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2Parte 2
Sumário
História Elementos de sistemas de difusão (broadcasting) Scanning e entrelaçamento Cor e gamma Sub-amostragem chroma Representações
3Parte 2
História 1839: câmeras fotográficas do tipo Daguerre (www.fi.edu/pieces/
myers ). 1893: difusão de áudio por telefone, (Puskas). 1895: comunicação sem fios (Marconi e Popov). 1895: criação do filme (irmãos Lumiére). 1919: difusão de rádio (Holanda e Canadá). 1934: Estados Unidos fundam FCC (Federal Communications
Commission, www.fcc.gov) 1935: difusão de TV (Alemanha e Grã-Bretanha). 1941: TV b&w nos Estados Unidos.
1951: gravador de vídeo (Bing Crosby Enterprises). 1963: satélite geo-estacionário Meados de 70: transmissão em cabo de fibra óptica 1985: FCC determina a criação da norma ATSC até 1993? 1989: difusão de HDTV analógica (Japão) 1996: adopção da norma ATSC
Ainda: invenção do telefone, fundação da ATT, invenções de TV, primeiras estações/redes de rádio
Ainda: primeiras emissões de TV NTSC, primeiro sistema por cabo, VCR doméstico, dispositivo tivoli/replay, TV directa, primeiras emissões HDTV
4Parte 2
Grupos de Normalização ITU-T (ITU Telecommunications), sucedânea da
CCITT ITU-R (ITU Radiocommunications), sucedânea da
CCIR FCC (Federal Communications Commission) SMPTE (Society of Motion Picture and Television
Engineers) etc.
5Parte 2
Sistema de emissão/difusão (broadcasting)
OBJECTIVOS: Utilização eficiente da largura de banda Elevada percepção da qualidade de
video/áudio
Tra
nsm
iss
or
Rece
pto
r
6Parte 2
Varrimento e entrelaçamento
Transmissão é um sinal contínuo O transmissor capta e codifica imagens O receptor descodifica iamgens para
visualização A imagem é traçada linha-a-linha
O varrimento é da esquerda para a direita, de cima para baixo.
Há um intervalo em branco vertical/horizontal
O sinal é entrelaçado Melhora a percepção do movimento Alternativa: varrimento progressivo
7Parte 2
Varrimento do dispositivo de visualização de vídeo
O vídeo é composto de dois sinais: luma e chroma Video composto (composite video) faz a combinação dos dois sinais. Video separado (component video) envia os dois sinais
separadamente
Amplitude
Time
Cathode
8Parte 2
Funcionamento duma câmera
Uma câmera tem 1, 2 ou 3 tubos para amostragem Mais tubos (CCDs) e melhores lentes produzem melhores
figuras
Beam Splitter
Color Filters
En
cod
er
Camera Tubes
Zoom Lens Luma
Chroma
G
R
B
9Parte 2
CRT de visão directa (Direct View CRT)
3 canhões (RGB) energizam fósforos:
Variando a energia altera a intensidade percepcionda
Diferentes energias em diferentes fósforos produzem diferentes cores
Os fósforos têm de ser refrescados para evitar o esmorecimento da cor
Tipos de tecnologias: Máscara sombra (shadow mask
ou delta-gun dot mask) PIL slot mask Grelha-abertura de canhão
simples com 3 feixes (single-gun aperture-grille); exemplo: Trinitron
Shadow Mask
HolesScreen
Phosphors
RG
B
RGB
10Parte 2
Notação de varrimento Especificação de linhas/”frame rate”
NTSC 525/59.94 PAL 625/50
ATSC – tudo é variável 1080i 1920x1080 varrimento entrelaçado 720p 1280x720 varrimento progressivo
Porquê 59.94? Evita o problema de interferência entre as sub-
portadoras de cor e de som.
11Parte 2
Campos entrelaçados(interlaced fields)
vertical blanking
vertical blanking
Field 1
Field 2
Line 1 ---
Line 21 ---
Line 263 ---
Line 283 ---
Line 525 ---
1
484
485
...
485
24
...
485
484
23
Signal Format
Raster Format
ITU-R Rec. 601: 720x483
12Parte 2
Varrimento (525/59.94)
Active
Active
Active
squarepixel
601
4fsc
Total Size Active Area
780X525
858X525
910X525
644X483
720X483
757X483
13Parte 2
Razão de aspecto/ taxa de refrescamento
Razão de aspecto TV convencional usa 4:3 (1.33) HDTV usa 16:9 (2.11) Cinema usa 1.85:1 ou 2.35:1
Taxa de refrescamento NTSC usa 60Hz (59.94Hz) PAL usa 50Hz Cinema usa 48Hz (mas ainda só 24 fps)
14Parte 2
Vídeo NTSC(525 linhas, 60 campos/s)
525 linhas de varrimento repetidas 29.97 vezes por segundo (i.e. 33.37 ms/frame)
Linhas de varrimento entrelaçadas dividem uma frame em dois campos com 262.5 linhas cada um (i.e. 16.68 ms/campo)
20 linhas reservadas para informação de controlo no início de cada campo
só 483 linnhas de dados visíveis Laserdisc e S-VHS mostram cerca de 420 linhas (percepção) Emissão/difusão TV normal mostra cerca de 320 linhas
Uma linha dura 63.6 s (10.9 s em branco)
15Parte 2
Vídeo PAL(625 linhas, 60 campos/s)
625 linhas de varrimento repetidas 25 vezes por segundo (i.e. 40 ms/frame)
Linhas de varrimento entrelaçadas dividem uma frame em 2 campos com 312.5 linhas cada um (i.e. 20 ms/campo)
Aproximadamente 20% mais linhas que o NTSC
NTSC vs. PAL grosseiramente a mesma largura de banda
16Parte 2
Percepção da cor Color é o resultado da percepção da luz
A retina capta ondas de luz no espectro entre 400nm e 700nm
Os seres humanos são mais sensíveis ao brilho do que à cor A retina é composta de cones e bastonetes
Cones respondem a diferentes frequências (RGB) Bastonetes medem o brilho a baixos níveis de luz
(i.e., visão nocturna) CIE estabeleceu normas relativas à cor
CIE XYZ, CIE xyY RGB linear
17Parte 2
Gammawww.cgsd.com./papers/gamma.html
Um CRT é inerentemente não-linear
As alterações de visualização são baseadas na voltagem alimentadora.
A visão humana é também não-linear
A sensação de luminosidade é função potência da intensidade de luz (y=xw)
Surpresas agradáveis acontecem… CRT não-linear tem uma
relação próxima com a luminosidade humana inversa
A codificação da intensidade num sinal com correcção gamma maximiza a percepção da imagem
Y -vs- Y’
Sample Input to Monitor Graph of Input
Output from Monitor Graph of
Output L = V 2.5
18Parte 2
Gamma em vídeowww.cgsd.com./papers/gamma.html
Câmera faz a correcção gamma
A visualização (display) impõe a função potência inversa
y = x 1/2.5
Sample Input Graph of Input
Gamma Corrected Input Graph of Correction L' =
L 1/2.5
Monitor Output Graph of Output
camera transmission display
19Parte 2
Codificação de imagens a cores
Imagem representada por 24 bits/pixel (8 bpp) Cada cor com valor entre 0 e 255
Vídeo usa codificação não-linear Distribuição uniforme de cores na
codificação RGB R’G’B’ (RGB c/ correcção gamma)
Vídeo usa luminância/crominância R’G’B’ Y’CBCR
Luminância é Y (tecnicamente luma é Y’) Crominância é CBCR
20Parte 2
Sub-amostragem cromática
A sub-amostragem cromática reduz dados: 2 chroma/luma 16 bpp 1 chroma/luma 12 bpp
A notação é a:b:c a é o número de amostras luma b é o número de amostras chroma por linha
ímpar c é o número de amostras chroma por linha
par Ex. 4:4:4, 4:2:2, 4:1:1, 4:2:0, …
21Parte 2
Amostragem de linhaY Y Y Y Y
4:4:4
CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB CR/CBY Y Y Y Y
4:2:2
CR/CB CR/CB CR/CB
Y Y Y Y Y4:1:1
CR/CB
4:2:2 é conhecida por broadcast quality4:1:1 é conhecida por VHS quality4:2:0 é 2:1 nas direcções horizontal e vertical
22Parte 2
Representações Composta
NTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/second PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/second
Componente Vídeo com separação (luma, chroma) - svhs, Hi8mm RGB, YUV, YIQ, … YCBCR – usado na maior parte de representações
comprimidas
Vídeo com separação chamado “s-video”
23Parte 2
Representações analógicas de vídeo
NTSC Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B composite = Y + Icos(Fsc t) + Qsin(Fsc t)
PAL Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.492(B-Y) Q = 0.877(R-Y) composite = Y + Usin(Fsc t) + Vcos(Fsc t)
24Parte 2
Digitalização TV analógica é um sinal contínuo TV digital utiliza valores numéricos
discretos O sinal é amostrado As amostras são quantizadas Pequenas regiões discretas são digitalizadas
A imagem é representada por um array 2-dimensional de pixéis
25Parte 2
Tamanhos da imagem
QSIF(19Kp)
SIF (82Kp)
601 (300Kp)
SVGA (500Kp)
ATV (1Mp)
Workstation (1Mp)
HDTV (2Mp)
120
240
483
600
720
900
1080
160 352 720 800 1152 1280 1920
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Imagens de estações de trabalho
[1 Mega Pixel] 1152 x 900 = 1,036,800 pixels
[xvga] 1024 x 768 = 786,432 pixels
[?] 1280 x 1024 = 1,310,720 pixels
27Parte 2
Representações de vídeo digital
Digital Composite Video(D2/D3,SMPTE 244M) 142 Mb/s data rate, em paralelo ou em série Sinais de cor sub-amostrados 4:2:2
• Digital Component Video(D1/D5,SMPTE RP125)
Mantém sinais separados para luma e chroma 270 Mb/s data rate, em paralelo ou em série Sinais de cor sub-amostrados 4:2:2
• Compressed Digital Video MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …
28Parte 2
Sub-amostragem cromática digital (estrutura de blocos)
29Parte 2
O que é video data rate? Digital
720x483 = 347,760 pixels/frame A amostragem 4:2:2 dá 695,520 bytes/frame 21 MB/sec (167 Mbs) A amostragem 4:4:4 dá 250 Mbs
ATV (MPEG MP@ML) 1280x720 = 921,600 pixels/frame A amostragem 4:2:0 dá 1,382,400 bytes/frame 41 MB/sec (328 Mbs)
(Nota: MPEG coded streams are 1.5-80 Mbs)
30Parte 2
O que é video data rate? (cont.)
ATSC (720P) 720x1280 = 921,600 pixels/frame A amostragem 4:2:2 = 1,843,200 bytes/frame 24 fps = 44,236,800 bytes per second 44 MB/s = 354 Mbs
ATSC (studio 1080I) 1080x1920 = 2,073,600 pixels/frame A amostragem 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame 30 fps = 186,624,000 bytes/second 187MB/s = 1.5 Gbs
31Parte 2
Taxa de dados vídeo digital em série
Vídeo digital em série é uma norma de transporte de vídeo Largamente usada em estúdios de produção e
de emissão/difusão Taxas de dados
NTSC SDI aproximadamente 200 Mbs ATSC SDI aproximadamente 1.5 Gbs
Routing Switcher Recorde-se que um recurso típico em redes de
computadores é um 256x256 routing switcher Qual é a taxa de dados através do switch?
32Parte 2
Percepção humana Movimento suave
Depende do material em movimento Grande parte da acção é percebida a níveis suaves
de 24 fps Seres humanos muito sensíveis a
Baixas frequências Mudanças na luminância e no sub-espectro azul-
laranja Visão dá realce à detecção de arestas
Forte propensão para as linhas horizontais e verticais Mascaramento visual face a grandes alterações
de luminância
33Parte 2
Produção de vídeo de alta qualidade
É necessária câmera de alta qualidade S-Video(SVHS, Hi8mm) melhor que vídeo composto 3 chips melhor que 1 chip Digital melhor que analógico
Luzes, luzes, luzes … Experimente produzir vídeo com filtros para alterar as
cores
Construa cenas a partir de ângulos diferentes para criar estimulação visual
Estude técnicas de filme/vídeo Deixe a pessoa sair de cena sem mover a câmera Mantenha a orientação correcta das imagens Mude de cena para reflectir a mudança temporal
34Parte 2
Conclusões NTSC/PAL foram excelentes normas que
duraram cerca de 50 anos A tecnologia mudou duma forma completa durante
este espaço de tempo A revolução digital está a mudar a indústria
O impacto principal está no desenvolvimento da norma ATSC
A revolução Internet está também a mudar a indústria Webcasting versus emissão/difusão para o mercado
de massas Wireless versus cable versus transmissão de
pacotes FIM
