Friedemann Wachsmuth

"Gestaltungsparameter: Separation" ist schön formuliert.

Sorry, das war schlecht erklärt — ich versuche wiederzugeben, wie mir der Kollege vom Premiere-Team erklärt hat: Ursprünglich hatte Schwarzweiß-Fernsehen in den USA 30 Vollbilder/s mit 525 Zeilen/Bild. 30 * 525 ergibt 15,75 kHz, der ursprünglichen Zeilenfrequenz. Der springende Punkt ist, dass das Farbsignal (Chrominanz) im gleichen Frequenzband "mitläuft" wie Teile der Helligkeitsinformation (Luminanz). Es wird quasi in eine Lücke im Luminanzspektrum hineingelegt ( der "Color Subcarrier"). Damit kein Moiré-Effekt entsteht, muss die Phasenlage der Farbinformation von Zeile zu Zeile so variieren, dass sich diese Störungen beim Betrachten ausmitteln. Um Moirés zu vermeiden, wurde die Farbträgerfrequenz als "455/2 * Zeilenfrequenz" festgelegt (also 227,5 × Zeilenfrequenz = 3,579545 MHz). Dadurch verschiebt sich die Phase des Farbträgers von Zeile zu Zeile um exakt 180°. Diese halbe Wellenlänge sorgt dafür, dass sich die Störungen in zwei aufeinanderfolgenden Zeilen visuell gegenseitig aufheben. Damit dieser spezifische Faktor 227,5 eingehalten werden konnte und auch der Tonträger an seiner Stelle blieben konnte, musste man die Bildfrequenz um 1000/1001 absenken, denn sonst hätte man keinen einfachen Bruch zwischen Zeilenfrequenz und Farbträger gefunden, der zugleich rückwärtskompatibel war und störungsarme Farbwiedergabe ohne Moiré ermöglichte. Die exakte Synchronisation zwischen Chrominanz und Luminanz (und natürlcih Ton, um beim Thema zu blieben 😉 ist der Schlüssel, um sichtbare Störmuster (Schwebungen, Moiré-Effekte) zu vermeiden. Hierfür musste das Frequenzverhältnis ganz genau passen. Da sich dieses Verhältnis mit der ursprünglich starren 30-Hz-Bildrate nicht einstellen ließ, wurde die Frequenz minimal gesenkt. 15,75 kHz Bildfrequenz * 1000/1001 sind 15,73426 kHz. Nah genug dran für SW-Fernseher. 1575*1000/1001 * (455/2) = 3,579545 MHz, die Farbträgerfrequenz. Mit 999/1000 hätte die Farbträgerfrequenz 450 Hz zu hoch gelegen und der Phasenlagentrick nicht mehr funktioniert, es hätte Moiré gegeben. Die 60 Hz Netzfrequenz hätten übirgens zusätzlich noch dabei gestört, die Farbe dem alten Modell "unterzujubeln". Das man die 30*1000/1001 bzw 24*1000/1001 fps heutzutage leider nicht einfach durch herunterteilen von 16 MHz Systemtakt erzeugen kann, hat die Herren des NTSC damals offenbar nicht interessiert. 🙂 Aber ich kann mich auf 0.000000000004 Hz genau randithern. Die Herren des PAL hatten da einfach mehr Glück mit den Zahlen des Altsystems. (Und verschoben die Farbhilfsträgerphase ja bei jeder neuen Zeile "manuell" um 180°: Phase Alternating Line).

Die 30*1001/1000 (29,97 Halbbilder/s) wurden gewählt, um abwärtskompatibel mit den (30 fps) SW-Fernsehern zu bleiben, und trotzdem die Farbinformationen übertragen zu können, ohne mit Interferenzen aus dem 60Hz Stromnetz rechnen zu müssen. 999/1000 hätte kein harmonisches, interferenzresistentes Ergebnis der Farbträgerfrequenz mit der (bestehenden) Zeilenfrequenz (15,734 kHz) ergeben.

Das stimmt, so eine Mini-Schwankung ist in der Praxis ganz egal. Trotzdem müsste es auch ohne gehen. 🙂

Im Schnee sollte man übrigens immer ne Blende weiter auf machen als die Automatik, bei Dampfloks im Schnee erst recht. Bin gespannt was Du von den Ergebnissen berichtest 🙂

Ah, das hatte ich auch falsch verstanden. Es ist also jede einzelne Renzo-Box handkalibriert. Schöne Sache, wenn das auch bei wechselnden Temperaturen und Alter stabil läuft!

...oder man nimmt eben gleich einen TCXO.

Super. Das beweist, dass Synchronisation in diesem Fall nicht nötig ist, da beide Systeme Quarzgenau (und damit von Haus aus synchron) arbeiten. Das ist die Korrektur der Teiler-Ungenauigkeit. Die mache ich auch, aber nicht einmal pro Minute, sondern laufend (dithering), durch entsprechend anteiliges Umschalten der beiden angrenzenden, jeweils nicht ganz korrekten Teiler. Was dabei aber bleibt, ist die Ungenauigkeit des Quarzes. Der AtMega weiß ja nicht, wann eine tatsächliche Minute um ist. Je nach Quarztoleranz kann eine Minute für ihn ja auch nur tatsächliche 59,9x Sekunden lang sein.

Absolut verständlich, ja. 🙂 Du verwendest ja vermutlich auch eine Timer1 Konfiguration, oder? Das Runterteilen von 16 MHz ist halt nicht für alle Zielfrequenzen glatt möglich. Diesen Fehler kann man per Software kompensieren. Wenn der Oszillator am ATMega nun z.B. mit 15,999 MHz (30ppm nach unten) oder 16,002 MHz (100 ppm nach oben) läuft, gibt es nach ein paar Minuten ein Einzelbild Versatz. Und ob der Quarz exakt läuft "weiss" die Software ja nicht, daher lässt sich das auch nicht korrigieren... Ich gebe aber zu, dass das in der Praxis meist wohl kaum eine Rolle spielt. I tedeschi pedanti... 😉

Hey Thomas, das ist interessant, dass die B77 auch "ESS kann". Ich dachte, dass sei Elmo-spezifisch. Spielfilmfassungen von digital (mit 29,97... fps produzierten) Filmen gibts auf Super 8 vermutlich nicht, oder doch?

Ciao Renzo, verwendest Du auch einen TCXO in Deiner Box? Mit einem normalen Quarzoszillator wird's eh nicht genauer als drei Nachkommastellen... bei 30 ppm schwankt es schon zwischen 23,9767 Hz und 23,9753 Hz. (Was in der Praxis sicherlich oft nichts ausmacht).

Ich hab gestern Abend auch alle geplanten Frequenzen (inkl. der krummen 24000/1001 fps für NTSC) implementiert bekommen, und zwar mit 0 ppm im Algorithmus. Das heißt jegliche Ungenauigkeit kommt nachher allein vom temperaturkompensierten Quarz (<2.5 ppm). Damit läuft der Projektor dann deutlich genauer als die meisten Quarzuhren. 🙂

Manchmal verharzen auch die Nadellager des Drehspulinstruments, so hört sich das hier an. Leg die Kamera mal ne Stunde auf die Heizung oder bei 40° in den Ofen. Wenn sie dann, erwärmt, wieder funktioniert, kannst du ziemlich sicher sein, dass es so eine Verharzung ist.

(Hab nachgeforscht: Ja, es sind 24000 Bilder in 1001 Sekunden, also "mit Periode".)

Latine loqui non possum, sed motores projectorum crystallis conformare possum. Oder so.

Africola?

Immerhin kann man Bänder mehrfach verwenden. (Was auch ein Nachteil ist, wie viel wurde schon versehentlich überspielt...) Und man muss sie nicht entwickeln.

Ich dachte, es seien 24*(1000/1001) — daher periodisch. Da muss ich noch mal recherchieren, bin da null Experte. Die "29,NTSC" machen keinerlei Sinn, kein Schmalfilm der Welt läuft mit 30fps. NTSC-Ton für eine 24fps-Kopie kann ich mir schon eher denken.

Es wird/ist ein OpenSource Projekt (ist, unfertig, schon auf meinem GitHub). Eine Kleinserie werde ich anbieten (oder auch mehrere, ne Kleinserie fertiger Module werde ich anbieten. Mein Geld verdiene ich woanders. Hobby ist Hobby. Ich will nur Kosten, Handling, Steuern und evtl. einen Mindestlohn-Level Stundensatz abgedeckt sehen. Sagen wir so: Film ist wesentlich teurer. 🙂

Das guck ich mal, wenn er fertig ist. Die F&E-Arbeitszeit bezahlt einem ja sowieso kein Mensch 🙂

Gibt es hier irgendeinen Standard, mit welchem Abstand akustische Piepser ggf Projektoren starten sollten? Und ggf auch irgendeine bestimmte Signalform/Frequenz für solche Piepser? Bei diesem Film zum Beispiel kommt der Pieps exakt parallel mit einem Streifenmuster-Bild. Das hätte ich jetzt mal als Startmarke interpretiert...

So. Mein erstes Ziel ist es ja, mit so wenig Invasivität wie möglich auszukommen. Das Minimum was ich brauche ist Strom (GND und VCC sind an der Motorreglerplatine gutzugänglich und werden von dort abgegriffen) Pin 4 vom TCA955, der auf der Reglerplatine als "Testpunkt M" herausgeführt ist. Hier kann man einfach ein Kabel aufstecken. Von dort arbeite ich die Impulse der Motorwelle auf (12 Impulse pro Umdrehung) Pin 6-7-8 (sind zusammengeschaltet). Hier kann ich eine geringe Spannung überlagern, die den Sollwert des TC955 beeinflusst und somit den Motor regelt. An diesen Kontakt muss man ein (einzelnes) Kabel anklemmen — durch die große Kontaktfläche kein großes Problem. Die "Version 1" soll einfach, ganz UI-los, für quarzstabilen Betrieb sorgen. Eine Herausforderung ist (bzw. war), dass die zu überlagernden Spannungen für eine Solldrehzahl sich sehr unterscheiden, je nachdem ob der Projektor auf 18 oder 24 fps gestellt ist. Da ich mit obigen Verbindungen auskommen will, brauchte ich also erstmal etwas Logik, die schnell die eingestellte Drehzahl (ohne Regelung) bestimmt. Dazu ermittle ich jeweils den Median des Abstands von 12 Impulsen (eine Motorwellenumdrehung). Da der TCA955 beim Anlauf naturgemäß etwas schwingt, brauche ich ein paar solcher Samples, bis ich sicher genug die Geschwindigkeits-Schalterstellung ableiten kann. Im Zeitverlauf sieht das so aus: Langer Rede, kurzer Sinn: Nach i.d.R. 48 Impulsen (also vier Einzelbildern) kenne ich die eingestellte Projektorfrequenz und kann losregeln. Je nach Projektorzustand (Schmierung, Temepratur, etc) kann es auch mal 5 oder 6 statt 4 Einzelbildern dauern — macht aber nix, denn ich zähle die Impulse ab Beginn mit. Es ist in der Praxis ja auch völlig egal, ob die erstem 4 oder 6 Bilder schon gequarzt laufen oder nicht — Hauptsache, der Quarz stimmt dann schnell und smooth ein. Kurz: Nach 4-6 Bildern starte ich den TCXO-Timer und weiss dann auch genau, wieviele Impulse schon reingekommen sind, so entsteht kein Versatz. Um den gesamten Frequenzbereich des Bauers von ca. 9 bis 34 fps zu regeln, benötige ich eine Steuerspannung von nur 0,7 bis 1,75 Volt. Ein Volt ist nicht viel. Um präzise genug regeln zu können, verwende ich einen DAC (Digital-Analog-Converter) der 12 Bit Auflösung hat. Damit habe ich 4096 Regelstufen über den gesamten Bereich. Ein invertierenden OpAmp (Rail to Rail LMC6482AIN, ein rauscharmes und präzises Modell) mact aus den 0-5V des µC dann exakt die benötigten 0,7 bis 1,75 Volt. Hier stellte sich heraus, dass Steckbrett-Aufbauten nicht sonderlich gut für Spannungen im mV-Bereich sind — erst mit ordentlich verlöteter Elektronik kam ich zum Ziel: Sobald ich die Schalterposition des Bauers ermittelt habe, schmeiss ich den passenden Timer für 18 bzw. 24 fps an. Für eine ausreichende Regelgenauigkeit zähle ich alle (12) Impulse der Motorwelle, daher braucht mien Referenzsignal 18x12 bzw 24x12 Hz, also 216 bzw. 288 Hz. Da sich diese nicht ganz exakt aus 16 MHz des TCXO runterteilen lassen (und ich Perfektionist bin), "dithere" ich, schalte also anteilig so zwischen je zwei Timer-Konfigurationen um, dass pro Umdrehung der Motorwelle exakt 216 bzw. 224 Hz herauskommen. So liegt sämtliche Ungenauigkeit des Systems beim TCXO (2.5ppm Abweichung maximal, also maximal ein Einzelbild Abweichung nach > 6 Stunden Projektion). Das System vergleicht laufend die Gesamt-Impulsdifferenz von Motorwelle und Quarz und füttert diese Differenz in einen PID-Regler. Dessen Tuning war (wie immer) eine etwas zeitaufwendigere Sache, denn der Projektor soll sanft nachregeln, aber muss auch schnell reagieren, ohne dabei zu schwingen. Etwas festgebissen habe ich mich dabei im (zugegebenermaßen eher unwichtigen) Umstand, dass der Nutzer ja während des gequarzten Betriebs den Geschwindigkeitsschalter des Bauer umlegen kann, was eine erhebliche Nachregelung erfordert. Auch erschwerdend war, dass der TCA955 selber ein Regler ist, und kaskadierte Regler gern zum Schwingen neigen. Jetzt läuft der Regler nach einigen Kniffen aber prima — auch beim harten Umschalten von 18 auf 24 (oder andersrum) hat er nur ganz kurz 1-2 Bilder Versatz und ist nach weniger als einer halben Sekunde wieder Bildgenau "gelockt". Zwei hilfreiche Ansätze waren hier PID-Berechungen mit doppelter Bildrate (quasi Nyquist) und vor allem eine adaptive PID, die ihre Parameter je nach Fehlerbetrag angleicht. Was noch fehlt: Ein "Auskoppeln" der Quarzung — ich muss meine überlagerte Steuerspannung noch elektronisch ganz "abklemmen" können, damit der Projektor "wie ohne Regelung" läuft +/- Knöpfe um manuell Bildversatz korrigieren zu können Eine Auswahlmöglichkeit anderer, spezifischer Frequenzen. Neben dem oben beschriebenenn "Auto" Betrieb für 18/24 dachet ich noch an 16 2/3, 23.9̅7̅6̅0̅2̅3̅ (NTSC), 25 und evtl. 29.970̅0̅2̅9̅9̅7̅ (NTSC). Ein kleines Display zur Bedienung (und zum Anzeigen der Ist-Bildrate, auch ungeregelt) Die Punkte 2-4 sollen optional sein — also ohne Display oder +/- Knöpfe hat man dann immer noch die "Auto" Funktionalität. Spätestens für ESS ("V3") wid dann aber eh ein Display sehr vorteilhaft sein. Zur Diskussion stellen möchte ich gern die möglichen Zielfrequenzen. Da die nur wenig Konfigurationsaufwand sind, bereiten die kein Kopfzerbrechen, aber wenn sie kein Mensch bruacht, muss ich sie auch nicht einbauen. 16 2/3 könnte praktisch sein zum "quick und dirty abfilmen". 25 könnte praktisch sein, wenn man Ton einer 25 fps-DVD verwenden will, die entsprechend schnelelr läuft als die 24 fps Filmkopie. Aber machen die NTSC-Frequenzen überhaupt Sinn? Oder übersehe ich noch andere praktische Bildraten? 🙂

Sehr schöne Einblicke! Und ich mag ja solche "Lego-Lösungen" sehr, die bestehendes Material zweckentfremden. Mein Ziel ist aber eine Lösung, die so wenig externe Technik wie möglich mitbringt und so einfach wie möglich einzubauen ist. Mal sehen, wo ich lande. Vielleicht bringe ich nachher mal einen Zwischenstand.

Ein schönes Stück Geschichte. Danke, Thomas 🙂

Nein, den TCA820A gibt's nicht mehr... aber zig moderne Alternativen. Man könnte ein Triac per Optokoppler zünden, aber es bräuchte noch einen Nulldurchgangsdetektor. Und nicht alle Trafos mögen sekundärseitigen Phasenanschnitt... ich würde dann vielelicht doch eher auf MOSFET und PWM setzen — wenn es Wechselstrom bleiben soll, ggf mit zusätzlicher H-Brücke. (Aber das kommt alles später.) Da geht auch viel weniger Wärme raus. Aber das ist alles Zukunftsmusik 🙂 (Und schön, wie Du den Kabelstrang vernäht hast! Wie so ein Stück gerissenen Film!)