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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
*RHWKH�8QLYHUVLWlW��)UDQNIXUW
*UDSKLVFKH�'DWHQYHUDUEHLWXQJ
����������������� ��
Bewegtbild-Rendering und Bewegtbildmedien
WS 2002/20032Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
Postproduction
3URGXNWLRQV�5HQGHULQJ
Animation
Scene Modelling
Object Modelling
Preproduction
����������� �������������� ���
������������������� ��������
� Übertragung auf klassische Bewegtbildmedien:� Film (-belichtungen)� Video (-aufzeichnung)
� Formatwandlung mit Kompression für moderne Medien: Computervideo
� VertonungVideo- / Film-Schnitt
� Compositing, ggf. mit Realszenenen� Mixed MediaPostproduction
2
WS 2002/20033Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� ������
�������������������1. Spezielle Anforderungen an das Rendering aus Sicht
der Produktion von Spielfilmen (Feature Film) 2. RenderMan3. Elemente der Shading Language
������������������4. Film5. Analog-Video
Primärparameter und SignaleModulationFarbsignalarten:
KomponentenComposites: NTSC, SECAM, PAL
Fernseh-Formate Video-Bandformate
WS 2002/20034Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� ������������� �����
6. Digitalvideo – GrundproblemeAbtastung, Bandbreite, Übertragungsraten
7. Die Basis: ITU-R BT.601 (CCIR 601)Parameter und Diskussion: Abtastrate, Pixelgeometrie, Subsampling, Gammut, ...
8. Grundzüge der Kompression9. Zusammenfassung 10. Glossar11. Weitere Informationen12. Ausblick – Nächste Schritte
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WS 2002/20035Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� �� �� ������ ��� ��������� � ���� ��������� �� ��������!���
��� ����� ���� ��� ������
� Funktionsumfang� Flexibilität� Robustheit� Performance� Bildqualität
(nach Apodaca, Gritz)
WS 2002/20036Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�������������
� Insbesondere für die Realisierung von Spezialeffekten (������������ :� �����������
� �����������
� Verschiedene Geometriebeschreibungen� Polygone mit Subdivision� Parametrische Flächen (u.a. NURBS)� Implizite Flächen� Spezielle (prozedural erzeugte) Geometiren z.B. für
Haare, ...
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WS 2002/20037Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
���������������"�
� Beleuchtungseffekte� Schatten� Texture Mapping in vielen Facetten (auch prozedural
erzeugte Texturen)� Atmosphärische Effekte (Volumetrische, Participating
Media)� Lens Flare
� Bildformate mit Sonderinformationen fürs Compositing
WS 2002/20038Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� #������$�
� Von Photorealismus bis „Cartoon Realismus“� Programmierbares „Shading“: Shading Language� Konfigurierbare Relationen
� Geschwindigkeit / Qualität� Geschwindigkeit / Speicherbedarf
� Auf vielen Plattformen verfügbar: Rendering Farms
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WS 2002/20039Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
������ ��
� Full Length Film > 100.000 Frames� Fehlerfreie (?) und fehlertolerante (?)
Implementierung: hohe Zuverlässigkeit� Möglichst wenige (keine ?) Beschränkungen:
� Anzahl der Objekte� Anzahl der Lichtquellen� Anzahl und Umfang der Texturen� Bildauflösung
� Keine „verbotenen Kreuzrelationen“: keine „nicht kombinierbare“ Kombinationen
WS 2002/200310Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
��������
� Full Length Film > 100.000 Frames(100.000 Stunden Rendering mit 24 Std. /Tag �> 4000 Tage > 10 Jahre)
� Moores Law (Performance verdoppelt sich alle 18 Monate) zählt nicht:��� ������������������ �������������
� Globale Beleuchtungsmodelle (Raytracing, Radiosity) werden selten genutzt
� Abschätzbare Rendering-Zeiten� Budgets� Ressourcen Allokation� Deadlines
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WS 2002/200311Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
%��&����$�
� Immer das höchst mögliche gefordert: ���������� fordert Tribut: � Geometrische Auflösung� Farbauflösung
� Excellente Antialiasing an allen Konturen:� Geometrie� Texturen� Shading und Schatten
WS 2002/200312Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� ������ ������ ��� ����� �� ��������� � � �
� Funktionsumfang� Flexibilität� Robustheit� Performance� Bildqualität
� Die in die Animationssysteme integrierten Renderererfüllen diese Anforderungen i.d.R. nicht:Spezialsysteme haben sich etabliert:� �������� Mental Ray u.a.
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WS 2002/200313Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� � ����
� RenderMan (Pixar Inc.) ist der am weitesten verbreitete Renderer in der Filmindustrie
� Pixar Inc. ist Spinoff der Computer Division of Lucasfilm, seit 1986;
� Assoziierte Personen:� George Lucas Ed Catmull� Rob Cook Loren Carpenter� Pat Lawson Pat Hanrahan� Steve Jobs
� Filme� Tin Toy Toy Story� ���������� �������� �� Star Wars: Episode 1 ...
WS 2002/200314Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� � ����
� Basiert auf der ����� ��������������� ����������������� ���!��!�"#$%�����&�'������� �(�������� ��� �(�� ��)*
� ��������� ��������������������� (Pixar 1989, siehe www.pixar.com)
� Pixars Implementierung (auf Basis der Reyes Architektur (modifizierter Scanline Renderer): +������������� ��������� ,+���� �-�(Referenz-Implementierung für Compliance; wie bei PostScript)
� ��������!"����"��#�� $������%���� free �� .������������ /��: ���������������� �������&���'(; seit 23.07.2002: )#���� ��� ��*� �����"���+,���- Zuvor hatte sich Exluna in einem Rechtsstreit mit Pixar geeinigt. Pixar hatte behauptet, die ehemaligen Mitarbeiter hätten Patente verletzt. Exluna war 2000 von ehemaligen Mitgliedern der Pixar Animation Studios gegründet wordenund hatte den Vertrieb von BMRT übernommen.
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WS 2002/200315Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� ' ������� ���
Zwei wichtige Ideen� Dicing� Shading
Languages
WS 2002/200316Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
������
Idee: Unterteile ein Bicubic Patch solange, bis die Mikro-Polygone kleiner als ein Pixel sind:
� wenig Aliasing Probleme � sehr hohe Rendering Qualität� vergleichsweise hoher Aufwand
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WS 2002/200317Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
(� � �� � �������� )�����
����� �����!"�����!"��.�'�,����� ���*"���� ����������������!"�/
Anstelle einer festen Gleichung (GL, ...), wie
gibt man dem Benutzer eine Sprache an die Hand, C-ähnlich:� Surface Shaders� Displacement Shaders� Light Shaders� Volume Shaders� Image Shaders (nur in BRMT)
Aktuell werden immer mehr Funktionen einer Shading Language durch Hardware unterstützt, NVIDIA, u.a. Zielmarkt � Spiele
∑ ++++⊗=N
N
VSHF
N
GLII
NN
DPE
N
VSRWHPLDPEJOREWRW �� )(( �������
WS 2002/200318Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
(��� ������ ��% ���� �
10
WS 2002/200319Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
(���� �(�� ������� �
� Kann Punkte, Vektoren, Farben, ... modifizieren� Hat spezielle Unterstützung für häufig benötigte
Funktionen für Vektor- und Matrixoperationen, ...� Zugriff auf den „Geometrie-Zustand“ der Graphik-Pipeline:
Positionen, Normalen, Flächenattribute, Lichtquellen, Texturen, ...
� Parameter sind deklariert oder an die Primitive gebunden� Parameter werden „by Reference“ übergeben� One Path Language: Übersetzung zusammen mit dem
„Shader Body“ in in-line code� Keine Rekursionen!
% * ������ � �+�(��������������!����%��� ��$� ������� ������ ��� �
� Symbolisch
� Geometrie & Merkmal
� Diskret, Quantisiert
Wir müssen uns umFormate und Standardskümmern: sind Basis der technischen Systeme
DigitalesBild
Digital-video
Graphik Animation
Modellestatische
dynamischeModelle
Film Analog-Video Digital-Video
Belichtung Aufzeichnung Konvertierung
)�� �����/ ... aber, aus Kompatibilitätsgründen in Massenmedien
(Fernsehen) starken Einfluß bis heute, auch auf Digitalvideo!
>100 Jahre > 60 Jahre > 10 Jahre
ExportKonvertierung
z.B. VRMLFlash (2D)
Director 3D
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WS 2002/200321Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� ������
1. Film2. Analog-Video
Primärparameter und SignaleModulationFarbsignalarten:
KomponentenComposites: NTSC, SECAM, PAL
Fernseh-Formate Video-Bandformate
3. Digitalvideo – GrundproblemeAbtastung, Bandbreite, Übertragungsraten
WS 2002/200322Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� ������������� �����
4. Die Basis: ITU-R BT.601 (CCIR 601)Parameter und Diskussion: Abtastrate,
Pixelgeometrie, Subsampling, Gammut, ...
5. Zusammenfassung 6. Glossar7. Weitere Informationen8. Ausblick – Nächste Schritte
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WS 2002/200323Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Hauptmedium für Produktion und Präsentation des Spielfilms (Kino) seit mehr als 100 Jahren (Lumiere u.a.)
� Auflösung (ca. 100 Linien/mm) und Dynamik (> 12 Bit) immer noch vorbildlich
� Echter internationaler Standard (35 mm Film)� Sehr robuste Geräte, Filmmaterial optimiert für viele
verschiedene Einsatzbedingungen� Auch für Fernsehproduktionen als Primärmedium noch
häufig genutzt� Aber: umständlich im Handling (Entwicklung) und
vergleichsweise teuer
WS 2002/200324Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
����,��� �� ������� �
� Bildfrequenz 24 Bilder/sec (historisch auch 18 und 16)� 16 mm – 01��� – 70 mm Filmmaterial
� Ton optisch bis zu 6 Kanälen (SOF ����� ������ � Durch 2�����������&'���!��( und 2�������!"��� gut
in die digitale Bearbeitungskette integrierbaraber: immer Farbkorrektur notwendig!
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WS 2002/200325Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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1XU�%HLVSLHOH��HV�JLEW�YLHO�PHKU�
%HDFKWH� Bis auf das 2,05:1 Format werden all diese Formate auf 35 mm Film genutzt!
Man unterscheidet: Produktionsformate und Präsentationsformate
:HLWHUH�,QIRV�
Michael Rogge: More than one hundred years of Film Sizes http://www.xs4all.nl/~wichm/filmsize.html
Scott E. Norwood: rec.arts.movies.techFrequently Asked Questions (FAQ) (withanswers) Version 2.00; February 14, 1998http://www.redballoon.net/~snorwood/faq2.html
Aktuelle Standards und Normen:SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) http://www.smpte.orgStandards, Recommended Practices and Engineering Guidelines for Television and Motion-Pictures
WS 2002/200326Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
-.��������� ���������� ���� �������/00�1��� �2
1909: Neun US-Filmhersteller einigten sich aus wirtschaftlich-rechtlichen Gründen auf ein Patentpool: �������+��������+��������������
Als (Neben-)Ergebnis: 35mm Film wurde standardisiert, nach einer Bell & Howell Spezifikation: ���������� ��!�
Übernommen von Congrès International des Editeurs de Films in Paris: �0������ ����� ��������
In Deutschland: .��������
Dieses blieb bis heute der Standard: ökonomische Gründe , Projektionsqualität, ästhetische Gründe!
Edison:Kinetograph film strip of June18th,1891
Gebrüder /XPLqUH stellten im März 1895 ihr &LQpPDWRJUDSKH für 35mm Film vor, erstmals öffentlich genutzt am 28 Dezember1895.
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WS 2002/200327Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
������!� �
1. Zeile
2. Zeile
3. Zeile
i. Zeile
n-1. Zeile
n. Zeile
Prinzip der Bildfeldzerlegung: Raster Scan(das Fernsehprinzip)
WS 2002/200328Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
%��� �� �� ���+����� ������*������� �3 �� ����
1. Zeile
2. Zeile
3. Zeile
i. Zeile
n-1. Zeile
n. Zeile
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WS 2002/200329Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�������4� �������� �� ��5����� �� � ���6� ��3 ��
1.
2.
3.
�3
n-1.
n.
Weiß-pegel
Schwarz-pegel 0V
0,7 V(1,0 V)
Videosignal (Prinzip)
WS 2002/200330Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
������������������������%��+�%����������������������� ���
�'������������
Aktive Zeile
horizontale Austastlücke(blanking)
6\QFKURQLPSXOV
Phb=(15 ... 30%) * 1/fhor
hintere vordere Schwarzschulter
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WS 2002/200331Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
��������������! ���������� �7��� ��4� ��������� ��������
n. Zeile 1. ZeileVertikaleAustastlücke(2 ... 10 %) * 1/fvert
WS 2002/200332Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
4������ +�3*���� �� �� �! ����� � ��������� �� � ��
���� ���� ����������� ���/+"
1. Zeile
2. Zeile
3. Zeile
n-1. Zeile
n. Zeile
1. Halbbild
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WS 2002/200333Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
����3*���� �� �� �! ����� � ��������� �� � ��
���� ���� ����������� ���/+"
1. Zeile
2. Zeile
3. Zeile
4. Zeile
n-1. Zeile
n. Zeile
1. Halbbild
2. Halbbild
�����+ Halbierung der Bildwiederholfrequenz (Übertragungs-
bandbreite) und gleichzeitige Erfüllung der Refreshbedingungen- Zwischenzeilenbewegung (interline motion)- Zeilenflimmern bei horizontalen Linien
WS 2002/200334Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�������4� �������8��� �����������
� Fernsehen: (INTERLACED) � RS 170 (EIA 1957) und RS 170A (1981) Monitorsignal
� RS 343 (EIA 1969) Monitorsignal
� 44���� �'5��� $��6����������.�*������ ��������!"�������� Timing: 625/50 und 525/60 Basisstandards� Komponenten: RGB, YCBCR
� Composite PAL, SECAM, NTSC
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WS 2002/200335Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� ��� ���� ��%��������� � �3 ������ ���������
Heute übliche Bildfrequenzen (Abtastraten = 5 ���������):2���� heute normal 24 Bilder / sec
für Fernsehproduktionen auch 25 Bilder/sec, sonst Normwandlungsproblem mit Qualitätseinbußen
2���"� (entspricht der jeweiligen Netzfrequenz) +��� � 25 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilenverfahren “interlaced”:
Halbbild- (field) Frequenz: 50 Hz5*�.�7� ���30 Bilder (frames) /sec im Zwischenzeilenverfahren “interlaced”:
Halbbild- (field) Frequenz: 60 Hz
Computergraphik / Computervideo:� variabel
Sichtsimulation bis zu 50 Bildern / sec
WS 2002/200336Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� ��� ���� ��%��������� � �9������ ���������
Muss der Ortsauflösung des visuellen Systems angepasst sein:
Gewählt: Bildschirmgeometrie (aspect ratio): H : B = 3 : 4Betrachtungsabstand: > 5-fach der Bilddiagonale
bei ca. 1’ Auflösungsgrenze errechnet sich:Anzahl der Zeilen (vertikal): >= 413
Rechnen Sie selbst!
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WS 2002/200337Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
: *$��� �3 �� ����� ��;�%���� & �� �
USA (NTSC 1, 1941): � 891�&89:(��!"�����������
Europa (zunächst uneinheitlich, dann)� 1;1�&1;:(��!"�����������
Fernsehen: weltweit 2 Hauptsysteme:1<1=:> USA, Japan, ... (genau: 525/59,94):<1=1> Europa, ...
viele weitere Detailvarianten in einzelnen Signalparametern
Bevis King: Worldwide TV Standards - A Web Guide. 12�������"###!
http://www.ee.surrey.ac.uk/Contrib/WorldTV/index.html
WS 2002/200338Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
����64� �6��������� �
� ��� ���������� 3 Signale / Bild im Studio� RGB � YCRCB, YUV, YIQ (Farbdifferenzsignale)
� 4�� ���� *�����(heute nur noch als Übertragungsstandard: Fernsehen)� Basis Y-Videosignal (Helligkeit – „Schwarz-Weiss“)� Durch spezielle Modulation wird in das zusätzlich das Farbsignal
„eingestanzt“ (überlagert)� Farbsignale in reduzierter Bandbreite (2,5 MHz PAL und 0,7/1,5
MHz NTSC)wegen historischer Anforderungen: Empfängerkompatibilität,
Senderkompatibilität
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WS 2002/200339Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
3*���� ��� ��������<
� Nutz-Signal (niederfrequent) und Träger (hochfrequent)bei jeder terrestrischen Übertragung / Kabel... genutzt
� Träger: Sinussignal
� Drei prinzipielle Modulationsarten� Amplitudenmodulation: A = f(S) � Mittelwelle� Frequenzmodulation: ω = f(S) � UKW Rundfunk� Phasenmodulation: ϕ = f(S) braucht Referenz !!!
� Sonderform beim Composite-Video NTSC (I,Q) und PAL (U,V) Kreuzmodulation � 2 x Amplitudenmod. mit um 90o phasenversetzten Trägern� Resultiert in (Amplitudemod. + Phasenmod.) braucht Trägerreferenz im
Signal
���
���
πωϕω
2
)sin(
=+⋅=
WS 2002/200340Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
=������� ������
� NTSC National Television System Committee 2 (1953)
� YIQ Farbsignale � kreuzmoduliert� Phasenfehler � empfindlich für statische und dynamische
Farbveränderungen
� SECAM � YUV Farbsignale � 2 mal frequenzmoduliert U,V in aufeinanderfolgenden Zeilen
� Schwierigkeiten im Studio (Mischen)
� PAL Phase Alternating Line (Hans Bruch, Telefunken 1963)
� YUV Farbsignale� Kreuzmoduliert� Phasenfehler beherrscht durch alternierende Phase +-90o
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WS 2002/200341Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
=������� ������ ���������
� Interessante technische Tricks –lösten die damaligen Probleme
� Erhebliche Qualitätseinbußen und Fehler:� NTSC: „)ever 'wice the *ame 4olor“� PAL: kein gesättigtes Gelb! (Gammutreduktion)
Crosscolor / Crossluminanz durch Modulation
� heute nur noch als Übertragungsstandard genutzt ... Nicht mehr in der Produktion � Komponenten; DigitalvideoTerrestrisch / Kabel
WS 2002/200342Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
����%�� �� ��* ��* ���� ���� ��%������� �������
???MUSEHiVision
Japan112516:960/120+L9LVLRQ
4.43 MHzPALCCIR
einige PAL-Länder62516:925/503$/SOXV
D-MACD-MAC
Deutschland, ???6254:3 or 16:925/50'�0$&
Nordafrika, …4.25/4.40 MHzSECAMCCIR
Frankreich, Russland, 6254:325/506(&$0
fast ganz Europa, Afrika bis auf4.43 MHzPALCCIR
Australien, China, Deutschland6254:325/503$/
3.58 MHzPALEIA
Brasilien5254:329.97/59.943$/�0
Japan, Süd-Korea, …3.58 MHzNTSCEIA
USA, Canada, Mexiko,5254:329.97/59.94176&
)DUEWUlJHU�IUHTXHQ])DUEV\VWHP
79�6WDQGDUG
/lQGHU=HLOHQ]DKO$VSHFW�5DWLR)UDPH��)LHOG�UDWH
.XU]EH�]HLFKQXQJ
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WS 2002/200343Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
������*�����
Insbesondere zwischen
625/50 und 525/60 ist ein Problem
Führt immer zu Qualitätsverlust!Gute Qualität nur zu vergleichsweise hohen Kosten!
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WS 2002/200344Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
���� � ���)7��� �� �����������! ��� ����� ������� �� ���
% * ��� ��;�4 �$� ��� �
Gute Lösungen sindaufwendig
Selbst diese versagen oft bei sehr schnel-len Bewegungen
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WS 2002/200345Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� ��� ����!���������!� �
� War immer eine Herausforderung: Noch zu Beginn der regulären Fernsehsendungen nicht gelöst: � nur Life-Sendungen
� Erste Lösungen (zunächst 2“) entwickelten sich auf Basis von Magnetbänder. Noch heute im Gebrauch. Sehr viele verschiedene Formate!
� Man unterscheidet nach Qualität:
� Home Video
� Semi-Professionelles Video
� Professionelles Video
WS 2002/200346Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
,�� 4� ���=���� ���>�� ��������
8mmMetal Evaporated
PALNTSC
625 / 50525 / 30Hi-8
8mm Metal Particle
PAL, SECAMNTSC
625 / 50525 / 30Video 8
YC in /out besserer Ton
½" (12.5mm )Ferric Oxide
PALNTSC
625 / 50525 / 30*�%?*
Nur Composidein / out
½" (12.5mm )Ferric Oxide
PAL, SECAMNTSC
625 / 50525 / 30%?*
������������ �����
��������
2������������*A����2�����
u.v.a.m: Beta, Super Beta, ED Beta, …
24
WS 2002/200347Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
��� ��������>�� ��������
Open Reelobsolet
1" (25mm)Ferric Oxide
PALNTSC
625 / 50525 / 301" C-Format
½" (12.5mm)Metal Particle
PAL, NTSC625 / 50525 / 30����!�� *�
obsolet¾" (18.75mm)Metal Particle
PALNTSC
625 / 50525 / 30U-Matic SP
SemiProfessionalobsolet
¾" (18.75mm) Ferric Oxide
PAL, NTSC
625 / 50525 / 30U-Matic
������������ �����
��������
2������������*A����2�����
u.v.a.m: 2“ , MII, ..
WS 2002/200348Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
��� ������������ ��� !���=���� ����������� �
� Bis 1990 ein echtes Problem:� Aufzeichnung erfolgte Einzelbildweise
(25/30 mal für eine Sekunde Video:roll back, forward/record one frame)
� Belastung für die Recorder war sehr hoch!� Probleme: Schnelle Halbleiterspeicher waren noch sehr teuer (man
brauchte pro frame: 3x576x768(720) Bytes= 1,3 MBytePlatten zu langsam: 1,3MByte x 25frames/sec = 33 MByte/sec
� Erst ab ca. 1988 kamen sogenannte Realtime-Disks (z.B. Abekas) auf den Markt: Speziell ausgestattete Computerplatten, mit C-Interface und zusätzlich Video-Interface die anfangs ca. 30 sec Video speichern konnten und in Realtime abspielen � Videotape
�������!"����������B��������%����A����/
25
WS 2002/200349Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
�� �%����+��?>@6��%>AB0/��==?��B0/�C������� �5����� �� �D
�������� ����� � ��/EFEG�H �������4 ������?>@6��%>AB0/6.�G/EE.
� Wir betrachten nur B����������� ���������, obwohl auch Digitale Composite-Signale spezifiziert sind ... aber wenig genutzt!
� Weitgehende Vereinheitlichung vieler Parameter erreicht, z.B. Farbparameter CR,CB, aber �����+���������������� �������� (scheiterte an Kompatibilitätsforderung zu etablierten Systemen):� Zeilenzahl: 625 oder 525� Bildwiederholrate 25 oder 29,97 (30)
� Schwacher Kompromiss: ����!"�����������
WS 2002/200350Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
� ��� ���� �����������
����������� Abtastfrequenz muß ganzzahliges Vielfaches der ����� ��C��@� sein
525*29,97 Hz oder 525*30*1000/1001625*25
� Vielfaches von 2 (besser 4): Unterabtastung� oberhalb der Nyquistfrequenz von 2*5,5 MHz liegen
� Wir suchen ein KGV eines Bruches und einer ganzen ZahlPrimfaktorzerlegung:
um dieses ganzzahlig zu machen multiplizieren wir mit 11*13=143Wir bestimmen jetzt den KGV von zwei ganzen Zahlen:
97.2952514315625144
532)25)(235)(35(
55 624
332
42
⋅⋅=⋅==
⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅
⋅
���������
.*9
)13117(
)25()235()357(
1001
100030525
332
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅
Gewählt wurde: 6*2,25 MHz = 13,5 MHz
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WS 2002/200351Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� 525/60: 858 Samples, davon 720 sichtbar486 sichtbare Zeilen
� :<1=1>� 9:8�*�� ��.���#��;<>��!"����1;:��!"�����������
Problem: Nonsquare Pixelgeometriedarum in Rechneranwendungen häufig:� 525/60: 486*4/3 = 648 sichtbare Pixel/Zeile
sehr häufig: 480*640 (VGA)� 625/50: 576*4/3 = 768 sichtbare Pixel/Zeile
Achtung: Für Digitalvideo korrekt gerendertes Bild wird auf einem Computermonitor gestaucht/gestreckt angezeigt!
WS 2002/200352Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Übliche Bezeich-nung
Kommentar Brutto Datenrate/ Mbit/sec*
Netto Datenrate/ Mbyte/sec**
4:4:4 selten genutzt 324 31,104 8�<�<� ?�5�'2D���'� <E:� <>.;0:�
4:1:1 seltener, da Unter-abtastung sichtbar
162 15,552
Auch vertikale Unterabtastung möglich 8�<�>� �!"�?3<:E� E:<� E1.11<�
4:1:0 selten genutzt 135 11,664
*) nach ITU-R BT.601 mit 13,5 MHz Abtastrate**) für 625/50 mit 720*576/25 Bildern/sec, 8 Bit/Kanal
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WS 2002/200353Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Auch für den heutigen Stand der Technik sind die Datenraten und Speicherkapazitäten noch hoch� Fast Ethernet = 100 MBit / sec ist zu langsam� 1 Minute 4:2:2 Video = 60*216Mbit = 1,6 GByte
� Reduzierung der Datenraten notwendig für:� Rechneranwendungen� Übertragung
� Ziel: möglichst geringe Auswirkungen auf Bildqualität� Redundanzreduktion (kein Informationsverlust = lossless)� Irrelevanzreduktion (keine sichtbare Einbuße = ggf. lossy)
WS 2002/200354Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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4:2:0 4:2:2 Studio Standard
Variabel 1,2 bis (15 Mbps)MPEG (2)5" PlatteDVD
4:2:0Variabel1,2 Mbit
MPEG (1)5" PlatteCD ROM
4:2:21:1 216 MBitohne12.5mmD5
4:2:21:1 216 MBitohne19 mmD1
4:2:2(10 Bit)3:1Sony12.5mm
Digital Betacam
4:2:23.1:1 50 MBitDV5012.5mmDigital S
4:2:23.1:1DV506mmDVCPRO 50
4:1:15:1 25 MBitDV256mmDVCPRO
4:2:0 PAL5:1
4:1:1 NTSC5:1DV256mmDVCAM
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WS 2002/200355Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Klassischen Bewegtbildmedien haben immer noch große Bedeutung:(35 mm) Film ist immer noch die Referenz
für BildqualitätStandard (Analog-Video) verliert zunehmend an
Bedeutung, aber ist immer noch das bedeutensteBewegtbildmedium (Fernsehen)
� Komponenten-Video (RGB oder meist YCRCB)� Composite Video (PAL, NTSC, SECAM)
Digitalvideo ist seit wenigen Jahren Standard im Produktionsbereich, noch nicht in der Distribution!
WS 2002/200356Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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� Glossar der Begriffe� Definieren Sie die Fachausdrücke, wie sie
zu diesem Thema verwendet werden.
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� Nennen Sie Bücher, Artikel, elektronische Quellen.
� Beratungsdienste, andere Quellen
WS 2002/200358Animation und Multimedia9. Bewegtbildmedien© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker
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Wir brauchen insbesondere für Multimedia-Anwendungen und Internet-Anwendungen noch höhere Kompressionsraten
Kompression ist ein Thema … Das nächste!