Kell-Faktor - Kell factor

Bei 0,5 Zyklen / Pixel, der Nyquist-Grenze, hängt die Signalamplitude von der Phase ab, wie durch die drei mittelgrauen Kurven sichtbar wird, bei denen das Signal mit den Pixeln um 90 ° phasenverschoben ist.
Bei 0,33 Zyklen / Pixel, dem 0,66-fachen der Nyquist-Grenze, kann die Amplitude unabhängig von der Phase weitgehend beibehalten werden. Einige Artefakte sind noch sichtbar, aber geringfügig.

Der Kell-Faktor , benannt nach dem RCA- Ingenieur Raymond D. Kell , ist ein Parameter, der verwendet wird, um die Bandbreite eines abgetasteten Bildsignals zu begrenzen, um das Auftreten von Schwebungsfrequenzmustern zu vermeiden , wenn das Bild in einer diskreten Anzeigegerät angezeigt wird, die normalerweise 0,7 beträgt. Die Zahl wurde erstmals 1934 von Raymond D. Kell und seinen Mitarbeitern mit 0,64 gemessen, wurde jedoch mehrfach überarbeitet, da sie auf der Bildwahrnehmung basiert, daher subjektiv ist und nicht unabhängig von der Art der Anzeige ist. Es wurde später auf 0,85 überarbeitet, kann jedoch höher als 0,9 sein, wenn das Scannen mit festen Pixeln (z. B. CCD oder CMOS ) und Anzeigen mit festen Pixeln (z. B. LCD oder Plasma ) verwendet werden, oder nur 0,7 für das Scannen mit Elektronenkanonen .

Aus einer anderen Perspektive definiert der Kell-Faktor die effektive Auflösung eines diskreten Anzeigegeräts, da die volle Auflösung nicht ohne Verschlechterung der Anzeigeerfahrung verwendet werden kann. Die tatsächliche Auflösung der Abtastung hängt von der Punktgröße und der Intensitätsverteilung ab. Bei Elektronenkanonen- Scansystemen weist der Spot normalerweise eine Gaußsche Intensitätsverteilung auf. Bei CCDs ist die Verteilung etwas rechteckig und wird auch durch das Abtastgitter und den Abstand zwischen den Pixeln beeinflusst.

Der Kell-Faktor wird manchmal fälschlicherweise als vorhanden angegeben, um die Auswirkungen des Interlacing zu berücksichtigen. Das Interlacing selbst hat keinen Einfluss auf den Kell-Faktor. Da Interlaced-Videos in der vertikalen Dimension tiefpassgefiltert (dh unscharf) sein müssen, um räumlich-zeitliches Aliasing (dh Flackereffekte) zu vermeiden, wird der Kell-Faktor für Interlaced-Videos genannt etwa 70% des progressiven Videos bei gleicher Scanlinienauflösung.

Das Beat-Frequenz-Problem

Um zu verstehen, wie die Verzerrung entsteht, betrachten Sie einen idealen linearen Prozess von der Abtastung bis zur Anzeige. Wenn ein Signal mit einer Frequenz abgetastet wird, die mindestens doppelt so hoch ist wie die Nyquist-Frequenz , kann es durch Tiefpassfilterung vollständig rekonstruiert werden, da die ersten Wiederholungsspektren die ursprünglichen Basisbandspektren nicht überlappen. Bei diskreten Anzeigen wird das Bildsignal nicht tiefpassgefiltert, da die Anzeige diskrete Werte als Eingabe verwendet, dh das angezeigte Signal enthält alle Wiederholungsspektren. Die Nähe der höchsten Frequenz des Basisbandsignals zur niedrigsten Frequenz der ersten Wiederholungsspektren induziert das Schwebungsfrequenzmuster . Das auf dem Bildschirm angezeigte Muster kann manchmal einem Moiré-Muster ähneln . Der Kell-Faktor ist die Reduzierung der Signalbandbreite, so dass der Betrachter keine Schwebungsfrequenz wahrnimmt.

Beispiele

  • Ein analoges Fernsehbild mit 625 Zeilen (z. B. 50 Hz PAL ) ist von oben nach unten in 576 sichtbare Zeilen unterteilt. Angenommen, eine Karte mit horizontalen schwarzen und weißen Streifen wird vor die Kamera gelegt. Die effektive vertikale Auflösung des TV-Systems entspricht der größten Anzahl von Streifen, die innerhalb der Bildhöhe liegen und als einzelne Streifen angezeigt werden können. Da es unwahrscheinlich ist, dass die Streifen perfekt mit den Linien auf dem Kamerasensor übereinstimmen, liegt die Zahl etwas unter 576. Bei einem Kell-Faktor von 0,7 kann die Zahl mit 0,7 × 576 = 403,2 Auflösungslinien bestimmt werden.
  • Der Kell-Faktor kann verwendet werden, um die horizontale Auflösung zu bestimmen, die erforderlich ist, um der vertikalen Auflösung zu entsprechen, die durch eine bestimmte Anzahl von Scanlinien erreicht wird . Für 576i bei 50 Hz muss bei einem Seitenverhältnis von 4: 3 die erforderliche horizontale Auflösung das 4/3-fache der effektiven vertikalen Auflösung oder (4/3) × 0,7 × 576 = 537,6 Pixel pro Zeile betragen. Da 537,6 Pixel für ein alternierendes Pixelmuster maximal 268,8 Zyklen entsprechen und 576i 50 Hz eine aktive Leitungsperiode von 52 μs haben, erfordert sein Luminanzsignal eine Bandbreite von 268,8 / 52 = 5,17 MHz.
  • Der Kell-Faktor gilt gleichermaßen für digitale Geräte. Bei einem Kell-Faktor von 0,9 hat ein 1080p- HDTV- Videosystem mit einer CCD-Kamera und einem LCD- oder Plasma-Display nur eine Auflösung von 1728 × 972 Zeilen.

Geschichte

Quelle Kell-Faktor
Kell, Bedford & Trainer (1934) 0,64
Mertz & Gray (1934) 0,53
Wheeler & Loughren (1938) 0,71
Wilson (1938) 0,82
Kell, Bedford & Fredendall (1940) 0,85
Baldwin (1940) 0,70

Siehe auch

Verweise