Steuerungstechnik Disk-Recorder und Random-Access-Steuerung

Disk Recorder und RandomAccess Steuerung

Die Aufzeichnung von Audio- und Videosequenzen auf nicht Magnetband gebundene Systeme empfiehlt sich für Aufgabenstellungen, bei denen die gespeicherten Beiträge mit gleichbleibender Qualität unendlich oft wiederholt oder die Sequenzen nahezu beliebig adressiert werden sollen. Solche Aufgaben sind in fast allen Bereichen der angewandten Fernsehtechnik, ob Studio, Event und Messe, Ausbildung oder Infotainment oder Industrie zu finden. Daher bieten die Hersteller verschiedene Konzepte mit digitaler Speicherung an.

Besonders effektvoll nutzen lassen sich die Vorteile der digitalen Speicherung für Anwendungen bei denen ein wahlfreier Zugriff, also ein Random Access auf die gespeicherten Sequenzen möglich sein soll.

1. Nicht-Magnetband-Speicher

Die Konzepte für digitale Speicherung von Audio und Video auf nicht Magnetband gebundenen Medien lassen sich zur Zeit in vier Gruppen einteilen.

Festkörperspeicher (hoher Preis und nur niedrige Kapazitäten möglich)

Magnetische Festplatten (stetig günstiger werdender Preis, bei steigender Kapazität und Performanz)

Magneto-Optische Platten (besonders als Wechselmedium geeignet)

Optische Speicher, wie CD-ROM und DVD (ideal für Multicopy Anwendungen)

Die im Vergleich zu den anderen Medien relativ geringe Kapazität von Festkörperspeichern, sowie deren aktuell hoher Preis, lassen den Einsatz als Massenspeicher als Video- und Audiodaten nicht sinnvoll erscheinen, so kommen die Festkörperspeicher lediglich als Zwischenpuffer oder in speziellen Applikationen, in Form von PCMCIA Memory Karten zum Beispiel bei Audiosequenzspeichern zum Einsatz. Der Vorteil dieser Technologie ist jedoch der rasant schnelle Zugriff auf die gespeicherten Daten, so wie der einfach zu handhabende Austausch von Informationen im Falle der PCMCIA Steckkarten Technologie (siehe digitale Photoapparate).

Begann die magnetische Festplattentechnik mit kuchentellergroßen Scheibensystemen in der damals gigantischen Speichergrößenordnung von knapp 10 MB, sind heute 18 GB im Bauformat 4 x 1 Zoll Standard. Noch höhere Speicherkapazitäten sind das erklärte Entwicklungsziel der Festplattenindustrie. Zugleich stieg mit der Speicherkapazität auch die Rate für den Datendurchsatz und damit die Einsatzmöglichkeiten einer einzelnen Festplatte als Videospeicher, gegenläufig dazu die Entwicklung der Kosten. Es sind zunehmend immer mehr GB für weniger Euro zu bekommen.

Magneto-Optische Speicher sind besonders beliebt in Anwendungen, wo sehr häufig das Datenmaterial zwischen verschiedenen Abspiel- oder Aufzeichnungsmaschinen ausgetauscht werden muß. Ein typischer Anwendungsbereich ist das Synchron Geschäft, bei dem Filmsequenzen auf den wiederbeschreibbaren Wechselmedien abgelegt sind, um dann in beliebiger Reihenfolge und so häufig wie nötig für die Synchronisation vorgeführt zu werden. Gegenüber einer Festplatte ist die Datendurchsatzrate geringer und auch die Kapazität bescheidet sich im einstelligen GigaByte Bereich. Doch unumstritten sind die Vorteile Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse und leichte Handhabbarkeit.

Die vierte Kategorie der Speichermedien, also die optischen Speicher wie CD-ROM und DVD sind die jüngste Technologie zur Speicherung von digitalen Audio- und Videoinformationen. Deren systembedingten Kenndaten, wie Kapazität und Datendurchsatz, sowie der doch relativ hohe Aufwand für die Produktion des Kopiermasters, lassen die „Silberlinge“ nur als Produkt für die Massenduplikation sinnvoll einsetzbar erscheinen. Obwohl auch wiederbeschreibbare, also löschbare Disks verfügbar sind, spielen die CD-ROMs und DVD's zur Zeit noch keine große Rolle im Videostudio für aktuelle Produktionen.

2. Festplatte als Favorit

Allen diesen Speichertechnologien gemeinsam ist das Problem, genügend Kapazität und eine ausreichend hohe Datendurchsatzrate für die beabsichtigte Aufgabe bereitzustellen. Bei einem Vergleich gegenüber dem arrivierten Magnetband als Videospeicher stellt sich als Kompromiß aus den technischen Faktoren in Bezug zu den aufzuwendenden Kosten momentan die Festplatte als einzig ernst zunehmender Kontrahent heraus. Nachteilig gegenüber dem Magnetband ist auch auf lange Sicht die Spielzeit der digitalen nicht Magnetband gebundenen Speichermedien.

Blockschaltbild des modular strukturierten Konzepts

Durch den Einsatz von Datenkompression und Datenreduktion lassen sich jedoch auch hiermit lange Spielzeiten ermöglichen. Erwünscht sind jedoch im Bereich der Videoproduktion nur verlustarme Kompressionsverfahren. So nutzen denn auch nahezu alle Disk Recorder mit einer längeren Spielzeit ein Kompressionsverfahren nach Motion-JPEG oder MPEG. Ein weiterer angewandter Trick zum Einkürzen der Videodaten ist das Auslassen von nicht bildrelevanten Informationsbereichen (Austastlücke), sowie die Nutzung einer weniger hochauflösenden Sampletiefe (8 bit statt 10 bit).

Nicht nur die erzielbare Bildqualität gehört zu den wichtigen Aspekten für die Auswahl eines Disk Recorders, auch die Anzahl der möglichen Audio Kanäle und erst recht die Flexibilität der Ansteuerung entscheiden über die Einsetzbarkeit eines bestimmten Gerätes für die beabsichtigte Anwendung.

3. Controller-Entwicklung

Von Haus aus sind Disk Recorder schon mit gewissen Features ausgestattet, doch häufig wünscht sich der Anwender eine effektivere Steuermöglichkeit oder eine überschaubarere Benutzerführung, ohne Windows-PC. An diesem Punkt setzten die Entwicklungen der Henstedt-Ulzburg'er Firma PTV Professional TeleVision GmbH für eine Familie von Controllern für Disk Recorder an. Der Produktname RAR Random Access Remote macht die wichtigste Aufgabenstellung sofort deutlich. Wahlfreier und sofortiger Zugriff auf beliebige Aufzeichnungen des Disk Recorders. Das modular strukturierte Konzept läßt sich sowohl an die individuellen Aufgabenstellungen der Kunden, wie an die zu verwendenden Disk Recorder anpassen. So sind mehrere Systeme zur Steuerung eines mehrkanaligen Disk Recorders der Baureihe Tektronix Profile, wie auch Systeme zur Steuerung eines einkanaligen Disk Recorders im Einsatz. Der Kreis der Kunden für solche Steuerungen rekrutiert sich zum einen aus Sendeanstalten, die mit dem System RAR unter anderem Beiträge in Magazinsendungen ausspielen, über Produktionsgesellschaften, die RAR für die Vorproduktion einsetzen, wie auch aus Dienstleistern aus dem Veranstaltungsgeschäft, die mit dem RAR System Publikums Game Shows realisieren oder auch nur ein Messevideo in den kontrollierten „never-ending-loop“ Betrieb schalten. 

4. RARtouch-System

Nachfolgend sei hier das System RARtouch zusammen mit dem Disk Recorder V1D des Herstellers DOREMI Labs. näher beschrieben. 

4.1. TouchScreen und Ansteuerung

Der Name RARtouch deutet schon an, daß es sich bei diesem System um eine TouchScreen Lösung handelt, in der die PTV Ingenieure alle zum System gehörenden Baugruppen und Interface in eine kompakte, knapp 310 x 270 x 80 mm große Bedieneinheit mit 12“ TFT-Display integrierten. Externe periphere Geräte wie Keyboard, Mouse oder Monitor sind bei einem RARtouch nicht von Nöten.

Zur Philosophie dieser Steuerung gehört auch, daß die Bedienung der angeschlossenen Geräte durch eine grafische Oberfläche erfolgt und visualisierte Schalter nutzt. Dies erlaubt den wahlfreien und sofortigen Zugriff per Knopfdruck auf einzelne Clips in einem Disk Recorder auf allen Kanälen, aber auch die Generierung und das Editieren der Clips. Selbstverständlich wurde die Software zur Steuerung des Disk Recorders auf die Operabilität mit dem TouchScreen hin optimiert. Verbunden wird der zu steuernde Disk Recorder mit dem RARtouch System wahlweise über eine RS 422 Verbindung oder aber über eine Ethernet Netzwerk Verbindung. Diese Kommunikationsports stellen die DOREMI V1D Disk Recorder alternativ zur Verfügung.

Zur Philosophie dieser Steuerung gehört auch, daß die Bedienung der angeschlossenen Geräte durch eine grafische Oberfläche erfolgt und visualisierte Schalter nutzt. Dies erlaubt den wahlfreien und sofortigen Zugriff per Knopfdruck auf einzelne Clips in einem Disk Recorder auf allen Kanälen, aber auch die Generierung und das Editieren der Clips. Selbstverständlich wurde die Software zur Steuerung des Disk Recorders auf die Operabilität mit dem TouchScreen hin optimiert. Verbunden wird der zu steuernde Disk Recorder mit dem RARtouch System wahlweise über eine RS 422 Verbindung oder aber über eine Ethernet Netzwerk Verbindung. Diese Kommunikationsports stellen die DOREMI V1D Disk Recorder alternativ zur Verfügung.

Andere Systeme aus der RAR Familie von PTV Professional TeleVision sind als klassische 19“ Industrie-PC Geräte ausgeführt und nutzen einen TouchScreen lediglich als Bediengerät. Die Hardware der Entwicklungen baut auf Komponenten aus der IT-Industrie auf und einige spezielle Baugruppen, die nicht am Markt verfügbar waren, wurden selbst entwickelt. Die Software ist von den Programmierern bei PTV Professional TeleVision als 32 bit Applikation für Windows Betriebssysteme konzipiert, da in diesem Bereich langfristig die größtmögliche Unterstützung für Treiber und Tools zu erwarten ist. Das Layout und damit die Bedienphilosophie der RARtouch RandomAccessRemote Steuerung setzt auf Visualisierung und grafische Oberfläche. So gehören kleine Bildchen, Icons genannt, und ein Fenster mit dem aktuell laufenden Video zu den signifikanten Merkmalen dieser Applikation.

4.2. Austattungsvarianten

Die DOREMI V1 Familie umfaßt verschiedene Ausstattungsvarianten, vom einfachen Wiedergabesystem, das nur über analoge Composite Video und Audio Ein- und Ausgänge verfügt, über die Standardausführung mit seriell digitalen Video und Audio Ein- und Ausgängen, bis hin zu den mehrkanaligen Serverlösungen und dem auf der '99 NAB neu vorgestellten unkomprimiert arbeitenden System. Das Modell V1D bietet in seinem als 19“ 3 HE Rackframe ausgeführtem Gehäuse Platz für zwei integrierte, von der Front zugängliche Festplatten, die von PTV Professional TeleVision generell in Wechselschubladen mit eigener Kühlung montiert werden. Zum Einsatz kommen dabei selektierte sogenannte High-Performance AV Festplatten, mit denen die minimale Kompressionsrate von 2:1 auch mit nur einer einzigen Festplatte realisierbar ist. Sind zwei solcher selektierten Festplatten mit der Kapazität von jeweils 18 GB installiert, ist eine Aufzeichnungsdauer von rund einer Stunde bei 2:1 Kompression möglich. Weitere Festplatten oder RAID-Arrays können an den zwei nach außen geführten SCSI-Schnittstellen angeschlossen werden. Neben dem Video werden vier Audio Kanäle und ein LTC, wie VITC Timecode Kanal aufgezeichnet. Der V1D akzeptiert einzig das AES/EBU Studioformat mit 48 kHz und 16 Bit Auflösung als digitales Audio. Die Daten des AES/EBU Stereo Pärchens werden aber getrennt auf den Festplatten in einzelnen Spuren gespeichert, so daß ein individuelles Insert Editing in den Audio Kanälen möglich ist. 

Erfolgt die Videoaufzeichnung aus dem seriell digitalen Videoeingang, wird dieses 4:2:2 Signal direkt für die Aufzeichnung genutzt. Damit bleibt die Signalqualität des Ausgangsmaterials erhalten. Analoges Composite und YUV Signal wird über einen entsprechenden A/D-Converter geführt und dann der Motion-JPEG Kompression zugeleitet. Die angewandte Kompressionsrate ist frei einstellbar und gilt für die gesamte Festplatte oder das Cluster an verknüpften Festplatten. Wird ein Kompressionsgrad von 6:1 gewählt, entspricht das visuelle Ergebnis der bekannten Betacam SP Qualität, die Studiotechniker gerne als Vergleichsmaßstab zu Rate ziehen. Die Wiedergabe erfolgt mit umgekehrten Baugruppen und steht an allen digitalen und analogen Ausgängen zugleich an. Zusätzlich bietet der V1D einen Ausgang, auf dem analoges Composite Signal mit eingeblendeten Timecode ansteht. Das Timecode Ausgangssignal kann mit einem entsprechenden Menüschritt zwischen der Absolutzeit und einem eventuell aufgezeichneten LTC oder VITC Timecode gewählt werden und gilt dann zugleich für alle Timecode Ausgänge, also auch die seriellen Schnittstellen.

Mit drei seriellen Schnittstellen wurde der V1D ausgestattet, wovon eine durch das integrierte Bediengerät belegt ist und zwei an der Rückwand als 9pin Anschluß ausgeführt sind. Über diesen Port läßt sich der Disk Recorder wie eine herkömmliche Betacam MAZ steuern und ist daher problemlos als Austausch für eine Magnetband Maschine einzusetzen. Das in der Frontplatte integrierte Bediengerät erlaubt Einstellungen im Menü, wie zum Beispiel die Auswahl der Videoeingänge und des Formats oder des angezeigten Timecode, aber auch die Programmierung einzelner Clips und deren Ablauf. So läßt sich zum Beispiel der automatische Start eines bestimmten Clips bei Netzeinschaltung programmieren, wobei auch die Loop Funktion eingeschaltet sein darf. Dieses Feature ist hilfreich, wenn mit dem V1D allein, ohne weitere Hilfsgeräte, zum Beispiel ein Werbefilm auf einem Messestand vorgeführt werden soll.

Zudem ist in dem V1D ein Chaser integriert, der die Wiedergabe der Aufzeichnungen verkoppelt gegen einen externen Timecode aus dem LTC, VITC oder BiPhase Eingang ermöglicht. Dieses Feature ist zwar für Anwendungen aus dem Random Access Betrieb nicht sonderlich sinnvoll, doch in der Audio Branche hilft der Chaser beim synchronen Anlegen von Tönen.

4.3. Externe Steuerung

Doch erst zusammen mit einem externen Steuergerät, wie dem RARtouch, werden alle Fähigkeiten des V1D, Clips in beliebiger Länge und beliebiger Reihenfolge manuell und automatisch abzufahren, ausgenutzt. Das RARtouch System wird dazu mit dem V1D entweder über eine RS 422 Leitung oder aber über eine Ethernet Verbindung verkoppelt. Über diesen speziellen Kommunikationskanal können aus dem V1D auch einzelne Bild-Informationen ausgelesen werden, die im RAR System zur Erzeugung der Icons verwandt werden. Als Protokoll wird das bekannte TCP/IP genutzt, mit dem auch mehrere V1D Systeme in einem gemeinsamen Netzwerk betrieben werden können. Möglich wird diese Steuerung durch die Nutzung des nativen V1D Protokolls, in dem neben normalen VTR-Steuerdaten auch andere Informationen über die auf den Disks des V1D vorliegenden Clips enthalten sind. 

Wird das System RARtouch gestartet, erfolgt nach dem Laden des Betriebssystems ein automatisches Suchen angeschlossener Disk Recorder. Hat nun die Suchroutine einen angeschlossenen V1D gefunden, wird der Inhalt der Videofestplatten im V1D abgefragt und mit der aktuell im RARtouch aufgerufenen Datenbank abgeglichen. Hat die Überprüfung ergeben, daß die Daten in der Datenbank zu denen auf der Festplatte des V1D abgespeicherten Video gehören, kann sofort mit der Clip Wiedergabe begonnen werden. Die grafische Oberfläche des RARtouch zeigt dann einen Screen mit 20 zu programmierenden Random Access Tasten, die individuell mit Clips belegt werden können, um diese dann auf Knopfdruck umgehend abzuspielen. Dieser Knopfdruck erfolgt durch einen sanften Fingertip auf die drucksensitive TouchScreen Fläche, wobei ein erfolgter Tastendruck durch ein Klick Geräusch quittiert wird. 

Oberhalb der Random Access Tasten befindet sich eine Schalterleiste für die Steuerung des Video Disk Recorders, so kann ein laufender Clip angehalten oder rückwärts abgespielt werden. Die Belegung der Random Access Tasten mit Clips erfolgt im „drag'n'drop“ Verfahren aus einer aufzurufenden Datenbank, die in ihrem Explorer Fenster Icons darstellt, die die in der Datenbank abgelegten Clips charakterisieren. Parallel zu dem Icon kann jeder Clip mit einem Kurztext und einer ausführlichen Textinformation kommentiert werden. Diese Angaben werden dann bei Wiedergabe in einem entsprechendem Fenster auf dem TouchScreen angezeigt. 

Im Zusammenspiel mit dem V1D Disk Recorder liegt die Reaktionszeit dieses Systems innerhalb eines Video Fields, so daß wirklich zwischen den einzelnen Clips per Knopfdruck hin und her gesprungen werden kann. Neben der reinen Random Access Wiedergabe durch Knopfdruck, ist eine Listenfunktion in dem System RARtouch implementiert, die auf dem Bildschirm wie ein Filmstreifen angelegt ist, in dem die einzelnen Filmfenster einen Clip symbolisieren. Wird dann diese Clip Liste durch eine spezielle Taste abgerufen, werden alle in der Liste eingetragenen Clips nahtlos aneinander gehängt abgespielt. Zwei spezielle Funktionstasten „jump-to-next“ und „delete-next“ gestatten den Ablauf der Clip Liste individuell auch während des Abspielens zu manipulieren. 

Neben der Standard RARtouch Oberfläche, fertigt PTV Professional TeleVision auch individuelle Sonderlösungen, die auf diesem System aufsetzten: Um beispielsweise als Video-on-Demand Selektor in Museen oder Kunstgalerien zu dienen. Für den Einsatz in Game Shows, kann RARtouch auch mit externen Eingabegeräten verbunden werden, die vom Kandidaten betätigt werden.

Das gesamte System ist auf intuitive Bedienung und leichte Erlernbarkeit ausgelegt, trotzdem wurde von den Entwicklern eine Online Hilfe implementiert, die jede einzelne Taste auf Wunsch beschreibt. Hilfe und Kommentartexte erscheinen, bedingt durch internationale Einsätze wahlweise in deutscher, englischer oder französischer Sprache. Die zuletzt gewählte Systemeinstellung, sowie Datenbank und der Setup der Random Access Tasten wird gespeichert, so daß beim nächsten Neustart die vorherige Konfiguration wieder bereit steht.

4.4. Erzeugung der Clips

Wie werden denn nun Clips erzeugt, um auf einem V1D als Clip abgespielt werden zu können? Dazu ist ein besonderer Menüschritt in der Software integriert, mit dem entweder eine vorhandene Datenbank geändert oder erweitert oder eine neue Datenbank angelegt werden kann. Üblicherweise wird das Video- und Audio-Material auf normalen Wege von einer MAZ auf den V1D Disk Recorder überspielt, dann befindet sich jedoch erst einmal nur ein Abbild der kopierten Videokassette auf der Festplatte. Einzelne Clips existieren noch nicht. Das Edit Paneel des RARtouch enthält alle relevanten Funktionen, um den V1D zu steuern und die Timecode Einstiegs- und Ausstiegsadresse für einen Clip zu definieren. Diese Daten werden auf Knopfdruck in die Datenbank übernommen. Zusätzlich können Namen und Kommentartexte eingegeben werden und das zur „drag'n'drop“ Philosophie des RARtouch gehörende Icon gegrabbt werden. Sofern der angeschlossene V1D Disk Recorder über eine Ethernet Verbindung mit dem RARtouch verbunden ist, können die Daten eines Motion-JPEG Bildes herüber transferiert werden, aus dem dann das Icon generiert wird. Ist diese Verbindung nicht gegeben, ist optional der RARtouch mit einem Videograbber Modul auszustatten, mit dessen Hilfe dann ein Bild aus dem zugeführten Video des V1D erzeugt wird. Ein Clip darf in beliebiger Länge, also von einem Frame bis hin zum gesamten Platteninhalt, definiert werden. In der Datenbank wird auch gespeichert ob ein Clip als Loop gespielt werden soll oder ein Standbild mit einer bestimmten Wiedergabe Zeit sein soll. Selbstverständlich können, sofern es sinnvoll erscheint, auch andere Wiedergabegeschwindigkeiten bestimmt werden. Anschließend kann mit Hilfe der Preview Funktion überprüft werden, ob der nun definierte Clip der Aufgabenstellung entspricht. Gegebenenfalls sind durch simplen Tastendruck Korrekturen möglich. 

Immer dann wenn während der Datenaufbereitung eine Texteingabe erfolgen soll, erscheint automatisch ein alphanumerisches Soft-Keyboard auf dem TouchScreen, mit dem diese Eingabe dann problemlos vorgenommen werden kann. Zusätzliche externe Eingabegeräte, wie eine Tastatur sind daher nicht unbedingt notwendig. Jeder neu generierte Clip ist umgehend in der Random Access oder Clip Listen Verwaltung nutzbar und macht das System daher sehr flexibel für alle Einsatzbedingungen. Auch kurz vor Abruf des Clips lassen sich noch Eingaben und Änderungen vornehmen.

5. Weitere Applikationen

Das RARtouch Konzept von PTV Professional TeleVision und seine Software Module sind auch für andere Applikationen zu kombinieren und können in Zusammenspiel mit verschiedenen Disk Recordern effektive Systeme ergeben, die helfen im Bereich Fernsehproduktionen, Live-Show, Ausbildung, Unterhaltung, aber auch im industriellen Umfeld Aufgaben zu lösen. So kann ein stationäres RAR System ohne TouchScreen geschaffen werden, welches neben Audio und Video auch andere Prozeßdaten zeitlich korrelierend in hoher Qualität aufzeichnet.

© Erwin W. Lissy

FKT-Magazin 8-9.1999

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