Ejemplos de escaneado Especificación de Líneas/”frame rate” NTSC 525/60 PAL 625/50 ATSC (Advanced TV Standard Committee) 1080i 1920x1080 escaneado entrelazado 720p 1280x720 escaneado progresivo

Razón de aspecto y refresco TV convencional is 4:3 (1.33) HDTV 16:9 (2.11) Cine 1.85:1 o 2.35:1 Razón de refresco NTSC 60Hz (59.94Hz) PAL 50Hz Cine 48Hz (todavía 24 fps)

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

(625-líneas, 60-frames/seg.) Vídeo PAL (625-líneas, 60-frames/seg.) 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

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 lineal La 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 CRT Intensidad = Voltaje g Intensidad = (Voltaje + e) 2.5 Señal = Intensidad (1/g)

Funciones de transferencia Estándar Rec. 709 para HDTV R’ = 4.5 R si R=< 0.018 R’ = 1.099 R 0.45 – 0.099 si R > 0.018 Estándar 240M para la HDTV R’ = 4.0 si R =< 0.0228 R’ = 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 0.412453 0.357580 0.180423 0.212671 0.715160 0.072169 0.019334 0.119193 0.950227 R709 G709 B709 = *

Transformaciones entre sistemas RGB 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 lineal RGB  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) 0.299 0.587 0.114 -0.169 -0.331 0.500 0.500 -0.419 -0.081 R G B = *

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. Y PB PR 0.212 0.701 0.087 -0.116 -0.384 0.500 0.500 -0.445 -0.055 R G B = *

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 líneas Y Y Y Y Y 4:4:4 CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB Y Y Y 4:2:2 CR/CB CR/CB CR/CB Y Y Y Y Y 4:1:1 CR/CB 4:2:2 es denominado como calidad de difusión 4:1:1 es denominado como calidad VHS

Representaciones Compuesto Componente NTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/seg. PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/seg. Componente Vídeo separado (luma, chroma) - svhs, Hi8mm RGB, YUV, YIQ, … YCBCR – utilizado para los sistemas con compresión Vídeo separado se llama “s-video”

Representaciones de vídeo analógico NTSC Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B compuesto = Y + I cos(Fsc t) + Q sen(Fsc t) PAL U = 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 discretos La señal es muestreada Las muestras son cuantizadas La imagen se representa por una matriz de píxeles.

Tamaños de imagen 160 352 720 800 1152 1280 1920 QSIF (19Kp) 120 SIF (82Kp) 240 601 (300Kp) 483 SVGA (500Kp) 600 ATV (1Mp) 720 Workstation (1Mp) 900 HDTV (2Mp) 1080

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*30 864 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 Digital Frecuencia de datos142 Mb/s Submuestreo de color 4:2:2 Vídeo Digital de componentes Mantiene señales separadas para luma y crominancia Frecuencia de datos 270 Mb/s Vídeo Digital comprimido MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …

Estructura de bloques del vídeo digital Y3 CB1 CB2 CR2 CR1 Y1 Y2 Y4 macrobloqe 4:2:2 YCBCR 16x16 macrobloque 8x8 pixel bloque 8 bits/muestra = 16 bits/pixel = 4Kbits/macrobloque 4:1:1 YCBCR 3Kbits/macrobloque 12 bits/pixel Y3 CB CR Y1 Y2 Y4

Frecuencia de datos de vídeo Digital 720x483 = 347,760 píxeles/frame Muestreo 4:2:2 da 695,520 bytes/frame 21 MB/sec (167 Mbs) Muestreo 4:4:4 da 250 Mbs ATV 1280x720 = 921,600 píxeles/frame Muestreo 4:2:0 da 1,382,400 bytes/frame 41 MB/sec (328 Mbs)

Frecuencia de datos de vídeo ATSC (720P) 720x1280 = 921,600 píxeles/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 píxeles/frame Muestreo 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame 30 fps = 186,624,000 bytes/seg. 187MB/s = 1.5 Gbs