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Analoges Video in digitaler Umgebung - optimierte Symbiose
Kooperationspreis Wissenschaft/Wirtschaft 2003 der Universität Ulm
Den 1995 gestifteten und mit Euro 7.500 dotierten Kooperationspreis Wissenschaft/Wirtschaft 2003 erhalten (am 28. Februar) Prof. Dr.-Ing. Albrecht Rothermel, Dr.-Ing. Roland Lares, Dengpan Mou und Martin Lallinger, sämtlich Angehörige der von Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Pfleiderer geleiteten Abteilung Allgemeine Elektrotechnik und Mikroelektronik der Universität Ulm, für ein Gemeinschaftsprojekt mit der Firma Thomson-Brandt GmbH, Villingen-Schwenningen.
Die Fernsehtechnik hat sich seit ihren Anfängen in den letzten fünf Jahrzehnten kontinuierlich weiterentwickelt. Durch die Einführung digitaler Signal- und Bildverarbeitungstechniken, die heute mit hochintegrierten, kostengünstig in Millionenstückzahlen hergestellten CMOS-Halbleiterschaltkreisen realisiert werden, erfährt die Empfängertechnik einen tiefgreifenden Wandel. Zunehmend gewinnt der Übergang von der analogen zur digitalen Videosignalübertragung und -verarbeitung an Dynamik, auch wenn er mit Rücksicht auf den Kostendruck des Marktes noch Jahre benötigen dürfte. Das bedeutet, daß herkömmliche Signalquellen mit analoger Übertragungstechnik, beispielsweise SVHS/VHS-Videorecorder, Camcorder oder DVD-Player, noch auf Jahre hinaus mit neuen Displaytechnologien wie LCD, DMD oder Plasmadisplays darstellbar sein müssen. Die Kompatibilität mit analogen Videosignalen stellt an die digitale Videosignalverarbeitung hohe Anforderungen. Eine Schlüsselrolle spielt dabei das für die Bildsynchronisation verwendete Verfahren, das einen Großteil der Signalverarbeitungsschritte im Multimedia- bzw. Fernsehempfänger beeinflußt. Das Verfahren, das die Industrie bislang zur Synchronisation in Fernseh- und Multimediageräten einsetzt, basiert auf einem sogenannten Phasenregelkreis zweiter Ordnung. Diese Art von Regelkreisen ist in Theorie und Praxis seit langem bekannt und kommt seit Jahrzehnten in elektronischen Geräten aller Art zum Einsatz. Bislang werden alle über den Antenneneingang zugeführten Videosignale, unabhängig davon, ob es Funksignale oder Signale eines dort angeschlossenen Videorecorders sind, gleichbehandelt.
Bei heutigen Fernseh- oder Multimediasystemen kommt es verfahrensbedingt zu deutlich sichtbaren Bildinstabilitäten, wenn analoge Signalquellen wie beispielsweise Videorecorder- oder Camcordersignale eingespeist werden. Dr.-Ing. Roland Lares, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Arbeitsgruppe von Prof. Dr.-Ing. Albrecht Rothermel, begann sich vor einigen Jahren im Rahmen seiner Dissertation "Synchronisation und Zeitbasiskorrektur freilaufend abgetasteter Videosignale" diesem Thema zu widmen. Bereits 1996 wurden eine neue, verbesserte Methode zur Synchronisation gefunden und dazu ein Patent mit dem Industriepartner THOMSON multimedia eingereicht, das inzwischen international erteilt ist. Dieses Verfahren konnte bei analogen Signalquellen eine nahezu perfekte Bildstabilität erzielen und damit zu einem hervorragenden Gesamtbildeindruck beitragen. Unter Mitwirkung weiterer Diplom- und Studienarbeiten wurden ein präzises Simulationsmodell entworfen und unterschiedlichste Signalquellen analysiert, um optimale Parametereinstellungen zu finden und den Hardwareaufwand im Rahmen bisheriger Verfahren zu halten.
Die Entwicklungsstrategie der Projektgruppe setzte methodisch gezielt die Unkenntnis über die Art des Eingangssignals voraus. Ohne Adaption von Parametern sollte immer eine optimale Bildstabilität erreicht werden. Dies ist auch im Hinblick auf die industrielle Verwertung wichtig, da bei jeder neuen Chipentwicklung aufwendige Parameteranpassungen einzelner Systemkomponenten unter Berücksichtigung des Gesamtsystems die Entwicklungszeiten und -kosten in die Höhe treiben. Als Lösungsansatz wurde von Dr. Lares ein Weg verfolgt, der zwar auf einschlägig bekannten digitalen Filtertechniken aufbaut, diese aber auf neuartige Weise einsetzt. So gelang schließlich der Durchbruch bei der Bildstabilität. Die Auswahl der geeigneten Filterparameter allerdings konnte von der Theorie allein nicht bestimmt werden; hierfür ist die komplexe visuelle Wahrnehmung des Menschen zu berücksichtigen. Für eine subjektive Bewertung wurden mehr als 20 Personen ausgesucht, die verschiedene, mit geeigneten Filterverfahren erzeugte Videosequenzen nach einem Standardverfahren beurteilten. So konnte schließlich das optimale Filterverfahren hinsichtlich des Bildstabilitätseindruckes und des dafür notwendigen Hardwareaufwandes definiert werden.
Zusätzlich zu den theoretischen Ergebnissen steht damit eine hochflexible, echtzeitfähige Hardwarerealisierung als Single-Chip-Lösung zur Verfügung. Die Serienreife konnte in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner THOMSON multimedia herbeigeführt werden. Durch bislang unerreicht hohe Bildstabilität sowie optimale Kompatibilität mit computerbasierten Multimediasystemen trägt das System nicht nur den gestiegenen Bildqualitätsansprüchen der Konsumenten Rechnung, sondern verschafft im internationalen Halbleitergeschäft dank verkürzter Entwicklungszeiten zudem Wettbewerbsvorteile.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Elektrotechnik, Energie, Medien- und Kommunikationswissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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