Digitalización de la señal de video Carrera de Ingeniería Electrónica Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Asunción 02-04-2009

Digitalización de la Señal de Video 1. INTRODUCCIÓN 1982 CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones) estableció la Rec CCIR-601; CCIR se convirtió en el UIT-R (Unión Internacional de Telecomunicaciones) Rec ITU-R.BT601; Parámetros para la digitalización de la señal de video.- EN 1982 SE ESTABLECIÓ PARA LA DIGITALIZACIÓN DE LAS SEÑALES DE VIDEO EN EL ESTUDIO. ESTA NORMA, ESTABLECE LOS PARÁMETROS PARA LA DIGITALIZACIÓN DE LA SEÑAL DE VIDEO, A PARTIR DE LAS SEÑALES POR COMPONENTES ANALÓGICOS (YPrPb), PARA LOS ESTÁNDARES 525/60 Y 625/50 EN FORMATOS 4:3 Y 16:9..- ANALIZAREMOS A CONTINUACIÓN, LOS DISTINTOS PROCESOS A SEGUIR PARA LA DIGITALIZAR LA SEÑAL DE VIDEO POR COMPONENTES Y LA SEÑAL DE VIDEO COMPUESTA.-

2. CONVERSIÓN ANALÓGICA A DIGITAL (A/D) Digitalización de la Señal de Video 2. CONVERSIÓN ANALÓGICA A DIGITAL (A/D) Señal por componentes Analógicos Señal Digital FILTRO PASA BAJO MUESTREO CUANTIFICACIÓN EL PROCESO DE DIGITALIZACIÓN DE UNA SEÑAL CONSTA BÁSICAMENTE DE DOS PASOS: MUESTREO DE LA SEÑAL ANALÓGICA; CUANTIFICACIÓN DE LOS VALORES MUESTREADOS. ESTOS DOS PROCESOS SE EFECTÚAN EN EL CONVERSOR ANALÓGICO/DIGITAL (A/D). LA SEÑAL DE ENTRADA ES LIMITADA EN BANDA POR FILTRO PASA BAJO. ESTE FILTRO TAMBIÉN DENOMINADO ANTI ALIASING, EVITA QUE SE MEZCLEN FRECUENCIAS DE LA SEÑAL DE ENTRADA CON FRECUENCIAS DE LA BANDA DE MUESTREO. DE ESTA FORMA, EVITAMOS SE FORMEN EFECTOS INDESEABLES SOBRE LA IMAGEN. Anti-Aliasing Conversor A/D

3. MUESTREO DE LA SEÑAL ANALÓGICA Digitalización de la Señal de Video 3. MUESTREO DE LA SEÑAL ANALÓGICA Dominio del Tiempo Dominio de Frecuencia 3 2 1 -1 -2 -3 3 2 1 EN LAS GRÁFICAS SIGUIENTES SE ILUSTRA LA SEÑAL A MUESTREAR Y SU ESPECTRO, LA SEÑAL MUESTREADA A UNA FRECUENCIA Fs 0 1 2 3 4 5 6 tiempo 0 fm 2fm 3fm frecuencia fb = frecuencia máxima

Espectro del muestreo (para fm = 3 fb) Digitalización de la Señal de Video Espectro del muestreo (para fm = 3 fb) Dominio del Tiempo Dominio de Frecuencia BLI BLS 3 2 1 -1 -2 -3 3 2 1 AQUÍ SE MUESTREA fs = 3fmaxima. DEL MUESTREO SE OBTIENE MODULACION DE DBL. 0 1 2 3 4 5 6 tiempo 0 fm 2fm 3fm frecuencia

Aliasing causado por una baja frecuencia de muestreo (fm = 1,5 fb) Digitalización de la Señal de Video Aliasing causado por una baja frecuencia de muestreo (fm = 1,5 fb) Dominio del Tiempo Dominio de Frecuencia BLI BLS 3 2 1 -1 -2 -3 3 2 1 AQUÍ SE MUESTREA fs = 1,5fmaxima. DEL MUESTREO SE OBTIENE MODULACION DE DBL CRUZADA CAUSANDO EFECTO ALIASING 0 1 2 3 4 5 6 tiempo Zona de aliasing 0 fm 2fm 3fm ……… frecuencia

Recomendación ITU-R.BT.601 Digitalización de la Señal de Video Recomendación ITU-R.BT.601 Las señales utilizadas para ser muestreadas . Componentes analógicos Y Pr Pb La frecuencia de muestreo. - Debe ser múltiplo entero de la fL - Debe cumplir con el teorema de Nyquist DE LAS SEÑALES POR COMPONENTES ANALÓGICOS (YPbPr) A MUESTREAR, LA SEÑAL DE LUMNINANCIA TIENE UN ANCHO DE BANDA TIPICO DE 5,5 MHZ. LA FRECUENCIA DE MUESTREO DE LA SEÑAL DE Y SEGÚN LA REC. ITU-R.BT.601 ES DE 13,5 MHZ. ESTA FRECUENCIA CUMPLE CON EL TEOREMA DE NYQUIST Y ADEMÁS ES MÚLTIPLO ENTERO DE LA FRECUENCIA DE LÍNEA. LOS ESTÁNDARES 525/60 Y 625/50 UTILIZAN LA MISMA FRECUENCIA DE MUESTREO DE LUMINANCIA. LA FIGURA MUESTRA EL EL ESPECTRO PARA UNA FRECUENCIA DE LUMINANCIA DE 13,5 MHz. La frecuencia de muestreo de la señal de Y es de 13,5 MHz

ESPECTRO DE LA FRECUENCIA DE MUESTREO Digitalización de la Señal de Video ESPECTRO DE LA FRECUENCIA DE MUESTREO Amplitud 13,5 MHz Frecuencia 5,5 MHz Señal de Y a muestrear 6,75 MHz 20,25 MHz Número de muestras por línea completa Estándar 625/50 13.500.000 / 15.625 = 864 muestras Estándar 525/60 13.500.000 / 15.725 = 858 muestras Se muestrean en luminancia 720 pixeles por línea activa

4. ESTRUCTURA DE MUESTREO Digitalización de la Señal de Video 4. ESTRUCTURA DE MUESTREO Se identifican con tres números. Por ejemplo, 4:2:2 4 frecuencia de muestreo de la señal de luminancia (Y) 2 frecuencia de muestreo de la señal diferencia de color azul Cb 2 frecuencia de muestreo de la señal diferencia de color rojo Cr 4:2:2 = 13,5 : 6,75 : 6,75 (MHz)

Digitalización de la Señal de Video 4.1 Estructura 4:4:4 Estructura 4:4:4 para una línea de barrido con cuatro muestras consecutivas Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Línea de barrido 1 (Y) 1 (Y) 1 (Y) 1 (Y) 1 (Cr) 1 (Cr) 1 (Cr) 1 (Cr) JUNTO A LA RESOLUCIÓN DE BITS POR MUESTRA, DEPENDERÁ DE LA VELOCIDAD BINARIA FINAL Y POR ENDE CALIDAD DE LA SEÑAL DIGITAL ES INTERESANTE DESTACAR QUE LAS MUESTRAS (Y, Cb y Cr) SE ENCUENTRAN SUPERPUESTAS. EN ESTA ESTRUCTURA, CADA CUATRO MUESTRAS CONSECUTIVAS EN UNA LÍNEA, TENEMOS CUATROS MUESTRAS DE Y, CUATRO DE Cb Y CUATRO DE Cr. 1 (Cb) 1 (Cb) 1 (Cb) 1 (Cb)

Estructura 4:4:4 más detallada Digitalización de la Señal de Video Estructura 4:4:4 más detallada Muestras por línea activa: (estándar 625/50) 720 muestras de luminancia (Y); 720 muestras de señal diferencia al azul (Cb); 720 muestras de señal diferencia al rojo (Cr). 1 2 3 4 719 720 L1 L2 JUNTO A LA RESOLUCIÓN DE BITS POR MUESTRA, DEPENDERÁ DE LA VELOCIDAD BINARIA FINAL Y POR ENDE CALIDAD DE LA SEÑAL DIGITAL ES INTERESANTE DESTACAR QUE LAS MUESTRAS (Y, Cb y Cr) SE ENCUENTRAN SUPERPUESTAS. EN ESTA ESTRUCTURA, CADA CUATRO MUESTRAS CONSECUTIVAS EN UNA LÍNEA, TENEMOS CUATROS MUESTRAS DE Y, CUATRO DE Cb Y CUATRO DE Cr. L575

Estructura 4:4:4 más detallada Digitalización de la Señal de Video Estructura 4:4:4 más detallada Frecuencia de Muestreo total en la Estructura 4:4:4 (13,5 : 13,5 : 13,5 MHz) = 40,5 MHz Velocidad binaria total en 4:4:4 Velocidad binaria total en 4:4:4 = Frecuencia de muestreo total x N° de bits por muestra JUNTO A LA RESOLUCIÓN DE BITS POR MUESTRA, DEPENDERÁ DE LA VELOCIDAD BINARIA FINAL Y POR ENDE CALIDAD DE LA SEÑAL DIGITAL ES INTERESANTE DESTACAR QUE LAS MUESTRAS (Y, Cb y Cr) SE ENCUENTRAN SUPERPUESTAS. EN ESTA ESTRUCTURA, CADA CUATRO MUESTRAS CONSECUTIVAS EN UNA LÍNEA, TENEMOS CUATROS MUESTRAS DE Y, CUATRO DE Cb Y CUATRO DE Cr. Velocidad binaria total en 4:4:4 = 40,5 MHz x 10 bits por muestra Velocidad binaria total en 4:4:4 = 405 Mbps

4.2 Estructura de muestreo 4:2:2 Digitalización de la Señal de Video 4.2 Estructura de muestreo 4:2:2 Muestras por línea activa: (estándar 625/50) 720 muestras de luminancia (Y); 360 muestras de señal diferencia al azul (Cb); 360 muestras de señal diferencia al rojo (Cr). 1 2 3 4 719 720 Ln Ln+1 JUNTO A LA RESOLUCIÓN DE BITS POR MUESTRA, DEPENDERÁ DE LA VELOCIDAD BINARIA FINAL Y POR ENDE CALIDAD DE LA SEÑAL DIGITAL ES INTERESANTE DESTACAR QUE LAS MUESTRAS (Y, Cb y Cr) SE ENCUENTRAN SUPERPUESTAS. EN ESTA ESTRUCTURA, CADA CUATRO MUESTRAS CONSECUTIVAS EN UNA LÍNEA, TENEMOS CUATROS MUESTRAS DE Y, CUATRO DE Cb Y CUATRO DE Cr. L575

Estructura de muestreo 4:2:2 Digitalización de la Señal de Video Estructura de muestreo 4:2:2 Número total de muestreo por Seg. (864 : 432 : 432 muestras) = 1.728 muestras Cantidad de muestras por cuadro = 1.728 muestras x 625 líneas / cuadro = 1.080.000 muestras / cuadro Cantidad de muestras por seg. = (1.080.000 muestras / cuadro) x 25 cuadro / seg. = 27.000.000 muestras / seg. Interface Digital Serie : SDI (10 bits de resolución) JUNTO A LA RESOLUCIÓN DE BITS POR MUESTRA, DEPENDERÁ DE LA VELOCIDAD BINARIA FINAL Y POR ENDE CALIDAD DE LA SEÑAL DIGITAL ES INTERESANTE DESTACAR QUE LAS MUESTRAS (Y, Cb y Cr) SE ENCUENTRAN SUPERPUESTAS. EN ESTA ESTRUCTURA, CADA CUATRO MUESTRAS CONSECUTIVAS EN UNA LÍNEA, TENEMOS CUATROS MUESTRAS DE Y, CUATRO DE Cb Y CUATRO DE Cr. Velocidad binaria SDI = (27.000.000 muestras / seg) x 10 bits / muestras = 270 Mbps

5. Relaciones de aspecto 4:3 y 16:9 Digitalización de la Señal de Video 5. Relaciones de aspecto 4:3 y 16:9 Cantidad de muestras por seg. = (1.080.000 muestras / cuadro) x 25 cuadro / seg. = 27.000.000 muestras / seg. Interface Digital Serie : SDI (10 bits de resolución) Velocidad binaria SDI = (27.000.000 muestras / seg) x 10 bits / muestras = 270 Mbps