Introducci´
on al v´ıdeo
Este material supone solo una ampliaci´on de la cultura general de cada alumno. No pretende de rigor o exactitud, pero es necesario para entender el resto del material de v´ıdeo.
1.
Sistemas de televisi´
on extendidas:
1.1.
Sistemas de v´ıdeo an´
alogo:
Utilizan se˜nal an´aloga para su transmisi´on. NTSC Tiene m´as de 80 a˜nos de “edad”.
NTSC – el sistema que se utiliza en los EEUU, Japon etc. PAL – una de los el sistemas que se utiliza en Europa SECAM – otra sistema que se utiliza en Europa. Se caracterizan por:
* n´umero de l´ıneas por toma (frame),
* raz´on de aspecto de la pantalla (siempre 4:3), * ancho de banda necesaria para su transmisi´on.
A pesar que el t´ermino “punto” por la eje horizontal no existe, efectivamente la raz´on de la pantalla y la forma de los puntos en una pantalla de color define en n´umero de puntos por la horizontal. Estos puntos s´ı existen si se utiliza una pantalla de color, donde los puntos de la pantalla son discretos.
As´ı podemos decir que NTSC tiene 4/3*525 puntos.
Tambi´en se caracterizan por la frecuencia de refresco de la pantalla. Esta frecuencia es derivada de la frecuencia de la red en el pa´ıs correspondiente. Para EEUU (NTSC) es de 30 Hz y para Europa es 25 Hz (50 Hz en la red).
Debido a que con 25-30 Hz y intensidad suficiente los seres humanos van a ver parpadeo en la pantalla, se utiliza entrelazado de cada l´ınea par y cada l´ınea impar. Una toma se manda en dos etapas: primero las l´ıneas impares para la mitad del tiempo de una toma (16 o 20 ms) y despu´es las l´ıneas pares para la otra mitad del tiempo de una toma. Los f´osforos que se utilizan emiten luz para unos 30-40 ms.
De esta manera, debido a que la resoluci´on espacial de la vista es menos que dos l´ıneas de la pantalla, los cambios de la intensidad en un punto de la pantalla son suaves, y efectivamente la imagen se recibe como que si las tomas son de doble de frecuencia (60 por segundo NTSC y 50 por segundo PAL/SECAM) y a secuencia de los im´agenes parece como continua (para los seres humanos).
La informaci´on de color se manda por cada l´ınea, a pesar de que puede ser igual para dos l´ıneas consecutivas, si por ejemplo se utiliza grabaci´on de baja calidad. La informaci´on de color tiene la mitad o una cuarta parte que la resoluci´on de la escala de grises.
Tenemos 525∗60 = 625∗50 y el n´umero de l´ıneas transmitidas para un
intervalo de tiempo es igual. Cada l´ınea ocupa igual tiempo y por tanto el ancho de banda, que necesita cada sistema es igual. Se necesitan unos 6.75 MHz ancho
de banda para la transmisi´on de la se˜nal. Se puede deducir que la informaci´on transmitida por unidad de tiempo es igual en los dos sistemas.
La encriptaci´on de estas se˜nales es dif´ıcil. Normalmente se utiliza scrambiling de las l´ıneas (se permutan las l´ıneas) o se distorsiona la se˜nal de sincronizaci´on. De todos modos son f´aciles de “descifrar”.
Estos sistemas, todav´ıa en uso, est´an en proceso de sustituci´on por sistemas digitales, porque utilizan la banda de frecuencias electromagn´eticas de una ma-nera poco eficaz, no permiten compresi´on de la se˜nal significativa y el precio de los elementos que utilizan sube con respecto a los precios de los elementos digitales.
Al parecer, por la calidad muy razonable de los televisores actuales, los equipos an´alogos que utilizan estos sistemas se van a utilizar mucho m´as tiempo que las sistemas de televisi´on an´aloga.
Al digitalizar estas se˜nales, hay que utilizar el doble del ancho de banda para la se˜nal de v´ıdeo, que equivale a 13.5 MHz. Se estima que cada componente tiene 8 bits de precisi´on por muestra.
1.1.1. Color en v´ıdeo An´alogo
El color del v´ıdeo an´alogo es un a˜nadido a la normativa original. Se transmi-te utilizando diferentransmi-tes modulaciones de la se˜nal original. Se transmiten como componentes de color combinaciones lineales de los componentes de la se˜nal RGB. NTCS utiliza el sistema YIQ:
Y = 0,299R +0,587G +0,114B I= 0,596R −0,275G −0,321B Q= 0,212R −0,523G +0,311B PAL utiliza el sistema YUV:
U = 0,492(B−Y) V = 0,877(R−Y) (Comparar con las formulas de los ejercicios).
2.
Cine
Utiliza cinta de pl´astico (antes de celuloide). Son de muy alta definici´on (un frame tiene m´as de 4000 puntos por una eje). La se˜nal es an´aloga. Utilizan todav´ıa 48 fps (frames per second) (todav´ıa hay pel´ıculas de 24 fps). Las cintas consisten de 3 capas con diferentes pigmentos (colores) y cada componente es de igual resoluci´on.
Por su naturaleza la presentaci´on de pel´ıculas no est´a entrelazada (es pro-gresiva).
La raz´on de aspecto es de 1.85:1 que m´as o menos es igual a 4:3, o con vista panor´amica 2.35. La vista panor´amica corresponde a vista binocular y la vista “normal” a la vista uniocular.
Problema:Calcular el tama˜no del punto que vamos a ver si utilizamos una se˜nal NTSC en un sal´on de cine. ¿A partir de qu´e distancia podemos ver “cine” con esta calidad, sin ver puntos o l´ıneas en la imagen?
3.
Sistemas digitales:
Normalmente son sistemas de alta resoluci´on. Tambi´en se emite se˜nal seg´un la resoluci´on de PAL/NTSC (por ejemplo por sat´elites). Reciben se˜nal digital (discreta). Utilizan compresi´on de v´ıdeo y audio, normalmente MPEG. Pueden utilizar encriptaci´on de la se˜nal. En un principio no est´an muy restringidos del tama˜no de la pantalla y del v´ıdeo Al ser transmitidos por medios digitales, pueden utilizar tama˜nos muy distintos de la pantalla.
La resoluci´on se da en n´umero de puntos.
Para televisi´on (High Definition TeleVision) HDTV de alta resoluci´on se utilizan los sistemas de ATSC (Advanced TV Standard Committee):
Sistemas de uso frecuente:
ATSC 1080i 1920:1080 puntos. 30 fps. Entrelazado.
ATCS 720p 1280:720 puntos. 24 fps. Progresivo. Calidad normal de un DVD.
3.1.
Codificaci´
on de color
Normalmente se utiliza YUV oY PRPB: PB=B−Y PB =R−Y
(comparar con PAL). Los componentes de color se mandan en diferentes forma-tos, representados gr´aficamente en la figura. La notificaci´on es la misma como en JPEG.
Los modelos de color que se utilizan son en 1080i – 4:4:4 y de 720p – 4:2:2. Tambi´en es frecuente el uso de 4:1:1 con c´amaras digitales baratas.
Otras codificaciones pueden incluir submuestreo del color:
4:4:4 La luminancia y las crominancias son muestreadas a la misma frecuen-cia. No existe ahorro de ancho de banda.
4:2:2 Las se˜nales de crominancia son muestreadas a la mitad de la frecuencia que las de luminancia en la direcci´on horizontal.
4:1:1 Las se˜nales de crominancia son muestreadas a un cuarto de frecuencia que las de luminancia en la direcci´on horizontal.
4:2:0 Las se˜nales de crominancia son muestreadas a la mitad de frecuencia que las de luminancia, tanto en la direcci´on vertical como en la horizontal.
3.2.
Idea de Transmisi´
on de V´ıdeo Digital
Para trasmitir v´ıdeo digital, cada toma se separa en superbloques, nor-malmente con tama˜no 16×16 pixels. Las componentes de estos bloques se
Figura 1:Transmisi´on de color de forma digital. Cada bloque es cuadrado y para se˜nal digital tiene normalmente tama˜no 8×8. Para se˜nal an´aloga el bloque es de un pixel.
Los sistemas PAL y NTSC en este sentido utilizan 4:2:2. Si para cada pixel utilizamos 8 bits, 4:2:0 por ejemplo, necesitar´a para cada 4 bloquesY: 8×8×4 bytes paraY,
8×8 paraCB y 8×8 paraBR, lo que significa 8×8×6 bytes por 16×16 pixels – 12
bits por pixel.
Ejemplo: Ancho de banda para transmitir v´ıdeo (sin comprimir): ATSC (720P):
720x1280 = 921,600 p´ıxeles/frame Muestreo 4:2:2 = 1,843,200 bytes/frame 24 fps = 44,236,800 bytes/seg.
44 MB/s = 354 Mbs ATSC (studio 1080I):
1080x1920 = 2,073,600 p´ıxeles/frame Muestreo 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame 30 fps = 186,624,000 bytes/seg.
187MB/s = 1.5 Gbs
Para RGB m´axima calidad 4:4:4 Para YUV m´axima calidad 4:2:2 Sistema PAL 4:1:1
Moraleja: Necesitamos compresi´on.
Problema:Calcular la frecuencia de muestreo de la componente Y en 1080i y 720p.
4.
Otros
Frequentes tama˜nos de v´ıdeo:
Figura 2:Formatos comunes de tama˜no de v´ıdeo. Comparaci´on gr´afica.
Nombre X Y Uso QSIF 160 120 Videotel´efono SIF 352 240 Videoconferencia 601 720 483 Cintas v´ıdeo SVGA 800 600 PC Monitor ATV(720p) 1280 720 DVD HDTV(1080i) 1920 1080 HDTV