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E-Book

Computergestützte Audio- und Videotechnik

Multimediatechnik in der Anwendung

AutorDieter Stotz
VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2019
Seitenanzahl466 Seiten
ISBN9783662588734
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis86,99 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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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Vorwort zur ersten Auflage6
Vorwort zur zweiten, verbesserten und überarbeiteten Auflage7
Vorwort zur dritten, verbesserten und erweiterten Auflage8
Inhaltsverzeichnis10
Teil I Audiotechnik20
1 Grundlagen zur Audiotechnik22
1.1 Pegelmaße in der Audiotechnik22
1.2 Lineare Verzerrungen und Frequenzgang23
1.3 Nichtlineare Verzerrungen25
1.3.1 Klirrfaktor26
1.3.2 Intermodulation27
1.4 Störabstand30
1.4.1 Geräuschspannungsabstand30
1.4.2 Fremdspannungsabstand31
1.5 Dynamikbereich31
1.6 Übersprechdämpfung32
1.7 Phasenverzerrungen33
1.8 Raumakustik35
1.8.1 Schallreflexion36
1.8.2 Diffraktion37
1.8.3 Refraktion (Brechung)38
1.8.4 Doppler-Effekt39
1.9 Räumliches Hören41
1.9.1 Intensitäts-Stereofonie41
1.9.2 Stereofonie durch Laufzeit43
1.9.3 Kunstkopf-Stereofonie43
1.9.4 Quadrofonie44
1.9.5 Dolby Surround-Sound 5.1 (Dolby Digital)44
1.9.6 Dolby Pro Logic46
1.9.7 Dolby Pro Logic II47
1.9.8 DTS49
1.9.9 Wellenfeld-Synthese49
1.9.10 Weitere Raumklang-Systeme – Raumklang mit nur zwei Lautsprechern50
1.10 Speicherung von Audiosignalen51
1.10.1 Analoge Magnetbandaufzeichnung52
1.10.2 Digitale Magnetbandaufzeichnung53
1.10.3 Digitale Aufzeichnung auf MiniDisc (MD)54
1.10.4 Hard-Disk-Recording55
1.10.5 Compact Disc (CD)55
1.10.6 Unbewegte Speichermedien59
1.10.7 Archivierung und Datenbanken61
Literatur61
2 Abtastung und Digitalisierung62
2.1 Einleitung62
2.2 Abtastung63
2.2.1 Notwendigkeit und technische Ausführung63
2.2.2 Abtastspektren64
2.2.3 Aliasing67
2.2.4 Überabtastung70
2.3 Quantisierung – Wandlung in Digitalwerte73
2.3.1 Digitalformate nach der Wandlung74
2.3.2 Methoden der A/D-Wandlung im Überblick77
2.3.3 Quantisierungsrauschen und Linearitätsfehler81
2.4 Verfahren zur Datenreduktion85
2.4.1 Datenreduzierung durch Parameteränderung86
2.4.2 Datenreduzierung durch Kompression86
2.4.3 MP3-Verfahren89
2.4.4 Sonstige Verfahren94
2.5 Rückwandlung und Wiedergabe97
2.5.1 D/A-Wandlungsarten97
2.5.2 D/A-Quantisierungsrauschen99
2.5.3 Überabtastung auf der D/A-Seite99
2.6 Signalaufbereitung auf der Analogseite99
2.6.1 Aussteuerung99
2.6.2 Mikrofonwahl und -aufstellung100
2.6.3 Echtzeitbeeinflussung des Signals107
Literatur116
3 Bearbeitung von Sampling-Dateien118
3.1 Schneidevorgänge118
3.1.1 Bearbeitungsschritte118
3.1.2 Nahtstellen nach dem Schneidevorgang121
3.2 Filter122
3.2.1 FIR-Filter123
3.2.2 IIR-Filter126
3.3 Effekte128
3.3.1 Echo128
3.3.2 Hall131
3.3.3 Phasing und Flanging133
3.3.4 Verzerrung134
3.3.5 Veränderung der Abspielgeschwindigkeit137
3.3.6 Veränderung der Tonlage (Pitch)139
3.3.7 Zeitdehnung141
3.4 Pegelbearbeitung141
3.4.1 Einstellung von Einzelbereichen141
3.4.2 Hüllkurvenkontrolle142
3.4.3 Dynamikkompression142
3.5 Unterdrückung von Knackgeräuschen144
3.5.1 Slewrate-Filterung144
3.5.2 Einzelwert-Bearbeitung145
3.6 Echtzeitbearbeitung per DSP146
3.6.1 Grundlagen zum DSP146
3.6.2 Bearbeitungs-Mechanismen147
3.7 Praxisbeispiel einer Audio-Bearbeitung148
3.7.1 Inversecho149
3.7.2 Erzeugung von Dolby Pro Logic150
3.7.3 Hüllkurven-Bearbeitung150
Literatur151
4 MIDI152
4.1 MIDI-Hardware152
4.1.1 Anschlüsse bei MIDI-Instrumenten152
4.1.2 Verschaltung von MIDI-Instrumenten und -Geräten153
4.1.3 Ausführung der Schnittstelle153
4.2 MIDI-Software-Standard155
4.2.1 Begriffserläuterungen155
4.2.2 Überblick zu den MIDI-Messages158
4.2.3 Channel Message158
4.2.4 System Exclusive166
4.2.5 System Common168
4.2.6 System Realtime170
4.3 General MIDI170
4.3.1 Festgelegte Programm-Nummern171
4.3.2 Festlegungen für Schlaginstrumente171
4.3.3 Weitere Festlegungen173
4.3.4 Richtlinien für General MIDI Level 2174
4.3.5 Das GS-Format174
4.4 MIDI-Mapping176
4.4.1 MIDI-Setup176
4.4.2 MIDI-Patchmaps177
4.4.3 MIDI-Keymaps178
4.5 Verschiedene Prinzipien der Klangerzeugung178
4.5.1 Analoge Klangsynthese178
4.5.2 FM-Klangsynthese181
4.5.3 Waveshaping183
4.5.4 Fourier-Synthese183
4.5.5 Lineare Arithmetik184
4.5.6 Sampling-Synthese184
4.6 Synchronisation von MIDI-Geräten187
4.6.1 Zweck einer Synchronisation187
4.6.2 Realisierung über Timecode188
4.6.3 MIDI-Spezifikation für den Timecode189
4.7 MIDI-Geräte, Audiokarten und Zubehör191
4.7.1 Ansteuerung externer MIDI-Geräte durch den Computer191
4.7.2 Audiokarten und Betrieb unter MIDI192
4.7.3 MIDI-Steuergeräte193
4.7.4 MIDI-Software194
4.7.5 MIDI-Softwareinterface196
4.8 MIDI-Applikationen und Problemlösungen196
4.8.1 Nachvertonung von Videosequenzen196
4.8.2 Synchronisation mehrerer MIDI-Applikationen198
4.8.3 MIDI als Playback-Quelle für Musiker199
4.8.4 MIDI-Arrangement und Sampling-Dateien202
4.9 MIDI-Praxisbeispiel204
Literatur206
5 Audio-Messtechnik207
5.1 Herkömmliche analoge Messtechnik207
5.1.1 Frequenzgang207
5.1.2 Verzerrungen207
5.1.3 Pegelvergleichsmessungen209
5.1.4 Gleichlauf210
5.1.5 Impuls-Messungen211
5.1.6 Korrelationsgrad211
5.2 Digitale Messtechnik und PC-Systeme212
5.2.1 Voraussetzungen für das Gelingen der Messungen213
5.2.2 Frequenzgang nach digitalem Verfahren213
5.2.3 Verzerrungen nach digitalem Verfahren213
5.2.4 Pegelvergleichsmessungen nach digitalem Verfahren215
5.2.5 Korrelations-Messungen nach digitalem Verfahren216
5.2.6 Gleichlauf nach digitalem Verfahren217
5.2.7 Impuls-Messungen nach digitalem Verfahren217
5.2.8 Raumakustik-Messungen nach digitalem Verfahren218
5.2.9 Kompaktes Messlabor Red Pitaya219
Literatur222
6 Vergleich mit herkömmlicher Audiotechnik223
6.1 Schneidetechniken223
6.1.1 Aufzeichnungen auf Analogband223
6.1.2 Aufzeichnungen auf Computer-Festplatte224
6.1.3 Digitale Bandaufzeichnungen224
6.2 Filtertechniken225
6.2.1 Filtern mit Spezialgeräten225
6.2.2 Software-Filterung226
6.2.3 Digitale Hardware-Filterung226
6.3 Einsatz von Effekten227
6.4 Sonstige Signalmanipulationen227
6.4.1 Rechenintensive Veränderungen227
6.4.2 Diskrete Signalverformung228
6.4.3 Zeitinversion228
6.5 Wartung der Systeme229
6.5.1 Wartung bei Analogsystemem229
6.5.2 Wartung bei Digitalsystemen230
6.6 Latenz-Zeit230
6.6.1 Monitoring-Latenz-Zeit230
6.6.2 MIDI-Latenz231
6.6.3 Latenz-Jitter231
6.6.4 Durchlauf-Latenz232
6.7 Gegenüberstellung Analogtechnik/Digitaltechnik233
Literatur234
Teil II Videotechnik235
7 Grundlagen und Verfahren der Videotechnik236
7.1 Bildabtastung und -wiedergabe236
7.1.1 Zeilensprungverfahren (Interlaced)237
7.1.2 Non-Interlaced-Verfahren239
7.1.3 Synchronisation240
7.1.4 BAS-Signal241
7.1.5 Probleme und Fehlersymptome243
7.2 Farbübertragung244
7.2.1 Physikalische und physiologische Aspekte245
7.2.2 Prinzip der Farbbildaufnahme248
7.2.3 Prinzip der Farbbildwiedergabe251
7.2.4 RGB-Signal257
7.2.5 YUV-Signal259
7.2.6 Y/C-Signal261
7.2.7 FBAS-Signal266
7.2.8 Viertelzeilenoffset-Verfahren268
7.2.9 Digitales Signal269
7.2.10 Probleme bei der Farbübertragung270
7.3 Aufzeichnungsverfahren271
7.3.1 VHS-Verfahren271
7.3.2 S-VHS-Verfahren273
7.3.3 U-matic274
7.3.4 Betacam275
7.3.5 Betamax276
7.3.6 Video 2000276
7.3.7 Video Hi-8276
7.3.8 1-Zoll-MAZ277
7.3.9 Laserdisc277
7.3.10 Digitale Aufzeichnungsverfahren278
7.4 Weitere Farbübertragungsverfahren279
7.4.1 NTSC279
7.4.2 SECAM281
7.5 Hochauflösende Standards281
7.5.1 PALplus und dessen Verbesserungen281
7.5.2 HDTV-Historie und nach EUREKA 95283
7.5.3 Moderne HDTV-Technologie283
7.5.4 UHDTV und 4K-Standard284
7.6 3D-Verfahren und Standards285
7.6.1 Stereoskopie285
7.6.2 3D-Technik durch Monochromfilter-Brille286
7.6.3 3D-Technik mit Shutter-Brille288
7.6.4 3D-Technik mit Polarisationsbrille288
7.6.5 Weitere Verfahren für 3D-Wiedergabe291
7.6.6 Reales 3D-Sehen – Stand der Technik292
7.6.7 Virtual Reality – virtuelle Realität294
7.7 Speichermedien297
7.7.1 DVD – Digital Versatile Disc297
7.7.2 Blu-ray298
Literatur298
8 Parameter beim digitalen Videobild299
8.1 Farbcodierung299
8.1.1 Farbtiefe299
8.1.2 Verschlüsselung der Farbdaten300
8.1.3 Datenanordnung der Farbinformation301
8.2 Bildformat und Auflösung303
8.2.1 Bildseitenformat303
8.2.2 Auflösung303
8.2.3 Overscan304
8.2.4 Underscan305
8.3 Aspect Ratio306
8.4 Bildabtastung und Pixelraten308
Literatur309
9 Videoausgabe einer Computergrafik310
9.1 Anlegen von neuen Grafiken310
9.1.1 Auflösung310
9.1.2 Farbtiefe312
9.1.3 Farbpegel313
9.1.4 Grafik-Datenformat314
9.2 Veränderungen an bestehenden Grafiken315
9.2.1 Konvertierung der Auflösung315
9.2.2 Änderung der Farbtiefe318
9.2.3 Farbpegelanpassung319
9.2.4 Export in andere Grafik-Datenformate321
9.3 Wiedergabeeigenschaften von Grafikkarten322
9.3.1 Speicherorganisation322
9.3.2 Signalarten der Ausgänge323
9.3.3 LUT-Manipulation325
9.3.4 Durchschleifen von Signalen anderer Grafikkarten326
9.3.5 Wiedergabe der Benutzeroberfläche327
9.4 Genlock-Wiedergabebetrieb328
9.4.1 Synchronisation des Pixeltaktes328
9.4.2 H-Phasen-Einstellung329
9.4.3 SC-Phasen-Einstellung330
9.5 Sichtbare Störungen332
9.5.1 Systembedingte Störungseffekte332
9.5.2 Bildlagefehler334
9.5.3 Synchronisationsfehler335
9.6 Grafiken als Testbilder336
9.6.1 Prüfung der Bildgeometrie und Aspect Ratio336
9.6.2 Prüfung der Farbwiedergabe337
9.6.3 Prüfung der Helligkeitsauflösung338
Literatur339
10 Einfrieren von Videobildern340
10.1 Besonderheiten der Signalaufbereitung beim Live-Modus340
10.1.1 Timebase-Corrector340
10.1.2 Decodierung342
10.2 Anzeige des Live-Bildes343
10.2.1 Vollbildanzeige343
10.2.2 Window-Anzeige344
10.2.3 Durchschleifen des Live-Bildes346
10.3 Vorgänge beim Einfrieren346
10.4 Signalfluss346
10.4.1 Einfrierzeitpunkt348
10.4.2 Unterschiede zwischen Live- und Capture-Bild348
Literatur350
11 Spezialeffekte351
11.1 Overlay-Technik351
11.1.1 Overlay bei einer Farbtiefe von 16Bit351
11.1.2 Overlay bei einer Farbtiefe von 32Bit353
11.1.3 Kriterien für das Keying354
11.2 Chromakeying355
11.3 LUT-Effekte356
11.4 Mischen und Überblenden357
11.4.1 Homogene Blenden358
11.4.2 Strukturblenden358
11.5 Filtertechniken359
11.5.1 Punktoperationen359
11.5.2 Ortsbereichsoperationen360
11.6 Hardware-Zoom und -Panning361
11.7 Hardware-Flip362
11.8 Bild-im-Bild beim Fernsehen362
11.9 Videotext363
Literatur364
12 Animationen365
12.1 Bewegliche 2D-Modelle365
12.2 Animation über Drahtgittermodelle366
12.2.1 Konstruktion eines Drahtgittermodells366
12.2.2 Anfangs- und Endpunkt der Bewegung367
12.2.3 Rendering368
12.2.4 Raytracing369
12.3 Morphing369
12.4 Aufzeichnungstechniken370
12.4.1 Echtzeit-Animation370
12.4.2 Einzelbild-Aufzeichnungen371
12.5 Rotoscoping375
12.5.1 Effektbeschreibung375
12.5.2 Arbeitsweise375
12.6 Schrift-Animation377
12.7 Kritische Parameter bei Echtzeit-Animationen378
12.7.1 Anforderungen an das System378
12.7.2 Auflösung379
12.7.3 Farbtiefe379
12.7.4 Bildinhaltsveränderungen380
12.8 Problemlösungen zur Datenreduktion380
12.8.1 JPEG-Verfahren380
12.8.2 MPEG-Verfahren384
12.8.3 QPEG-Verfahren385
12.9 Neue Animationstechniken386
12.9.1 Motion Capture386
12.9.2 Performance Capture386
Literatur386
13 Schnittsysteme387
13.1 Online-Schnittsysteme387
13.1.1 Arbeitsweise387
13.1.2 Endgültiger Schnitt388
13.1.3 Nachteile des Verfahrens389
13.1.4 Besondere Schnittverfahren389
13.2 Offline-Schnittsysteme390
13.2.1 Digitalisieren des Videomaterials391
13.2.2 Durchführung des Offline-Schnitts392
13.2.3 Rohschnittfassung392
13.2.4 Schnittliste und endgültiger Schnitt393
13.3 Audionachbearbeitung393
13.3.1 Asynchrone Mischung393
13.3.2 Synchrone Mischung394
13.4 Praxisbeispiel mit einfachem Schnittsystem395
14 Spezielle Zusatzgeräte398
14.1 Signalarten-Wandler398
14.1.1 Wandlung von RGB nach Y/C bzw. FBAS398
14.1.2 Wandlung von FBAS bzw. Y/C nach RGB400
14.1.3 Komponenten-Transcoder401
14.1.4 Spezielle Sync-Einkopplungen402
14.2 Normenwandler403
14.3 Timebase-Corrector405
14.4 Verzögerungsglieder406
14.5 Synchrongenerator408
Literatur408
Anhang A: Audio-Datenformate409
A.1 Format WAV409
A.2 Format VOC410
A.3 Format SMP410
A.4 Format SFI/SFD410
A.5 Format AIFF411
A.6 Format ADPCM411
A.7 Speicherbedarf der Dateien412
Anhang B: Tabellen und Diagramme419
Anhang C: Beschaltungen425
Anhang D: Grafikformate430
D.1 Kurzer Überblick430
D.2 Format TIFF431
D.3 Format BMP435
D.4 Format TGA438
D.5 Format PCX439
D.6 Format PICT440
D.7 Format JPEG441
Literatur443
Glossar444
Stichwortverzeichnis456

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