DE102006056159A1

DE102006056159A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes

Info

Publication number: DE102006056159A1
Application number: DE200610056159
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Beckinger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: WO2008064831A1; DE102006056159B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes (160) eines Zeitcodesignals (105) gegenüber einem geglätteten Zeitcodesignal (150) weist einen Zeitcodegeber (110) mit einem Zeitcodeausgang zum Ausgeben des Zeitcodesignals (105), einen Zeitcodeglätter (120) mit einem Zeitcodeeingang, einem Eingang für eine Zeitbasis (140) und einem Zeitcodeausgang zum Ausgeben des in Bezug auf die Zeitbasis (140) geglätteten Zeitcodes (150) auf. Ferner weist die Vorrichtung einen Zeitcodevergleicher mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang für den Zeitcodeversatz (160) auf, wobei der Zeitcodeausgang des Zeitcodegebers (110) mit dem Zeitcodeeingang des Zeitcodeglätters (120) und mit dem ersten Eingang des Zeitcodevergleichers (130) verbunden ist, und wobei der Zeitcodeausgang des Zeitcodeglätters (120) mit dem zweiten Eingang des Zeitcodevergleichers (130) verbunden ist, und wobei der Zeitcodevergleicher (130) den Zeitcodeversatz (160) aus einer Abweichung des Zeitcodesignals (105) von dem geglätteten Zeitcodesignal (150) ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittelung eines Zeitcodeversatzes eines Zeitcodesignales gegenüber einem geglättetem Zeitcodesignal und insbesondere auf ein Analysegerät, einen sogenannten LTC-Analysiergerät, zur Messung von Zeitcodeschwankungen.
Es besteht ein steigender Bedarf an neuen Technologien und innovativen Produkten im Bereich der Unterhaltungselektronik. Dabei ist eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg neuer multimedialer Systeme, eine optimale Funktionalität mit herausragenden Fähigkeiten zu bieten. Erreicht wird dies durch den Einsatz digitaler Technologien und insbesondere der Computertechnik. Eine wichtige Rolle spielen dabei Verfahren zur mehrkanaligen Lautsprecherwiedergabe von Audiosignalen in Verbindung mit Videosignalen, welche bereits seit vielen Jahren standardisiert sind.
Bei herkömmlichen Kinoanwendungen, bei denen beispielsweise Dolby 5.1 bzw. 7.1 eingesetzt wird oder auch bei normalen Stereoanwendungen und sogar bei Monoanwendungen, besteht immer ein Bedarf, den Film und das Audiomaterial entweder in einer häuslichen Umgebung oder insbesondere in einer Kinoumgebung zu synchronisieren. Insbesondere für Vorführungen, die möglichst realitätsnah sein sollen und bei denen demzufolge eine große Anzahl unabhängiger Audiokanäle benutzt werden, ist eine Synchronisation von entscheidender Bedeutung. Eine Beispielanwendung, die auf einer Vielzahl von unabhängigen Audiokanälen basiert, ist die sogenannte Wellenfeldsynthese (WFS; WFS = Wave-Field Synthesis).
Die Grundidee von WFS basiert auf der Anwendung des Huygens'schen Prinzips der Wellentheorie:
Jeder Punkt, der von einer Welle erfasst wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, die sich kugelförmig bzw. kreisförmig ausbreitet.
Angewandt auf die Akustik kann durch eine große Anzahl von Lautsprechern, die nebeneinander angeordnet sind (einem so genannten Lautsprecherarray), jede beliebige Form einer einlaufenden Wellenfront nachgebildet werden. Im einfachsten Fall, einer einzelnen wiederzugebenden Punktquelle und einer linearen Anordnung der Lautsprecher, müssen die Audiosignale eines jeden Lautsprechers mit einer Zeitverzögerung und Amplitudenskalierung so gespeist werden, dass sich die abgestrahlten Klangfelder der einzelnen Lautsprecher richtig überlagern. Bei mehreren Schallquellen wird für jede Quelle der Beitrag zu jedem Lautsprecher getrennt berechnet und die resultierenden Signale addiert. Befinden sich die wiederzugebenden Quellen in einem Raum mit reflektierenden Wänden, dann müssen auch Reflexionen als zusätzliche Quellen über das Lautsprecherarray wiedergegeben werden. Der Aufwand bei der Berechnung hängt daher stark von der Anzahl der Schallquellen, den Reflexionseigenschaften des Aufnahmeraums und der Anzahl der Lautsprecher ab.
Der Vorteil dieser Technik liegt im Besonderen darin, dass ein natürlicher räumlicher Klangeindruck über einen großen Bereich des Wiedergaberaums möglich ist. Im Gegensatz zu den bekannten Techniken werden Richtung und Entfernung von Schallquellen sehr exakt wiedergegeben. In beschränktem Maße können virtuelle Schallquellen sogar zwischen dem realen Lautsprecherarray und dem Hörer positioniert werden.
Um den natürlichen räumlichen Klangeindruck zu erreichen, ist eine Synchronisation des Video- und der verschiedenen Audiokanäle in möglichst hoher Qualität erforderlich. Abgesehen von der Synchronisation während der Vorführung von Audio- und Videomaterial, muss dazu bandgestütztes Video- und Audiomaterial ferner im Studiobereich synchronisiert werden. Hierzu wird üblicherweise ein Standard-Zeitcode für den Kino- bzw. Studiobetrieb eingesetzt. Der Standard-Zeitcode wird auch als LTC (LTC = Longitudinal Time Code) oder allgemein als Zeitcode bezeichnet. Der longitudinale Zeitcode als Beispiel für irgendeinen möglichen Zeitcode, der eine Position eines Einzelbildes in einer Folge von Einzelbildern des Films anzeigt, ist ein Zeitcode, der typischerweise auf das Filmmaterial aufbelichtet ist und zwar so, dass jedes Einzelbild einen eigenen Zeitcode erhält.
Eine mögliche Gestaltung des Zeitcodes ist in 2 dargestellt. 2 zeigt eine Folge von Einzelbildern 200, 201, 202, 203, wobei das Einzelbild 200 als Einzelbild EBi bezeichnet wird, während das Einzelbild 201 als Einzelbild EBi + 1 bezeichnet wird. 2 zeigt gewissermaßen einen "aufgerollten" Abschnitt eines Films, der bei dem in 2 gezeigten Beispiel 24 Frames pro Sekunde hat. In einem Feld 204, das bei der schematischen Darstellung von 2 jedem Einzelbild zugeordnet ist, ist die Zählweise des longitudinalen Zeitcodes dargestellt. Der longitudinale Zeitcode besteht hinsichtlich seiner codierten Information aus einer "Zeitinformation" und einer "Frame-Information". Die Zeitinformation ist in 2 schematisch derart dargestellt, dass das Einzelbild i (200) ein Bild ist, dessen Zeitinformation z. B. 10 Stunden, 0 Minuten und 1 Sekunde umfasst. Die Frame-Information bezeichnet den ersten Frame in dieser Sekunde für das Bild 200. Analog bezeichnet die Frame-Information für das Einzelbild 202 den 24. Frame zum "Zeitpunkt" 10 Stunden, 0 Minuten und 1 Sekunde.
Da bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, dass der Film eine Abspielfrequenz von 24 Frames pro Sekunde hat (es existieren auch andere Abspielfrequenzen wie beispielsweise mit 25 Frames pro Sekunde), ist die Zeitinformation des Einzelbildes k + 1 (203) 10 Stunden, 0 Minuten und 2 Sekunden, während die Frame- Information dieses Einzelbildes wieder gleich 1 ist, da dies der erste Frame in der "neuen" Sekunde ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Startpunkt der Zeitinformation beliebig gewählt werden kann. Wird der Startpunkt der Zeitinformation beispielsweise auf Null gesetzt, und dauert ein Film 90 Minuten, so wird die maximale Zeitinformation 1 Stunde, 30 Minuten, 0 Sekunden sein. Wesentlich bei der Zeitinformation ist die Tatsache, dass jedes Einzelbild eine originäre Zeitcodeinformation erhält, die es ermöglicht, die Position jedes Einzelbildes in der Folge von Einzelbildern, also in dem Film, zu rekonstruieren.
Die Zeitinformation und die Frame-Information werden beide gemeinsam mittels des Zeitcodes codiert, der beliebig wählbar ist, und der z. B. ein 8-Bit-Code aus binären Nullen und Einsen ist. Je nach Implementierung kann für eine binäre Null eine dunkle Stelle auf dem Film aufbelichtet werden, und kann für eine binäre Eins eine helle Stelle auf den Film aufbelichtet werden oder umgekehrt. Alternativ ist es jedoch ebenfalls möglich und in der Praxis bewährt, eine "Null" z.B. als zwei kurze Hell/Dunkel-Wechsel zu codieren, und eine "Eins" als einen langen Hell/Dunkel-Wechsel zu codieren.
Jedem Einzelbild zugeordnet sind Audio-Abtastwerte. Wenn der Fall betrachtet wird, dass der Film eine Abspielfrequenz von 24 Frames pro Sekunde hat, und dass die Audio-Abtastwerte mit einer Abtastfrequenz von z.B. 48 kHz vorliegen, so sind jedem Frame 2000 diskrete Audio-Abtastwerte zugeordnet. Diese Abtastwerte werden typischerweise extern in Dateien abgespeichert und bei der Filmwidergabe synchronisiert zu den Einzelbildern digital/analog-gewandelt, verstärkt und an die entsprechend positionierten Lautsprecher beispielsweise im Kino geliefert.
Im Kino/Filmbereich werden unterschiedlichste Methoden angewandt, um das Bildmaterial (Video und Film) mit digitalem Audiomaterial (WAV-Dateien, MPEG-4-Dateien ...) zu synchronisieren. Hierbei ist zu beachten, dass das Audio/Videomaterial oft in analoger Form und getrennt voneinander vorliegt und nach separater Digitalisierung Framegenau und sample-genau zusammengesetzt werden soll. Für diese Synchronisation wird der im Hinblick auf 2 beschriebene Zeitcode verwendet.
Zusätzlich werden solche bekannten Systeme mit einem zentral generierten und in der Regel stabilen Takt versorgt, der auch als Wordclock (Worttakt) bezeichnet wird. Je nach Ausführungsform ist die Frequenz dieses Wordclocks beispielsweise gleich der Frequenz, mit der die gespeicherten diskreten Abtastwerte abgetastet worden sind.
Nachdem bandgestützte Video-Abspielgeräte sowie Filmgeräte mechanische Systeme sind, deren Drehzahl über der Zeit Variieren kann, können sowohl Zeitcode-Informationen als auch Wordclockinformationen, die auf dem Film aufbelichtet sind, nur unsicher ausgelesen werden. Insbesondere sind diese auf dem Film aufbelichteten Informationen nach dem typischerweise optischen Auslesen jitterbehaftet, was die Gefahr mit sich bringt, dass eine fehlerhafte Verarbeitung dieser Informationen stattfindet, was zu einem Absturz eines Systems führen kann, das insbesondere in relativ kritischen zeitlichen Einschränkungen arbeiten muss. dies ist besonders bei Wellenfeldsynthesesystemen der Fall ist, bei denen es gerade auf das synchrone Zusammenspiel der von allen Lautsprechern ausgegebenen Audiosignalen ankommt, um entsprechende Wellenfronten auf der Basis der von den Lautsprechern erzeugten Einzelwellen zu rekonstruieren.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel wie Videodaten und Audiodaten den Zeitcodes entsprechend entlang eines Zeitstrahls zugeordnet werden. Ein Zeitcode ZC1 legt einen Zeitpunkt t₁ fest, an welchem eine Videoseite 1 gezeigt wird und gleichzeitig markiert t₁ auch einen Anfang von Audioframes 1, d.h. einem ersten Satz von Audioframes. Die Audioframes 1 codieren dabei das Audiosignal, welches zwischen dem Zeitcode ZC1 zum Zeitpunkt t₁ und dem Zeitcode ZC2 zu dem Zeitpunkt t₂ aufgenommen wurde. Die Audioframes 1 enthalten im Allgemeinen mehrere unabhängige Audiosignale, von denen hier ein Audiosignal Audio 1 und ein Audiosignal Audio 2 dargestellt sind, und wie oben bereits beschrieben, wird das Audiosignal beispielsweise mit der Wordclockfrequenz WC abgetastet.
Zu einem Zeitpunkt t₂ wird die Videoseite 1 durch eine Videoseite 2 ersetzt, und gleichzeitig ist der Zeitpunkt t₂ auch ein Anfang der Audioframes 2, welche wiederum unterschiedliche im Allgemeinen unabhängige Audiosignale (Audio 1, Audio 2, Audio 3, ...) umfassen. Diese Daten, d.h. die Videoseite 2 und die Audioframes 2, enthalten den Zeitcode ZC2, welcher den Anfangszeitpunkt entlang des Zeitstrahls markiert. Dieses Schema setzt sich für folgende Video- und Audiodaten fort, welche beispielsweise an einem Zeitpunkt t₃ beginnen und durch einen Zeitcode ZC3 identifiziert werden. Mit Hilfe der Zeitcodes ZC1, ZC2, ZC3, ... ist somit eine eindeutige Zuordnung der Video- und Audiodaten entlang des Zeitstrahls möglich. Die in der 3 gezeigten Abstände zwischen den Zeitcodes und des Video- und Audiomaterials sind nur der besseren Veranschaulichung hier gezeigt und bedingen keine zeitliche Pause zwischen den Zeitcodes und dem Video- und Audiomaterial. Vielmehr können die Zeitcodes nach erfolgter zeitlicher Aneinanderreihung der Audio- und Videodaten entfernt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie eine Einrichtung zum Decodieren und Synchronisieren 210 Eingangssignale 220, die digitale nicht synchronen Video- und Audiodaten aufweisen können, in synchrone analoge Video- und Audiodaten 230 verwandelt bzw. anordnet. Die Eingangssignale 220 können nacheinander oder zur gleichen Zeit von einem Datenträger ausgelesen werden. Mögliche Datenträger sind beispielsweise eine CD, eine DVD oder auch eine Festplatte und liefern im Allgemeinen codierte digitale Daten für ein Videosignal und für mehrere Audiosignale. Die Eingangsdaten 220 können also parallel oder seriell in die Einrichtung zum Decodieren und Synchronisieren 210 eingegeben werden, wo die Daten analisiert und geordnet werden, so dass alle Audio- und Videodaten 230 für einen gegebenen Zeitpunkt ausgegeben werden können. Insbesondere bei Systemen, die auf der Wellenfeldsynthese basieren und die Einrichtung zum Decodieren und Synchronisieren 210 ein Wellenfeldsynthesemodul aufweist, sind dabei mitunter eine sehr große Anzahl von unabhängigen Audiokanälen (Audio 1, Audio 2, Audio 3, ...) zu verarbeiten, und bei der Ausgabe muss gegebenenfalls eine Vielzahl von Lautsprechern (Kanal 1, Kanal 2, ...) gleichzeitig angesprochen werden.
Um eine Synchronisation zu ermöglichen bedürfen somit die verschiedenen Audio- und Videosignale ein Zeitcodesignal, welches einem Videobild Audiodaten der verschiedenen Kanäle zuordnet. Es ist dabei offensichtlich, dass mit zunehmender Anzahl von Audiokanälen auch die Anforderungen bei der Aufzeichnung und Wiedergabe hinsichtlich einer qualitativ hochwertigen Synchronisation steigen.
Im Stand der Technik finden sich eine Reihe von Möglichkeiten, wie Audio- und Videosignale trotz schwankender Zeitcodes synchronisiert werden können. Bei dem in EP 0 176 342 A1 vorgestellten Synchronisationsapparat werden zwei oder mehr Zeitcodes ständig miteinander verglichen und gegeneinander abgestimmt, so dass der Anfangspunkt des ersten und zweiten bzw. der weiteren Zeitcodes übereinstimmen. In US 6,546,190 81 ist ein Synchronisationsverfahren für Audio- und Videoinformationen dargestellt, welches eine Referenzzeit als Zeitcodebasis benutzt, auf der das Audio- als auch das Videosignal synchronisiert werden. Dabei wird das Zeitcodesignal basierend auf der Referenzzeit jedoch nicht verändert. In US 4,503,470 ist ein Zeitcodegenerator vorgestellt, bei dem ein erster und ein zweiter Zeitcode verglichen werden und eine Synchronisation durch eine Berücksichtigung der Abweichung erfolgt. In US 4,360,841 eine Schal tung vorgestellt, welche einen Fehler in einem Zeitcode, beispielsweise durch einen Sprung bzw. Aussetzer beheben und eine korrigierten Zeitcode ausgibt. Schließlich ist in DE 103 22 722 ein Glättungsalgorithmus vorgestellt, mit deren Hilfe ein geglätteter Zeitcode generiert werden kann und eine Synchronisation der verschieden Audio- und Videosignale an den geglätteten Zeitcode erfolgt. In DE 195 13 988 ist eine Verfahren zum Abtasten analoger Bitmuster vorgestellt.
Qualitativ minderwertige Aufnahmen führen fast immer zu wahrnehmbaren Beeinträchtigungen bei der audio-visuellen Wahrnehmung während der Wiedergabe. Deshalb spielt die Synchronisation nicht nur bei der Wiedergabe von Video- und Audiosignalen eine große Rolle, sondern ist auch von entscheidender Bedeutung in einer Tonstudioumgebung. In Tonstudioumgebungen kommt es nämlich immer wieder vor, dass Studiogeräte einen defekten oder zu stark zeitlich schwankenden Zeitcode zur Steuerung von Maschinen, wie beispielsweise Mehrspurrecordern, erzeugen. Durch derartige Schwankungen im Zeitcode kann es zu einer erheblichen Verschlechterung der Klangqualität von digitalen Studiogeräten durch Gleichlaufschwankungen und Tonaussetzern kommen. Ein gebräuchliches Zeitcodeformat ist der bereits erwähnte Longitudinale Time Code (LTC), welcher nach SMPTE 12M standardisiert ist.
Abgesehen von schwankenden Zeitcodes treten zusätzliche Probleme auf, wenn in digitalen Tonstudios ein Zeitcodesignal auf ein Wordclocksignal synchronisiert werden soll, also wenn die Audioabtastrate an den Zeitcode angeglichen werden soll. Dabei kommt es beispielsweise in Studios vor, dass ein Zeitcode und eine Wordclock nicht optimal zueinander passen, weil beispielsweise konventionelle Synchronizer nicht schnell genug bei stark schwankendem Zeitcode einen dazu passenden Wordclock liefern können.
Um also die Synchronisation in einer Studioumgebung optimieren zu können, ist es wichtig, zuerst die vorhandene Technik auszumessen und zu analysieren, um die Qualität hinsichtlich von Gleichlaufschwankungen des Zeitcodesignals bzw. einen Zeitcodeversatz feststellen zu können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindungen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, womit ein Zeitcodeversatz eines Zeitcodesignals bestimmt und analysiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 oder ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Qualität eines Zeitcodes dadurch bestimmt werden kann, dass der Zeitcode hinsichtlich seiner Schwankungen im Vergleich zu einem geglätteten Zeitcode untersucht wird. Der geglättete Zeitcode ist dabei erfindungsgemäß ein Synchronisationszeitcode, der von einem Zeitcodeglätter erzeugt wird und zur Synchronisation von verschiedenen Audio- und Videosignalen synchronisiert verwendet werden kann.
Da Zeitcodeschwankungen innerhalb einer Toleranzbreite Δ weder zu visuell noch hörbaren Effekten führt, ist es ausreichend als Synchronisationszeitcode einen Synthese-Zeitcode zu verwenden, welcher beispielsweise von einer hochgenauen Zeitbasis erzeugt werden kann. Bei größeren Schwankungen ist es jedoch wichtig, diesen Synthese-Zeitcode entsprechend zu verlängern oder zu verkürzen, um hörbare bzw. sichtbare Artefakte zu vermeiden. Sofern nur relativ wenige Korrekturen bzw. Modifikationen des Synthese-Zeitcodes erforderlich sind, kann ein derart geglätteter Zeitcode sehr schnell in hoher Qualität erzeugt werden. Ein Zeitcode relativ hoher Qualität zeichnet sich somit dadurch aus, dass er zwar innerhalb der Toleranzbreite Δ Schwankungen aufweisen kann, aber nur relativ selten die Toleranz breite Δ verletzt. Ein über einen längeren Zeitraum konstanter Zeitcode ist zwar wünschenswert, ist aber nicht notwendigerweise ein Qualitätsmerkmal, sondern die Qualität eines Zeitcodes ist vielmehr dadurch bestimmt, wie häufig eine Schwankung zu hörbaren bzw. sichtbaren Effekten bzw. Artefakten bei der Wiedergabe führt. Demzufolge ist eine einfache arithmetische Mittelung des Zeitcodes als Basis für den Vergleich weniger geeignet, um die Qualität eines Zeitcodes zu bestimmen. Erfindungsgemäß wird deshalb vielmehr der geglättete Zeitcode verwendet, und die Qualität eines Zeitcodes wird durch den Vergleich zu dem geglätteten Zeitcode bestimmt.
Ein weiterer Aspekt bei der Qualitätsbestimmung von Tonstudioumgebungen oder von Studiogeräten ist eine Untersuchung der Kompatibilität von Wordclocksignalen bzw. Wordclock-Impulsen und Zeitcodesignalen. Hierbei wird festgestellt in wie weit beide Takte synchron laufen, so dass ein Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitcodesignalen immer die gleiche Anzahl von Wordclock-Impulsen enthält. Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird jeweils zu Beginn eines eintreffenden Zeitcodes ein Synchronimpuls ausgegeben, mit deren Hilfe ein Frequenzzähler die Wordclock-Impulse pro Zeitcodeframe feststellen kann. Ebenso wie bei der Untersuchung der Zeitcodesignale können die Wordclock-Impulse zwischen zwei Zeitcodesignalen innerhalb einer bestimmten Schwankungsbreite fluktuieren ohne hörbare Beeinträchtigungen zu erzeugen. Eine hochwertige Tonstudioumgebung bzw. hochwertige Studiogeräte zeichnen sich jedoch durch eine relativ kleine Schwankungsbreite aus, oder hochwertige Studiogeräte verletzen eine tolerabel Schwankungsbreite nur relativ selten.
Somit wird erfindungsgemäß ein Messgerät (LTC-Analysegerät) und eine Messmethode geschaffen, um die Qualität und Synchronität von Zeitcodes bzw. Zeitcodegebern in Verbindung mit Wordclocks bestimmen zu können.
Zur Messung der Qualität von Schwankungen wie beispielsweise eines LTC-Zeitcodes kann auch ein zeitlicher Mittelwert eines LTC-Signals gebildet werden, mit dem der eingehende Zeitcode verglichen wird. Die zeitlichen Abweichungen der eintreffenden LTC-Pakete können dann ausgewertet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Qualitätsbestimmung bzw. die Ausmessung von Studiogeräten dahin gehend erfolgt, dass vor allem Schwankungen erfasst werden, die zu hörbaren bzw. sichtbaren Artefakten führen würden. Damit kann festgestellt werden, welcher Aufwand notwendig ist, um für eine Synchronisation ein geeignetes Signal zu erzeugen. Die Qualität ist dabei umso höher, je weniger Korrekturen zur Erzeugung eines geglätteten Zeitcodesignals bzw. Wordclockgeber erforderlich sind. Ein ideales Zeitcodesignal kann dabei zwar Schwankungen aufweisen, aber alle Schwankungen befinden sich innerhalb der Toleranzbreite Δ und können somit hinsichtlich des audiovisuellen Eindruckes vernachlässigt werden.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Messgeräte besteht darin, dass sie günstig herstellbar und flexibel einsetzbar sind. Außerdem kann die erfindungsgemäße Messmethode in Messgeräten integriert werden und die Messgeräte können in allen digitalen Studios eingesetzt werden. Die entsprechenden LTC-Analysiergeräte können ebenfalls zur Einmessung von Studios benutzt werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass Messungen von Zeitcodeschwankungen auch in nichtsynchronen Netzwerken wie beispielsweise das Ethernet, immer wichtiger werden. Auch bei diesen Anwendungen können Zeitcodeschwankungen hinsichtlich ihrer audiovisuellen Relevanz untersucht werden. Hersteller von Zeitcodeanalysiergeräten können darüber hinaus die erfindungsgemäße Methode leicht und schnell in ihre Produkte integrieren.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes;
2 eine schematische Darstellung eines typischen linearen Zeitcodes;
3 eine Zeitstrahldarstellung, bei der Video- und Audiodaten entsprechend der Zeitcodes synchronisiert sind;
4 eine schematische Darstellung einer Synchronisation von Audio- und Videodaten;
5 eine Frequenzdarstellung eines zeitlich schwankenden Zeitcodesignals;
6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Synchronisieren an einem geglätteten Zeitcodesignal;
7 eine detaillierte Darstellung der Funktionalität eines Vergleichers und eines Zeitcodemanipulators von 6;
8 eine schematische Darstellung für die Erzeugung eines manipulierten Zeitcodesignals;
9 eine detaillierte Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Analysieren des Zeitcodes;
10 eine detaillierte Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Analysieren des Zeitcodes mittels einer PLL-Schaltung.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes 160 eines Zeitcodesignals 105 gegenüber einem geglätteten Zeitcodesignal 150. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln weist einen Zeitcodegeber 110 auf, der an einem Ausgang das Zeitcodesignal 105 ausgibt. Das Zeitcodesignal 105 wird zum einen in einen Zeitcodeglätter 120 eingegeben und zum anderen in einem ersten Eingang eines Zeitcodevergleichers 130. Der Zeitcodeglätter 120 weist einen weiteren Eingang für eine Zeitbasis 140 auf und außerdem einen Zeitcodeausgang zum Ausgeben des mittels der Zeitbasis 140 geglätteten Zeitcodes 150. Der geglättete Zeitcode 150 wird vom Zeitcodeglätter 120 an einen zweiten Eingang des Zeitcodevergleichers 130 ausgegeben. Der Zeitcodevergleicher 130 vergleicht das Zeitcodesignal 105 mit dem geglätteten Zeitcodesignal 150 und ermittelt aus einer Abweichung des Zeitcodesignals 105 von dem geglätteten Zeitcode 150 den Zeitcodeversatz 160. Der Zeitcodeversatz 160 wird vom Zeitcodevergleicher 130 beispielsweise zu einer Anzeige, zu einer Weiterverarbeitung oder zu einer Speicherung ausgegeben.
Das Zeitcodesignal 105, welches von dem Zeitcodegeber 110 ausgegeben wird, kann von verschiedenen Quellen erhalten werden. Beispielsweise ist dem Filmmaterial bzw. dem Audiomaterial, welches beispielsweise auf einer CD bzw. DVD gespeichert ist, ein Zeitcode für jeden unterschiedlichen Kanal aufgeprägt. Um einen audiovisuellen Eindruck von hoher Qualität zu erhalten, sollte der aufgeprägte Zeitcode bzw. die Differenzen aufeinanderfolgender Zeitcodes beispielsweise mit den entsprechenden Längen von codierten Audiosignalen übereinstimmen.
Andererseits kann der Zeitcodegeber 110 einen oder mehrere Zeitcodetakte auch direkt von Aufzeichnungsgeräten, bei spielsweise Ton- oder Videoaufzeichnungsgeräten, erhalten. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung direkt die Qualität von Zeitcodegeneratoren der Aufzeichnungsgeräte messen, analysieren oder auch vergleichen.
Wie bereits beschrieben, zeigt 2 eine mögliche Gestaltung des Zeitcodesignals 105 für ein Ausführungsbeispiel, das auf das Abspielen von 24 Bildern (oder Frames) pro Sekunde basiert.
Wie ebenfalls bereits beschrieben, zeigt 3 einen Zeitstrahl entlang dessen Audio- und Videodaten gemäß ihrem Zeitcode zeitlich geordnet sind. Zu einer Videoseite i (i = 1, 2 , 3, ...), die zu einem Zeitcode ZCi gehört, können verschiede Audioframes i gehören, die wiederum verschiede Audiosignale Audio j (j = 1, 2, ...) codieren oder für ein gegebenes Audiosignal j einen zeitlichen Unterabschnitt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitcodes codiert. Die zeitliche Abfolge von Audio- und Videosignal setzt sich entsprechend fort bis sämtliche Audio- und Videodaten entsprechend angeordnet sind. Der zu einem Zeitcode ZCi gehörende Abschnitt wird auch als LTC-Frame bezeichnet.
Um einen Audioeindruck von hoher Qualität zu erhalten, ist es dabei wichtig, dass die Signale der einzelnen Audiokanäle oder Audiosignale, beispielsweise Audio 1, Audio 2, möglichst nahtlos ineinander übergehen, ohne dass es zu Aussetzern bzw. Überlappungen von Audiodaten kommt. Kleinere Aussetzer bzw. Überlappungen können dabei durchaus tolerabel sein, so lange sie zu keinem hörbaren Effekt führen. Demzufolge braucht die Synchronisation der verschiedenen Audiokanäle bzw. des Videokanales nur im Rahmen einer gewissen Toleranzgrenze durchgeführt werden.
Die schematische Darstellung aus 4 wurde ebenfalls bereits oben beschrieben. Sie zeigt wie eine Einrichtung zum Synchronisieren 210 Daten von verschiedenen Quellen 220 synchron anordnet, so dass Ausgangssignale 230 parallel zu verschiedenen Lautsprechern oder einem Bildprojektionsgerät weitergeleitet werden können.
5 zeigt ein Beispiel für Schwankungen eines Zeitcodesignals. Wie oben bereits beschrieben, wird anhand der Zeitcodes eine Reihenfolge vorgegeben bzw. ein Takt oder eine Frequenz, in der aufeinanderfolgende Bilder eines Videos erscheinen. Diese Frequenz kann beispielsweise 24 Hz betragen, d.h. in einer Sekunde werden 24 Bilder nacheinander aufgerufen. Andere Frequenzen sind aber auch möglich wie beispielsweise 25 Bilder pro Sekunde. Diese Grundfrequenz ist in 5 mit f₀ bezeichnet. In Abhängigkeit von der Qualität beispielsweise der Aufzeichnungsgeräte kann das erhaltene Zeitcodesignal mit der Zeit schwanken, d.h. die entsprechende Frequenz weist zeitliche Schwankungen um den Wert f₀ auf und ist somit im Allgemeinen nicht konstant. Diese Schwankungen sind in dem Graph von 5 gezeigt. Wie bereits erläutert, sind dabei Schwankungen in einem gewissen Toleranzbereich 2Δ akzeptable, sofern der Toleranzbereich 2Δ Schwankungen umfasst, die zu keinen hörbaren oder sichtbaren Effekten führen. In 5 ist der Toleranzbereich 2Δ durch eine obere Toleranzgrenze 510 und eine untere Toleranzgrenze 520, die jeweils durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, begrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weicht die obere Toleranzgrenze 510 und die untere Toleranzgrenze 520 jeweils um einen gleichen Wert von der Grundfrequenz f₀ ab, d.h. die obere Toleranzgrenze 510 entspricht einer Frequenz von f₀ + Δ und die untere Toleranzgrenze 520 entspricht einer Frequenz von f₀ – Δ. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die obere Toleranzgrenze 510 oder die untere Toleranzgrenze 520 jeweils um verschiedene Werte von der Grundfrequenz f₀ abweichen.
Wie aus 5 ersichtlich ist, schwankt die Frequenz f des Zeitcodesignals für die Zeitpunkte t < T₁ und für die Zeitpunkte T₂ < t < T₃ als auch für die Zeitpunkte t > T₄ innerhalb des Toleranzbereiches 2Δ zwischen der oberen Toleranzgrenze 510 und der unteren Toleranzgrenze 520. Jedoch in dem Zeitbereich T₁ < t < T₂ und dem Zeitbereich T₃ < t < T₄ liegen Schwankungen der Frequenz f des zugrunde liegenden Zeitcodesignals außerhalb des Toleranzbereiches 2Δ und sollte folglich, um hörbare oder sichtbare Effekte zu vermeiden, verändert oder angepasst werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein modifiziertes Zeitcodesignal erzeugt wird, welches sich von der Grundfrequenz f₀ dadurch unterscheidet, dass es dann, wenn die obere Toleranzgrenze 510 verletzt wird, entsprechend verlängert wird oder aber, wenn die untere Toleranzgrenze 520 verletzt wird, entsprechend verkürzt wird. Damit wird ein entsprechendes modifiziertes Zeitcodesignal erhalten. Derartige Modifikationen, auf die bei Beschreibung zu 8 noch detaillierter eingegangen wird, werden auch als Glättung bezeichnet und werden beispielsweise durch den Zeitcodeglätter 120 vorgenommen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Zeitcodeglätter 120. Eine Einrichtung 610 zum Erfassen der aufbelichteten Zeitcodes für die Folge von Einzelbildern liefert ausgangsseitig eine Folge von erfassten Zeitcodes. Der erfasste Zeitcode ist beispielsweise der Zeitcode 105 von dem Zeitcodegeber 110, der beispielsweise die Einrichtung 610 aufweisen kann. Die in 6 gezeigte Vorrichtung umfasst ferner einen Zeitcode-Generator 612, der ausgebildet ist, um eine Folge von Synthese-Zeitcodes ausgehend von einem Startwert zu erzeugen. Der Startwert wird aus der Folge von erfassten Zeitcodes am Ausgang der Einrichtung 610 durch einen Decodierer 614 zum Decodieren eines Zeitcodes der erfassten Folge von Zeitcodes geliefert. Der Zeitcode-Generator 612 erzeugt ausgangsseitig eine Folge von Synthese-Zeitcodes. Die Synthese-Zeitcodes können beispielsweise mittels einer hochgenauen Zeitbasis, die entweder Teil des Zeitcode-Generators 612 ist oder über einen Eingang 140 angeschlossen wird, erzeugt werden und ebenso wie die Folge von erfassten Zeitcodes am Ausgang der Einrichtung 610 einem Vergleicher 616 zugeführt wird. Der Vergleicher 616 ist ausgebildet, um vorzugsweise für jedes Paar aus erfasstem Zeitcode und korrespondierendem Synthese-Zeitcode, also für einen erfassten Zeitcode für das Einzelbild i beispielsweise und den Synthese-Zeitcode für das Einzelbild i beispielsweise einen Phasenvergleich durchzuführen, um festzustellen, ob die beiden Zeitcodes zeitlich versetzt, also phasenverschoben sind, oder zeitlich mehr oder weniger zusammenfallen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der erfasste Zeitcode aufgrund der Tatsache, dass er vom Film typischerweise durch optische Einrichtungen erfasst worden ist, keine besonders genau definierte Signalform haben wird, auf die sich Audioverarbeitungseinrichtungen sicher synchronisieren können. Dennoch wird ein Minimum an ansteigenden und abfallenden Flanken feststellbar sein. Sollte der erfasste Zeitcode sehr stark korrumpiert sein, so ist dies aufgrund der Tatsache, dass seine Form bekannt ist und genau der Form des parallelen Synthese-Zeitcodes entspricht, dennoch möglich, eine Rekonstruktion zu Zwecken des Phasenvergleichs durchzuführen. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass der Zeitcode sich typischerweise über das gesamte Einzelbild auf dem Film erstreckt und daher eine Mehrzahl von ansteigenden und abfallenden Flanken in einem durch den Zeitcode selbst definierten Muster hat. Nachdem für den Phasenvergleich lediglich prinzipiell eine einzige Flanke bzw. ein einziger Nulldurchgang erforderlich ist, (wenn die Lage der Flanke in dem Zeitcode selbst bekannt ist), wird ein Phasenvergleich auch bei stark korrumpierten erfassten Zeitcodes durchführbar sein. Sollte ein Zeitcode so stark korrumpiert sein, dass kein Phasenvergleich durchführbar ist, so ist dies ebenfalls unproblematisch, da dann mit dem parallelen Synthese-Zeitcode keine Manipulation durchgeführt wird und der Vergleich für den nächsten erfassten Zeitcode in der Folge mit dem nächsten Synthese-Zeitcode in der Folge erneut durchgeführt wird, und zwar so lange, bis wieder ein erfasster Zeitcode ermittelt worden ist, auf dessen Basis ein erfolgreicher Phasenvergleich möglich ist.
Stellt der Vergleicher 616 fest, dass zwischen einem Paar aus erfasstem Zeitcode und Synthese-Zeitcode eine Phasenabweichung vorhanden ist, die betragsmäßig einen vorbestimmten Abweichungs-Schwellenwert überschreitet, wird also auf einer Ausgangsleitung 618 ein Bestätigungs-Signal (ja) an einen Zeitcodemanipulator 620 ausgegeben, so wird der Zeitcodemanipulator den aktuellen Synthese-Zeitcode, bei dem diese Abweichung festgestellt worden ist, und der über eine Leitung 622 dem Zeitcodemanipulator 620 bereitgestellt wird, manipulieren. Wird über die Leitung 618 ein Nein-Signal vom Vergleicher 616 zum Manipulator 620 übermittelt, so wird der aktuell betrachtete Synthese-Zeitcode nicht manipuliert und einfach als Synthese-Zeitcode zu einer Audioverarbeitungseinrichtung 624 zu Synchronisationszwecken weitergegeben.
Der Zeitcodemanipulator 620 ist somit ausgebildet, um eine zeitliche Länge eines Synthese-Zeitcodes der vorgefundenen Synthese-Zeitcodes zu verändern, um einen manipulierten Synthese-Zeitcode zu erhalten, wenn der Vergleicher 616 eine Phasenabweichung zwischen einem Zeitcode der erfassten Folge von Zeitcodes und einem Synthese-Zeitcode feststellt, die betragsmäßig einen vorbestimmten Abweichungs-Schwellwert überschreitet. Die Veränderung der zeitlichen Länge der Synthese-Zeitcodes findet so statt, dass eine Phasenabweichung zwischen einem Synthese-Zeitcode, der auf den manipulierten Synthese-Zeitcode folgt, und einem entsprechenden erfassten Zeitcode reduziert ist. Der manipulierte Synthese-Zeitcode ist beispielsweise der geglättet Zeitcode 150.
Je nach Phasenvergleichsergebnis wird der Synthese-Zeitcode dahingehend manipuliert, dass er verlängert wird, wenn der Synthese-Zeitcode-Generator 612 im Vergleich zu der Folge von erfassten Zeitcodes zu schnell gelaufen ist. Ist der Synthese-Zeitcode-Generator 612 im Vergleich zu der erfassten Folge von Zeitcodes zu langsam gelaufen, so wird die Manipulation eines Synthese-Zeitcodes in einer Verkürzung des normalerweise von dem Zeitcode-Generator ausgegebenen Standard-Zeitcodes bestehen.
Am Ausgang des Zeitcodemanipulators 620 ergibt sich somit eine Folge von Synthese-Zeitcodes und manipulierten Synthese-Zeitcodes, die der Audioverarbeitungseinrichtung 624 zugeführt wird. Die Audioverarbeitungseinrichtung 624 ist ausgebildet, um eine zeitgesteuerte Bereitstellung der vorbestimmten Anzahl von diskreten Abtastwerten des Audiosignals, die einem Einzelbild zugeordnet sind, dann auszuführen, wenn die Audioverarbeitungseinrichtung einen Synthese-Zeitcode bzw. einen manipulierten Synthese-Zeitcode erfasst, der dem Einzelbild zugeordnet ist. Vorzugsweise wird eine Synchronisation für jedes Einzelbild vorgenommen. Für weniger qualitätsintensive Anwendungen kann jedoch auch eine Synchronisation nur zum Beispiel für jedes zweite, dritte, vierte, etc. Einzelbild vorgenommen werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass immer nur bestimmte Zeitcodes aus der Folge aus Synthese-Zeitcodes und manipulierten Synthese-Zeitcodes von der Audioverarbeitungseinrichtung 624 berücksichtigt werden. Alternativ könnte jedoch auch eine entsprechende Funktionalität dadurch erreicht werden, dass lediglich für jeden z. B. vierten erfassten Zeitcode ein Synthese-Zeitcode bzw. manipulierter Synthese-Zeitcode erzeugt wird.
Nachfolgend wird Bezug nehmend auf 7 detaillierter auf die Funktionalität des Vergleichers 616 und des Zeitcodemanipulators 620 von 6 eingegangen. In einem ersten Schritt 730 liest der Vergleicher einen erfassten Zeitcode i und einen entsprechenden Synthese-Zeitcode i bezogen auf einen Referenzzeitpunkt ein, wie beispielsweise ein Ereignis in einem Taktzyklus eines Wordclocks bzw. Worttakts, auf dem später eingegangen wird. Als Taktereignis kann beispielsweise eine ansteigende Flanke, eine abfallende Flanke oder je nach Ausführungsform ein Nulldurchgang des Worttakts eingesetzt werden.
Anschließend wird ein Phasenvergleich der Zeitcodes vorgenommen, um festzustellen, ob ein Phasenversatz zwischen dem Synthese-Zeitcode und dem erfassten Zeitcode vorhanden ist. Wie es ausgeführt worden ist, umfasst ein Zeitcode, der sich z. B. über ein gesamtes Einzelbild erstreckt bzw. in einem (z. B. vorderen) Bereich eines Einzelbildes je nach Implementierung des Filmprojektors angeordnet ist, eine definierte Folge von ansteigenden und abfallenden Flanken, die sowohl die Frameinformation als auch die Zeitinformation codiert, wie sie anhand von 2 dargestellt worden sind. Der erfasste Zeitcode hat typischerweise keine besonders schöne Form, da er beispielsweise optisch ausgelesen worden ist. Insbesondere ist er mit Jitter und Rauschen behaftet. Dagegen hat der Synthese-Zeitcode, da er von einem eigenen digitalen Synthese-Zeitcode-Generator (beispielsweise mittels der hochgenauen Zeitbasis 140) erzeugt worden ist, eine definierte klar spezifizierte Form hinsichtlich der Flankensteilheiten, die weder rausch- noch jitterbehaftet sind.
Ferner ist die Folge von ansteigenden und abfallenden Flanken im erfassten Zeitcode und im Synthese-Zeitcode identisch, da beide zu vergleichenden Codes dieselbe Frameinformation und Zeitinformation codieren. Ein Phasenvergleich kann daher dahingehend stattfinden, dass festgestellt wird, ob der Synthese-Zeitcode bezüglich des erfassten Zeitcodes entweder in positiver oder in negativer Richtung zeitlich verschoben ist, also einen positiven bzw. negativen Phasenversatz hat. Liefert dieser Phasenvergleich, der in einem Schritt 732 von 7 durchgeführt wird, eine Phasenabweichung, die über einer Schwelle ist, was in einem Entscheidungskasten 734 entschieden wird, so wird zu einem Schritt 736 übergegangen, auf den nachfolgend eingegangen wird. Stellt der Entscheidungsblock 734 jedoch fest, dass die Abweichung unter der Schwelle ist, so wird der Schritt 730 für das Paar aus nächstem erfasstem Zeitcode und nächstem Synthese-Zeitcode durchgeführt, was durch den Inkrementierungskasten 738 symbolisch dargestellt ist.
Ist die Abweichung über der Schwelle, so wird weiter festgestellt, ob der Synthese-Zeitcode zu früh kommt, also ob der Zeitcodegenerator 612 bezüglich der vorgefundenen erfassten Zeitcodes zu schnell läuft. Ist dies der Fall, so wird der Synthese-Zeitcode verlängert, und zwar vorzugsweise durch Einfügen lediglich einer einzigen Worttaktperiode bevorzugterweise am Ende des Synthese-Zeitcodes. Wird dagegen festgestellt, dass der Synthese-Zeitcode zu spät kommt, so dass der Zeitcode-Generator 612 von 6 bezüglich der Folge von erfassten Zeitcodes zu langsam ist, so wird der Synthese-Zeitcode, der die Phasenabweichung ergeben hatte, verkürzt. Dies findet vorzugsweise dadurch statt, dass der Zeitcode-Generator 612, wie es durch eine gestrichelte Leitung 626 in 6 schematisch dargestellt ist, neu gestartet wird, und zwar mit dem für den nächsten Zeitcode gültigen Startwert.
Die Verlängerung bzw. Verkürzung eines Synthese-Zeitcodes äußert sich daher typischerweise dadurch, dass der letzte Impuls des Zeitcodes etwas kürzer bzw. etwas länger wird. Dies ist für einen Zeitcode-Decodierer jedoch nicht problematisch, wenn reale Verhältnisse betrachtet werden. Wenn davon ausgegangen wird, dass Einzelbilder mit einer Frequenz von 24 Hz abgespielt werden, und dass sich ein Zeitcode über ein gesamtes Einzelbild erstreckt, und dass ein Zeitcode eine Länge von 8 Bit hat, wobei für jedes Bit zwei Zeitcodetaktperioden fällig sind, so beträgt die Frequenz des Signals, das dem Zeitcode zugrunde liegt, etwa 384 Hz. Dagegen ist der Worttakt, von dem der Synthese-Zeitcode-Generator betrieben wird, typischerweise bei 48 kHz. Dies bedeutet, dass auf eine Zeitcodetaktperiode 125 Worttaktperioden fallen. Eine Abweichung dahingehend, dass die letzte Zeitcodeperiode nunmehr beispielsweise statt 125 Perioden 124 oder 126 Perioden lang ist, ist für nachfolgende Decodiererschaltungen unproblematisch.
8 zeigt eine schematische Zeitstrahl-Darstellung für eine Erzeugung eines geglätteten Zeitcodesignals 150, der vorzugsweise den zuvor beschriebenen manipulierten Synthese-Zeitcode entspricht. In dem Zeitcodegenerator 612 wird die Folge der Synthese-Zeitcodes unter Benutzung der Zeitbasis 140 generiert. Die Folge von Synthese-Zeitcodes entsprechen den Zeitpunkten t_l, t₂, t₃, t₄, usw. Die erfasste Folge von Zeitcodes entspricht dem eingelesenen Zeitcodesignal 105 mit einem ersten Taktimpuls zur Zeit t₁, einen zweiten Taktimpuls zur Zeit t ~₂, einen dritten Taktimpuls zur Zeit t ~₃ und einen vierten Taktimpuls zur Zeit t ~₄. Die Taktimpulse des Zeitcodesignals 105 stimmen im Allgemeinen nicht mit dem Synthese-Zeitcodesignal überein. Zur Zeit t₁, ist dies zufällig der Fall, allerdings findet sich das zweite Taktsignal t ~₂ zu einem späteren Zeitpunkt als das Taktsignal von dem Synthese-Zeitcode t₂. In ähnlicher Weise ist der Zeitpunkt t ~₃ des dritten Taktimpulses des Zeitcodesignals 105 vor dem Zeitpunkt t₃ des Synthese-Zeitcodes. Sowohl das zweite Taktsignal des Zeitcodesignals 105 zur Zeit t ~₂ als auch das dritte Taktsignal des Zeitcodesignals 105 zur Zeit t ~₃ befinden sich jedoch innerhalb eines Toleranzbereiches, welcher durch gestrichelte Linien 810 dargestellt ist und sich auf Zeitbereiche t_i ± δ um die Zeitpunkte t_i des Synthese-Zeitcodes erstreckt. Der Toleranzbereich umfasst dabei wiederum vorzugsweise eine Schwankungsbreite innerhalb derer audio-visuelle Beeinträchtigungen nicht feststellbar sind. Die Schwankungsbreite (26) in dieser Zeitdarstellung entspricht dabei in der Frequenzdarstellung der Schwankungsbreite 2Δ aus 5.
Allerdings ist der vierte Taktimpuls des Zeitcodesignals 105 zur Zeit t ~₄ außerhalb des Toleranzbereiches, d.h. t ~₄ > t₄ + δ. Da eine solche Verschiebung nicht tolerabel ist, ist für diesen Taktimpuls eine Modifikation erforderlich. Die Modifikation ist in 8 in dem unten dargestellten Diagramm gezeigt. Zu den Zeitpunkten t₁, t₂, t₃, war das Zeitcodesignal 105 innerhalb des Toleranzbereiches, welcher durch die gestrichelten Linien 810 dargestellt ist. Da derartige Abweichungen tolerabel sind, braucht das Zeitcodesignal nicht modifiziert werden und folglich stimmt das modifizierte Zeitcodesignal mit dem Synthese-Zeitcodesignal zu den Zeiten t₁, t₂, t₃, überein. Um jedoch hörbare und/oder sichtbare Effekte durch das Zeitcodesignal zum Zeitpunkt t₄ zu vermeiden, wird der Synthese-Zeitcode derart verschoben, dass das modifizierte Zeitcodesignal zur Zeit t ^₄ erfolgt. Der Zeitpunkt t₄ ist dabei derart gewählt, dass das Zeitcodesignal 105 wiederum innerhalb des Toleranzbereiches von ±δ liegt, d.h. |t ~₄ – t ^₄| < δ.
Diese Prozedur, die vorzugsweise durch das in 7 gezeigte Verfahren durchgeführt wird, setzt sich für alle weiteren Taktimpulse fort, d.h. alle weiteren Impulse des Zeitcodesignals 105 werden mit dem Synthese-Zeitcode verglichen. Letzterer wird ggf. entweder zu größeren Werten verschoben, wie dies der Fall war, zum Zeitpunkt t₄ oder aber im umgekehrten Fall wird der modifizierte Zeitcode zu kleinere Werten verschoben. In dem Fall erfolgt die Verschiebung wieder derart, dass das Zeitcodesignal 105 mit dem modifizierten Zeitcodesignal innerhalb des Toleranzbereiches von ±δ übereinstimmt. Der so bestimmte modifizierte Zeitcode wird zur Synchronisation des Video- und der einzelnen Audiokanäle verwandt.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Zeitcodeglätter 120 eine Folge von Zeitcodes LTC1 von dem Zeitcodegeber 110 empfängt und gleichzeitig von einer hochgenauen Zeitbasis 910 ein Zeitsignal 140 erhält. Der Zeitcodeglätter 120 erzeugt wie beispielsweise in den 6-8 beschrieben, einen geglätteten Zeitcode LTC2 und gibt diesen an den Zeitcodevergleicher 130 weiter. Der Zeitcodevergleicher 130 erhält den modifizierten Zeitcode LTC2 durch den ersten Eingang und gleichzeitig erhält der Zeitcodevergleicher 130 den ursprünglichen Zeitcode LTC1 durch den zweiten Eingang. Aus dem ursprünglichen Zeitcode LTC1 und dem geglätteten Zeitcode LTC2 bestimmt der Zeitcodevergleicher 130 einen Zeitcodeversatz 160 und gibt diesen an eine Anzeige- und Speichereinrichtung 920 aus. Das Ausführungsbeispiel aus 9 weist ferner einen hochgenauen Frequenzzähler 930 auf, der über einen Wordclockeingang verfügt, an dem durch einen Wordclockgeber 940 ein Wordclock-Impuls anliegt. Ferner weist der Frequenzzähler 930 einen Triggereingang auf, an dem der Zeitcodevergleicher 130 Triggerimpulse sendet. Ferner weist der Frequenzzähler 930 einen Ausgang auf, an dem die Wordclock-Impulse pro Zeitcode Intervall ausgegeben werden und an eine Einrichtung zur Anzeige 950 weitergeleitet werden. Als hochgenaue Zeitbasis 910 und Frequenzzähler 930 sind dabei Vorrichtungen zu verstehen, welche eine möglichst hohe Qualität aufweisen.
9 zeigt somit einen prinzipiellen Messaufbau zur Messung von LTC-Schwankungen. Das zu messende LTC-Signal (Folge von Zeitcodes) LTC1 wird durch einen Glättungsalgorithmus mit sich selbst verglichen. Dadurch entsteht ein neues Signal LTC2. Durch die Einstellung einer Zeitkonstante (beispielsweise δ aus 8) am Glättungsalgorithmus kann die Reaktionsgeschwindigkeit auf Gleichlaufschwankungen eingestellt werden. Die zeitliche Differenz der beiden LTC-Signale (LTC1 und LTC2) kann von einer Anzeige aufgenommen oder in eine Datei geschrieben werden, um einen zeitlichen Verlauf aufzuzeichnen bzw. um einen Mittelwert zu bilden.
Die zeitliche Differenz bzw. der Zeitcodeversatz 160 der Zeitcodesignale 105 kann hinsichtlich verschiedener Methoden erfasst und ausgewertet werden. Dazu kann eine optionale Auswerteeinheit übliche statistische Methoden nutzen und beispielsweise die Standardabweichung oder die mittlere Schwankungsbreite bestimmen, um damit Qualitätsaussagen hinsichtlich des Zeitcodegebers 110 zu erhalten. Wie oben aber bereits geschildert, sind Schwankungen des Zeitcodegebers 110 an sich für die audiovisuelle Wahrnehmung nur dann nachteilig, wenn sie oberhalb einer gewissen Schwelle liegen, d.h. außerhalb des oben beschriebenen Toleranzberei ches sind. Deshalb kann es vorteilhaft sein, bei der Anzeige bzw. Auswertung des Zeitcodeversatzes 160 bzw. der zeitlichen Differenz nur solche Schwankungen bzw. Abweichungen zu erfassen, die diesen Toleranzbereich verletzen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen werden sowohl die maximal auftretende zeitliche Differenz als auch eine Anzahl erfasst, wie oft Verletzungen des Toleranzbereiches innerhalb einer Sekunde oder bzw. eines fest vorgegebenen Zeitintervalls vorkommen.
Zusätzlich zur Bestimmung bzw. zur Anzeige des Zeitcodeversatzes 160 können entweder das Zeitcodesignal LTC1 oder aber das geglättete Zeitcodesignal LTC2 einen Impulsgeber antreiben, welcher zu jedem Startbit eines LTC-Frames (zu der Zeit t_i in 3) einen kurzen Triggerimpuls sendet. Dieser Triggerimpuls wird als Trigger für einen Frequenzzähler 930 verwendet, welcher die Wordclock-Impulse WC pro LTC-Frame zählt. Hiermit kann überprüft werden, wie viele Wordclock-Impulse pro Zeitcodeframe entstehen. Durch den Vergleich mit dem geglätteten Zeitcodesignal LTC2 kann die Abweichung der Samplerate von dem LTC-Signal bestimmt werden. Ein Teil des Ausführungsbeispieles von 9 wie beispielsweise der Zeitcodeglätter 120, der Zeitcodevergleicher 130, die Einrichtung zur Anzeige und Speicherung 920 können auch in einem Computer mit entsprechender PC-Software realisiert sein.
Wie oben bereits beschrieben, ist es für die Wiedergabe in hoher Qualität wichtig, dass die Wordclock-Impulse pro LTC-Frame möglichst genau den gewünschten Wert aufweisen. Innerhalb einer tolerierbaren Schwankungsbreite können aber auch hier kleinere Abweichungen toleriert werden. Es zeichnet jedoch ein Aufzeichnungsgerät von hoher Qualität aus, dass die Wordclock-Impulse pro LTC-Frame nahezu konstant mit dem gewünschten Wert übereinstimmen.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Zeitcodeglätter 120 durch eine PLL- Schaltung 960 (PLL = Phase Locked Loop) realisiert ist. Der Zeitcodegeber 110 gibt eine Folge von Zeitcodes an einen Impulswandler 970, der einen Impuls 1 aus dem Zeitcodesignal LTC von dem Zeitcodegeber 110 erzeugt. Die PLL-Schaltung 960 weist beispielsweise einen phasengekoppelten Regelkreis auf und kann zu einer Taktsynchronisation verwendet werden. Die PLL-Schaltung 960 erhält den Impuls 1 von dem Impulswandler 970 und ferner Glättungsparameter 990, auf deren Grundlage der Impuls 1 von dem Impulswandler 970 geglättet wird und ein Impuls 2 ausgegeben wird. Der Impuls 2 der PLL-Schaltung 960 wird an einen Impulsvergleicher 980 weitergegeben, der den Impuls 2 an einem ersten Eingang einliest und außerdem an einem zweiten Eingang den Impuls 1 von dem Impulswandler 970 erhält. In dem Impulsvergleicher 980 werden beide Impulse, d.h. Impuls 1 und der geglättete Impuls 2, verglichen und der Zeitcodeversatz 160 bestimmt, der anschließend an eine Einrichtung 920 zur Speicherung und Anzeige ausgegeben wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Impuls 1 des Impulswandlers 970 ebenfalls als Triggerimpuls für den Frequenzzähler 930, der wie bei dem Ausführungsbeispiel, welches in 9 beschrieben wurde, das Wordclocksignal von einem Wordclockgeber 940 erhält und daraus die Wordclock-Impulse pro Zeitcodeintervall (LTC-Frame) bestimmt und an einer Anzeige 950 ausgibt. Der Triggerimpuls, der an dem Frequenzzähler 930 verwandt wird, ist bei diesem Ausführungsbeispiel identisch mit dem Impuls 1, der in dem Impulswandler 970 aus dem Zeitcodesignal LTC erzeugt wird. Die Einrichtungen 920 und 950 zur Anzeige, können wie bei dem Ausführungsbeispiel von 9 eine Qualitätseinschätzung vornehmen, die beispielsweise auf die Anzahl und Stärke der Fluktuationen basiert und konventionelle statistische Methoden nutzt. Das Ausführungsbeispiel von 10 ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, da PLL-Schaltungen in hoher Qualität zur Verfügung stehen und somit die erfindungsgemäße Vorrichtung kostengünstig her stellbar ist. Ferner weist dieses Ausführungsbeispiel eine hohe Robustheit auf.
In anderen Worten ausgedrückt, zeigt 10 den prinzipiellen Messaufbau zur Messung von LTC-Schwankungen als eine hardwarebasierte Lösung. Das zu messende Zeitcodesignal LTC treibt einen Impulsgeber 970, welcher zu jedem Startbit eines LTC-Frames einen kurzen Impuls sendet, wodurch sich eine Impulsfolge ergibt. Die Impulsfolge wird durch die PLL-Schaltung 960 mit entsprechenden Glättungsparametern 990 zeitlich geglättet. Im Impulsvergleicher 980 wird der zeitliche Versatz der am zeitlich nächsten liegenden Impulse verglichen, gemessen und angezeigt. Dadurch kann der zeitliche Jitter eines Zeitcodes gemessen werden. Die Messung der Abweichung der Samplerate von dem LTC-Signal, d.h. die Messung der Wordclock-Impulse pro LTC-Frame, kann analog zu dem Ausführungsbeispiel von 9 berechnet werden. Somit zeigt das Ausführungsbeispiel, welches in 10 beschrieben wurde, eine Realisierung eines Zeitcodeanalisiergerätes, welches auf bekannten Hardwarekomponenten basiert.
Zusammenfassend, beschreibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren um Zeitcodeschwankungen von Zeitcodes, die beispielsweise Audio- und Videomaterial zum Zweck der Synchronisation aufgeprägt sind, zu analysieren und somit beispielsweise Studiogeräte oder eine ganze Studioumgebung auszumessen. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, dass die Qualitätsbestimmung oder die Ausmessung von Studiogeräten derart erfolgt, dass vor allem Schwankungen erfasst werden, die zu hörbaren bzw. sichtbaren Artefakten führen würden. Durch Auswertung beispielsweise der Schwankungsbreite des Zeitcodes um den geglätteten Zeitcode herum oder der Schwankungen des Wordclockgebers, kann festgestellt werden, welcher Aufwand notwendig ist, um für eine Synchronisation ein geeignetes Signal zu erzeugen. Die Qualität ist dabei umso höher, je weniger Korrekturen zur Erzeugung eines geglätteten Zeitcodesignals oder Wordclockgeber erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Messgeräte besteht darin, dass sie günstig herstellbar und flexibel einsetzbar sind. Außerdem kann die erfindungsgemäße Messmethode in Messgeräten integriert werden und die Messgeräte können in allen digitalen Studios eingesetzt werden. Die entsprechenden LTC-Analysiergeräte können ebenfalls zur Einmessung von Studios benutzt werden. Es sei auch darauf hingewiesen, dass Messungen von Zeitcodeschwankungen auch in nichtsynchronen Netzwerken wie beispielsweise das Ethernet, immer wichtiger werden. Auch bei diesen Anwendungen können Zeitcodeschwankungen hinsichtlich ihrer audiovisuellen Relevanz untersucht werden. Hersteller von Zeitcodeanalysiergeräten können darüber hinaus die erfindungsgemäße Methode leicht und schnell in ihre Produkte integrieren.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das erfindungsgemäße Schema auch in Software implementiert sein kann. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes (160) eines Zeitcodesignals (105) gegenüber einem geglätteten Zeitcodesignal (150), mit folgenden Merkmalen: einen Zeitcodegeber (110) mit einem Zeitcodeausgang zum Ausgeben des Zeitcodesignals (105); einen Zeitcodeglätter (120) mit einem Zeitcodeeingang, einem Eingang für eine Zeitbasis (140) und einem Zeitcodeausgang zum Ausgeben des in Bezug auf die Zeitbasis (140) geglätteten Zeitcodes (150); und einen Zeitcodevergleicher mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang für den Zeitcodeversatz (160), wobei der Zeitcodeausgang des Zeitcodegebers (110) mit dem Zeitcodeeingang des Zeitcodeglätters (120) und mit dem ersten Eingang des Zeitcodevergleichers (130) verbunden ist, und wobei der Zeitcodeausgang des Zeitcodeglätters (120) mit dem zweiten Eingang des Zeitcodevergleichers (130) verbunden ist, und wobei der Zeitcodevergleicher (130) den Zeitcodeversatz (160) aus einer Abweichung des Zeitcodesignals (105) von dem geglätteten Zeitcodesignal (150) ermittelt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Zeitcodeglätter (120) ferner folgende Merkmale aufweist: einen Zeitcodegenerator (612), der ausgebildet ist, um eine Folge von Synthese-Zeitcodes ausgehend von einem Startwert zu erzeugen; einen Vergleicher (616) zum Vergleichen der Folge von Synthese-Zeitcodes mit den Zeitcodesignalen (105); einen Zeitcodemanipulator (620) zum Verändern einer zeitlichen Länge eines Synthese-Zeitcodes, um einen geglätteten Zeitcode (150) zu erhalten, wenn der Vergleicher (616) eine Phasenabweichung zwischen dem Zeitcodesignal (105) und einem Synthese-Zeitcode feststellt, die betragsmäßig einem vorbestimmten Abweichungsschwellenwert überschreitet; und einen Ausgang für den geglätteten Zeitcode (150).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die ferner einen Impulswandler (970) aufweist, um das Zeitcodesignal (105) in eine erste Impulsfolge Impuls 1 umzuwandeln, und bei der der Zeitcodeglätter (120) eine PLL-Schaltung (960) mit einem Eingang für die erste Impulsfolge Impuls 1, einen Eingang für Glättungsparameter (990) und einen Ausgang für eine zweite Impulsfolge Impuls 2 aufweist, und bei der der Zeitcodevergleicher (130) einen Impulsvergleicher (980) mit einem ersten Eingang für die erste Impulsfolge Impuls 1 und einen zweiten Eingang für die zweite Impulsfolge Impuls 2 und einen Ausgang für den Zeitcodeversatz (160) aufweist, wobei der Impulsvergleicher (980) den Zeitcodeversatz (160) aus einer Abweichung der ersten Impulsfolge Impuls 1 von der zweiten Impulsfolge Impuls 2 bestimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Zeitcodegeber (110) ausgebildet ist, um eine optische Erfassung des Zeitcodes (105) durchzuführen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Zeitcode (105) in eine Lichttonspur auf einem Film eingebettet ist, und bei der der Zeitcodegeber (110) ausgebildet ist, um die Lichttonspur optisch zu erfassen, um ein Tonsignal zu erhalten und um einen Zeitcode (105) aus dem Tonsignal zu extrahieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der auf dem Film zumindest zwei gleiche Zeitcodes für ein Einzelbild vorhanden sind, und bei der der Zeitcodegeber (110) ausgebildet ist, um beide Zeitcodes für ein Einzelbild zu erfassen und um auf der Basis der beiden erfassten Zeitcodes einen fehlerkorrigierten Zeitcode für das Einzelbild zu liefern, der dem Zeitcodeglätter (120) und dem Zeitcodevergleicher (130) zuführbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der der Zeitcodegeber (110) ausgebildet ist, um beide Zeitcodes für ein Einzelbild getrennt abzutasten, damit ein Zeitcode der beiden getrennt abgetasteten Zeitcodes, der weniger Fehler als der andere Zeitcode hat, verwendtbar ist oder bei der der Zeitcodegeber (110) ausgebildet ist, um die beiden erfassten Zeitcodes analog zu summieren.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Auswerteeinheit aufweist und die Auswerteeinheit ausgelegt ist, um einen zeitlichen Verlauf des Zeitcodeversatzes (160) zu ermitteln und an einer Anzeige und/oder Speicher (920) auszugeben.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Auswerteeinheit ausgelegt ist, um aus dem zeitlichen Verlauf des Zeitcodeversatzes (160) einen Mittelwert zu bilden.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner einen Wordclockgeber (940) und einen Frequenzzähler (930) aufweist, wobei der Wordclockgeber (940) Wordclock-Impulse erzeugt und der Frequenzzähler (930) die Wordclock-Impulse von dem Wordclockgeber (940) erhält und einen Eingang für Triggerimpulse aufweist, und wobei der Frequenzzähler (930) ausgelegt ist, zwischen zwei der Triggerimpulse die Wordclock-Impulse zu ermitteln und über einen Ausgang auszugeben.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei dem der Eingang für den Triggerimpuls mit dem Zeitcodevergleicher (130) verbunden ist und der Triggerimpuls durch das Zeitcodesignal (105) oder die erste Impulsfolge Impuls 1 gegeben ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei dem der Eingang für den Triggerimpuls mit dem Zeitcodevergleicher (130) verbunden ist und der Triggerimpuls durch das geglättete Zeitcodesignal oder der zweiten Impulsfolge Impuls 2 gegeben ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, die ferner eine zusätzliche Auswerteeinheit (950) aufweist, die mit dem Ausgang des Frequenzzählers (930) verbunden ist, um einen zeitlichen Verlauf der Anzahl der Wordclock-Impulsen zu ermitteln und auszugeben.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die Auswerteeinheit (950) ausgelegt ist, um aus dem zeitlichen Verlauf einen Mittelwert zu bilden.
Verfahren zum Ermitteln eines Zeitcodeversatzes (160) eines Zeitcodesignals (105) gegenüber einem geglätteten Zeitcodesignal (150), mit folgenden Schritten: Erfassen einer Folge von Zeitcodesignalen (105) für eine Folge von Einzelbildern; Glätten der Folge von Zeitcodesignalen (105) mit Hilfe einer Zeitbasis (140) und Ausgeben eines in Bezug auf die Zeitbasis (140) geglätteten Zeitcodes (150); Vergleichen des geglätteten Zeitcodes (150) mit der Folge von Zeitcodesignalen (105) und Bestimmen eines Zeitcodeversatzes (160).
Computer-Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 15, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.