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E-Book

Computergestützte Audio- und Videotechnik

Multimediatechnik in der Anwendung

Autor	Dieter Stotz
Verlag	Springer Vieweg
Erscheinungsjahr	2019
Seitenanzahl	466 Seiten
ISBN	9783662588734
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	86,99 EUR

Diese Einführung in die moderne Audio- und Videotechnik ermöglicht Lesern mit technischem Grundverständnis einen leichten Einstieg - auch in komplexe Zusammenhänge. Der Autor vermittelt detailliertes Wissen, praxisnah und verständlich aufbereitet: von den Grundlagen der Ton- und Videotechnik über Abtastung und Digitalisierung, räumliches Hören, Datenkompression, MIDI-Standard und -Signale, digitale Audiomesstechnik bis zu hochauflösender Videotechnik, Genlock, Chromakeying, Schnittsystemen und Animation. Mit vielen Graphiken und Abbildungen.

Dieter Stotz hat jahrelange Erfahrung in Service und Support für Videografik und Animation und ist Autor einiger Bücher und vieler Fachartikel der Audio- und Videotechnik sowie der Elektronik. Er arbeitet heute im Bereich R&D für elektronische Messsysteme der Lebensmittelindustrie.

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Inhaltsverzeichnis

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

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