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Digitale Tonformate, Samplingfrequenzen und Frames per secon


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[Edit byT-J: abgetrennt aus folgendem Thread] http://forum.filmvorfuehrer.de/viewtopic.php?t=12802&sid=7a57451bda35fd4da3592869bc621caf

 

Und wenn halt anspruchsvolle Musik auf Menschen mit absotuten Gehör trifft, gibt es ein Problem.

 

:lol:

Oh, klar. Eine Vorgabe zur Verhinderung von Iriritationen der Zuschauer mit absolutem Gehör, der unbedingt Folge zu leisten ist.

Aber mal ne andere Frage. Nehmen wir an, die DD Tonspur (mit üblichen 48 kHz fs) ist auf 25 B/s "einbelichtet" worden und man spielt den Film nun mit 24 B/s ab, dann dürfte der Ton vom Film doch mit 46,08 kHz zum Dekoder laufen. Gibts denn da keine Störungen, fängt der Dekoder das ab, zw. gibt er das einfach "tiefer" wieder, oder erzeugt er dann immer wieder Aussetzer?

Ich meine, wenn man ein analoges Tonbandgerät, oder einen Plattenspieler bremst, dann passiert ja nicht viel, außer dass eben die Töne tiefer und langsamer wiedergegeben werden. Macht man dergleichen bei einem konventionellen CD-Player gibts Aussetzer, da der Wandler die Daten in korrekter Geschwindigkeit ausgibt, sie aber nicht in der Geschwindigkeit hineinkommen.

 

Wie funktioniert das denn bei den Projektoren und Dekodern? Kommen die mit abweichenden Geschwindigkeiten der Datenanlieferung zurecht?

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Grundsätzlich wird von den Decodern eine interne Referenz-Samplingfrequenz generiert, primär um festzustellen, ob die ankommenden Daten in etwa die geforderte Samplingfrequenz haben. Die ankommenden Daten werden im praktischen Anwendungsfall nie die geforderten 48 kHz exakt einhalten. Nun kann man hergehen und eine PLL implementieren, die sich an der Samplingfrequenz der eingehenden Daten orientiert und eine Schaltung, die ab einer gewissen Barrierenfrequenz oben und unten die Ausgabe von Audio unterbindet. So gibt man die Daten immer mit der ankommenden Samplingfrequenz aus (eine gewisse Trägheit der PLL noch weggerechnet...). Diese Methode kann aber nur für analoge Ausgabe angewendet werden. Soll das ausgehende Signal immer die nominelle Samplingfrequenz haben, so muss das eingehende Datensignal aufbereitet werden und auf die geforderte Datenrate "umgebogen" werden. Dies geschieht im einfachen Fall durch weglassen oder wiederholen eines Samples, im aufändigeren Fall kann man um weggelassene Samples herum oder für hinzugefügte Samples das Interpolationsverfahren anwenden. Bis zu ein paar Prozent merkt man den Unterschied durch dieses Prozedere nicht, irgendwann wird es dann aber unschön und man bräuchte dann einen Samplingrate Converter, die sind aber erheblich aufwändiger als das oben beschriebene Verfahren.

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dito. Bei mechanischen Filmprojektoren musste Dolby von vorneherein eine relativ große Toleranzfähigkeit einbauen, damit das System überhaupt zuverlässig funktioniert, nicht nur gegen absolut abweichende Bildfrequenzen, sondern auch gegen Schwankungen. Die Dolby-Abtastung erfolgt ja im kontinuierlichen Bereich des Filmtransportes.

Die genauen Toleranzen kenne ich nicht, aber die dürften in der Praxis deutlich über ein Bild/s hinausgehen, vermutlich gehen sogar 30fps.

Kann man mit nem 'handgezogenen' SR-D Streifen ja mal ausprobieren ;-)

 

- Carsten

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Die Toleranz bei SR-D ist meines Wissens recht gross. Ob sie bis 30 fps hoch geht, das weiss ich nicht, aber ich vermute es müssten +/- 2 Bilder drin liegen, denn SRD funktioniert ja auch auf einer MEO 5X problemlos und die läuft, wenn sie kalt ist, etwas unter 24 Bilder, wenn sie heiss ist knapp bei 25 Bilder. Mal sehen, ob ich hierzu noch etwas nähere Infos finde.

Bei DTS ist die Toleranz soweit ich weiss etwas enger wie bei SR-D, das steht irgendwo in einer Tech-Note von DTS.

 

Einen Filmstreifen per Hand durch den Reader ziehen, das habe ich bei SDDS mal versucht. Mehr als eine ab und zu blinkende "DATA PRESENT" LED habe ich aber nicht zustande gebracht. Da könnte man doch mal so eine Kinoton FP38EC zweckentfremden ;)

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SDDS bietet neben dem vom Film gelieferten Takt eine auf der Spur eincodierte Zeitreferenz, sowie den internen Wandlertakt, womit die Tonhöhe im Bereich > +/- 1 Bild eingehalten werden kann.

Bei SRD wird i.W. der vom Film gelieferte Takt benutzt, womit Wiedergabe in einem sehr großen Bereich um die Nennfrequenz möglich ist, aber Tonhöhenschwankungen gegenüber 48 kHz auftreten, d.h. ein Verhalten, wie Analog vorliegt.

LKetzterers ist aber eigentlich bei digitaler Wiedergabe nicht erwünscht.

 

St

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........., zum anderen ist die Tonwiedergabe etwas zu tief.
Und wenn halt anspruchsvolle Musik auf Menschen mit absotuten Gehör trifft, gibt es ein Problem.

Schon mal bedacht, dass sich dabei der Stimmklang verändert?

Ich habe mich immer wieder gewundert, welche hellen Stimmchen Thomas Gottschalk und Mike Krüger hatten, wenn irgendein "Supernasen"-Film im TV lief, um mal ein Beispiel zu nennen.

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@Stefan2

Wie geschieht das Einhalten der Tonhöhe bei SDDS eigentlich? Wird das das von mir beschriebene einfache Verfahren angewendet oder wird hier DSP basiert ein Frequency Shifting ähnlich einem Harmonizer/Vocoder? Genügend DSP Power wäre ja vorhanden, wie das Bild hier beweist:

 

DSC01032.sized.jpg

 

@RF-Musiker

Jetzt wo du das erwähnst, erinnere ich mich wieder daran, als ich mich gefragt habe, ob Gottschalk früher eine hellere Stimme hatte, als wir am gleichen Abend einen solchen Film und "Wetten, dass...?" geschaut haben!

 

@MOD

Wollen wir nicht diese Beiträge zu digitalen Tonsystemen und Samplingfrequenzen in einen eigenen Technikthread umposten?

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@RF-Musiker

Jetzt wo du das erwähnst, erinnere ich mich wieder daran, als ich mich gefragt habe, ob Gottschalk früher eine hellere Stimme hatte, als wir am gleichen Abend einen solchen Film und "Wetten, dass...?" geschaut haben!

Soweit ich weiß, waren Mike Krüger und Thomas Gottschalk schon vor den Filmen im TV zu sehen und zu hören und das 1 Bild mehr pro Sekunde verändert den Klangcharakter, wahrscheinlich mehr, als wenn man den Film 1 Bild pro Sekunde langsamer laufen lässt.

Bei "Seitenstechen" hatte ich im Kino nicht den Eindruck, dass Krüger anders klingt, bei "Die Einsteiger" aber schon.

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Die genauen Toleranzen kenne ich nicht, aber die dürften in der Praxis deutlich über ein Bild/s hinausgehen, vermutlich gehen sogar 30fps.

Kann man mit nem 'handgezogenen' SR-D Streifen ja mal ausprobieren ;-)

 

- Carsten

schon vor längeren mal ausprobiert, bei 30fps steigt unser DA 20 aus... bei 25fps geht es noch ohne Probs.

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Also, meinst Du mehrere Threads zusammenfügen? Das gibt die Forensoftware nicht her.

 

Einen Teil der Posts abtrennen und dem neuen Thread einen anderen Titel zu geben, das wäre machbar.

 

Erstmal in den Bereich Technik verschoben.

 

Eher, die Beiträge in diesem Thread abtrennen, die nicht direkt mit dem Schlämmer-Film zu tun haben, sondern mit digitalen Tonsystemen und deren Samplingfrequenzen. Wär mal so ein Vorschlag von mir...

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SDDS bietet neben dem vom Film gelieferten Takt eine auf der Spur eincodierte Zeitreferenz, sowie den internen Wandlertakt, womit die Tonhöhe im Bereich > +/- 1 Bild eingehalten werden kann.

 

St

 

Auch SDDS ändert sich in der Tonhöhe. Ein interner Takt könnte zwar für ein stabiles 24fps-Auslesen der Daten aus einem Puffer sorgen. Damit würde aber der Ton asynchron werden, denn das Bild läuft ja nun mal mit 25fps. Sobald Daten schneller ausgelesen werden, ändert sich die Tonhöhe (siehe CD). Ein Beibehalten der Tonhöhe ist nur mit Hilfe eines Pitch Shifters möglich - und diese Tonhöhenkorrektur ist generell artefaktebehaftet.

 

Toni

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Auch SDDS ändert sich in der Tonhöhe. Ein interner Takt könnte zwar für ein stabiles 24fps-Auslesen der Daten aus einem Puffer sorgen. Damit würde aber der Ton asynchron werden, denn das Bild läuft ja nun mal mit 25fps. Sobald Daten schneller ausgelesen werden, ändert sich die Tonhöhe (siehe CD). Ein Beibehalten der Tonhöhe ist nur mit Hilfe eines Pitch Shifters möglich - und diese Tonhöhenkorrektur ist generell artefaktebehaftet.

 

Toni

 

Natürlich ändert sich die Tonhöhe auch bei SDDS, jedoch kann sie in einem Bereich von +/- 1 Bild einigermassen eingehalten werden.

Dass Pitch Shifters Artefakte haben, ist klar, aber gerade neulich hatte ich einen Harmonizer in der Hand (eigentlich ja nichts anderes, als ein steuerbarer, aufgeblasener Pitch Shifter) und der tönte echt genial. Artefakte hörte man, wenn man grössere Tonhöhenverschiebungen machen will. Stefan2 weiss möglicherweise genauer, wie das genau funktioniert. Ich habe es leider noch nicht so ganz herausgefunden ^^

Man kann die Tonhöhe ja auch konstant halten, indem man Samples mit Nominaltakt ausgibt und Lücken oder Überlappungen aufwändig interpoliert. Das kann man wunderbar in einem FPGA machen (davon gibts ja genug im DFP2000 ;) )

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Natürlich ändert sich die Tonhöhe auch bei SDDS, jedoch kann sie in einem Bereich von +/- 1 Bild einigermassen eingehalten werden.

 

+/-1 Bild heisst 4% und diese Tonhöhenverschiebung hört man - wie auch in anderen Tonformaten.

 

Dass Pitch Shifters Artefakte haben, ist klar, aber gerade neulich hatte ich einen Harmonizer in der Hand (eigentlich ja nichts anderes, als ein steuerbarer, aufgeblasener Pitch Shifter) und der tönte echt genial. Artefakte hörte man, wenn man grössere Tonhöhenverschiebungen machen will.

 

Ob Artefakte auftreten ist sehr vom Programm abhängig. Bei Dialog funktionierts in der Regel gut, schwieriger wird es bei bestimmten Musiken - auch schon bei 4%.

 

Man kann die Tonhöhe ja auch konstant halten, indem man Samples mit Nominaltakt ausgibt und Lücken oder Überlappungen aufwändig interpoliert.

 

Genau so funktioniert Tonhöhenkorrektur bei Beschleunigung der Laufgeschwindigkeit, also Heruntersetzen der Tonhöhe, weil zusätzliche Samples zwischen die bestehenden interpoliert werden müssen. In Echtzeit ist das nach wie vor schwierig - die guten Algotithmen machen das entweder offline oder mit deutlicher Latenz.

 

Toni

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Auch SDDS ändert sich in der Tonhöhe. Ein interner Takt könnte zwar für ein stabiles 24fps-Auslesen der Daten aus einem Puffer sorgen. Damit würde aber der Ton asynchron werden, denn das Bild läuft ja nun mal mit 25fps. Sobald Daten schneller ausgelesen werden, ändert sich die Tonhöhe (siehe CD). Ein Beibehalten der Tonhöhe ist nur mit Hilfe eines Pitch Shifters möglich - und diese Tonhöhenkorrektur ist generell artefaktebehaftet.

 

Toni

 

Natürlich ändert sich die Tonhöhe auch bei SDDS, jedoch kann sie in einem Bereich von +/- 1 Bild einigermassen eingehalten werden.

Dass Pitch Shifters Artefakte haben, ist klar, aber gerade neulich hatte ich einen Harmonizer in der Hand (eigentlich ja nichts anderes, als ein steuerbarer, aufgeblasener Pitch Shifter) und der tönte echt genial. Artefakte hörte man, wenn man grössere Tonhöhenverschiebungen machen will. Stefan2 weiss möglicherweise genauer, wie das genau funktioniert. Ich habe es leider noch nicht so ganz herausgefunden ^^

Man kann die Tonhöhe ja auch konstant halten, indem man Samples mit Nominaltakt ausgibt und Lücken oder Überlappungen aufwändig interpoliert. Das kann man wunderbar in einem FPGA machen (davon gibts ja genug im DFP2000 ;) )

 

Genau dieses pitch shifting durch Einfügen oder Weglassen von Teilen < 30 ms macht SDDS, im Gegensatz zu anderen Systemen. Allerdings begrenzt sich das auf ca 5% um die Nenndrehzahl herum, einer der Gründe, warum z.B. die abtastung bei 25 fps nicht ganz so sicher erfolgt. Zudem leidet die Qualität beim angewandten Verfahren doch etwas.

 

st

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Genau dieses pitch shifting durch Einfügen oder Weglassen von Teilen < 30 ms macht SDDS, im Gegensatz zu anderen Systemen. Allerdings begrenzt sich das auf ca 5% um die Nenndrehzahl herum, einer der Gründe, warum z.B. die abtastung bei 25 fps nicht ganz so sicher erfolgt. Zudem leidet die Qualität beim angewandten Verfahren doch etwas.

 

st

 

Sorry, muss ich bestätigen, hab mich geirrt. Das ist tatsächlich eine Funktion, die im Prozessor aktiviert werden kann. Ich finde es allerdings etwas vermessen von Sony, das unter "Tonhöhenkorrektur" zu verkaufen. Nicht-FFT-basierte Pitch-Verfahren arbeiten mit Blocklängen bis zu etwa 1ms. Die Wiederholung eines Blocks mit der Länge beinahe eines Bildes muss eigentlich zwangsläufig als "Stottern" hörbar sein.

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Es gibt schon seit 10 Jahren ziemlich hochwertige und bezahlbare Pitchshifter und Samplerateconverter, die das in Echtzeit machen.

Faktisch versteckt sich heute in der meisten Soundhardware von Computern sowas ohne dass man es überhaupt noch mitkriegt.

Formantenerhaltende Pitchshifter die auf FFT oder Vocodertechnik basieren benötigt man nur bei sehr starken Frequenzänderungen, im Studiobereich ist sowas heutzutage sehr verbreitet, teilweise als Effekt, teilweise zur Politur intonationsschwacher Sternchen.

 

Bei dem was hier gefragt ist, sind klassische Interpolationsverfahren vollkommen ausreichend.

 

Nur ist eben die Technik, von der wir hier im Kinobetrieb reden sowohl was SDDS als auch SRD angeht, eben auch diese 10 Jahre alt und die werden da einfachere Ansätze gewählt haben, denn im Filmbetrieb sind die Rahmenbedingungen mit 24fps +/-irgendwas im Unterschied zu allgemeinen Anforderungen ja sehr überschaubar.

 

Im Übrigen liegen bei all diesen Tonverfahren die komprimierten Signale ohnehin auf der Codierungsebene schon im Frequenzbereich vor - daher wären schon auf dieser Basis Tonhöhenverschiebungen und Zeitdehnungen trivial, denn Subbandcoding in SRD, SDDS, MP3 & Co SIND faktisch Vocoderverfahren.

 

- Carsten

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Bei dem was hier gefragt ist, sind klassische Interpolationsverfahren vollkommen ausreichend.

 

 

Das Gegenteil ist richtig: Die Heterogenität von Filmmischungen - orchestraler Score, Effekte, Dialog, perkussive Elemente - macht eine Tonhöhenverschiebung viel schwieriger als bei anderen Programmen. Dabei ist es fast gleichgültig, welches Verfahren man wählt. Auch beim Pitchen mit Hilfe von FFT sind Blöcke mit einer Breite von 1000-8000 Samples zusammenzusetzen, was hörbar werden kann.

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Würde mich jetzt fernab der Theorie doch mal interessieren, ob in der Praxis SDDS (oder DTS) die Tonhöhe bei +1 Bild, also bei 25 Bildern/Sekunde, kompensiert oder nicht.

Vielleicht hat ja mal jemand mit FP35E oder mit einer Maschine mit Frequenzumformer 24/25 Bilder die Möglichkeit, das per Testton herauszufinden. Sollte reichen, dafür einen Testton mit jeweils 24 und 25 Bildern/Sek abzuspielen und den via BWR-Kontroll-Lautsprecher im oder im Saal mit einem beliebigen Aufnahmegerät aufzunehmen. Falls es einen Tonhöhenunterschied gibt, würde man den dann auf den Aufnahmen sofort hören.

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Wir reden hier über ein paar Prozentchen Korrektur, das schafft mittlerweile auch bei komplexen Mischungen jeder Student nach einschlägiger Recherche. Das KnowHow zu den Verfahren ist mittlerweile Allgemeingut und fertige Chiplösungen oder IPcores zu Pfennigpreisen zu kaufen.

 

Und wie gesagt, Filmton liegt an der Stelle ohnehin im Frequenzbereich vor und wäre vergleichsweise leicht diesbezüglich zu bearbeiten - wenn man es denn auf dieser Ebene überhaupt für nötig hielte.

 

Großen Aufwand halten die wenigen Produzenten der Hardware aber eben aus den genannten Gründen nicht für nötig, die Klangqualität gerade komplexer Mischungen ist durch die verwendeten Kompressionsverfahren ohnehin schon kompromitiert.

Und das Thema ist jetzt ohnehin durch seit DCI die Marschrichtung vorgibt.

 

- Carsten

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Meine Lösung der Geschwindigkeitsfrage mit einem Pärchen Ernemann-Zeiß-Ikon V war 2001 die Herstellung einer passenden Doppelrillenscheibe. Auf den Motor ebenfalls Doppelrillenscheibe aufgesetzt, Keilriemen drüber und ab ging's mit 24 oder 25. Aufwand zum Drehen eine halbe Stunde, Kosten insgesamt 150 Franken. Störanfälligkeit praktisch Null

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