A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

1 Cap.9: Fundamentos de vídeo Prof. Dr. Abel Gomes

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "1 Cap.9: Fundamentos de vídeo Prof. Dr. Abel Gomes"— Transcrição da apresentação:

1 1 Cap.9: Fundamentos de vídeo Prof. Dr. Abel Gomes

2 Parte 2 2 Sumário História Elementos de sistemas de difusão (broadcasting) Scanning e entrelaçamento Cor e gamma Sub-amostragem chroma Representações

3 Parte 2 3 História 1839: câmeras fotográficas do tipo Daguerre (www.fi.edu/pieces/myers ).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, 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

4 Parte 2 4 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.

5 Parte 2 5 Sistema de emissão/difusão (broadcasting) OBJECTIVOS: Utilização eficiente da largura de banda Elevada percepção da qualidade de video/áudio Transmissor Receptor

6 Parte 2 6 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

7 Parte 2 7 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

8 Parte 2 8 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 Encoder Camera Tubes Zoom Lens Luma Chroma G R B

9 Parte 2 9 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 Holes Screen Phosphors R G B R G B

10 Parte 2 10 Notação de varrimento Especificação de linhas/frame rate NTSC525/59.94 PAL625/50 ATSC – tudo é variável 1080i1920x1080 varrimento entrelaçado 720p 1280x720 varrimento progressivo Porquê 59.94? Evita o problema de interferência entre as sub- portadoras de cor e de som.

11 Parte 2 11 Campos entrelaçados (interlaced fields) vertical blanking Field 1 Field 2 Line Line Line Line Line Signal Format Raster Format ITU-R Rec. 601: 720x483

12 Parte 2 12 Varrimento (525/59.94) Active square pixel 601 4f sc Total Size Active Area 780X X X X X X483

13 Parte 2 13 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)

14 Parte 2 14 Vídeo NTSC (525 linhas, 60 campos/s) 525 linhas de varrimento repetidas vezes por segundo (i.e ms/frame) Linhas de varrimento entrelaçadas dividem uma frame em dois campos com linhas cada um (i.e 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)

15 Parte 2 15 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 linhas cada um (i.e. 20 ms/campo) Aproximadamente 20% mais linhas que o NTSC NTSC vs. PAL grosseiramente a mesma largura de banda

16 Parte 2 16 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

17 Parte 2 17 Gamma 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=x w ) 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

18 Parte 2 18 Gamma em vídeo 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 cameratransmissiondisplay

19 Parte 2 19 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 RGB (RGB c/ correcção gamma) Vídeo usa luminância/crominância RGB YC B C R Luminância é Y (tecnicamente luma é Y) Crominância é C B C R

20 Parte 2 20 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, …

21 Parte 2 21 Amostragem de linha Y Y Y Y Y 4:4:4 CR/CB Y Y Y Y Y 4:2:2 CR/CB Y Y Y Y Y 4:1:1 CR/CB 4:2:2 é conhecida por broadcast quality 4:1:1 é conhecida por VHS quality 4:2:0 é 2:1 nas direcções horizontal e vertical

22 Parte 2 22 Representações Composta NTSC - 6MHz (4.2MHz video), frames/second PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/second Componente Vídeo com separação (luma, chroma) - svhs, Hi8mm RGB, YUV, YIQ, … YC B C R – usado na maior parte de representações comprimidas Vídeo com separação chamado s-video

23 Parte 2 23 Representações analógicas de vídeo NTSC Y = 0.299R G B I = 0.596R G B Q = 0.212R G B composite = Y + Icos(Fsc t) + Qsin(Fsc t) PAL Y = 0.299R G B U = 0.492(B-Y) Q = 0.877(R-Y) composite = Y + Usin(Fsc t) + Vcos(Fsc t)

24 Parte 2 24 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

25 Parte 2 25 Tamanhos da imagem QSIF (19Kp) SIF (82Kp) 601 (300Kp) SVGA (500Kp) ATV (1Mp) Workstation (1Mp) HDTV (2Mp)

26 Parte 2 26 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

27 Parte 2 27 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, …

28 Parte 2 28 Sub-amostragem cromática digital (estrutura de blocos)

29 Parte 2 29 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 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 Mbs)

30 Parte 2 30 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

31 Parte 2 31 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?

32 Parte 2 32 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

33 Parte 2 33 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

34 Parte 2 34 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


Carregar ppt "1 Cap.9: Fundamentos de vídeo Prof. Dr. Abel Gomes"

Apresentações semelhantes


Anúncios Google