Ejemplos de escaneado

• Especificación de Líneas/”frame rate”NTSC 525/60PAL 625/50

• ATSC (Advanced TV Standard Committee)

1080i 1920x1080 escaneado entrelazado 720p 1280x720 escaneado progresivo

Razón de aspecto y refresco

• Razón de aspectoTV convencional is 4:3 (1.33)HDTV 16:9 (2.11)Cine 1.85:1 o 2.35:1

• Razón de refrescoNTSC 60Hz (59.94Hz)PAL 50HzCine 48Hz (todavía 24 fps)

Vídeo NTSC

• 525 líneas repetidas 29.97 veces por segundo (33.37 mseg/frame)

• Las líneas escaneadas entrelazadas dividen los frames en 2 campos cada uno de 262.5 líneas (16.68 mseg./campo)

• 20 líneas se reservan para controlar información al comienzo de cada campo

(525-lineas, 60-frames/seg.)

Vídeo PAL

• 625 líneas de escaneado repetidas 25 veces por segundo (i.e. 40 mseg/frame)

• Las líneas de escaneado entrelazadas dividen al frame en 2 campos de 312.5 líneas cada uno (i.e. 20 mseg/campo)

• Aproximadamente un 20% mas de líneas que NTSC

• NTSC vs. PAL aproximadamente el mismo ancho de banda

(625-líneas, 60-frames/seg.)

Luminancia

• La luminancia (Y) es la cantidad lineal de luz, directamente proporcional a la intensidad física y ponderada por la sensibilidad al espectro de la percepción humana a la sensibilidad.

• La luminancia puede ser calculada como la suma ponderada de los componentes lineales: Rojo, Verde y Azul.

Luminancia a partir del Rojo Verde y Azul

• El cálculo de la luminancia Y a partir de los tres componentes espectrales de la luz es el siguiente:

Y = 0.125 R + 0.7514 G + 0.0721 B

Luminancia según la CIE

• La CIE (Comisión Internacional sobre Iluminación) define la brillantez como:

El atributo de una sensación visual de acuerdo con el cual un área aparece mostrar mas o menos luz.

• La brillantez es una cantidad subjetiva.• La CIE considera a la luminancia como

la forma objetiva de medir la cantidad relacionada con el brillo.

Sensibilidad a la luminosidad

• En un estado particular de adaptación, la visión humana puede distinguir diferentes niveles de luminancia.

• La razón entre la luminancia de la zona mas luminosa de una escena y la mas oscura se llama razón de contraste.

• Recordar sensibilidad al contraste y resolución espacial.

Luma (luminancia en vídeo digital)

• Es una señal no lineal denominada Y’, representativa del brillo y que se forma por combinación mediante suma ponderada de los componentes no lineales R’, G’ y B’.

• R’, G’ y B’ se obtienen a partir de R, G y B mediante una función de transferencia no-lineal denominada corrección gamma.

Y’ = 0.299 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’

Gamma• En fotografía, vídeo y gráficos por

ordenador, Gamma significa un parámetro numérico que describe la no linealidad de la reproducción de la intensidad.

• Un TRC es no-lineal debido a que la intensidad de la luz reproducida en la pantalla es una función no-lineal de su voltaje de entrada.

• La corrección Gamma puede ser considerada como el proceso de compensar dicha no-linealidad.

Gamma

• La visión humana también es no linealLa sensación de luminosidad es una potencia de la función de intensidad (y=xw)

• Los CRT no lineales son cercanos a la inversa de la percepción humana de la luminosidad.

• La codificación de la intensidad mediante una señal corregida a Gamma maximiza la imagen perceptual.

• Y -versus- Y’

Sin corrección Gamma

                Sample Input to Monitor                   Graph of Input

                  Output from Monitor                   Graph of Output L = V ^ 2.5

Con corrección Gamma

         Sample Input          Graph of Input

         Gamma Corrected Input          Graph of Correction L' = L ^ (1/2.5)

         Monitor Output          Graph of Output

Detalles sobre la función de transferencia

• En el caso del CRTIntensidad = Voltaje

Intensidad = (Voltaje + ) 2.5

Señal = Intensidad (1/)

Funciones de transferencia

• Estándar Rec. 709 para HDTVR’ = 4.5 R si R=< 0.018R’ = 1.099 R 0.45 – 0.099 si R > 0.018

• Estándar 240M para la HDTVR’ = 4.0 si R =< 0.0228R’ = 1.115 R 0.45 – 0.115 si R > 0.0228

Funciones de ajuste del color

• Modelan la percepción del color mediante la relación entre el espectro físico y el color percibido.

Codificación del color de una imagen

RGB XYZ• Tri-estímulo CIE XYZ

La luminancia Y de una fuente es obtenida por la integración de la Distribución del Espectro de Potencia (DSP) ponderada por la función de ajuste del color y.Cuando la luminancia se aumenta con otros dos componentes X, Z, ponderados por sus funciones de ajuste del color x, z, pasamos a los valores tri-estímulo XYZ.

Cromaticidad CIE (x, y)

• Significa la representación de color puro en ausencia de brillo.

x = X / (X + Y + Z)y = Y / (X + Y + Z)Z = Z / (X + Y + Z)

Diagrama de Cromaticidad

Transformación entre RGB y CIE XYZ

xyz

=0.412453 0.357580 0.1804230.212671 0.715160 0.0721690.019334 0.119193 0.950227

*R709

G709

B709

Transformaciones entre sistemas RGB

R709

G709

B709

= 0.939555 0.050173 0.010272 0.017775 0.965795 0.016430-0.001622 -0.004371 1.005993

*R145

G145

B145

Codificación del color en vídeo

• Puede utilizar codificación no linealRGB R’G’B’ (RGB con corrección gamma)

• Puede utilizar la codificación luminancia / crominancia

R’G’B’ Y’CBCR

Y es la luminancia (Y’ es luma)Las crominancias son CBCR

Formato de color YCBCR (YUV)

YCB

CR

= 0.299 0.587 0.114-0.169 -0.331 0.500 0.500 -0.419 -0.081

*RGB

Formato de color YIQ

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.528G + 0.311B

Formato de color YPBPR

• Desarrollado para el sistema americano de televisión de alta definición.

YPB

PR

= 0.212 0.701 0.087-0.116 -0.384 0.500 0.500 -0.445 -0.055

*RGB

Codificación por diferencia de color

• Partiendo de CB = B’ – Y’ y CR = R’ – Y’• Los componentes del video digital son:

Y’ CBCR

• Otras codificaciones pueden incluir submuestreo del color:

4:4:4 La luminancia y las crominancias son muestreadas a la misma frecuencia. No existe ahorro de ancho de banda.

4:2:2 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de la frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.

4:1:1 Las señales de crominancia son muestreadas a un cuarto de frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.

4:2:0 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de frecuencia que las de luminancia, tanto en la dirección vertical como en la horizontal.

Muestreo de líneasY 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 es denominado como calidad de difusión4:1:1 es denominado como calidad VHS

Representaciones

• CompuestoNTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/seg.PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/seg.

• ComponenteVídeo separado (luma, chroma) - svhs, Hi8mmRGB, YUV, YIQ, …YCBCR – utilizado para los sistemas con compresión

• Vídeo separado se llama “s-video”

Representaciones de vídeo analógico

• NTSCY = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321BQ = 0.212R - 0.523G + 0.311Bcompuesto = Y + I cos(Fsc t) + Q sen(Fsc t)

• PALY = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = 0.492(B-Y)V = 0.877(R-Y)compuesto = Y + U sen (Fsc t) + V cos(Fsc t)

Fsc = Frecuencia subportadora del color

Digitalización de vídeo

Digitalización de vídeo

• La TV analógica es una señal continua.• La TV Digital utiliza valores numéricos

discretosLa señal es muestreadaLas muestras son cuantizadas

• La imagen se representa por una matriz de píxeles.

Tamaños de imagen

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

Frecuencia de muestreo estándar

• En los sistemas de 525 y 625 líneas la frecuencia de muestreo estándar para los componentes del vídeo digital es de 13.5 MHz.

• Esta razón produce un número entero de muestras por línea en ambos sistemas.

• En los sistemas de HDTV se muestrea a un múltiplo de la anterior.

Frecuencia de muestreo estándar

• La utilización de 13.5 MHz produce:858 muestras en el sistema 525/60

13.5/525*30864 muestras en el sistemas 625/50

13.5/625*25• Para anchos de banda inferiores se puede

bajar la Frecuencia de muestreo hasta 3.375 MHz por tanto una relación 4:1

• Para RGB máxima calidad 4:4:4• Para YUV máxima calidad 4:2:2• Sistema PAL 4:1:1

Representaciones de Vídeo Digital

• Vídeo Compuesto DigitalFrecuencia de datos142 Mb/sSubmuestreo de color 4:2:2

• Vídeo Digital de componentes

Mantiene señales separadas para luma y crominancia

Frecuencia de datos 270 Mb/sSubmuestreo de color 4:2:2

• Vídeo Digital comprimido

MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …

Estructura de bloques del vídeo digital

• 4:2:2 YCBCR

16x16 macrobloque8x8 pixel bloque8 bits/muestra = 16 bits/pixel = 4Kbits/macrobloque

• 4:1:1 YCBCR

3Kbits/macrobloque12 bits/pixel

Y3

CB1

CB2 CR2

CR1Y1 Y2

Y4

macrobloqe

Y3

CB CR

Y1 Y2

Y4

Frecuencia de datos de vídeo

• Digital720x483 = 347,760 píxeles/frameMuestreo 4:2:2 da 695,520 bytes/frame21 MB/sec (167 Mbs)Muestreo 4:4:4 da 250 Mbs

• ATV1280x720 = 921,600 píxeles/frameMuestreo 4:2:0 da 1,382,400 bytes/frame41 MB/sec (328 Mbs)

Frecuencia de datos de vídeo

• ATSC (720P)720x1280 = 921,600 píxeles/frameMuestreo 4:2:2 = 1,843,200 bytes/frame24 fps = 44,236,800 bytes/seg. 44 MB/s = 354 Mbs

• ATSC (studio 1080I)1080x1920 = 2,073,600 píxeles/frameMuestreo 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame30 fps = 186,624,000 bytes/seg.187MB/s = 1.5 Gbs