Computergestützte Audio- und Videotechnik (eBook)

Vorwort 6
Vorwort zur ersten Auflage 6
Vorwort zur zweiten, verbesserten und überarbeiteten Auflage 7
Vorwort zur dritten, verbesserten und erweiterten Auflage 8
Inhaltsverzeichnis 10
Teil I Audiotechnik 20
1 Grundlagen zur Audiotechnik 22
1.1 Pegelmaße in der Audiotechnik 22
1.2 Lineare Verzerrungen und Frequenzgang 23
1.3 Nichtlineare Verzerrungen 25
1.3.1 Klirrfaktor 26
1.3.2 Intermodulation 27
1.4 Störabstand 30
1.4.1 Geräuschspannungsabstand 30
1.4.2 Fremdspannungsabstand 31
1.5 Dynamikbereich 31
1.6 Übersprechdämpfung 32
1.7 Phasenverzerrungen 33
1.8 Raumakustik 35
1.8.1 Schallreflexion 36
1.8.2 Diffraktion 37
1.8.3 Refraktion (Brechung) 38
1.8.4 Doppler-Effekt 39
1.9 Räumliches Hören 41
1.9.1 Intensitäts-Stereofonie 41
1.9.2 Stereofonie durch Laufzeit 43
1.9.3 Kunstkopf-Stereofonie 43
1.9.4 Quadrofonie 44
1.9.5 Dolby Surround-Sound 5.1 (Dolby Digital) 44
1.9.6 Dolby Pro Logic 46
1.9.7 Dolby Pro Logic II 47
1.9.8 DTS 49
1.9.9 Wellenfeld-Synthese 49
1.9.10 Weitere Raumklang-Systeme – Raumklang mit nur zwei Lautsprechern 50
1.10 Speicherung von Audiosignalen 51
1.10.1 Analoge Magnetbandaufzeichnung 52
1.10.2 Digitale Magnetbandaufzeichnung 53
1.10.3 Digitale Aufzeichnung auf MiniDisc (MD) 54
1.10.4 Hard-Disk-Recording 55
1.10.5 Compact Disc (CD) 55
1.10.6 Unbewegte Speichermedien 59
1.10.7 Archivierung und Datenbanken 61
Literatur 61
2 Abtastung und Digitalisierung 62
2.1 Einleitung 62
2.2 Abtastung 63
2.2.1 Notwendigkeit und technische Ausführung 63
2.2.2 Abtastspektren 64
2.2.3 Aliasing 67
2.2.4 Überabtastung 70
2.3 Quantisierung – Wandlung in Digitalwerte 73
2.3.1 Digitalformate nach der Wandlung 74
2.3.2 Methoden der A/D-Wandlung im Überblick 77
2.3.3 Quantisierungsrauschen und Linearitätsfehler 81
2.4 Verfahren zur Datenreduktion 85
2.4.1 Datenreduzierung durch Parameteränderung 86
2.4.2 Datenreduzierung durch Kompression 86
2.4.3 MP3-Verfahren 89
2.4.4 Sonstige Verfahren 94
2.5 Rückwandlung und Wiedergabe 97
2.5.1 D/A-Wandlungsarten 97
2.5.2 D/A-Quantisierungsrauschen 99
2.5.3 Überabtastung auf der D/A-Seite 99
2.6 Signalaufbereitung auf der Analogseite 99
2.6.1 Aussteuerung 99
2.6.2 Mikrofonwahl und -aufstellung 100
2.6.3 Echtzeitbeeinflussung des Signals 107
Literatur 116
3 Bearbeitung von Sampling-Dateien 118
3.1 Schneidevorgänge 118
3.1.1 Bearbeitungsschritte 118
3.1.2 Nahtstellen nach dem Schneidevorgang 121
3.2 Filter 122
3.2.1 FIR-Filter 123
3.2.2 IIR-Filter 126
3.3 Effekte 128
3.3.1 Echo 128
3.3.2 Hall 131
3.3.3 Phasing und Flanging 133
3.3.4 Verzerrung 134
3.3.5 Veränderung der Abspielgeschwindigkeit 137
3.3.6 Veränderung der Tonlage (Pitch) 139
3.3.7 Zeitdehnung 141
3.4 Pegelbearbeitung 141
3.4.1 Einstellung von Einzelbereichen 141
3.4.2 Hüllkurvenkontrolle 142
3.4.3 Dynamikkompression 142
3.5 Unterdrückung von Knackgeräuschen 144
3.5.1 Slewrate-Filterung 144
3.5.2 Einzelwert-Bearbeitung 145
3.6 Echtzeitbearbeitung per DSP 146
3.6.1 Grundlagen zum DSP 146
3.6.2 Bearbeitungs-Mechanismen 147
3.7 Praxisbeispiel einer Audio-Bearbeitung 148
3.7.1 Inversecho 149
3.7.2 Erzeugung von Dolby Pro Logic 150
3.7.3 Hüllkurven-Bearbeitung 150
Literatur 151
4 MIDI 152
4.1 MIDI-Hardware 152
4.1.1 Anschlüsse bei MIDI-Instrumenten 152
4.1.2 Verschaltung von MIDI-Instrumenten und -Geräten 153
4.1.3 Ausführung der Schnittstelle 153
4.2 MIDI-Software-Standard 155
4.2.1 Begriffserläuterungen 155
4.2.2 Überblick zu den MIDI-Messages 158
4.2.3 Channel Message 158
4.2.4 System Exclusive 166
4.2.5 System Common 168
4.2.6 System Realtime 170
4.3 General MIDI 170
4.3.1 Festgelegte Programm-Nummern 171
4.3.2 Festlegungen für Schlaginstrumente 171
4.3.3 Weitere Festlegungen 173
4.3.4 Richtlinien für General MIDI Level 2 174
4.3.5 Das GS-Format 174
4.4 MIDI-Mapping 176
4.4.1 MIDI-Setup 176
4.4.2 MIDI-Patchmaps 177
4.4.3 MIDI-Keymaps 178
4.5 Verschiedene Prinzipien der Klangerzeugung 178
4.5.1 Analoge Klangsynthese 178
4.5.2 FM-Klangsynthese 181
4.5.3 Waveshaping 183
4.5.4 Fourier-Synthese 183
4.5.5 Lineare Arithmetik 184
4.5.6 Sampling-Synthese 184
4.6 Synchronisation von MIDI-Geräten 187
4.6.1 Zweck einer Synchronisation 187
4.6.2 Realisierung über Timecode 188
4.6.3 MIDI-Spezifikation für den Timecode 189
4.7 MIDI-Geräte, Audiokarten und Zubehör 191
4.7.1 Ansteuerung externer MIDI-Geräte durch den Computer 191
4.7.2 Audiokarten und Betrieb unter MIDI 192
4.7.3 MIDI-Steuergeräte 193
4.7.4 MIDI-Software 194
4.7.5 MIDI-Softwareinterface 196
4.8 MIDI-Applikationen und Problemlösungen 196
4.8.1 Nachvertonung von Videosequenzen 196
4.8.2 Synchronisation mehrerer MIDI-Applikationen 198
4.8.3 MIDI als Playback-Quelle für Musiker 199
4.8.4 MIDI-Arrangement und Sampling-Dateien 202
4.9 MIDI-Praxisbeispiel 204
Literatur 206
5 Audio-Messtechnik 207
5.1 Herkömmliche analoge Messtechnik 207
5.1.1 Frequenzgang 207
5.1.2 Verzerrungen 207
5.1.3 Pegelvergleichsmessungen 209
5.1.4 Gleichlauf 210
5.1.5 Impuls-Messungen 211
5.1.6 Korrelationsgrad 211
5.2 Digitale Messtechnik und PC-Systeme 212
5.2.1 Voraussetzungen für das Gelingen der Messungen 213
5.2.2 Frequenzgang nach digitalem Verfahren 213
5.2.3 Verzerrungen nach digitalem Verfahren 213
5.2.4 Pegelvergleichsmessungen nach digitalem Verfahren 215
5.2.5 Korrelations-Messungen nach digitalem Verfahren 216
5.2.6 Gleichlauf nach digitalem Verfahren 217
5.2.7 Impuls-Messungen nach digitalem Verfahren 217
5.2.8 Raumakustik-Messungen nach digitalem Verfahren 218
5.2.9 Kompaktes Messlabor Red Pitaya 219
Literatur 222
6 Vergleich mit herkömmlicher Audiotechnik 223
6.1 Schneidetechniken 223
6.1.1 Aufzeichnungen auf Analogband 223
6.1.2 Aufzeichnungen auf Computer-Festplatte 224
6.1.3 Digitale Bandaufzeichnungen 224
6.2 Filtertechniken 225
6.2.1 Filtern mit Spezialgeräten 225
6.2.2 Software-Filterung 226
6.2.3 Digitale Hardware-Filterung 226
6.3 Einsatz von Effekten 227
6.4 Sonstige Signalmanipulationen 227
6.4.1 Rechenintensive Veränderungen 227
6.4.2 Diskrete Signalverformung 228
6.4.3 Zeitinversion 228
6.5 Wartung der Systeme 229
6.5.1 Wartung bei Analogsystemem 229
6.5.2 Wartung bei Digitalsystemen 230
6.6 Latenz-Zeit 230
6.6.1 Monitoring-Latenz-Zeit 230
6.6.2 MIDI-Latenz 231
6.6.3 Latenz-Jitter 231
6.6.4 Durchlauf-Latenz 232
6.7 Gegenüberstellung Analogtechnik/Digitaltechnik 233
Literatur 234
Teil II Videotechnik 235
7 Grundlagen und Verfahren der Videotechnik 236
7.1 Bildabtastung und -wiedergabe 236
7.1.1 Zeilensprungverfahren (Interlaced) 237
7.1.2 Non-Interlaced-Verfahren 239
7.1.3 Synchronisation 240
7.1.4 BAS-Signal 241
7.1.5 Probleme und Fehlersymptome 243
7.2 Farbübertragung 244
7.2.1 Physikalische und physiologische Aspekte 245
7.2.2 Prinzip der Farbbildaufnahme 248
7.2.3 Prinzip der Farbbildwiedergabe 251
7.2.4 RGB-Signal 257
7.2.5 YUV-Signal 259
7.2.6 Y/C-Signal 261
7.2.7 FBAS-Signal 266
7.2.8 Viertelzeilenoffset-Verfahren 268
7.2.9 Digitales Signal 269
7.2.10 Probleme bei der Farbübertragung 270
7.3 Aufzeichnungsverfahren 271
7.3.1 VHS-Verfahren 271
7.3.2 S-VHS-Verfahren 273
7.3.3 U-matic 274
7.3.4 Betacam 275
7.3.5 Betamax 276
7.3.6 Video 2000 276
7.3.7 Video Hi-8 276
7.3.8 1-Zoll-MAZ 277
7.3.9 Laserdisc 277
7.3.10 Digitale Aufzeichnungsverfahren 278
7.4 Weitere Farbübertragungsverfahren 279
7.4.1 NTSC 279
7.4.2 SECAM 281
7.5 Hochauflösende Standards 281
7.5.1 PALplus und dessen Verbesserungen 281
7.5.2 HDTV-Historie und nach EUREKA 95 283
7.5.3 Moderne HDTV-Technologie 283
7.5.4 UHDTV und 4K-Standard 284
7.6 3D-Verfahren und Standards 285
7.6.1 Stereoskopie 285
7.6.2 3D-Technik durch Monochromfilter-Brille 286
7.6.3 3D-Technik mit Shutter-Brille 288
7.6.4 3D-Technik mit Polarisationsbrille 288
7.6.5 Weitere Verfahren für 3D-Wiedergabe 291
7.6.6 Reales 3D-Sehen – Stand der Technik 292
7.6.7 Virtual Reality – virtuelle Realität 294
7.7 Speichermedien 297
7.7.1 DVD – Digital Versatile Disc 297
7.7.2 Blu-ray 298
Literatur 298
8 Parameter beim digitalen Videobild 299
8.1 Farbcodierung 299
8.1.1 Farbtiefe 299
8.1.2 Verschlüsselung der Farbdaten 300
8.1.3 Datenanordnung der Farbinformation 301
8.2 Bildformat und Auflösung 303
8.2.1 Bildseitenformat 303
8.2.2 Auflösung 303
8.2.3 Overscan 304
8.2.4 Underscan 305
8.3 Aspect Ratio 306
8.4 Bildabtastung und Pixelraten 308
Literatur 309
9 Videoausgabe einer Computergrafik 310
9.1 Anlegen von neuen Grafiken 310
9.1.1 Auflösung 310
9.1.2 Farbtiefe 312
9.1.3 Farbpegel 313
9.1.4 Grafik-Datenformat 314
9.2 Veränderungen an bestehenden Grafiken 315
9.2.1 Konvertierung der Auflösung 315
9.2.2 Änderung der Farbtiefe 318
9.2.3 Farbpegelanpassung 319
9.2.4 Export in andere Grafik-Datenformate 321
9.3 Wiedergabeeigenschaften von Grafikkarten 322
9.3.1 Speicherorganisation 322
9.3.2 Signalarten der Ausgänge 323
9.3.3 LUT-Manipulation 325
9.3.4 Durchschleifen von Signalen anderer Grafikkarten 326
9.3.5 Wiedergabe der Benutzeroberfläche 327
9.4 Genlock-Wiedergabebetrieb 328
9.4.1 Synchronisation des Pixeltaktes 328
9.4.2 H-Phasen-Einstellung 329
9.4.3 SC-Phasen-Einstellung 330
9.5 Sichtbare Störungen 332
9.5.1 Systembedingte Störungseffekte 332
9.5.2 Bildlagefehler 334
9.5.3 Synchronisationsfehler 335
9.6 Grafiken als Testbilder 336
9.6.1 Prüfung der Bildgeometrie und Aspect Ratio 336
9.6.2 Prüfung der Farbwiedergabe 337
9.6.3 Prüfung der Helligkeitsauflösung 338
Literatur 339
10 Einfrieren von Videobildern 340
10.1 Besonderheiten der Signalaufbereitung beim Live-Modus 340
10.1.1 Timebase-Corrector 340
10.1.2 Decodierung 342
10.2 Anzeige des Live-Bildes 343
10.2.1 Vollbildanzeige 343
10.2.2 Window-Anzeige 344
10.2.3 Durchschleifen des Live-Bildes 346
10.3 Vorgänge beim Einfrieren 346
10.4 Signalfluss 346
10.4.1 Einfrierzeitpunkt 348
10.4.2 Unterschiede zwischen Live- und Capture-Bild 348
Literatur 350
11 Spezialeffekte 351
11.1 Overlay-Technik 351
11.1.1 Overlay bei einer Farbtiefe von 16Bit 351
11.1.2 Overlay bei einer Farbtiefe von 32Bit 353
11.1.3 Kriterien für das Keying 354
11.2 Chromakeying 355
11.3 LUT-Effekte 356
11.4 Mischen und Überblenden 357
11.4.1 Homogene Blenden 358
11.4.2 Strukturblenden 358
11.5 Filtertechniken 359
11.5.1 Punktoperationen 359
11.5.2 Ortsbereichsoperationen 360
11.6 Hardware-Zoom und -Panning 361
11.7 Hardware-Flip 362
11.8 Bild-im-Bild beim Fernsehen 362
11.9 Videotext 363
Literatur 364
12 Animationen 365
12.1 Bewegliche 2D-Modelle 365
12.2 Animation über Drahtgittermodelle 366
12.2.1 Konstruktion eines Drahtgittermodells 366
12.2.2 Anfangs- und Endpunkt der Bewegung 367
12.2.3 Rendering 368
12.2.4 Raytracing 369
12.3 Morphing 369
12.4 Aufzeichnungstechniken 370
12.4.1 Echtzeit-Animation 370
12.4.2 Einzelbild-Aufzeichnungen 371
12.5 Rotoscoping 375
12.5.1 Effektbeschreibung 375
12.5.2 Arbeitsweise 375
12.6 Schrift-Animation 377
12.7 Kritische Parameter bei Echtzeit-Animationen 378
12.7.1 Anforderungen an das System 378
12.7.2 Auflösung 379
12.7.3 Farbtiefe 379
12.7.4 Bildinhaltsveränderungen 380
12.8 Problemlösungen zur Datenreduktion 380
12.8.1 JPEG-Verfahren 380
12.8.2 MPEG-Verfahren 384
12.8.3 QPEG-Verfahren 385
12.9 Neue Animationstechniken 386
12.9.1 Motion Capture 386
12.9.2 Performance Capture 386
Literatur 386
13 Schnittsysteme 387
13.1 Online-Schnittsysteme 387
13.1.1 Arbeitsweise 387
13.1.2 Endgültiger Schnitt 388
13.1.3 Nachteile des Verfahrens 389
13.1.4 Besondere Schnittverfahren 389
13.2 Offline-Schnittsysteme 390
13.2.1 Digitalisieren des Videomaterials 391
13.2.2 Durchführung des Offline-Schnitts 392
13.2.3 Rohschnittfassung 392
13.2.4 Schnittliste und endgültiger Schnitt 393
13.3 Audionachbearbeitung 393
13.3.1 Asynchrone Mischung 393
13.3.2 Synchrone Mischung 394
13.4 Praxisbeispiel mit einfachem Schnittsystem 395
14 Spezielle Zusatzgeräte 398
14.1 Signalarten-Wandler 398
14.1.1 Wandlung von RGB nach Y/C bzw. FBAS 398
14.1.2 Wandlung von FBAS bzw. Y/C nach RGB 400
14.1.3 Komponenten-Transcoder 401
14.1.4 Spezielle Sync-Einkopplungen 402
14.2 Normenwandler 403
14.3 Timebase-Corrector 405
14.4 Verzögerungsglieder 406
14.5 Synchrongenerator 408
Literatur 408
Anhang A: Audio-Datenformate 409
A.1 Format WAV 409
A.2 Format VOC 410
A.3 Format SMP 410
A.4 Format SFI/SFD 410
A.5 Format AIFF 411
A.6 Format ADPCM 411
A.7 Speicherbedarf der Dateien 412
Anhang B: Tabellen und Diagramme 419
Anhang C: Beschaltungen 425
Anhang D: Grafikformate 430
D.1 Kurzer Überblick 430
D.2 Format TIFF 431
D.3 Format BMP 435
D.4 Format TGA 438
D.5 Format PCX 439
D.6 Format PICT 440
D.7 Format JPEG 441
Literatur 443
Glossar 444
Stichwortverzeichnis 456