TV DIGITAL Paulo Ernesto Moreira 18/04/2017

Seqüência de Abordagem CONVERSÃO ANALÓGICO - DIGITAL TÉCNICAS DE COMPRESSÃO PRINCIPAIS PADRÕES

Forma de Aquisição e Principais Fontes As variações de luminosidade são convertidas em sinal elétrico CÂMERAS E SCANNERS Principal componente : CCD Charge - Coupled Device 18/04/2017

Sinais de Vídeo e Cor RGB - Sinais obtidos de cada saída da câmera R  Relativo ao vermelho contido na cena G  Relativo ao verde contido na cena B  Relativo ao azul contido na cena Y  Vídeo ou luminância  Y = 0,59G + 0,30R +0,11B C  Croma ou cor R - Y ou Cr  Croma R sem luminância B - Y ou Cb  Croma B sem luminância

Varredura e Resolução Varredura progresiva : Varredura entrelaçada : Todas as linhas consecutivamente Varredura entrelaçada : campo ímpar - apenas as linhas ímpares campo par - apenas as linhas pares Quadro : todas as linhas - fotograma completo Pixel - elemento de imagem Resolução - pixels / linha x nº de linhas 18/04/2017

Por que Digital ? Maior imunidade à ruídos Possibilidade de controle por “software” Possibilidade de correção de erros Permite multiplexar diferentes mídias Permite acesso condicionado Facilidade de compressão de dados 18/04/2017

Diagrama básico de uma comunicação digital DIGITALIZAÇÃO Diagrama básico de uma comunicação digital 18/04/2017

SINAIS ANALÓGICOS, DIGITAIS CONTÍNUOS E DISCRETOS DIGITALIZAÇÃO SINAIS ANALÓGICOS, DIGITAIS CONTÍNUOS E DISCRETOS 18/04/2017

DIGITALIZAÇÃO A AMOSTRAGEM 18/04/2017

DIGITALIZAÇÃO A QUANTIZAÇÃO 18/04/2017

DIGITALIZAÇÃO A CODIFICAÇÃO 18/04/2017

DIGITALIZAÇÃO BITS BYTES TAXA DE BITS: Tb TAXA DE SÍMBOLOS: Ts 18/04/2017

Formatos e Notação A : B : C Ex. 4:2:2 4 amostras para Y 2 amostras para Cr 2 amostras para Cb 18/04/2017

Freqüência de Amostragem Altas taxas de bits: Necessidade de compressão 18/04/2017

Redundância Espacial Área com pixels iguais (luminância) 18/04/2017

Redundância Espacial Área com pixels iguais (luminância e croma) 18/04/2017

Redundância Temporal quadro 1 quadro n quadro ( n + m) Toda ou parte da imagem repetida em quadros adjacentes Luminância quadro 1 quadro n quadro ( n + m) 18/04/2017

Redundância Temporal Toda ou parte da imagem repetida em quadros adjacentes Luminância e croma Frame 4 Frame 3 Frame 2 Frame 1 18/04/2017

Técnicas de Compressão Sub-amostragem (sub-sampling) 18/04/2017

Técnicas de Compressão Quantização grosseira (coarse quantization) Redução dos tons de cinza 18/04/2017

Técnicas de Compressão Differential Pulse Code Modulation - DPCM Codificação da diferença entre amostras 18/04/2017

Técnicas de Compressão Compressão entre quadros (Interframes) Casamento de blocos (Block Matching) Vetor movimento (Motion Vector) 18/04/2017

Técnicas de Compressão Codificação por entropia Codificação “Run-lenght” Codificação de Huffman 18/04/2017

Técnicas de Compressão Transformadas : Domínio do tempo  Domínio da freqüência Objetivo Descarte de coeficientes menos significativos 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT  Transformada Discreta de Co-seno : Matriz 8x8 pixels  Matriz 8x8 coeficientes Geração de coeficientes descorrelacionados Energia concentrada sobre alguns coeficientes Coeficientes nulos ou quase nulos 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT : Transformada direta 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT : Efeito dos coeficientes  bases da DCT 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT : Efeito dos coeficientes  bases da DCT 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT Tabela de Quantização Varredura em zig-zag 18/04/2017

Técnicas de Compressão DCT : Transmissão e Recepção 18/04/2017

Padrão JPEG Joint Photograph Expert Group Imagens estáticas  Compressão “intraframe” Técnicas : DCT , DPCM , Entropia 18/04/2017

Padrão H.261 Vídeo Conferência em RDSI Compressão intraframe  DCT Compressão interframe  Macrobloco Vetor movimento - “motion vector” Taxa de bits : px64kbps ( p  1 a 30 ) MACROBLOCO 18/04/2017

PADRÃO H.261 Compressão interframe 18/04/2017

PADRÃO H.261 I-frames  compressão intraframe P-frames  compressão interframe 18/04/2017

PADRÃO MPEG Moving Pictures Experts Group Objetivo Especificação do conjunto de técnicas para a compressão de vídeo/áudio - sintaxe Aberto à inovações : Admite a criação de sistemas proprietários Técnicas : Intraframe  DCT , Run-length , Entropia Interframe  Macrobloco , Vetor movimento Taxa de compressão até 200 :1 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 1 Objetivo inicial Modo de varredura : Armazenamento  CD Vídeo Modo de varredura : Não entrelaçada Formato típico : 320 x 240 pixels ; 30 quadros /s Qualidade de imagem : Igual ao VHS Taxa de bits : 1,5 Mbps (típica) 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 2 Objetivo inicial Aplicações Modo de varredura TV digital (com qualidade normal) Aplicações Transmissão via satélite (DTH) TV a cabo ( CATV) TV digital em broadcasting (HDTV / SDTV) Servidores de vídeo Modo de varredura Entrelaçada Taxa de bits 4 - 100Mbps ( conforme aplicação) Escalabilidade Admite diversos modos 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 2 Frames codificados de 3 modos I ( intraframes )  com base em si mesmo P (predicted)  com base em I - frame B (bidirectional)  com base em 2 P ou I, P frames 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 2 Hierarquia de dados Cada nível transporta um cabeçalho 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 2 Codificador 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG2 Decodificador: 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 4 PERFIS E NÍVEIS 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 4 Objetivo inicial Aplicações Características Vídeo conferência com baixas taxas de bits Aplicações Vídeo - telefone Recuperação de banco de dados Teleshopping Vigilância Características Robustez à erros Operação com formas diferentes de dados Taxa de bits 4,8 - 64kbps ( inicialmente ) - 1,8Mbps ( nova versão ) 18/04/2017

PADRÃO MPEG  MPEG 4 COMPRESSÃO INTRA FRAME 18/04/2017

MPEG - 4 COMPRESSÃO INTRA FRAME 18/04/2017

MPEG - 4 COMPRESSÃO INTRA FRAME 18/04/2017

MPEG - 4 COMPRESSÃO INTER FRAME 18/04/2017

SISTEMAS DE TRANSMISSÃO Sistemas no mundo ATSC (USA) – modulação 8VSB DVB – modulação COFDM ISDB – modulação BST - OFDM No Brasil : ISDB – T : transmissão terrestre ( TV aberta ) DVB – C : transmissão via cabo DVB – S : transmissão via satélite 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Fundamentos da Compressão Codificação por Sub-bandas Modelo psico-acústico do Mascaramento Codificação com Preditor Compactação (sem perdas) 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Fundamentos da Compressão A compressão de áudio é justificada pela limitação de banda e capacidade de dispositivos de armazenamento. A compressão de áudio explora a limitação da percepção auditiva humana A faixa audível para o ouvido humano vai de 16Hz a 20kHz. O ouvido humano é mais sensível na faixa de 2 a 4kHz. 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Varia de indivíduo para indivíduo e com a idade Maior sensibilidade 16Hz – 20kHz 2kHz – 4kHz 18/04/2017

ÁUDIO Nível (dB) Freqüência (kHz) COMPRESSÃO DE ÁUDIO Modelo psicoacústico 1 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 2 5 10 20 40 60 80 Freqüência (kHz) Nível (dB) 18/04/2017

ÁUDIO Nível (dB) Freqüência (kHz) COMPRESSÃO DE ÁUDIO Modelo psicoacústico 1 002 005 0,1 0,2 0,5 2 5 10 20 40 60 80 Freqüência (kHz) Nível (dB) Tons com amplitude e freqüência inaudíveis, podem ser eliminados 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Modelo psicoacústico 18/04/2017

Limiar de mascaramento ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Modelo psicoacústico Limiar de mascaramento Tom de mascaramento Tons mascarados f(Hz) 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Separação em sub-bandas 18/04/2017

Informação no domínio do tempo ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Separação em sub-bandas 5kHz 10kH 15kHz 0,011 Informação no domínio do tempo FFT/DCT 18/04/2017

tom mascarado, pode ser eliminado ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Separação em sub-bandas 5kHz 15kHz tom mascarado, pode ser eliminado 10kHz 18/04/2017

ÁUDIO Nível (dB) Tempo (ms) COMPRESSÃO DE ÁUDIO Efeito máscara no tempo Pós mascaramento Pré mascaramento 150ms 200ms 20ms máscara Tempo (ms) Nível (dB) 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Principais padrões para compressão de áudio: MPEG-1 Layer I: ISO / IEC 11172 - Parte 3 MPEG-1 Layer II: ISO / IEC 11172 - Parte 3* MPEG-1 Layer III (MP3): ISO / IEC 11172 - Parte 3 MPEG-2 Layer I, II e III:ISO 13818 - Parte 3 MPEG-2 AAC (Advanced Audio Code): Derivado do MPEG-2 Layer III* Dolby Digital AC-3* 18/04/2017

ÁUDIO COMPRESSÃO DE ÁUDIO Principais padrões para compressão de áudio: Características MPEG-1 Layer II MPEG-2 BC MPEG-2 AAC Dolby AC-3 Canais Mono ou Stereo Multicanal 5.1 Multicanal até 48 Amostragem 32, 44.1 e 48kHz 16, 20,05 e 24kHz 8 a 96kHz Taxa de Bits 32 a 384kbps 96 a 256kbps 320 a 640kHz 320 a 640kbps Aplicações VCD, SVCD DVD Ipod, PS3 DVD e Blue-Ray TVD Broadcast 18/04/2017

O SISTEMA BRASILEIRO DIAGRAMA EM BLOCOS 18/04/2017

O SISTEMA BRASILEIRO Modulação com multi-portadoras 18/04/2017

O SISTEMA BRASILEIRO Transmissão com banda segmentada - BST Segmentos 18/04/2017

O SISTEMA BRASILEIRO Transmissão com banda segmentada - BST 18/04/2017