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EPUSP - Guido Stolfi 1 / 115 Amostragem Espacial / Temporal : Varredura PTC2457 – Princípios de TV Digital EPUSP – 2010 Guido Stolfi.

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1 EPUSP - Guido Stolfi 1 / 115 Amostragem Espacial / Temporal : Varredura PTC2457 – Princípios de TV Digital EPUSP – 2010 Guido Stolfi

2 EPUSP - Guido Stolfi 2 / 115 Amostragem de uma Imagem em Movimento u = f ( x, y, t )

3 EPUSP - Guido Stolfi 3 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 4 / 115 Critérios de Resolução Espacial •Acuidade Visual: ~ 1 minuto de grau •Proporção: 4:3 (igual ao cinema) •Tamanho da Imagem: ? •Distância de Observação: ?

5 EPUSP - Guido Stolfi 5 / 115 A Televisão como Entretenimento

6 EPUSP - Guido Stolfi 6 / 115 Ângulos de Visualização da TV (Padrão M) H / L = ¾ a = 10 o b = 7.5 o

7 EPUSP - Guido Stolfi 7 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 8 / 115 Requisitos de Banda Passante • 60 quadros por segundo, 600 x 450 pixels 1 pixel = 1 semiciclo da maior freqüência necessária

9 EPUSP - Guido Stolfi 9 / 115 Agravante: Tempo de Retraço Tempo de Varredura Tempo de Retraço

10 EPUSP - Guido Stolfi 10 / 115 Requisitos de Banda Passante •Tempo de retraço: 20% na varredura horizontal e 9% na vertical

11 EPUSP - Guido Stolfi 11 / 115 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 (f a > 2 x f s ) •Fator de Kell = 0,7 (experimental) implicaria em 450  0,7 = 643 linhas de varredura na imagem visível.

12 EPUSP - Guido Stolfi 12 / 115 Reconstrução com Pulso Retangular (Obedecendo Critério de Nyquist) f A = 2,2 f M

13 EPUSP - Guido Stolfi 13 / 115 Reconstrução com Pulso Retangular (Obedecendo Critério de Kell) f A = 3,3 f M

14 EPUSP - Guido Stolfi 14 / 115 Requisitos de Banda Passante •Considerando tempo de retraço e fator de Kell:

15 EPUSP - Guido Stolfi 15 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 16 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 17 / 115 Varredura Entrelaçada - Padrão “M”

18 EPUSP - Guido Stolfi 18 / 115 Atenuante: Modulação Vestigial (VSB) 4,2 MHz -4,2 MHz Vídeo Composto (Banda Base) +4,2 MHz -0,75 MHz +4,5 MHz fo Modulação AM Modulação VSB + Áudio 0 6 MHz

19 EPUSP - Guido Stolfi 19 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 20 / 115 Sincronismo Composto com Entrelaçamento

21 EPUSP - Guido Stolfi 21 / 115 Separação do Sincronismo Horizontal

22 EPUSP - Guido Stolfi 22 / 115 Separação do Sincronismo Vertical

23 EPUSP - Guido Stolfi 23 / 115 Efeito dos Pulsos de Equalização

24 EPUSP - Guido Stolfi 24 / 115 Pórticos (Porch) no Sincronismo Horizontal

25 EPUSP - Guido Stolfi 25 / 115 Efeito do Pórtico Frontal Sinal com Banda LimitadaLimitação de Banda sem Pórtico Frontal

26 EPUSP - Guido Stolfi 26 / 115 Efeito do Pórtico Posterior Acoplamento AC do Sinal de Vídeo Composto Sinal de Vídeo com Grampeamento DC

27 EPUSP - Guido Stolfi 27 / 115 Estrutura de Amostragem Espacio- temporal

28 EPUSP - Guido Stolfi 28 / 115 Amostragem Entrelaçada de um Objeto em Movimento

29 EPUSP - Guido Stolfi 29 / 115 Estruturas de Varredura Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada

30 EPUSP - Guido Stolfi 30 / 115 Espectros das Estruturas de Varredura Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada

31 EPUSP - Guido Stolfi 31 / 115 Espectro Bi-dimensional y x fxfx fyfy Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

32 EPUSP - Guido Stolfi 32 / 115 Espectro Bi-dimensional y x fxfx fyfy Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

33 EPUSP - Guido Stolfi 33 / 115 Espectro Bi-dimensional y x fxfx fyfy Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

34 EPUSP - Guido Stolfi 34 / 115 Espectro Bi-dimensional y x fxfx fyfy Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial

35 EPUSP - Guido Stolfi 35 / 115 Função de Transferência de Contraste (CTF)

36 EPUSP - Guido Stolfi 36 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 37 / 115 MTF da Visão Humana

38 EPUSP - Guido Stolfi 38 / 115 Unidade de Medida: Linhas de TV •Quantidade de linhas pretas + brancas contidas em uma distância igual à altura da imagem V V

39 EPUSP - Guido Stolfi 39 / 115 MTF da Televisão Convencional

40 EPUSP - Guido Stolfi 40 / 115 Critério de Kell x Nyquist

41 EPUSP - Guido Stolfi 41 / 115 f M / f A = 0,1

42 EPUSP - Guido Stolfi 42 / 115 f M / f A = 0,2

43 EPUSP - Guido Stolfi 43 / 115 f M / f A = 0,3

44 EPUSP - Guido Stolfi 44 / 115 f M / f A = 0,3 fXfX fYfY fYfY fXfX f AY f AX

45 EPUSP - Guido Stolfi 45 / 115 f M / f A = 0,35

46 EPUSP - Guido Stolfi 46 / 115 f M / f A = 0,4

47 EPUSP - Guido Stolfi 47 / 115 f M / f A = 0,45

48 EPUSP - Guido Stolfi 48 / 115 f M / f A = 0,5

49 EPUSP - Guido Stolfi 49 / 115 f M / f A = 0,5 fXfX fYfY fXfX fYfY f AY f AX

50 EPUSP - Guido Stolfi 50 / 115 f M / f A = 0,55

51 EPUSP - Guido Stolfi 51 / 115 f M / f A = 0,8

52 EPUSP - Guido Stolfi 52 / 115 f M / f A = 0,8 fYfY fXfX fYfY fXfX f AY f AX

53 EPUSP - Guido Stolfi 53 / 115 f M / f A = 0,95

54 EPUSP - Guido Stolfi 54 / 115 f M / f A = 0,2

55 EPUSP - Guido Stolfi 55 / 115 f M / f A = 0,3

56 EPUSP - Guido Stolfi 56 / 115 f M / f A = 0,35

57 EPUSP - Guido Stolfi 57 / 115 f M / f A = 0,4

58 EPUSP - Guido Stolfi 58 / 115 f M / f A = 0,45

59 EPUSP - Guido Stolfi 59 / 115 f M / f A = 0,5

60 EPUSP - Guido Stolfi 60 / 115 f M / f A = 0,95

61 EPUSP - Guido Stolfi 61 / 115 f M / f A = 0,95 fXfX fYfY fXfX fYfY f AY f AX

62 EPUSP - Guido Stolfi 62 / 115 f M / f A = 0,35

63 EPUSP - Guido Stolfi 63 / 115 f M / f A = 0,4

64 EPUSP - Guido Stolfi 64 / 115 f M / f A = 0,5

65 EPUSP - Guido Stolfi 65 / 115 f M / f A = 0,35

66 EPUSP - Guido Stolfi 66 / 115 f M / f A = 0,4

67 EPUSP - Guido Stolfi 67 / 115 f M / f A = 0,45

68 EPUSP - Guido Stolfi 68 / 115 f M / f A = 0,5

69 EPUSP - Guido Stolfi 69 / 115 Amostragem com Função de Reconstrução Triangular

70 EPUSP - Guido Stolfi 70 / 115 f M / f A = 0,35

71 EPUSP - Guido Stolfi 71 / 115 f M / f A = 0,35 fXfX fYfY fXfX fYfY f AY f AX

72 EPUSP - Guido Stolfi 72 / 115 f M / f A = 0,3

73 EPUSP - Guido Stolfi 73 / 115 f M / f A = 0,35

74 EPUSP - Guido Stolfi 74 / 115 f M / f A = 0,4

75 EPUSP - Guido Stolfi 75 / 115 f M / f A = 0,45

76 EPUSP - Guido Stolfi 76 / 115 f M / f A = 0,5

77 EPUSP - Guido Stolfi 77 / 115 “Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée” Imagem Original Imagem Amostrada

78 EPUSP - Guido Stolfi 78 / 115 “Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée” Imagem Original Imagem Amostrada e reconstruída

79 EPUSP - Guido Stolfi 79 / 115 Espectro 2-D da Imagem Amostrada fXfX fYfY fXfX fYfY f AY f AX

80 EPUSP - Guido Stolfi 80 / 115 Redução do “Aliasing” Espacial por Filtragem Imagem Filtrada por Imagem Amostrada abertura equivalente e reconstruída

81 EPUSP - Guido Stolfi 81 / 115 Espectro 2-D da Imagem Filtrada fXfX fYfY f AY f AX fXfX fYfY fXfX fYfY Amostragem Filtragem espacial

82 EPUSP - Guido Stolfi 82 / 115 Amostragem e Reconstrução Imagem Estrutura de Amostragem Espacial Abertura Equivalente de Captura Pixel Função de Reconstrução

83 EPUSP - Guido Stolfi 83 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 84 / 115 Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Quadrada

85 EPUSP - Guido Stolfi 85 / 115 Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Gaussiana

86 EPUSP - Guido Stolfi 86 / 115 John Lennon

87 EPUSP - Guido Stolfi 87 / 115 Padrão de Teste de Resolução Espacial

88 EPUSP - Guido Stolfi 88 / 115 Amostragem Temporal

89 EPUSP - Guido Stolfi 89 / 115 Espectro Tri-dimensional (Espaço / Tempo) y x fxfx fyfy Imagem com Movimento Espectro Tri-dimensional t ftft a b c

90 EPUSP - Guido Stolfi 90 / 115 “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 EPUSP - Guido Stolfi 91 / 115 Redução do “Aliasing” Temporal pelo Controle do Tempo de Exposição

92 EPUSP - Guido Stolfi 92 / 115 Persistência Luminosa da Imagem

93 EPUSP - Guido Stolfi 93 / 115 Efeito Visual da Persistência

94 EPUSP - Guido Stolfi 94 / 115 Telecinagem com Pull-down 3:2

95 EPUSP - Guido Stolfi 95 / 115 Efeito da Telecinagem 3:2

96 EPUSP - Guido Stolfi 96 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 97 / 115 Radiodifusão de TV Monocromática (Padrão “M”) Modulação AM Vestigial Negativa

98 EPUSP - Guido Stolfi 98 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 99 / 115 Espectro de um Sinal de TV Analógica

100 EPUSP - Guido Stolfi 100 / 115 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 EPUSP - Guido Stolfi 101 / 115 Padrões e Sistemas PadrãoBanda do Canal (MHz) Portadora de Vídeo Portadora de Áudio Banda do Vídeo Banda Vestigial Fator Gama B7,01,25+5,55,0-0,752,8 D, K8,01,25+6,56,0-0,752,8 G8,01,25+5,55,0-0,752,8 H8,01,25+5,55,0-1,252,8 I8,01,25+5,55,5-1,252,8 K1, L8,01,25+6,56,0-1,252,8 M, N6,01,25+4,54,2-0,752,2 M= 60 Hz; demais padrões = 50 Hz

102 EPUSP - Guido Stolfi 102 / 115 Padrões e Sistemas Analógicos no Mundo PaísPadrãoSistemaFv (Hz) Brasil, VietnãMPAL60 Argentina, Paraguai, UruguaiNPAL50 Chile, Peru, Venezuela, Equador, ColombiaMNTSC60 EUA, Canadá, México, Coréia do SulMNTSC60 China, Coréia do Norte, CongoDPAL50 Rússia, Ucrânia, BulgáriaDSECAM50 FrançaLSECAM50 Itália, Áustria, Alemanha, Dinamarca, Líbano, Israel, Hungria, Bósnia, Kuwait, Portugal B/GPAL50 GréciaB/GSECAM50 Inglaterra, Hong Kong, Angola, África do Sul, Irlanda IPAL50 Gabão, Guiana, Taiti, Nigéria, RuandaKSECAM50

103 EPUSP - Guido Stolfi 103 / 115 Alguns Formatos de Varredura para Monitores de Vídeo PadrãoResolução visível h x v Freq. Vert. (Hz) Freq. Hor. (kHz) varreduraBw (MHz) CGA320 x progr.3.2 VGA640 x progr.13 VESA640 x progr.16 SVGA800 x progr.25 XGA1024 x entrelac.23 SVGA1280 x progr.63 SVGA1280 x entrelac.40 Mac II1152 x progr.50

104 EPUSP - Guido Stolfi 104 / 115 TV de Alta Definição: “Hi-Vision”

105 EPUSP - Guido Stolfi 105 / 115 Dimensionamento do Ângulo de Visualização para a “Hi-Vision”

106 EPUSP - Guido Stolfi 106 / 115 Dimensionamento do Ângulo de Visualização para a “Hi-Vision”

107 EPUSP - Guido Stolfi 107 / 115 Ocupação do Campo Visual

108 EPUSP - Guido Stolfi 108 / 115 Relação de Aspecto da TV de Alta Definição •Compatibilidade com imagens 4:3 4  3 (12  9) 4 

109 EPUSP - Guido Stolfi 109 / 115 Relação de Aspecto da TV de Alta Definição •Compatibilidade com formatos de Cinema

110 EPUSP - Guido Stolfi 110 / 115 TV de “Mesma Definição” ’

111 EPUSP - Guido Stolfi 111 / 115 Imagem Hi-Vision

112 EPUSP - Guido Stolfi 112 / 115 Formatos de TV de Alta Definição •Resolução da Imagem (H x V): •1920 x 1080, 1280 x 720 •Taxa de Imagens por segundo: •60, 59.94, 50, 30, 29.97, 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 EPUSP - Guido Stolfi 113 / 115 No Futuro ?

114 EPUSP - Guido Stolfi 114 / 115 UHDV – Ultra High Definition Video (2005) >90 O

115 EPUSP - Guido Stolfi 115 / 115 UHDV – Ultra High Definition Video ( NHK ) UHDV


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