Scheinwerferanzahl (800W)

• Maximale Anzahl an Scheinwerfern: 3680W / 800W ≈ 4,6 (maximal 4)

LED-Vorteile

• Akkubetrieb möglich
• Weniger Wärmeentwicklung
• Oft erweiterte Farbpalette (BiColor, RGB)
• Geringe Belastung des Stromnetzes
• Steuerung über Netzwerk, Funk und Apps.

Netzspannung und -frequenz in Deutschland

• Netzspannung: 230V
• Netzfrequenz: 50Hz.

Lampenflimmern Vermeidung

• Synchronisieren von Bildwiederholrate (FPS) und Shutter-Speed mit dem Vielfachen der Netzfrequenz (50Hz oder 100Hz usw.). (z.B. 25 FPS, 50FPS) .

Schalverteilung Raum

• Direktschall, erste Reflexionen, Reflexionen höherer Ordnung

Schallschatten

• Kürzere Wellen werden mehr vom Schallschatten abgelenkt als längere Wellen.

Schallenergie Verdopplung

• 3 dB

Phasenverschiebung

• 180° Phasenverschiebung identischer Signale => Auslöschung

Laufzeit und Pegeldifferenz

• Positionierung der Mikrofone und Richtung der Schallquelle (Laufzeit & Pegel Differenz)