Inhalt Zurück Vor

2 Die Software

Bei der Beschreibung der Software möchte ich mich auf die Erklärung der Signalverarbeitenden Komponenten beschränken.

2.1 Schwarzweiß - der einfache Teil

 Es gibt zwei Anzeigemodi:
  1. die rohe Ausgabe der Daten (sie werden genau wie sie von der Hardware kommen dargestellt - evtl. gedithert auf die vorhandenen Grauwerte),
  2. die auf den gültigen Bildbereich beschränkte, auf 4:3 skalierte, schwarzwertgeklemmte, kontrastgeregelte und evtl. gefilterte Ausgabe.
Die rohe Ausgabe zeigt dabei auch die Informationen des Fernsehbildes, die sonst unsichtbar sind. Dies sind im einzelnen:

Die Austastlücke

2.1.1 Die Bildverarbeitungsschritte im einzelnen

 Zunächst besteht das Bild aus zwei Halbbildern, die nacheinander eingelesen und auch nacheinander verarbeitet werden:
Zentrierung
oder auch Synchronisation; der Bildausschnitt wird richtig positioniert, die 896x575 Pixel des Bildes werden aus den 1024x625 Pixeln ausgeschnitten.
Filterung
Handelt es sich um ein Farbbild, kann man mittels digitaler Filter den Farbträger entfernen (siehe dazu das nächste Kapitel).
Skalierung
Das Bild wird auf 4:3 (768x575) entzerrt.
Schwarzwertklemmung
Der hinteren Schwarzschulter wird der Pegel für Schwarz entnommen (in der Regel 64), dieser wird von den sichtbaren Pixeln abgezogen.
Kontrastregelung
Der Schwarzwert entspricht 300mV (bezogen auf die Synchronsignale) des Videosignals. Weiß entspricht dann genau 1V, der Digitalwert für Weiß wird aus dem Schwarzwert und diesem Verhältnis gebildet (in der Regel 213). Die Pixel werden dementsprechend auf den Bereich von 0 bis 255 umgerechnet.

2.2 Digitale Filterung

 Es gibt zwei Möglichkeiten, den Farbträger (4433593,75Hz bei PAL - das entspricht einer Periode von ~3,6 Pixeln) aus dem Signal herauszufiltern: Eindimensionale Filterung im digitalen Videobereich wird in der Regel mittels der FIR - (finite impule response) - Filter realisiert. Dabei werden in einer Zeile mehrere benachbarte Pixel mit einem Faktor versehen und addiert. Die Anzahl der zugrundegelegten Pixel bestimmt die Ordnung des Filters.
Beispiel
Einen Tiefpaß realisiert man dabei mit den für alle n Pixel gleichen Faktor 1/n (das entspricht der Durchschnittsbildung)
Zweidimensionale Filter werden auch Kammfilter genannt. Der Name Kammfilter kommt von dem kammförmigen Spektrum, das genau dem Spektrum des Farbträgers angepaßt ist. Ein zweidimensionaler Filter berücksichtigt auch die Pixel der benachbarten Zeilen (so ist der Farbträger bei PAL gegenüber der vorletzten und der übernächsten Zeile genau um 180° verschoben). Da die Zeilen dafür gespeichert werden müssen, erkärt sich damit die Notwendigkeit der digitalen Signalverarbeitung. Treten nun Farb- oder Helligkeitssprünge von Zeile zu Zeile auf, so werden diese jetzt verwischt, dieses zu erkennen und auszugleichen ist die Eigenschaft der sgn. adaptiven Kammfilter, welche von drei Zeilen die nicht berücksichtigt, die vom Mittelwert allzu stark abweicht.

Das Testbild, zweidimensional gefiltert

Das Testbild (die .video-Datei dafür wurde mittels des Programms ZonePlateStream(.e) erzeugt) enthält neben den obligatorischen Grauwert- und Farbbalken die sgn. Zonenplatte. Die Zonenplatte hat nun die Eigenschaft, alle in einem Videosignal möglichen Frequenzen zu enthalten, die derart angeordnet sind, daß die 2d-Fouriertransformierte wieder eine Zonenplatte ergibt. die Abbildung zeigt, welche Frequenzen der Kammfilter entfernt. Der Vorteil ist hierbei, daß senkrechte hochfrequente Strukturen erhalten bleiben.

Es bleibt noch zu erwähnen, daß das Schwarzweißbild (die Luminaz) sich aus der Differenz von dem rohen Videosignal und dem herausgefilterten Farbartsignal (der Chrominanz) ergibt.


2.3 Farbe - der schwierige Teil

 Um es vorwegzunehmen, die Qualität der Farbberechnung hängt zu einem Großteil von der Qualität der Filter ab. Ist der Filter nicht perfekt, werden Luminaz und Chrominaz nicht sauber voneinander getrennt und es kommt zu Übersprecheffekten. Abgesehen davon gliedert sich die Farbdekodierung wie folgt:
Rückgewinnung der Farbträgerphase
Das Modulationsverfahren ist die Quadraturamplitudenmodulation, das Signal enthält zwei Komponenten (diese sind bei PAL U und V), die um 90° versetzt sind. Zur Demodulation ist die Kenntnis über die Phase nötig. Dazu wird in der horizontalen Austastlücke eine Referenz gesendet (der Farbträgerburst - ca. 10 Schwingungen mit 135°), mit der sich der (digitale) Oszillator synchronisieren läßt. Praktisch wird dazu der Burst normal demoduliert (s.u.) und dann der Phasenfehler ausgeglichen.
Synchrondemodulation
Die Farbkomponenten U und V werden aus der Chrominaz C errechnet:

s ist dabei der Faktor, der die Farbsättigung angibt. Er errechnet sich aus der Amplitude des Farbträgerbursts, dieser ist zu 75% gesättigt und hat in der Regel eine Amplitide von 20% des Weißwerts (gegebüber Schwarz), also etwa 140mV. Daß die Phase von V von Zeile zu Zeile umgekehrt wird, ist PAL-Eigenschaft und wird unten erläutert. beta ist nun der Wert des digitalen Oszillator-Inkrements. Praktisch realisiert wurde dieses mit einer Sinustabelle mit 4096 Einträgen. Das Inkrement ist bei einer Abtastfrequenz von 16MHz dann genau 1135.
Tiefpaßfilterung der Farbkomponenten
U und V sind jetzt noch mit dem sin²-förmigen Farbträger versehen, dieser wird mittels eines (FIR-) Tiefpaßfilters entfernt.
PAL-Kompensation
Um mögliche (prinzipbedingte) Phasenfehler (und somit Farbverfälschungen) ausgleichen zu können, ist die Phase der V-Komponente Zeilenweise um 180° verschoben. Hebt man diese Phasenverschiebung beim dekodieren auf (invertieren jeder zweiten Zeile) und mittelt die U- und V-Komponenten Zeilenweise, so kompensieren sich gleiche Phasenfehler in den Zeilen. Da dadurch die Farbauflösung in der Vertikalen halbiert wird, kann man einen Schwellwert setzen, über dem dieser Mechanismus abgeschaltet wird.
Dematrizierung
Aus der Luminanz Y und den Komponeneten U, V errechnen sich R,G,B wie folgt:

Weiter