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Vorträge

aktualisiert am 7.12.2010
IRT-Kolloquium am 25.10.2010

HDTV-Ton im Sport:
Aus der Trickkiste der Toningenieure

Christian Hartmann referierte kürzlich am IRT  über das Thema Tonaufnahmen für HDTV im Sport. Oberflächlich betrachtet ein wenig aufregendes Thema – doch der IRT-Mitarbeiter überraschte die Teilnehmer am Kolloquium mit einem lebendigen, praxisnahen Beitrag. Seit etwa 20 Jahren hat sich der diskrete Mehrkanalton als wichtiges Stilmittel im Kinobereich etabliert. Mit der Spezifikation des DVD-Formats im Jahre 1995 fand der diskrete Mehrkanalton rasch Einzug in die Wohnzimmer der Konsumenten. Die DVD, und später die Blu-ray-Disc haben extrem helfend zum Mehrkanaltonerlebnis im Heimbereich beigetragen, ebenso machten die großen HD-Displays den Surround Sound immer attraktiver. Die Klangverbesserung vom Stereoton zum Surround-Ton hat die Erwartungshaltung der Konsumenten bezüglich der Tonqualität beeinflusst. Die positive Aufnahme des Surround-Tons durch die Endverbraucher generierte den Bedarf, auch den Fernsehton dem neuen Klangerlebnis anzupassen.

Mit dieser technischen Evolution ging die abwechslungsreiche Bildgestaltung im Fernsehen einher. Neue, für den Zuschauer ungewöhnliche Perspektiven ließen sich durch den Fortschritt der Digitaltechnik mit kleinen Spezialkameras erzeugen. Diesen neuen Möglichkeiten der Bildgestaltung musste sich der Ton anpassen. Untersuchungen zeigten, dass der Ton einen sehr großen Einfluss auf den emotionalen Bezug der Zuschauer zum Bildgeschehen hat.

Für Live-Übertragungen galt es nun, die grundsätzlichen Elemente für einen sportbezogenen Surround Mix herauszufinden. Zu den Elementen des sportbezogenen Surround-Mixes gehören u.a. die Atmosphäre, der Dialog, der
O-Ton, externe Zuspielungen sowie Effektgeräusche. Die Atmo fängt der Toningenieur entweder durch eine dedizierte Mikrofonanordnung oder einer Mischung aus unterschiedlichen Mikrofonanordnungen zur Abbildung des akustischen Umfeldes und der Zuschauer ein.

Den Anwendungsfall „Dialog“ betreffen Moderationen und Kommentare. Hierfür kommen überwiegend die monophone Sprachaufnahme über Headset oder das Handmikrofon ins Spiel. Mit zum O-Ton zählen Hintergrundgeräusche bei Interviews außerhalb des Wettkampf-
bereichs. Dafür setzen die Tontechniker üblicherweise ein Stereo-Richtmikrofon ein.

Die externen Zuspielungen bestehen aus MAZ-Zuspielungen von Archivmaterial, Trailern oder Highlight-Szenen mit Musik.

Zu den Effektgeräuschen gehören sportspezifische Geräusche, möglichst nahe am Geschehen, erfasst mit Richtrohr- oder Ansteckmikrofonen. Das Bild zeigt, welche Situation der Zuschauer per Surround Sound bei einem Bundesliga Fußballspiel im Fernsehen üblicherweise geboten bekommt. Tonmäßig betrachtet stellt diese Sportart keine besondere Herausforderung an die Tontechniker dar. Grund: Die Situation hat statischen Charakter.

Anspruchsvoller hingegen gestaltet sich die Situation beispielsweise beim Skispringen. Noch nicht bei direktem Blick auf die Schanze und dann, wenn sich alles programmgemäß abspielt. Grund: Die Abfolge der Kameras ist festgelegt und meist läuft alles ziemlich gleich ab. Ein Problem kann jedoch dann auftreten, wenn ein Skispringer z.B. wg. kurzer Nebelbildung oder starkem Wind länger als geplant mit dem Absprung warten muss. Mit irgendwelchen Programmfüllern muss aber das Programm weiterlaufen, denn man ist ja Live auf Sendung.

Zu diesen Füllern, auf die man vorbereitet sein muss, passt jedoch oft der Surround-Effekt nicht so recht dazu. Grund: Für die Tontechniker plant die Dispo zu wenig Zeit und Personal ein, um auch diese Situationen mit hochwertiger Surround-Tonqualität auszustatten.

Die Tontechniker behelfen sich in diesen Fällen meist mit einer Abmischung, d.h., Höhen absenken, keine Panoramadrehung aber eine bildbezogene Mischung. Auch bei Absprüngen ohne witterungsbedingte Beeinträchtigungen wird der Springer in der Regel von hinten dargestellt. Das Bild passt auf Grund der Zuschaueratmo perspektivisch nicht mehr zum Ton. Eigentliches Problem: Selbst wenn auf der Schanze entsprechende Mikrofone bereitstehen, muss das gesamte 5.1-Panorama verändert werden, da sich die optische Perspektive ändert. Dies ist, ohne störend zu wirken, kaum möglich, deshalb der Behelf mit Pegelveränderungen und Höhenabsenkungen.

Weil es noch an festgeschriebenen Regeln für die Anwendung des Surround Sounds mangelt, hält sich der Toningenieur am besten an die „Zehn Gebote“ von Dipl. Tonmeister Askan Siegfried vom NDR Fernsehen Hamburg. Seine praktischen Hinweise lauten:

1. Es gilt die Hollywood-Regel: Die Mischung soll klingen wie ein Kinofilm. Dort liegt die Messlatte.

2. Der Dialog, das gesprochene Wort, gehört in den Center. Über Divergenz (Spreizung) darf man streiten.

3. Der Toningenieur erzeugt echtes 5.1, nicht Quadrofonie. Also darf Sprache nicht springen zwischen Center und L/R (Phantommitte). Dieses Gebot gilt auch für O-Töne, Interviews und nachgeschobene Voraufzeichnungen.

4. Der Tonverantwortliche darf Stereozuspieler upmixen. Im anschließenden Downmix sollen sie jedoch immer noch gut klingen.

5. Der Toningenieur soll alle sechs Kanäle mit brauchbaren, gut klingenden Atmo-Tönen versorgen. Auch den Center und auch – je nach Sportart – den LFE.

6. Die Atmo soll auch während der Halbzeitanalyse Surround bleiben sowie bei „nachgeschobenen“ Szenen.

7. Der Tonmann soll nicht falsch Zeugnis ablegen! Er soll korrekte Dolby-Metadaten bereitstellen, auch für den Dialog Level.

8. Der Tontechniker soll an die zahlreichen Zuschauer denken, die Dolby Pro Logic hören. Ihnen sollen Metadaten für einen PLL II codierten Downmix bereitgestellt werden.

9. Der Toningenieur soll phasenstarre Embedder verwenden, wenn er diskrete Mehrkanaltonsignale bereitstellt.

10. Der Tontechniker soll auch dann richtige Metadaten bereitstellen, wenn er sein Signal nicht in Dolby-E verpackt. Er soll dafür den V-ANC Space oder ein SML-File verwenden oder Rücksprache mit dem Auftraggeber halten, wie er die Dolby-Metadaten transportieren soll.

Zusammengefasst: Die „aufgeblasene“ Stereomischung fällt unter das 3. Gebot. Sie kollidiert an manchen Stellen mit den Standardregeln des 5.1.

Zusätzlich zur Mehrkanalmischung wird derzeit gleichzeitig noch eine separate Stereomischung gebraucht, denn 80 bis 90 Prozent der Fernsehzuschauer hören den Ton nach wie vor in 2-Kanal-Stereo. Dies ist u.a. dadurch bedingt, dass sich der technische Wandel relativ langsam vollzieht. Die Investitionszyklen für Fernsehgeräte und ZBH betragen etwa zehn Jahre. Andererseits erwarten die Konsumenten für ihre Investition in Mehrkanal-Wiedergabesysteme auch einen Mehrwert beim Fernsehen. Und schließlich fordert großformatiges HD-Fernsehen einen raumfüllenden Mehrkanalton.

Als Behelfslösung bietet sich an, auf Basis einer Stereomischung durch Hinzufügen weiterer Mikrofone einen Surround Mix zu gestalten. Dabei baut sich für den Toningenieur folgendes Problem auf: Wie wirkt sich in einer voreingestellten „Doppel“-Mischung (Simulcast) eine notwendige Veränderung der Einstellungen in der einen Mischung, auf die zweite Mischung aus? Eine Folgeerscheinung davon ist, dass der Tonverantwortliche jedoch nur entweder die Stereo- oder die Mehrkanalsumme abhören kann. Störungen durch zusätzliche Mikrofone in der Mehrkanalmischung werden daher häufig erst zu spät erkannt. In kürzester Zeit ist der Tonmann genötigt, eine brauchbare Lösung zu finden.

Die Zweiwege-Tonproduktion schafft unweigerlich eine komplizierte und unübersichtliche Verknüpfung von Kanälen auf dem Mischpult, die einen Eingriff in nur eine der beiden Mischungen erschwert. Der Aufwand einer Mehrkanalmischung mit starkem Bildbezug kann zusätzlich kaum geleistet werden, berichtete Ch. Hartmann

Von der, dem Toningenieur von der Dispo insgesamt zur Verfügung stehenden Zeit bleiben ihm aber nur etwa 10 % übrig für die Mischung. Die Arbeitsschwerpunkte des Toningenieurs in der Außenübertragung können sich bei manchen Produktionen aufteilen in 40 % Betreuung des Kommunikationssystems, 30 % Erstellung und Test des Audio-Signalflusses und jeweils 10 % für das Delegieren des tontechnischen Personals, Fehlermanagement und Mischen des Tonsignals.

Noch wird Dolby E in der Praxis sehr häufig eingesetzt, die Tendenz geht aber hin zu diskretem Mehrkanalton. Die diskrete Signalübertragung wird bevorzugt, wenn entsprechende Kapazitäten vorhanden sind, damit keine Phasenprobleme auftreten. Der Kunde erwartet von den Rundfunkanbietern eine qualitativ hochwertige Tonmischung. Diese ist er gewohnt von Filmen auf DVD, Blue-ray und Kinobesuchen.

Geräuscheffekte sind heute bei Außenübertragungen sehr wichtig, weil die Atmo und die Life-Stimmung vor Ort vom Zuhörer am Bildschirm erwartet wird. Er will auditiv wahrnehmen, was sich gerade ereignet, hat aber meist selbst keine Vorstellung von dem, was tatsächlich live geschieht. Umgebungsgeräusche können manchmal einen enorm hohen Schalldruckpegel aufweisen. Ästhetische und praktische Sachzwänge erfordern oft eine Mikrofonierung aus großer Distanz. Das betreffende Geräusch kann einen zu niedrigen Schalldruckpegel aufweisen, jedoch eine hohe Frequenz-Bandbreite haben.

Ist die Strecke, über die die Aktiven „begleitet“ werden müssen, sehr lang, muss mit vielen unbeaufsichtigten Mikrofonen gearbeitet werden. Eventuell sind die Verstärkungsfaktoren der Mikrofone während eines Ereignisses im Pegel nachzuführen. Dennoch: Eine charakteristische Geräuschkulisse ist für die Vermittlung von Stimmung und Atmo des jeweiligen Sportereignisses unbedingt anzustreben.

Unterstützung bekommt der Tontechniker durch das hohe Rationalisierungspotential neuer Techniken, wie z.B. mit vorgegebenen Hüllkurven überblenden anstatt per Hand die Überblendungen fahren, Audio follows Video, d.h., der Bildmischer und das Tonmischpult sind über ein GPI-Schaltsignal verkoppelt, digitale Mikrofone, automatische Downmix-Verfahren usw. Aktive Downmixverfahren verursachen grundsätzlich keine schwierig zu kompensierenden Latenzprobleme.

Die Räumlichkeit der Mischung sollte so gut wie möglich erhalten bleiben. Die Klangfarbe, die Lokalisation und die Lautheitsbalance der Klangquellen im Tonsignal sollten sich so nah wie möglich am Mehrkanalsignal orientieren. Nachteil: Der kreative Aspekt beleibt bei einem starren Downmix auf der Strecke.

Aktive Downmix-Verfahren mit dynamischer Parametrisierung sind generell geeigneter als passive Systeme. Zudem ist es aufgrund der Erfahrungen der IRT-Mitarbeiter empfehlenswert, eine Kammfilterkompensation über die Amplitude vorzunehmen. Sie verbessert die Klangfarbe, die Lautstärkebalance sowie die Lokalisation von Quellen erheblich.

Mikrofone mit digitaler Schnittstelle besitzen eine extrem hohe Kapseldynamik. Diese ist durch die Elektronik der Vorverstärker im vollem Umfang nutzbar. Man braucht die Mikrofone somit nicht mehr aussteuern. Das Eigenrauschen der digitalen Mikrofone kann unter bestimmten Vorbedingungen sehr niedrig sein, generell ist es aber eher höher als bei analogen Mikrofonen.

Digitale Mikrofone erfordern im sog. MODE 1 ein Sample-Rate Converting, das weder zu Phasenproblemen noch zur Unnatürlichkeit führen darf. Andererseits sind digitale Mikrofone schwierig zusammen mit analogen Mikrofonen handhabbar. Probleme macht auch die Signallatenz durch die Samplerate-Konvertierung und die A/D-Wandlung.

Am Beispiel der Sportart Fußball untersuchte das IRT die Möglich-
keiten, wie man Eigengeräusche auf dem Fußballplatz besser hörbar machen kann. Messungen ergaben, dass man zwischen dem „Ball Sound“ mit ca. 50 dB(A) und dem Zuschauergeräusch von etwa 105 dB(A), also mit einer Pegeldifferenz von etwa 50 dB(A) kalkulieren muss. Ein Abstellen von Mikrofonen auf dem Spielfeld ist bekanntlich ausgeschlossen. Wie sich bei Versuchen schnell herausstellte, verfügen handelsübliche Richtrohrmikrofone über ein zu geringes Bündelungsmaß für diese Zwecke. Es beträgt nur etwa 7 dB. Selbst die herkömmliche Umfeldmikrofonierung mit zehn und mehr Mikrofonen kommt nicht an das gewünschte Ergebnis heran.

Abhilfe schaffte ein vom IRT selbstentwickeltes Mikrofon Tracking System. Es besteht aus einer Videokamera, positioniert auf Höhe der Mittellinie, und einer Erkennungssoftware in einem PC. Die Software ermittelt automatisch die Position des Fußballs und generiert daraus Daten zur Steuerung des Schwenk-Neige-Kopfes, an dem das Mikrofon montiert ist. Schoeps heißt der Hersteller des Mikrofons, das sich für das Tracking System als geeignet erwies. Dieses Mikro schafft es durch seine hohe Richtwirkung den Diffusschall gut vom Ball Sound zu trennen.

Das Super-CMIT ist zunächst ein herkömmliches Richtrohrmikrofon mit vergleichsweise niedriger Richtwirkung. Durch einen im Mikrofon integrierten DSP-Prozessor und eine spezielle Algorithmik kann das Mikrofon zwischen Direkt- und Diffusschallanteilen unterscheiden und den Diffusschall um bis zu 10 dB absenken.

Bereits ein nachführbares Mikrofon hinter jedem Tor lieferte schon zufriedenstellende Ergebnisse. Ein Audio-Interface führt die beiden Tonsignale zusammen und speist das Mischpult mit einem sog. „trockenen“ Tonsignal. Der Zuschauer erlebt das Ballgeräusch und das Knacken brechender Knochen damit relativ nah.

Bei anderen Sportarten, wie z.B. beim Skifahren, erzielt die Technik schon seit mehreren Jahren gute Ergebnisse nach dem sog. Sampling-Verfahren. Der erste dokumentierte Einsatz dieser Technik fand beim Ski-Abfahrtslauf während der Olympischen Winterspiele 1992 in Albertville durch zwei Toningenieure des staatlichen finnischen Fernsehens YLE statt.

Beim Sampling-Verfahren fügt ein hellwacher Beobachter im richtigen Augenblick ein unterstützendes Geräusch hinzu, das nicht vom Originalschauplatz stammt, sondern bereits irgendwo im Speicher des Computers abgelegt ist. Je nachdem, wie dramatisch der Skifahrer beispielsweise die Kanten seiner Ski an einer Torstange einsetzt, fügt der Beobachter eine seiner Tonkonserven aus der Geräuschdatenbank dem O-Ton hinzu. Wichtig ist dabei, dass der visuelle Reiz und der Ton zeitlich zusammenpassen. Die Verzögerung darf nicht mehr als 4 Frames betragen.

Das Sampling-Verfahren kommt häufig beim Wintersport zum Einsatz, wie z.B. die Stockgeräusche beim Langlauf oder die Schusstöne beim Biathlon. Das nachträgliche Hinzufügen von Geräuschen nach dem Sampling-Verfahren ist technisch weniger aufwändig, einfach in den Produktionsflow zu integrieren und auch für kostensensible Fernsehereignisse geeignet.

Es zählt mit zu den Aufgaben eines Toningenieurs im Außendienst, dass er sich auch noch um die Kommunikationsanlage kümmern und bis zu 40 Endstellen bedienen muss. Probleme machen auch häufig die drahtlosen Übertragungsstrecken, die somit ein Risiko darstellen und zudem oftmals auch qualitativ schlechter sind als drahtgebundene Mikrofone.

Abschließend noch ein Appell des Vortragenden an die Produktionsverantwortlichen: Die Erfahrung lehrt, dass sich die Qualität des Tones verbessert, wenn der Toningenieur von einem Assistenten unterstützt wird.  

R. Auer

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Hands on HD

Mit insgesamt 150 Workshop-Teilnehmern, 100 Tagungsgästen, einem Produktionsstab von 50 Teammitgliedern, 28 Referenten, 40 High-End-Kamerasystemen, 20 Schnittplätzen sowie zehn Sets ging die achte Auflage des erfolgreichen Branchenevents „Hands on HD“ zu Ende.

Das von nordmedia in Kooperation mit Band Pro Munich GmbH organisierte Netzwerk-Event mit integrierter Tagung und zahlreichen Workshops bot den Teilnehmern vielfältige Möglichkeiten zur Weiterbildung an allerneuster Video- und Netzwerktechnik. Die technische Ausstattung, die Anzahl der führenden Experten, Hersteller, Sponsoren und Partner machten „Hands on HD“ wieder zu einer einzigartigen Veranstaltung.

In gerätespezifische Gruppen aufgeteilt lernten die Workshop-Teilnehmer aus den Bereichen Kamera und Postproduktion den Umgang mit der digitalen Technik im Workflow kennen. Im Mittelpunkt standen die Kameras von ARRI, Canon, Ikegami, Sony und RED. Darüber hinaus gab es eine Kameramodell-übergreifende „X-Over Class“.

Als besonderes Highlight bot „Hands on HD“ bereits zum dritten Mal eine eigene 3D-Stereoskopie-Gruppe unter der Leitung von Alaric Hamacher (Virtual Experience) an. Er beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit 3D und gehört international zu den Top-Experten im Bereich der 3D-Stereoskopie. Auf den Grundlagen der Stereoskopie aufbauend thematisierte A. Hamacher zunächst verschiedene 3D Rigs, bevor die Teilnehmer mit 3D Rigs und Kameras von P+S, Sony und Grass Valley die erlernte Theorie in die Praxis umsetzten.

Das gedrehte und nachbearbeitete Material konnten sie abschließend in einer echten 3D-Projektion sichten und über den Workflow zwischen Akquise und Postproduktion diskutieren.

Weitere Dozenten des Workshops waren u.a. Spezialisten wie Michael Radeck, Nikolai Georgiew, Thomas Bresinsky, Philipp Ros, Prof. Uli Plank, Jürgen Pertack und Tom Fährmann.

Im Mittelpunkt aller Workshops standen praktische Übungen an vorbereiteten Filmsets. Die speziellen Umstände des Nachtdrehs mit einem Barockfeuerwerk führten die Kameras in Grenzbereiche heran, mit denen die Teilnehmer umzugehen lernten.

Neben den praktischen Fertigkeiten wurden durch die Dozenten und ergänzende Fachvorträge die nötigen theoretischen Grundlagen in den Bereichen Menüführung, Workflow, Messtechnik, kreative Manipulation des Signal Processings sowie Zubehör vermittelt. Mit der Einführung in Postproduktion und Colorgrading lernten die Teilnehmer die Möglichkeiten und Grenzen kennen, Aufnahmen nach dem Dreh zu bearbeiten.

Die Einführung von HD konfrontiert die Postproduktion mit einer Vielzahl neuer Formate. Während es bislang nur Pal, SECAM und NTSC gab, existieren bei HD-Systemen etwa 30 Formatvariationen und noch mehr Kompressions- bzw. Codec-Varianten.

In den Postproduktion-Workshops wurden den Teilnehmern in kürzester Zeit anhand des gedrehten Materials die Grundlagen und die wichtigsten Anwendungsprobleme der neuen HD-Technologien vermittelt.

Das Angebot zum realistischen Vergleich der verschiedenen Technologien und Systeme bei „Hands on HD“ ermöglichte den Teilnehmern im Rahmen der umfangreichen Praxis-Tests wichtige Erfahrungen zu sammeln.

In die Veranstaltung „Workshop & Netzwerk“ war eine zweitägige „Hands on HD“-Tagung integriert. Diese gestaltete die ARD.ZDF medienakademie in Zusammenarbeit mit nordmedia. Diese Tagung wandte sich an Medienschaffende aus Regie, Produktion, Vertrieb und Einkauf und verzeichnete einen Teilnehmerrekord. Mit einem Programm aus Strategie-Seminaren und Erfahrungsberichten vermittelten die Referenten Kompetenzen in relevanten Themengebieten, wie z.B. „HD im Regelbetrieb der Öffentlich-Rechtlichen“, „HD & Videojournalismus“, „Mehrkanalton mit HD Workflow“ oder „Studioproduktion in HD am Beispiel der Sendung ARD Buffet“.

Neben den fachlichen Schwerpunkten wurde während der
Veranstaltung, die Anfang August stattfand, gezielt Netzwerkarbeit betrieben.

Alle Teilnehmer, Dozenten und Industrievertreter hatten eine Woche lang Gelegenheit, sich gegenseitig kennen und schätzen zu lernen. Die jährliche Veranstaltung „Hands on HD Workshop & Netzwerk“ in Hannover vermittelte Wissen rund um aktuelle digitale Produktions- und Distributionstechniken und „vernetzte“ die Beteiligten zu einem Wissenscluster. Unter dem Jahr wird dieses Netzwerk zu einem Informationsaustausch und als Community bei Facebook und Xing "weitergelebt".

Hands on HD hat sich mittlerweile für alle Beteiligten zu einer Art „Testlabor“ für die TV- und Fernsehproduktion der Zukunft entwickelt, meinte Sebastian Wolters, Projektleiter Digital Media Cluster bei der nordmedia über die achte Auflage dieser Veranstaltung. Die ganzheitliche Vernetzung der Postproduktion mit allen relevanten Systemen sowie die Anbindung an die Akquise ist weltweit einzigartig und zeigt sehr gut, wie der Workflow gegenwärtig und zukünftig aussehen wird.

Kontakt: Wibke Schimpf, Tel +49 (0)511/123456-22 ;
eMail: w.schimpf@nordmedia.de
nordmedia ist die gemeinsame Mediengesellschaft der Bundesländer Niedersachsen und Bremen

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Münchner Kreis

Quo vadis Digitale Gesellschaft?

Etwa 130 Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik nahmen Mitte Juni in München teil an der Veranstaltung „Next Generation Communication – Herausforderung für die Digitale Gesellschaft“, die vom Münchner Kreis veranstaltet wurde. Dabei durchleuchteten die Redner die Chancen und Risiken der Informations- und Wissensgesellschaft. Digitalisierung und Informatisierung erneuern soziale Strukturen, Verhaltensmuster und unsere Arbeitswelt. Ein intelligenter Umgang mit neuen Technologien birgt für unsere Gesellschaft große Chancen. Treffend somit die eingangs gestellte Frage „Wohin gehst du, Digitale Gesellschaft?“.

Das wohl wichtigste Kriterium im Umgang mit dieser neuen Internet Technologie stellt die Vertrauensbasis dar. Und diese wurde in der Vergangenheit und wird leider auch heute noch von so manchem unseriösen Unternehmen mit Füßen getreten. Auf diese Art und Weise hat das Internet, in Bezug auf das Vertrauen der Nutzer zu dieser Technik, zu Recht seinen äußerst schlechten Ruf erlangt. Und um das Vertrauen der Bevölkerung zu erlangen, bedarf es noch immenser Anstrengungen.

Diesem Thema „Trust“, Vertrauen, nahm sich Dr. Max Senges von Google an. Er ging der Frage nach: „Welche Erlebnisse beeinflussen das Vertrauen zu der IT-Technik.“ Denn das Vertrauen der Nutzer zum Internet-Partner hat für Google derzeit einen sehr hohen Stellenwert. Senges stellte beispiels
weise folgende Fragen: „Kann man den Leuten trauen, die sich im Internet als Gesprächsparter anbieten?“ „Wieviel Vertrauen hat man zu einem Geldautomaten?“ Dem steht gegenüber: Aufgrund der Preise von zwei gleichartigen Produkten hat der Mensch automatisch mehr Vertrauen zu dem Produkt, das teurer ist. Weitere Fragen: Welches Vertrauen kann man z.B. zu Eintrittskarten haben, die einem im Internet angeboten werden? Welche Informationen müssen auf den Ticket enthalten sein, damit man einem Stück Papier, ob Geldschein, Ticket, Urkunde usw., Vertrauen schenken kann? Themen wie z.B. die unterschiedlichen Verhaltensweisen der Weltbevölkerung, Klarheit und Einfachheit im Auftritt und in der Darstellung spielen dabei eine wichtige Rolle. Auf der negativen Seite wiederum steht das hausgemachte Überangebot an Informationen im Internet. 80 % der Teilnehmer am Internet, hat Google herausgefunden, wollen anonym bleiben. Trusted Environment, also vertrauenswürdige Verbindungen bereitstellen, diese Message gilt es, dem Internet-Nutzer zu vermitteln.

Dem mehr technischen orientierten Thema, dem Funktechnik-Netzwerk, wandte sich Dr. Hans Petry von Firma Detecon zu. Das Netz ist der Enabler - der Netzbetreiber. Welche Probleme treten in einem Netz auf und wie kann man die Probleme bewältigen? Vom Inhalt der griechischen Sage Skally und Charybdis, meinte der Redner, kann man bereits viel über die auftretende n Konflikte im Netzausbau lernen – weicht man der einen Gefahr aus, so begibt man sich in die andere. Es gilt also, den richtigen Weg zwischen zwei Verhängnissen hindurch zu finden. Der ansteigende Verkehr im Netz „quält“ die Meldungen und teilt die Netze auf in fünf Kategorien, die man einteilen kann nach ihrem allgemeinen Bandbreitenbedarf. Das Ansteigen des Multimedia Contents verursachen die Flatrates, Device Innovation sowie User Activity. Abhilfe verspricht Cloud Computing, also Rechenleistung dorthin verlagern, wo gerade welche frei ist. Der Einsatz von Next Generation Technologie - QoS = Quality of Service per Glasfaser, ist im Vergleich zum Funk in seiner Bandbreite wesentlich geringer eingeschränkt. Im Festnetzbereich spielt die Bandbreite derzeit noch keine so Rolle. Auch eine Datenrate von 100 GBit/s wird noch nicht die Grenze sein. Die neuen Techniken heißen LTE, WiMAX und evt. auch noch UMTS, berichtet Petry. „In der Zukunft muss man fehlertoleranter werden“, meint Petry und für Techniker zählt nur die Frage: Wieviel Bits kann ich aus 1 Hz Bandbreite herausholen? Die bekannten Techniken hierzu heißen Modulation und Raumfilterung. Nicht die Superwerte, die von den Wissenschaftlern im  Labor erzielt werden zählen, entscheidend ist, was der Einsatz neuer Übertragungstechniken unter realen Bedingungen bringt. Die Komplexität der eingesetzten Technik nimmt enorm zu. Netze, die sich selbst konfigurieren oder per Software organisieren, wäre eine große Erleichterung, ebenso eine fächendeckende kleinzellige Technik.

Dr. Stephan Scholz von Nokia Siemens Networks vermittelte den Teilnehmern an der Veranstaltung einen Technologieausblick über die Evolution der konvergenten Netze. „Wenn der Marktdruck entsprechend groß ist, wird die Technik auch die passende Lösung finden!“, legte der Redner los. Das Festnetz dominiert derzeit den Markt. Das Verhältnis im Datenaufkommen von Kabel zu Funknetzt beträgt etwa 99:1. Alle sieben Jahre wächst zur Zeit der Datenstrom um den Faktor 100. Die daraus resultierenden technischen Herausforderungen, vorwiegend getrieben von Video-Applikationen, lässt sich in der Zukunft nicht mehr mit verbesserten Chips bewältigen. Super HDTV benötigt eine Datenrate von bis zu 50 MBit/s. Und wenn der Konsum von mehreren TV-Kanälen in einem Haushalt störungsfrei ablaufen soll, ist schnell eine Datenrate von 100 MBit/s und höher gefordert.

Eine weitere Herausforderung ist die Mobilität der Endgeräte. Im Umkreis des Nutzers finden ganz neue Geschäfte statt. „Alle Applikationen laufen zukünftig auf einem Netz. Nach dem Energienetz wird das Internet das wichtigste Netz der Zukunft. Früher GSM, heute HSPA zukünftig LTE im mobilen Bereich“, lauten die Entwicklungsschritte. Unsere betagten Basisstationen stellen hierfür derzeit das Nadelöhr dar.

Glasfaser in der Erde zu verlegen, ist sehr teuer bei uns in Deutschland, in China hingegen viel billiger, weshalb dort auch eine viel bessere Infrastuktur der digitalen Netze vorhanden ist.

Die neue technische Entwicklung „Next Generation Optical Accs“ drückt die Kosten drastisch nach unten, berichtete Scholz. „Die Kosten sind der treibende Faktor!“ Jeder Teilnehmer verfügt dann über seine eigene Laserfarbe. Diese passive Lasertechnik funktioniert über Hunderte von Kilometer. In 2-3 Jahren hat diese Technik die erforderliche Marktreife erreicht. „Diese passive Übertragung per Laser löst auch das Problem, wem die Last Mile gehört,“ so Scholz. Nachteil: Wie bereits oben erwähnt, die Kosten zur Verlegung des Kabels.

Derzeit entsteht um Cloud Computing eine neue Welt. Das Verteilen der Rechenleistung auf gerade gering ausgelastete Computer bringt ebenfalls eine enorme finanzielle Erleichterung. Der technische Umgang mit den Daten wird aber auch zugegebenermaßen entsprechend komplizierter sowie die Unsicherheitsfaktoren immer größer, so dass noch mehr Aufwand für die Datensicherheit aufgebracht werden muss.

Aufgemerkt: Im Mittelpunkt steht die Identität des Teilnehmers im Internet. Das Netz kennt den Anwender aufgrund seines Internetverhaltens gut und lernt ihn mit jeder seiner Aktivitäten besser einzuschätzen. Man spricht dabei von der sog. User-Identity.

In der zukünftigen Entwicklung hat die Breitbandigkeit Priorität. Die Treiber des Internet-Verkehrs sind YouTube mit den ins Netz gestellten privaten Filmen. Die nächste Herausforderung besteht in der Bereitstellung von Bandbreite für normale Kinofilme und im letzten Schritt, etwa 2020, folgt die Aufgabe Platz für die Bereitstellung von qualitativ hochwertigem Filmmaterial zu schaffen. Die Lasertechnik soll über Glasfaser etwa 1 GBit/s beim Teilnehmer zur Verfügung stellen. Doch auch die Glasfaserübertragung kennt technische Grenzen. Die Glasfaser stößt etwa bei 20 GBit/s technisch an ihr Limit.

Derzeitiges Problem: Keiner, weder die Betreiber der Netze noch der Staat, ist bereit, die hohen Kosten für das Vergraben der Kabel zu bezahlen. Aber gerade über den Faktor Qualität besteht die Chance, die Aufmerksamkeit des Nutzers zu erlangen. Und Aufmerksamkeit ist heutzutage ein wertvolles Gut.

R. Auer

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IRT-Kolloquium am 14.06.2010

LED-Scheinwerfer im Rampenlicht

Timo Müller (mec-müller engineering & consulting) und Reinhard Schenk (BBS Licht) führten Mitte Juni die Teilnehmer am wissenschaftlichen Kolloquium des IRT in die Welt der LED-Lichttechnik ein. „Das menschliche Auge ist und bleibt das Maß aller Dinge“ startete Timo Müller seinen brillanten Vortrag. „Dementsprechend ist das Licht von LED-Strahlern den Eigenschaften des Auges anzupassen“.

Auch wenn die Erzeugung von Licht mit LEDs derzeit einen Nachfrageboom bei Architekten und Lichtgestaltern erfährt, und die Umstellung unserer Straßenbeleuchtung auf LED-Licht nicht mehr lange auf sich warten lässt, gelten für LED-Scheinwerfer für Film, TV und Theater althergebrachte Konstanten. Beispielsweise volle, gesättigte Farben im Theater sowie eine Schattenbildung wie bisher. Gewohnte Arbeitsweisen sind beizubehalten!

EU-Bestimmungen sowie die Notwendigkeit, energiesparende Lichtquellen zu nutzen, zählen mit zu den treibenden Kräften, die die Entwicklung der LED-Lichtquellen derzeit vorantreibt. Auch bei großen Firmen geht es in Richtung Energieeinsparung durch den Einsatz von langlebigem LED-Licht.

Hemmende Kräfte gegen den sofortigen Umstieg von herkömmlichen Scheinwerfern auf LED-Scheinwerfer im Event- Studio- und Bühnenbereich bestehen in den bereits getätigten hohen Investitionen in herkömmliche Scheinwerfer, und diese müssen sich erst amortisieren. Nicht zu vernachlässigen ist die lange Lebensdauer der mechanischen Teile von Scheinwerfern.

LED-Scheinwerfer zeigten in ihren ersten Anfängen noch Technologieschwächen, doch mit steigendem technischem Anspruch in Verbindung mit der Erhöhung der Lichtleistung gelang der Industrie die Entwicklung vollwertiger Ersatzprodukte auf LED-Basis.

Dem Thema „Allgemeinbeleuchtung“ hat sich die Firma Philips intensiv zugewandt. Osram erzielt mit dem Produkt PrevaLED bis zu 3.000 Lumen. Auch der Hersteller Cree wartet bereits mit besten Laborergebnissen für seine Produkte auf.

Eine Investition in LED-Licht kann über die Nutzungsdauer betrachtet tatsächlich rentabel sein, referierte T. Müller. Ein großes Problem stellt derzeit noch die Innovationsgeschwindigkeit dar. Derzeit schreitet die Entwicklung so rasch voran, dass alle sechs Monate mit einer Steigerung von 50% der Lichtleistung zu rechnen ist. Den Innovationszyklus von einer Leuchtengeneration zu nächsten beschrieb T. Müller mit 12 bis 18 Monate. Aus diesem Grunde hat die Frage nach einer Nachrüstung, einem „Update“, bei diesen Produkten einen hohen Stellenwert. Philips und Osram bieten diesbezüglich fortschrittliche Lösungen zum Austausch der LED-Cluster an. Nützliche Hinweise hierzu unter www.lichtnews.de .

Beim Vergleichen von Lichtausbeuten, einem wichtigen Kaufkriterium bei LED-Leuchten, sollte man dies bezogen auf die Anwendung tun. Angaben hinsichtlich der Lumen pro Watt (lm/W = Lichtausbeute) bei 'weißem' Licht machen nur Sinn, wenn man weiß, welche Grundlagen in der Erzeugung des weißen Lichts jeweils genutzt werden. Bei einem Theaterscheinwerfer zum Beispiel, geht es häufig darum, neben weißem Licht auch gesättigte Farben zu erzeugen. Mit konventionellen Leuchtmitteln wird dies durch die subtraktive Farbmischung, das heißt durch das 'Wegfiltern' von Farbinformationen, erreicht. Bei LED-Scheinwerfern, die das weiße Licht nach dem additiven Farbmischprinzip erzeugen, werden als Basis bereits häufig gesättigte Farben benutzt.

Einfachstes Beispiel ist der RGB-LED-Scheinwerfer. Ein Vergleich zwischen den beiden Systemen führt nun dazu, dass der mit einem konventionellen Leuchtmittel betriebene Schweinwerfer bei einer gesättigten Farbe, zum Beispiel einem tiefen Blau, mit einer sehr schlechten Lichtausbeute aufwartet, wohingegen der LED-Scheinwerfer hierzu lediglich den blauen Kanal als Stromverbraucher benötigt, das heißt der Wert lm/W hier ein wesentlich besseres Verhältnis aufweisen kann.

Umgekehrt hat der RGB-LED-Scheinwerfer beim Mischen von weißem Licht das Nachsehen, da sich das gezielte Mischen einer Farbtemperatur von zum Beispiel 5600K immer nach der schwächsten LED richtet. Die höheren Lichtausbeuten der anderen Mischfarben können ihr Potential also nicht ausspielen, da sich hier sonst Farbstiche, weg vom ursprünglich zu erzielenden Weiß mit 5600K, ergeben können.

Abhilfe würde hier z.B. eine zusätzliche Angabe, neben der Lichtausbeute für weißes Licht, zur Bewertung der Erzeugung von farbgesättigtem Licht machen. Leider gibt es bis dato keinen solchen Bewertungsmaßstab. Bleibt also nur das genaue Analysieren der Herstellerangaben bezogen auf den jeweiligen Anwendungsfall.

Ein weiteres Kriterium zur Bewertung einer Lichtquelle ist der vielgenannte Farbwiedergabeindex mit dem sog. Ra-Wert, oder auch CRI-Wert (engl. Color Rendering Index). Leider hat auch dieser seine Tücken, so der Redner T. Müller.

Die Basis zur Bewertung der Farbwiedergabe bilden acht Pastellfarbtöne, die mit der zu testenden Lichtquelle so gut wie möglich nachgebildet werden müssen. Als Referenz dient die Beleuchtung der Testfarben mit einem sog. Schwarzen Strahler, der einen lückenlosen Spektralverlauf im sichtbaren Bereich aufweist. Der Maximalwert der Farbwiedergabe ist 100. Im warmweißen Farbtemperaturbereich erreicht zum Beispiel eine Glühlampe den Wert 100. Bei klarem Himmel erreicht auch die Mittagssonne im kaltweißen Farbtemperturbereich einen Ra-Wert von 100.

Farbige LEDs haben keinen lückenlosen Spektralverlauf, sondern zeigen ein schmalbandiges Linienspektrum. Beleuchtet man nun die acht Pastellfarbtöne mit LED-Mischlicht aus gesättigten Farben, ist die Bewertung irreführend. Die Bewertung anhand von nur acht Pastellfarbtönen reicht nicht aus, um die heutige Farbenwelt mit all ihren gesättigten Farben zu beurteilen.

In den USA wurde ein neuer Maßstab für die Bewertung der Farbwiedergabe entwickelt. Der 'Color Quality Scale' (CQS) umfasst eine Farbpalette die für heutige Lichtquellen und Farbbewertungen besser geeignet ist. Leider ist dieser Standard von der Industrie noch nicht angenommen worden und es wird weiterhin mit dem CRI-Wert gearbeitet.

Zum ersten Beurteilen von Lichtquellen bedarf es eines geringen Aufwandes: ein 'Taschen-Spektrometer' für ungefähr 60 $, bestehend aus einem 'Beugungsspalt' eingebaut in ein kleines Metall-Röhrchen, ermöglicht eine erste Beurteilung, ob es sich bei der betrachteten Lichtquelle um ein kontinuierliches Spektrum, ähnlich eine Glühlampe, handelt.

Die Hersteller von LED-Scheinwerfer kämpfen alle mit dem großen Problem, nämlich dass keine LED der anderen gleicht. Grund: die Herstellungstoleranzen.

Die Farbempfindlichkeit des menschlichen Auges wird mit sog. Schwellwerteinheiten, den MacAdam-Ellipsen definiert. Möchte man nun LED-Leuchten, die sich farblich, zu mindestens in Bezug auf das menschliche Auge, nicht unterscheiden, sollte man im besten Fall innerhalb einer Schwellwerteinheit liegen. Eine solche Genauigkeit erreicht man nur über sehr aufwändige und kostspielige Verfahren, wie zum Beispiel die Selektion der LEDs oder die Kalibrierung einer mehrkanaligen LED Light Engine. Es gibt nur wenige LED-Leuchthersteller, die solche Angaben überhaupt machen bzw. solch genaue Lichtquellen herstellen.

Weniger anfällig auf 'Farbstichigkeit' der einzelnen Leuchten sind Lösungen, die mit Phosphor-LEDs arbeiten, da diese ein breiteres spektrales Verhalten aufweisen; ihr Nachteil: Sie liefern keine gesättigten Primärfarben wie sie zum Beispiel im Theater gebraucht werden.

Eine LED reduziert ihre Lichtintensität kontinuierlich über die Lebensdauer und geht ganz langsam aus. Der definierte Standard für LED-Produkttests heißt: IESNA LM-80-08. Philips arbeitet bisher als einziger Hersteller weltweit mit dieser Norm.

Im visuellen Vergleich zwischen einer neuen und einer älteren LED liegt der Schwellwert der Erkennbarkeit eines Unterschiedes bei etwa 70 %. Die Lebensdauer selbst prägen die Junction-Temperatur und die Bestromung. Üblicherweise beziehen sich die Daten in den technischen Angaben auf eine Junction-Temperatur von 25°C. Entsprechend dimensionierte Kühlkörper stabilisieren die Junction-Temperatur auf 25°C. Im Betrieb eines Scheinwerfers kann die Junction-Temperatur auf bis zu 85°C und mehr ansteigen. Ein heißer Kühlkörper spricht somit für einen LED-Scheinwerfer, denn er leitet tatsächlich die Wärme gut von den LEDs ab.

Beim Beurteilen lichttechnischer Daten von LED-Scheinwerfern mit Messgeräten ist zu beachten, dass in den 80er-Jahren die Hell-Empfindlichkeitskurve im Blaubereich angepasst wurde. Dies ist im Rahmen einer objektiven Bewertung mit unterschiedlichen Messgeräten entsprechend zu berücksichtigen.

Verlässliche lichttechnische Daten von LED-Scheinwerfern können nur mit Spektrometern ermittelt werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei aber um sehr große und empfindliche Laborgeräte. Handliche Spektrometer für den Feldeinsatz sind nur schwer zu finden und leider noch sehr teuer. Ein Beispiel für ein solches Gerät bietet die amerikanische Firma Ocean Optics mit ihrem JAZ-Spektrometer. Die Münchner Firma Gigahertz Optik hat bereits angekündigt in Kürze ein ähnliches Gerät anzubieten. Die Preise für solche tragbaren und für den Feldeinsatz geeigneten Geräte betragen ca. 4.000 - 5.000 €.

Beim Dimmen der LED-Schweinwerfer nutzen die Entwickler, um farbstabil zu bleiben, die Pulsweitenmodulation (PWM). Hier muss man darauf achten, dass die Frequenz entsprechend hoch ist, so dass die Leuchte keinen hörbaren Summton in der PWM-Frequenz abgibt. PWM-Frequenzen oberhalb von 16 kHz, ab hier nimmt das menschliche Hörvermögen stark ab, sind in LED-Leuchten aber nur selten zu finden, da dies eine hochwertige Elektronikentwicklung voraussetzt.

Für den praktischen Teil des Kolloquiums brachte Reinhard Schenk aus Zaisertshofen viele LED-Scheinwerfer mit. Zylight nutzt zum Beispiel zur Helligkeitssteuerung eine Bluetooth-Steuerung. Gecko hingegen baut fokussierbare LED-Scheinwerfer. JB-Lighting ist bekannt durch seine kopfbewegten Scheinwerfer. JB-Lighting waren die ersten, die diese Konstruktion als Serienprodukt für den Eventbereich auf den Markt brachten. Das Kelvin Tile basiert auf einem 6-Kanal Light Engine mit guten spektralen Eigenschaften durch die Anordnung von sechs LEDs im LED-Cluster. Auch der Inverto Brick arbeitet mit sechs Farbkanälen. Dieses Licht lässt sich über eine IR-FB in vielen Parametern einstellen. Auch hier sind Phosphor-LEDs eingebaut. Für die Wiedergabe guter Hauttöne sorgen LEDs in der Farbe Amber. Man kann am Inverto Brick sogar die Farbtemperatur für Weiß mit der FB einstellen. Von Nachteil ist der eingebaute Lüfter zur Kühlung, weil ein sehr kleines Gehäuse gewählt wurde.

VariLite bietet mit dem VLX einen sehr lichtstarken kopfbewegten LED-Scheinwerfer. Der ADB ALC4 basiert auf einem Philips-Modul und bietet eine sehr gute asymmetrische Lichtverteilung. Litepanels ist einer der Wegbereiter für LED-Panels für Film und Fernsehen. Sie zeichnen sich aus durch ihr praktisches Handling und eine clevere mobile Stromversorgung. Neu bei Litepanels ist der Sola Fresnel Scheinwerfer, ein stufenlos fokussierbarer LED-Scheinwerfer. ARRI bietet mit der Caster-Serie eine sehr hochwertige, jedoch preislich attraktive Lösung für mobile LED-Leuchten mit einstellbarem Weißlicht an. Das ARRI PAX-System ist mit seiner präzisen LED Light Engine, die in Zusammenarbeit mit OSRAM entwickelt wurde, der modularen Bauweise und einer 2,4-GHz-Fernsteuerung höchsten Ansprüchen gewachsen.

Bei den Vorführungen wurde auch ein weiteres wichtiges Produktmerkmal angesprochen: die Schattenbildung. LED-Leuchten mit Einzeloptiken für jede LED erzeugen pro Lichtpunkt einen Schatten, was im Lichtfeld dann zu Mehrfachschatten führt. Entsprechend gestaltetet Optiken, wie zum Beispiel beim ARRI LoCaster, schaffen hier Abhilfe.

Derzeit liegt die Masse der LED-Scheinwerfer im Leistungsbereich bis etwa 60 W. Leistungen darüber sind eher die Ausnahme. Für die Zukunft kann hier aber mit stärkeren Leistungen gerechnet werden, so dass LED-Lösungen immer weiter in den Bereich herkömmlicher Schweinwerferanwendungen vordringen werden. Lichtleistungen bis 2-kW-Halogenglühlicht scheinen in den nächsten drei Jahren realistisch.

Ein Punkt an den sich die Industrie mit Sicherheit auch noch gewöhnen muss, ist die Tatsache, dass LED-Scheinwerfer mit Microcontrollern gesteuert werden und dementsprechend Steuerungssoftware brauchen. Vorbei sind die Zeiten, wo man ein Leuchtmittel wechseln musste. Heute wird eine neue Firmware aufgespielt.
Links zum Thema:
www.studiomi.de  sowie www.bbs-licht.de

R. Auer

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IRT-Kolloquium am 22.02.2010

Thema: Broadcast Objektive

Von Big Scene zu Big Screen

Referent: Dirk Fobker von Canon

Die Kriterien zur Objektivauswahl stehen in enger Beziehung zur Aufgabe, die der Kameramann zu erfüllen hat. Zur Verfügung stehen ihm Objektive mit Festbrennweite und Objektive mit variabler Brennweite, die sog. Zoomobjektive. Zig Variationsmöglichkeiten bieten sich an, doch allein schon die mechanische Verbindung zwischen Objektiv und Kamerafrontplatte, der sog. Mount, schränkt die Kombinationsmöglichkeit ein. Ein weiteres entscheidendes Kriterium stellt das Gewicht des Objektivs dar. Nicht unerwähnt bleiben darf der Preis des Objektivs. Speziell auf Videokameras im Broadcast-Bereich trifft zu, dass in der Bildebene ein Bildsensor mit einer Diagonale von 2/3-Zoll mit möglichst viel Licht zu versorgen ist. Und auf diesen Bereich hat Canon seinen Schwerpunkt gelegt.

Der Bildsensor ist das Nadelöhr im Aufnahmeprozess. Man spricht von „big scene to big screen“, was bedeutet, dass, bezogen auf die relativ winzigen Sensoren, riesengroße Panoramen mit dem Objektiv eingefangen, auf den kleinen Sensor projiziert und dann wieder von großflächigen Bildschirmen oder Leinwänden wiedergegeben werden. Bereits kleinste Fehler im Objektiv zeigen sich entsprechend verstärkt in der Bildwiedergabe. Aus diesem Grund hat die Präzision in der Herstellung von Objektiven einen sehr hohen Stellenwert, was unweigerlich mit einer Auswirkung auf den Preis einhergeht.

Um der Gradwanderung zwischen Präzision und Preis entgegenzuwirken, muss selbst die Elektronik herhalten. Das Prinzip ist einfach und so manche Lautsprecherhersteller nutzen diese Technik schon seit vielen Jahren: Elektronische Schaltungen kompensieren die messtechnisch erfassten Fehler. Dieser Vorgang ist grob vergleichbar mit einem Equalizer, mit dem z.B. der Lautsprecherhersteller den Frequenzgang seiner Box so hinbiegt, wie er ihn braucht. Modernen Objektiven geben die Hersteller die erforderlichen Korrekturwerte in elektronischer Form mit auf den Weg. Darauf vorbereitete Kameras lesen diese Objektivdaten aus, und die Elektronik in der Kamera kompensiert das Bildsignal entsprechend dieser Werte. Übrigens: Asphärische Linsen korrigieren den sog. Öffnungsfehler viel besser als normal geschliffene Linsen.

Die Herstellung hochwertiger Objektive stand in den letzten Jahren unter dem Einfluss der Formatwandlung von 4:3 nach 16:9 sowie dem Wechsel von SD nach HD. Für Standard TV zählt eine Auflösung von 24 Linienpaare pro Millimeter, für HD 56 Linienpaare pro Millimeter. Zudem mussten in den neuen Objektiven aus Umweltschutzgründen neue Glassorten ohne Blei und Cadmium verarbeitet werden, unter exakter Beibehaltung der Farbtemperatur, damit die Kompatibilität zu bereits vorhandenen Objektiven auch weiterhin gegeben ist.

Der Aufbau und die Toleranz der Prismenblöcke in den Videokameras ist sehr wichtig für die Objektive. Die Kameraindustrie hat sich deshalb auf genormte Prismenblöcke geeinigt, die sich zwischen SD und HD unterscheiden. Dies ist auch die Ursache dafür, dass man keine guten Ergebnisse erzielt, wenn man eine SD-Optik mit einer HD-Kamera kombiniert. In diesem Zusammenhang steht auch, dass die erzielbare Schärfentiefe bei HD geringer ist als bei SD.

Über die Formel K = f/D und dass sich die Blendenwerte um den Faktor Wurzel aus 2 abstufen, leitete der Vortragende Dirk Fobker auf die technischen Eigenschaften der Optiken und die entsprechenden Fachausdrücke über. Die Transmission beispielsweise bestimmt, wieviel das Objektiv vom insgesamt einfallenden Licht „schluckt“ bzw. durch interne Reflexionen oder beabsichtigte Ausspiegelungen verloren geht. Dem systembedingten Helligkeitsabfall zu den Ecken hin lässt sich durch die Wahl anderer Blendenwerte entgegenwirken.

Die Chromatische Abberation erzeugt Farbsäume an den Rändern, dort, wo starke Kontrastübergänge im Bild vorliegen. Man unterscheidet zwischen Farblängsfehler und Farbquerfehler. In Abstimmung mit den Kameraherstellern Panasonic und Sony entstanden elektronische Farbsaum-Kompensationsschaltungen. Panasonic liefert seine Kameras mit der sog. CAC - Chromatic Aberration Compensation aus, d.h., eine Tabelle mit Objektiv-Korrekturwerten sind in der Kamera gespeichert. Panasonic gleich mit seiner Technik  die Farbsaumfehler bei horizontalen und vertikalen Kontrastübergängen aus. Das Farbraum-Korrektursystem Alac von Sony hat die Korrekturdaten des Objektivs im Objektiv gespeichert. Mit dieser Maßnahme kann man alle Optiken für alle Kameras verwenden. ALAC von Sony kann aber nur auf die Farbsäume von Querfehler einwirken.

Farbquerfehler entstehen überwiegend in dem Variator. Abhilfe schafft die Minimierung durch Linsenkombinationen sowie gegenläufiges Steuern von Linsen innerhalb des Variatorbereichs.

Womit die Optiken ebenfalls zu kämpfen haben ist, dass die Randstahlen anders gebrochen werden als die in der Bildmitte. Die Folge davon ist, dass sich runde Punkte als Ellipse abbilden.

Diesem sog. Koma-Fehler begegneten die Linsenkonstrukteure durch neue Linsen, Abhilfe schafft auch Abblenden. Astigmatismus zeigt sich bei Bildvorlagen mit radialen und tangentialen Linien. Astigmatismus hat Einfluss auf die sog. MTF-Kurven. MTF muss man immer in zwei Richtungen messen - radial und tangential. Als Beispiel wies der Redner auf den Bericht “Wie liest man MTF-Kurven” von H. H. Nasse von Firma Zeiss zum Thema MTF hin. Der auf MTF bezogene Zahlenwert sagt nicht immer richtig aus, ob ein Objektiv gut, sehr gut oder weniger gut ist.

Die Verzeichnung eines Objektivs wird durch die sog. Höhendifferenz Delta ausgedrückt. Dieser Wert hat je nach Stellung des Zoom-Objektivs verschiedene Werte. Jede Zoom-Optik besitzt also ihre eigene Verzeichnungskurve. Die Vergütung der Linsenoberfläche hingegen wirkt vorwiegend auf den Kontrast ein. Die Lichtenergie verschiedener Wellenlängen werden nämlich von den unterschiedlichen Linsen mal mehr, mal weniger durchgelassen. Die verlorengegangenen Anteile werden reflektiert. Diese Reflexionen, treten sie vermehrt in Richtung Lichteintrittsöffnung auf, können die Bildqualität beeinträchtigen. Der Bildung von Streulicht an den Linsenrillen der Glasfassung wirkt die Abhilfe durch Beflockung oder Rillen im Bereich der Glasfassung entgegen.

Nur von großen Objektiven ist das sog. Fokuspumpen bekannt. Soll die Bildgröße beim automatischen Fokussieren gleich bleiben, muss man mit dem Zoom gegensteuern, berichtete D. Fobker. Bildstabilisatoren sind bei Objektiven mit großem Zoomfaktor erforderlich.

Ein Objektiv an einer tragbaren Kamera muss gut in der Hand des Kameramanns liegen, was folglich einen hohen Anspruch bzgl. Ergonomie voraussetzt. Die Anordnung der Bedienelemente, die Druckpunkte der Schalter, die Position der Handschlaufe, die Oberflächenbeschaffenheit des Gehäuses usw. gehören zur Spielwiese der Gestalter. Das Gewicht der Objektive für portable Kameras sollte 2 kg nicht überschreiten. Erfreulich: Durch neue Techniken hat sich die Geräuschentwicklung der digital angesteuerten Zoom-Servomotore wesentlich verringert. Sie steigerten die Geschwindigkeit der Zoomfahrten und machten Schluss mit dem Ruckeln beim ganz langsamen Zoomen.

Mit der kompakten Box-Optik DigiSuper 22 entwickelte Canon ein Objekiv für kleine Studios. Es nähert sich in seinen technischen Daten den Werten für Helligkeit, Brillanz, Schärfe und Streulichtverhalten großer Studioobjektive an. Im Vergleich zu den leichtgewichtigen EB-Optiken bringt das DigiSuper 22 jedoch mehr Gewicht auf die Waage, so dass Canon die Studio-Optik serienmäßig mit Stützbrücke ausliefert. Sie leitet die Gewichtskraft des Objektivs auf das Stativ um.

Die Funktion Autofokus in den Objektiven von Canon basiert auf dem sog. Phasendifferenzverfahren mit gegeneinander gekippten Prismen. Dazu spiegelt die Messeinrichtung 20 % des einfallenden Lichts aus dem Objektraum zur Bestimmung des optimalen Fokuspunktes aus. Je nach Aufnahmesituation kann dennoch ein Test unterschiedlicher Optiken nie schaden.

Der Wunsch nach 3D rückt die synchrone Ansteuerung der Objektive in den Vordergrund. Canon ist mit den hochauflösenden 16-Bit-Encodern der Servomotoren in allen Zoomobjektiven gut darauf vorbereitet. Die Technik DO hat Canon bisher nur im Fotoapparat eingesetzt. DO gibt es noch nicht im Bereich Broadcast, kommt aber vermutlich bald, referierte D. Fobker.

R. Auer

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IRT-Kolloquium am 18.01.2010

Formatübergreifende
Plattform für Produktion und Archiv

Mit Blick in die Zukunft interessiert derzeit die Frage: Was kommt nach MPEG2 und MPEG4-AVC/H.264? Dr. Matthias Schnöll, Hochschule RheinMain, Studiengang Medientechnik, weiß bereits seit langem die Antwort. Sie lautet: In der Kombination aus JPEG2000 und MXF. In diesem Sinne war auch sein Vortrag aufgebaut, den er anlässlich des technisch wissenschaftlichen Kolloquiums am IRT hielt.  Das Fundament der Arbeit von JPEG2000 basiert auf dem Digitalen Fernsehbild nach ITU-R 601/656 mit einer Gesamtdatenrate von 167 MBit/s sowie den Datenraten und Speicherkapazitäten moderner Technik. Hier liegt der Level derzeit bei HD mit 4K. Doch für eine Archivierung erscheint die Qualität von 2K ausreichend hoch gewählt zu sein, ergaben die technischen Untersuchungen.

Die Abbildung beschreibt die drei Archiv-Bereiche und den Produktionsbereich. Einen wesentlichen Faktor im Rahmen der Überlegungen tragen die Unterschiede im Kompressionsfaktor des Intraframe-Codierverfahrens bei. Während in der Produktion und Bearbeitung ein Kompressionsfaktor zwischen 4 und 10 betragen kann, schnellt der mögliche Bereich für den Kompressionsfaktor auf 20...100 im Rahmen der digitalen Signalverteilung hoch.

Dass ein Archiv auch einer Dynamik unterliegt ergibt sich ganz automatisch aus den Zugriffszahlen, bezogen auf die Zeit. Tagesaktuelle Geschehen haben mehrere Tage lang ihren Platz im On-Line-Archiv für schnellsten Zugriff. Flaut die Zugriffshäufigkeit allmählich ab, wandert die Info für ein paar Wochen in den Bereich Near-Line. Dem folgt die Archivierung im Off-Line-Archiv auf den Datenträgern Videokassette oder Disc oder Festplatte.

Wer greift auf das jeweilige Archiv zu und welcher Workflow ist zu erwarten? Für Dr. M. Schnöll liegt zu Zukunft im parallelen Workflow und auf das Archiv wirken ein: Einspielung, Aufnahme, Redaktion, Planung, Sendung, SD-Bearbeitung, Mobile Nachbearbeitung, Internet-Nachbearbeitung. Nicht unbeachtet darf bei dieser Betrachtung bleiben, dass fast jede Rundfunkanstalt, angefangen beim Turnschuh-Inferface, nach eigenem Raster im Ablauf vorgeht und jede Redaktion, ob News, Sport, Spielfilme, Werbung usw., eigene Anforderungen an Bildqualität und Zugriffszeit hat, was letztlich ein zentral gesteuertes Archiv-Managementsystem mit jeweils Bereich-optimierten Managementsystemen berücksichtigt.

Nach heutiger Erkenntnis unterscheiden sich das Speicherformat vom Bildformat, bewerkstelligt durch entsprechendes Down-scaling und bedingt durch die jeweils vorhandene Bandbreite des Wiedergabegeräts. Zu den Anforderungen an ein Codierverfahren, geeignet für Produktion und Archiv zählen, dass es ein offener Software-Standard sein muss, der sich für den Datenaustausch eignet und auch eine hohe Qualität und Datenrate garantiert. Aus technischer Sicht muss es eine Intra-Codierung sein mit einer relativ geringen Komplexität zum Erzielen der Echtzeitverarbeitung. Die letzte Hauptforderung heißt skalierbares Verfahren für Bildgröße und Datenrate. Das Blockschaltbild von den beiden Prinzipien der Codierung AVC/JPEG2000 zeigt wesentliche Unterschiede auf. Besonderes Augenmerk sei auf den Block Diskrete Wavelet-Transformation gerichtet. Beiden Codierverfahren wird eine sehr gute Codiereffizienz bestätigt und JPEG2000 sogar Verlustfreiheit bei einer Kompression im Bereich von 2...5 bescheinigt. Zudem gilt JPEG2000 als offene Softwarelösung, die teilweise lizenzfrei ist.

Pluspunkte sammelt JPEG2000 durch die Skalierungsmöglichkeit. D.h., der Anwender kann den Parametern Qualität, Auflösung, Komponenten und Position je nach Bedarf eine unterschiedliche Gewichtung zuordnen. JPEG2000 verpackt diese Infos nach dem Verfahren EBCOT = Embedded Block Coding with Optimized Truncation in den Bitstrom.

Das beim Zuschauer ankommende Bild, bearbeitet nach JPEG2000, zeigt mit immer höherer Kompressionsrate einen leicht verwaschenen Eindruck, wohingeben bei MPEG-2 bereits ab einem Kompressionsfaktor von 50 an Konturen eine Pixelstruktur auftritt. Selbst bei einem Kompressionsfaktor von 100 und mehr liefert JPEG2000 noch eine zumutbare Bildqualität. Die Gegenüberstellung der Abbildung der Differenzbilder zwischen JPEG2000 und MPEG-2 zeigt deutlich die Überlegenheit von JPEG2000.

Wie der Vortragende und sein Team JPEG2000 in das Format MXF integrierten zeigt die Abbildung „Austauschformat MXF- JPEG2000“. Ihr Fazit lautet: „JPEG2000 ist für den Einsatz im Archiv bestens geeignet“. Sie stützen diese Aussage auf die Erkenntnisse, dass JPEG2000 eine hohe Codiereffizienz durch die Wavelet-Filterung bietet, je nach Qualitätsanspruch eine verlustlose oder verlustbehaftete Codierung erzielbar sind, die Skalierbarkeit das Generieren von Proxis ermöglicht, das Verfahren in der Basisversion lizenzfrei vorliegt, JPEG2000 als offener weltweiter Standard bereits breite Unterstützung erfährt, als standardisiertes Austauschformat vorliegt und als zukunftssicher gilt. Die Möglichkeit der Integration von dynamischen Metadaten, wie z.B. Daten von der Farbkorrektur oder weitere Texte, setzen JPEG2000 noch das Sahnehäubchen auf, was den Mehrwert betrifft.

Im Rahmen des FPPA-Projekts entstand der nebenstehende Workflow zwischen Ingest und Playout. Aus unzähligen Versuchen wuchs die Erkenntnis, dass für die Archivierung eine Datenrate von 100 MBit/s sowie ein Rauschabstand von 31 dB ausreichend sind. Zur praktischen Darstellung der erzielten Ergebnisse entwickelten die Studenten unter der Leitung von Dr. M. Schnöll an der Hochschule RheinMain einen entsprechenden Server mit einer Kapazität von 16 TByte. Bestückt haben ihn die Studenten mit handelsüblicher Hardware: 4x2.93 GHz Intel Core i7 CPU, zwei E/A-Boards von Blackmagic für gleichzeitige Wiedergabe auf zwei Kanälen oder gleichzeitiger Aufnahme und Wiedergabe auf je einem Kanal in Echtzeit, 6 GByte Triple Channel DDR3 RAM, programmierbarer Grafikkarte NVIDIA GeForce 9800 GT, 16 TByte Festplatten mit RAID 5 und einem redundanten Netzteil; Betriebssystem: Win XP. Die Materialkosten hierfür nannte der Vortragende mit ca. 6.500 €. Er fügte noch hinzu, dass dieser Server durch Kaskadieren bis auf weit über 100 TByte hinaus ausbaufähig wäre. Dieser Server mit formatübergreifender Plattform für Produktion und Archiv berücksichtigt alle derzeitigen Formate und ist vorbereitet auf Ingest-Systeme wie z.B. Handys, WLAN und wer weiß, welche Aunfahme-Quellen noch die Industrie in Zukunft hervorbringt.

R. Auer

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