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Was diese Seite anspricht

Komplexe Anzeigesysteme werden häufig anhand der in einem Projekt verwendeten Produktkategorien diskutiert: Medienserver, Projektoren, LED-Steuerungen, Videowandprozessoren, Matrixumschalter oder Anzeigegeräte.

Diese Kategorien sind zwar nützlich, erklären aber nicht immer, wo die Verantwortung für das Bild tatsächlich liegt.

Diese Seite befasst sich mit einem bestimmten Teil der Anzeigekette: der bildseitigen Bildverarbeitung.

Unter „ausgangsseitiger Bildverarbeitung“ versteht man die Arbeitsschritte, die stattfinden, nachdem Bildquellen oder Inhaltsbereiche bereits vorhanden sind, aber bevor das Bild die endgültigen Anzeigegeräte erreicht. Es handelt sich dabei nicht um die Erstellung von Inhalten. Es handelt sich nicht um die AV-over-IP-Verteilung. Es handelt sich nicht um das Routing von Rundfunksignalen. Es handelt sich nicht um die Installation von Projektoren.

Die Verarbeitungsverantwortung bestimmt, wie Bilder zusammengesetzt, aufgeteilt, formatiert, abgebildet, korrigiert, synchronisiert und auf reale Anzeigeflächen übertragen werden.

Warum es die ausgangsseitige Verarbeitung gibt

In einem einfachen Anzeigesystem kann eine Quelle einen Bildschirm direkt ansteuern. Die Beziehung zwischen Quelle, Bild und Anzeige ist unkompliziert.

In einem komplexen Anzeigesystem ändert sich diese Beziehung.

Ein einzelner Inhaltsbereich muss unter Umständen über mehrere Projektoren hinweg dargestellt werden. Eine breite Anzeigefläche erfordert möglicherweise mehrere Ausgabekanäle. Eine gekrümmte Projektionsfläche erfordert möglicherweise eine geometrische Korrektur. Eine Direct-View-LED-Wand benötigt möglicherweise eine nicht standardmäßige Ausgabeauflösung. Ein 3D-Visualisierungssystem erfordert möglicherweise ein gesteuertes Signalverhalten für das linke und rechte Auge. Eine Multiview-Anzeige benötigt möglicherweise mehrere Live-Quellen, die innerhalb eines physischen Anzeigebereichs angeordnet sind.

In diesen Fällen benötigt das System nicht nur ein gültiges Quellsignal.

Es bedarf einer klar definierten Beziehung zwischen Bildquellen, Anzeigebereich, Ausgabekanälen und dem physischen Anzeigebereich.

Diese Beziehung entsteht durch Bildverarbeitung auf der Ausgabeseite.

Die Grenze zwischen Inhalt, Verarbeitung und Darstellung

Ein komplexes Anzeigesystem lässt sich anhand von drei verschiedenen Aufgabenbereichen verstehen.

Das Inhalts- oder Wiedergabesystem erzeugt Bildmaterial. Es kann Bildquellen darstellen, wiedergeben oder umschalten. Seine Aufgabe besteht darin, die Bildinhalte oder Quellsignale bereitzustellen.

Die Anzeigegeräte wandeln empfangene Signale in sichtbare Bilder um. Zu diesem Teil des Systems gehören Projektoren, LED-Wände, Monitore und Anzeigetafeln. Ihre Aufgabe ist die optische oder pixelbasierte Wiedergabe.

Zwischen diesen beiden Aufgabenbereichen liegt die ausgangsseitige Bildverarbeitung.

Diese Ebene legt nicht fest, wie der Inhalt aussehen soll. Sie ersetzt nicht das Anzeigegerät. Sie definiert, wie eine oder mehrere Bildquellen für die Anzeigefläche aufbereitet werden.

Diese Vorbereitung kann die Zusammenstellung der Anzeigebereiche, das Aufteilen von Bildern, das Zuschneiden, die Skalierung, die Geometriekorrektur, die Behandlung von Überlappungen, die EDID-Steuerung, das Ausgabetiming, die Synchronisation sowie die Festlegung des Ausgabeformats umfassen.

Zwei Workflows für die nachgelagerte Verarbeitung

Die bildseitige Bildverarbeitung kann in zwei miteinander verbundenen Arbeitsabläufen vorkommen.

Im ersten Workflow ist die Inhaltsfläche bereits vorhanden, bevor sie die Verarbeitungsphase erreicht. Die Aufgabe der Verarbeitung besteht darin, diese Fläche auf eine oder mehrere physische Anzeigeflächen abzubilden.

Dies ist bei Mehrprojektorsystemen, Edge-Blending-Umgebungen, LED-Wänden, Simulationsräumen und Videowand-Anwendungen üblich. Die wichtigsten Fragen lauten: Wie wird die Bildfläche aufgeteilt, wie wird jeder Ausgabekanal definiert, wie wird die Geometrie korrigiert, wie wird mit Überlappungen umgegangen und wie wird das endgültige Bild an die Anzeigefläche angepasst?.

Im zweiten Workflow wird die Anzeigefläche innerhalb der Verarbeitungsphase erstellt. Möglicherweise müssen mehrere Live-Quellen angeordnet, übereinandergelegt, zugeschnitten, umgeschaltet oder als eine einzige, gesteuerte Ausgabefläche abgerufen werden.

Dies ist üblich bei Multiview-Displays, Präsentationsumgebungen, Überwachungssystemen, medizinischen Visualisierungsräumen, LED-Display-Anwendungen sowie in Räumen, in denen mehrere Live-Signale gemeinsam auf einem oder zwei Ausgabedisplays angezeigt werden müssen.

Beide Arbeitsabläufe gehören zur ausgabeseitigen Bildverarbeitung.

Der Unterschied liegt in der Art der Verantwortung, die übernommen wird.

Der erste Workflow ordnet eine vorhandene Arbeitsfläche einer physischen Display-Topologie zu.

Der zweite Workflow fasst mehrere Quellen vor der endgültigen Ausgabe zu einer kontrollierten Anzeigefläche zusammen.

Ausgabezuordnung und physikalische Anzeigetopologie

Wenn eine Inhalts- oder zusammengesetzte Anzeigefläche auf mehrere Anzeigekanäle verteilt werden muss, ändert sich die Zuständigkeit.

In der Verarbeitungsphase muss festgelegt werden, wie das Bild der physikalischen Anzeigetopologie entspricht.

Dazu gehören Fragen wie:

Welcher Teil des Bildes gehört zu welcher Ausgabe?

Sollten benachbarte Ausgänge einen gemeinsamen Überlappungsbereich aufweisen?

Benötigt die Quelle eine bestimmte EDID, um das erforderliche Signal zu erzeugen?

Sollte für jede Ausgabe eine Standardauflösung oder eine benutzerdefinierte Auflösung verwendet werden?

Muss das Bild geometrisch korrigiert werden, bevor es das Anzeigegerät erreicht?

Müssen mehrere Ausgänge zeitlich aufeinander abgestimmt sein?

Benötigt das System eine RGB-4:4:4-Ausgabe, um Bilddetails und Farbstrukturen zu erhalten?

Das sind keine isolierten Merkmale. Es handelt sich um miteinander verbundene Aufgabenbereiche.

Das Zuschneiden wirkt sich auf die Ausgabezuordnung aus. Die Ausgabezuordnung wirkt sich auf die Geometrie aus. Die Geometrie wirkt sich auf die Überblendung aus. Die EDID wirkt sich auf das von der Quelle erzeugte Signal aus. Das Ausgabetiming bestimmt, ob sich mehrere Kanäle wie eine einzige Anzeigefläche verhalten.

Aus diesem Grund sollte die ausgangsseitige Bildverarbeitung als eine Systemaufgabe verstanden werden und nicht nur als eine Auflistung von Funktionen.

Zusammensetzung der Anzeigefläche

Die Zusammensetzung der Anzeigefläche beschreibt die Verarbeitungsaufgabe, mehrere Quellen zu einem definierten Ausgabebild zusammenzufügen.

Dazu können die Positionierung von Fenstern, die Skalierung von Quellen, das Zuschneiden, die Überlagerung, die Alpha-Mischung, Hintergrundbilder, das Übergangsverhalten, nahtloses Umschalten und das Abrufen von Profilen gehören.

In diesem Workflow besteht die Verarbeitungsphase nicht nur darin, eine fertige Leinwand weiterzureichen, sondern darin, die Anzeige-Leinwand aus mehreren Quellen zu erstellen.

Das Ergebnis kann direkt an eine Anzeige gesendet werden oder als Eingabe für den Workflow der Ausgabezuordnung und der physikalischen Anzeigetopologie dienen, der sich mit Geometrie, Slicing, Kantenüberblendung oder benutzerdefinierter Ausgabezuordnung befasst.

Diese Unterscheidung ist wichtig.

Die Zusammensetzung der Anzeigefläche ist nicht dasselbe wie die Ausrichtung des Projektors oder die Korrektur der physikalischen Anzeigetopologie. Sie legt fest, wie aus mehreren Quellen ein einheitliches, gesteuertes Bildlayout entsteht.

Die ausgangsseitige Verarbeitung ist kein generischer Signalfluss

Der Begriff „Signalfluss“ kann hilfreich sein, um zu verdeutlichen, wo eine Zuständigkeit liegt, ist jedoch als Definition für diese Arbeit zu weit gefasst.

Bei der ausgangsseitigen Bildverarbeitung geht es nicht in erster Linie darum, Signale von einem Ort zum anderen zu übertragen. Sie ist nicht mit der AV-over-IP-Übertragung, dem SDI-Routing, der KVM-Infrastruktur oder der Signalverteilung im Kontrollraum gleichzusetzen.

Im Mittelpunkt steht das Bild selbst.

Es geht nicht nur darum, wohin das Signal gelangt, sondern auch darum, wie das Bild aussehen muss, bevor es auf dem Bildschirm angezeigt wird. Die Bildverarbeitung auf der Ausgabeseite definiert die Beziehungen zwischen Quellen, Leinwand, Ausgabekanälen und physischen Anzeigeflächen.

Bildqualität als Aufgabe der Bildverarbeitung

Bei der ausgangsseitigen Verarbeitung geht es nicht nur um Geometrie, Kanalzuordnung oder Quellenanordnung. Sie wirkt sich auch auf die Bildqualität aus.

Bei professionellen Display-Anwendungen muss die Bildstruktur häufig über den gesamten Verarbeitungsprozess hinweg erhalten bleiben. Feine Details, Text, medizinische Bilder, Simulationsgrafiken, Kamerabilder und hochauflösende visuelle Inhalte können durch Komprimierung, Chroma-Subsampling, Skalierungsverhalten oder Formatkonvertierung beeinträchtigt werden.

Aus diesem Grund ist die unkomprimierte RGB-4:4:4-Ausgabe nicht nur eine Spezifikation. Sie ist Teil der Verarbeitungsgrenze.

Wenn auf der Ausgangsseite ein RGB-4:4:4-Videosignal beibehalten wird, erhält das Display die vollständigen Farbinformationen für jedes Pixel. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn Bildschärfe, Farbstruktur und feine Bilddetails auch nach der Verarbeitung vorhersehbar bleiben müssen.

In diesem Zusammenhang ist die Bildqualität keine allgemeine Aussage. Sie ergibt sich daraus, wie das Bild im Verlauf der Verarbeitungskette behandelt wird.

Wo dies von Bedeutung ist

Die ausgangsseitige Bildverarbeitung kommt zum Tragen, wenn die Anzeigeumgebung nicht als ein gewöhnlicher Bildschirm betrachtet werden kann, der ein gewöhnliches Signal empfängt.

Zu den typischen Anwendungsfällen zählen Mehrprojektorsysteme, Edge-Blending-Umgebungen, gekrümmte Projektionsflächen, LED-Wände mit benutzerdefinierten Pixelabmessungen, Videowände mit mehreren Displays, 3D-Visualisierungssysteme, Simulationsräume, Multiview-Überwachungsdisplays sowie Präsentationsumgebungen mit mehreren Live-Quellen.

Diese Systeme können unterschiedliche Wiedergabetools und unterschiedliche Anzeigegeräte verwenden. Bei einigen erfolgt ein Teil der Verarbeitung in der Software. Andere nutzen Funktionen auf der Anzeigeseite. Wieder andere greifen auf spezielle Hardware zur Verarbeitung zurück.

Auf dieser Seite wird nicht behauptet, dass ein bestimmter Arbeitsablauf immer der richtige ist.

Es definiert einen bestimmten Ansatz: Die Verantwortlichkeiten für die Bildausgabe werden in einer kontrollierten Verarbeitungsstufe zwischen den Bildquellen und der Anzeigeausgabe gebündelt.

Warum diese Verantwortung ausdrücklich festgelegt werden sollte

Viele Anzeigesysteme funktionieren auch dann, wenn die Bildverarbeitung auf verschiedene Geräte verteilt ist.

Wenn ein System jedoch größer oder spezialisierter wird, ist es sinnvoll, diese Zuständigkeiten explizit festzulegen.

Wo wird die Anzeigefläche erstellt?

Wo wird das Bild zerschnitten?

Wo wird die Ausgabeauflösung festgelegt?

Wo wird die EDID gesteuert?

Wo wird die Geometrie gespeichert?

Wo werden Überlappungen behandelt?

Wo wird die Taktung stabilisiert?

Wo wird das Bildformat beibehalten?

Diese Fragen helfen dabei, die Verantwortung für den Inhalt von der Verantwortung für die Darstellung zu trennen. Außerdem lassen sich dadurch leichter nachvollziehen, welcher Teil des Systems die Beziehungen zwischen Bildquellen, Darstellungsfläche, Ausgabekanälen und physischem Anzeigebereich steuert.

Inwiefern dies mit der technischen Ebene zusammenhängt

In der MatrixWorks-Wissensstruktur ist die „Technische Ebene“ keine Produktkategorie. Es handelt sich vielmehr um eine Möglichkeit, die Zuständigkeiten auf Systemebene zwischen Quellen und Anzeigegeräten zu beschreiben.

Die bildseitige Bildverarbeitung ist eine der eindeutigsten Möglichkeiten, diese Verantwortung zu definieren.

Darin wird erläutert, warum bestimmte Aufgaben gemeinsam betrachtet werden sollten: Zusammensetzung der Anzeigefläche, Bildaufteilung, Ausgabetoewordung, benutzerdefinierte Auflösung, EDID, Geometrie, Verzerrung, Kantenüberblendung und Synchronisation der Ausgänge auf Frame-Ebene.

Diese Aufgaben mögen zwar als separate Funktionen erscheinen, doch in einem komplexen Anzeigesystem beschreiben sie oft miteinander verbundene Phasen derselben Aufgabe:

wie aus einer oder mehreren Bildquellen ein gesteuertes Bild auf einer oder mehreren realen Anzeigeflächen entsteht.

Zusammenfassung

Die ausgangsseitige Bildverarbeitung umfasst alle Verarbeitungsschritte zwischen den Bildquellen und der Anzeigeausgabe. Sie legt fest, wie Quellen oder Inhaltsbereiche zusammengesetzt, aufgeteilt, zugeordnet, formatiert, korrigiert, synchronisiert und an die tatsächlichen Anzeigeflächen übermittelt werden. Sie unterscheidet sich von der allgemeinen Signalverteilung, dem AV-over-IP-Transport, dem Rendering durch Medienserver, dem Broadcast-Routing oder der Projektorinstallation. In komplexen Anzeigesystemen kann die ausgangsseitige Bildverarbeitung die Zusammensetzung von Anzeigebereichen, das Zerschneiden von Bildern, Geometriekorrekturen, Edge-Blending, EDID-Steuerung, benutzerdefinierte Ausgabeauflösungen, das Timing der Ausgabe, Synchronisation sowie die unkomprimierte RGB-4:4:4-Videoausgabe umfassen.