Amostragem Espacial / Temporal : Varredura

Apresentação em tema: "Amostragem Espacial / Temporal : Varredura"— Transcrição da apresentação:

1 Amostragem Espacial / Temporal : Varredura
PTC2457 – Princípios de TV Digital EPUSP – 2010 Guido Stolfi

2 Amostragem de uma Imagem em Movimento
u = f (x, y, t)

3 Critérios de Resolução Temporal
Remanência da Visão: 15 a 20 imagens (quadros) por segundo Cintilação: 48 ~ 60 imagens por segundo Interferências com a Rede Elétrica: 50 / 60 Hz 60 imagens por segundo (EUA, Japão, Brasil 50 imagens por segundo (Europa, Ásia, etc.)

4 Critérios de Resolução Espacial
Acuidade Visual: ~ 1 minuto de grau Proporção: 4:3 (igual ao cinema) Tamanho da Imagem: ? Distância de Observação: ?

5 A Televisão como Entretenimento

6 Ângulos de Visualização da TV (Padrão M)
H / L = ¾ a = 10o b = 7.5o

7 Dimensionamento de um Sistema de TV: Padrão “M”
Acuidade Visual: 1/60 de grau Ângulo de visualização: 10 x 7.5 graus  600 x 450 elementos de imagem (pixels)

8 Requisitos de Banda Passante
60 quadros por segundo, 600 x 450 pixels 1 pixel = 1 semiciclo da maior freqüência necessária

9 Agravante: Tempo de Retraço
Tempo de Varredura Tempo de Retraço

10 Requisitos de Banda Passante
Tempo de retraço: 20% na varredura horizontal e 9% na vertical

11 Agravante: Fator de Kell
Teorema da Amostragem diz: número de linhas de varredura deve ser maior que o número de linhas (alternadas) a serem exibidas na imagem (fa > 2 x fs) Fator de Kell = 0,7 (experimental) implicaria em 450  0,7 = 643 linhas de varredura na imagem visível.

12 Reconstrução com Pulso Retangular (Obedecendo Critério de Nyquist)
fA = 2,2 fM

13 Reconstrução com Pulso Retangular (Obedecendo Critério de Kell)
fA = 3,3 fM

14 Requisitos de Banda Passante
Considerando tempo de retraço e fator de Kell:

15 Atenuante: Acuidade Visual
Adotado Limite de Acuidade Visual como 1,33 minutos de grau Imagem visível passa para 340 x 450 elementos de resolução (480 linhas de amostragem) Adotadas 525 linhas de varredura (incluindo retraço)

16 Atenuante: Entrelaçamento
Freqüência de Cintilação para objetos pequenos é muito menor Imagem é subdividida em 2 campos (par e ímpar) Banda Passante cai pela metade (4.2 MHz)

17 Varredura Entrelaçada - Padrão “M”

18 Atenuante: Modulação Vestigial (VSB)
Vídeo Composto (Banda Base) 4,2 MHz +4,2 MHz -0,75 MHz +4,5 MHz fo Modulação AM -4,2 MHz Modulação VSB + Áudio 6 MHz

19 Sinal de Vídeo Composto RS-170
Período Horizontal: 1H = 63,56 s Apagamento Horizontal: 10,90,2 s Pulso de Sincronismo: 4,7  0,1 s Pórtico Frontal: 0,02H = 1,3 s Amplitude do Sinc.: 40 IRE (286 mV) Amplitude Total do Sinal de Vídeo : 140 IRE (1 Volt) (1 unidade IRE = 7,14 mV)

20 Sincronismo Composto com Entrelaçamento

21 Separação do Sincronismo Horizontal

22 Separação do Sincronismo Vertical

23 Efeito dos Pulsos de Equalização

24 Pórticos (Porch) no Sincronismo Horizontal

25 Efeito do Pórtico Frontal
Sinal com Banda Limitada Limitação de Banda sem Pórtico Frontal

26 Efeito do Pórtico Posterior
Acoplamento AC do Sinal de Vídeo Composto Sinal de Vídeo com Grampeamento DC

27 Estrutura de Amostragem Espacio-temporal

28 Amostragem Entrelaçada de um Objeto em Movimento

29 Estruturas de Varredura
Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada

30 Espectros das Estruturas de Varredura
Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada

31 Espectro Bi-dimensional
fx fy y x Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

32 Espectro Bi-dimensional
fy y fx x Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

33 Espectro Bi-dimensional
fy y fx x Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

34 Espectro Bi-dimensional
fy y fx x Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

35 Função de Transferência de Contraste (CTF)

36 Função de Transferência de Modulação (MTF)
Obtida da mesma forma que a CTF, quando o padrão de barras tem variação senoidal de luminância (ao invés de retangular) É a resposta em freqüência espacial do sistema MTF de um sistema com elementos em série é o produto das MTF’s dos elementos

37 MTF da Visão Humana

38 Unidade de Medida: Linhas de TV
Quantidade de linhas pretas + brancas contidas em uma distância igual à altura da imagem V V

39 MTF da Televisão Convencional

40 Critério de Kell x Nyquist

41 fM / fA = 0,1

42 fM / fA = 0,2

43 fM / fA = 0,3

44 fM / fA = 0,3 fY fX fAY fAX fX fY

45 fM / fA = 0,35

46 fM / fA = 0,4

47 fM / fA = 0,45

48 fM / fA = 0,5

49 fM / fA = 0,5 fX fY fAY fAX fX fY

50 fM / fA = 0,55

51 fM / fA = 0,8

52 fM / fA = 0,8 fY fX fAY fAX fX fY

53 fM / fA = 0,95

54 fM / fA = 0,2

55 fM / fA = 0,3

56 fM / fA = 0,35

57 fM / fA = 0,4

58 fM / fA = 0,45

59 fM / fA = 0,5

60 fM / fA = 0,95

61 fM / fA = 0,95 fX fY fAY fAX fX fY

62 fM / fA = 0,35

63 fM / fA = 0,4

64 fM / fA = 0,5

65 fM / fA = 0,35

66 fM / fA = 0,4

67 fM / fA = 0,45

68 fM / fA = 0,5

69 Amostragem com Função de Reconstrução Triangular

70 fM / fA = 0,35

71 fM / fA = 0,35 fX fY fAY fAX fX fY

72 fM / fA = 0,3

73 fM / fA = 0,35

74 fM / fA = 0,4

75 fM / fA = 0,45

76 fM / fA = 0,5

77 “Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée”
Imagem Original Imagem Amostrada

78 “Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée”
Imagem Original Imagem Amostrada e reconstruída

79 Espectro 2-D da Imagem Amostrada
fX fY fAY fAX fX fY

80 Redução do “Aliasing” Espacial por Filtragem
Imagem Filtrada por Imagem Amostrada abertura equivalente e reconstruída

81 Espectro 2-D da Imagem Filtrada
fX fY fX fY fAY fAX Filtragem espacial Amostragem

82 Amostragem e Reconstrução
Abertura Equivalente de Captura Imagem Função de Reconstrução Pixel Estrutura de Amostragem Espacial

83 Amostragem e Reconstrução
No domínio Espacial: Convolução da imagem com a abertura equivalente de captura Amostragem Convolução da amostra com a função de Reconstrução No domínio da Freqüência: Filtragem pela MTF do processo de captura Amostragem (translação e replicação espectral) Filtragem pela MTF do processo de reconstrução

84 Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Quadrada

85 Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Gaussiana

86 John Lennon

87 Padrão de Teste de Resolução Espacial

88 Amostragem Temporal

89 Espectro Tri-dimensional (Espaço / Tempo)
ft fy b y c fx a t x Imagem com Movimento Espectro Tri-dimensional

90 “Aliasing” Temporal: Efeito “Roda de Carroça”
Uma Rotação de 85 graus em sentido Horário... ...confunde-se com uma rotação de 5 graus... ...em sentido anti-horário.

91 Redução do “Aliasing” Temporal pelo Controle do Tempo de Exposição

92 Persistência Luminosa da Imagem

93 Efeito Visual da Persistência

94 Telecinagem com Pull-down 3:2

95 Efeito da Telecinagem 3:2

96 Resumo Processos diferentes de limitação de banda nas dimensões T, x e y Características perceptuais diferentes para essas dimensões “Aliasing” pode ser aceitável em relação à perda de definição espacial ou temporal

97 Radiodifusão de TV Monocromática (Padrão “M”)
Modulação AM Vestigial Negativa

98 Resposta em Freqüência Ideal do Receptor de TV
Portadora de vídeo Portadora de áudio Portadora de vídeo (canal superior) Portadora de áudio (canal inferior) 50% 0.75 MHz 4,2 MHz 6 MHz

99 Espectro de um Sinal de TV Analógica

100 Padrões e Sistemas Padrão: Banda passante, disposição das portadoras dentro do canal, frequencias nominais dos canais B, D, G, H, I, K, K1, L, M, N Sistema: Formato de varredura e codificação da Cor NTSC, SECAM, PAL

101 Padrões e Sistemas M= 60 Hz; demais padrões = 50 Hz Padrão
Banda do Canal (MHz) Portadora de Vídeo Portadora de Áudio Banda do Vídeo Banda Vestigial Fator Gama B 7,0 1,25 +5,5 5,0 -0,75 2,8 D, K 8,0 +6,5 6,0 G H -1,25 I 5,5 K1, L M, N +4,5 4,2 2,2 M= 60 Hz; demais padrões = 50 Hz

102 Padrões e Sistemas Analógicos no Mundo
País Padrão Sistema Fv (Hz) Brasil, Vietnã M PAL 60 Argentina, Paraguai, Uruguai N 50 Chile, Peru, Venezuela, Equador, Colombia NTSC EUA, Canadá, México, Coréia do Sul China, Coréia do Norte, Congo D Rússia, Ucrânia, Bulgária SECAM França L Itália, Áustria, Alemanha, Dinamarca, Líbano, Israel, Hungria, Bósnia, Kuwait, Portugal B/G Grécia Inglaterra, Hong Kong, Angola, África do Sul, Irlanda I Gabão, Guiana, Taiti, Nigéria, Ruanda K

103 Alguns Formatos de Varredura para Monitores de Vídeo
Padrão Resolução visível h x v Freq. Vert. (Hz) Freq. Hor. (kHz) varredura Bw (MHz) CGA 320 x 200 60 15.75 progr. 3.2 VGA 640 x 480 31.5 13 VESA 72 37.8 16 SVGA 800 x 600 75 46.8 25 XGA 1024 x 768 87 35.5 entrelac. 23 1280 x 1024 71 76.0 63 86 45.8 40 Mac II 1152 x 870 68.7 50

104 TV de Alta Definição: “Hi-Vision”

105 Dimensionamento do Ângulo de Visualização para a “Hi-Vision”

106 Dimensionamento do Ângulo de Visualização para a “Hi-Vision”

107 Ocupação do Campo Visual

108 Relação de Aspecto da TV de Alta Definição
Compatibilidade com imagens 4:3 16 4  3 4  3 (12  9) 4  3 9 4  3

109 Relação de Aspecto da TV de Alta Definição
Compatibilidade com formatos de Cinema

110 TV de “Mesma Definição”
1080 480 1’ 640 1920

111 Imagem Hi-Vision

112 Formatos de TV de Alta Definição
Resolução da Imagem (H x V): 1920 x 1080 , 1280 x 720 Taxa de Imagens por segundo: 60, , 50, 30, , 25, 24, Varredura Progressiva (p) e Entrelaçada (i) Frequencia de Amostragem (pixel), MHz: 148.5, , , Formatos Preferenciais ( MHz): 1080i (29.97) 720p (59.94)

113 No Futuro ?

114 UHDV – Ultra High Definition Video (2005)
4320 1080 >90O 1920 7680

115 UHDV – Ultra High Definition Video (NHK-2005)