conceitos fundamentais em vídeo

Aula 06

Conceitos Fundamentais em Vídeo

Diogo Pinheiro Fernandes Pedrosa

Universidade Federal Rural do SemiáridoDepartamento de Ciências Exatas e Naturais

Ciência da Computação

Fundamentos Básicos de Vídeo 2

Objetivo● Apresentar as principais noções que são

necessárias para entender vídeo;● Compressão de vídeo digital não é abordado

agora;● Principais aspectos:

● Tipos de sinais de vídeo;● Vídeo analógico;● Vídeo digital.


Objetivo● Vídeo analógico → representado como um

sinal contínuo (variante no tempo);● Vídeo digital → representado como uma

sequência de imagens digitais.


Tipos de Sinais de Vídeo


Vídeo Componente● Consiste em um sinal de vídeo que é separado

em três componentes: red, green e blue;● São três cabos e três conectores conectando

câmeras ou outros equipamentos em uma TV ou monitor;

● Este tipo de sinal apresenta o melhor esquema de reprodução de cores → não há interferência entre os sinais R, G ou B.


Vídeo Componente● Requer maior largura de banda para

transmissão e boa sincronização dos três componentes.


Vídeo Componente


Vídeo Composto● Neste tipo de sinal, a cor (crominância) e a

intensidade (luminância) são misturados em uma única onda portadora;


Vídeo Composto● O sinal da crominância é composto por duas

componentes de cores (I e Q → modelo YIQ; ou U e V → modelo YUV);● Os componentes de cores são agrupados em uma

sub-portadora;● Esta sub-portadora é unida com o sinal da

luminância na portadora principal;● O receptor desacopla os sinais, recuperando a

imagem.● Este tipo de sinal é utilizado para transmissão

de TV em cores;


Vídeo Composto● Quando conectados a TVs, os vídeos

compostos usam somente um cabo;● Devido a mistura dos sinais, pode haver

alguma interferência entre a luminância e a crominância.


S-Vídeo● Também é chamado de vídeo separado ou

super vídeo;● Usa dois cabos: um para luminância e outro

para o sinal da crominância composta;● Há menor interferência entre os sinais;


S-Vídeo

Aterramento da Luminância

Luminância

Aterramento da

Crominância

Crominância


S-Vídeo● Motivo de utilizar o sinal da luminância

separado da crominância → humanos são capazes de diferenciar resolução espacial em imagens em nível de cinza melhor que em imagens coloridas.


Vídeo Analógico


Introdução● Embora haja uma data para a completa

migração para sinal digital de TV, grande parte do território brasileiro ainda envia e recebe sinal analógico de TVs;

● Uma vez que o sinal é recebido, pode-se considerar que o brilho produzido na tela do aparelho (em uma imagem) é uma função da tensão elétrica aplicada nos circuitos de geração de imagem deste aparelho;


Introdução● Um sinal analógico recebido possui amostras

variantes no tempo da imagem que será exibida na tela;


Introdução


Introdução● O sinal pode ser progressivo (escaneamento

progressivo) → a recuperação da imagem a partir do sinal recebido ocorre linha a linha no monitor, em intervalos de tempo bem definidos (exemplo: 1/72 segundos, em TVs de alta resolução);

● Sinal entrelaçado → na geração de imagens, inicialmente as linhas ímpares são traçadas; em seguida traçam-se as linhas pares;● Campos ímpar e par: juntos formam um quadro!


Introdução

As linhas não são horizontais porque há uma tensão elétrica que move os elétrons para baixo durante o escaneamento.


Introdução● O entrelaçamento foi inventado porque, quando

os padrões foram definidos, foi difícil transmitir a quantidade de informação de um quadro de forma a evitar a cintilação;

● Adotando-se dois campos (ímpar e par) a percepção da cintilação foi reduzida;● O problema ocorre quando há alguma ação rápida

na imagem da tela → tendência de borramento da imagem.


Introdução● Retraço horizontal → é a passagem do

escaneamento dos elétrons de uma linha para outra;

● Retraço vertical → é a passagem do escaneamento do final de um quadro para o início do outro;

● América do Norte: sistema elétrico com 60Hz → 30 quadros por segundo!


Introdução● Sendo a tensão elétrica utilizada para gerar o

feixe de elétrons um sinal unidimensional, como saber quando uma nova linha no vídeo começa?

● Solução:● Tensão elétrica máxima → representação do

branco;● Tensão elétrica mínima (diferente de zero) →

representação do preto;


Introdução● Tensão elétrica em outro valor (0,0 V, por exemplo)

→ utilizada para indicar o início de uma nova linha de escaneamento;

● O tempo em que o sinal está apagado pode ser utilizado para sincronização.

● O retraço vertical tem o mesmo princípio.


Introdução


Vídeo NTSC


Introdução● É um padrão de TV bastante utilizado na

América do Norte e no Japão;


Introdução● Usa uma razão de aspecto de 4:3;● Há 525 linhas de escaneamento por quadro em

30 quadros por segundo;● De forma exata, são 29,97 quadros por segundo e

33,37 ms;● Adota o sistema de entrelaçamento:

● Cada quadro é dividido em dois campos com 262,5 linhas;

● A frequência de varredura é:525×29,97=15.734 linhas/segundo


Introdução● Cada linha é escaneada em:

● Considerando que o retraço horizontal leva 10.9 s, sobra 52,7 s para a linha de sinal ativa.

● A resolução de um vídeo NTSC não é fixa → quanto maior o número de amostras no sinal horizontal, maior é o número de pixel na imagem;

115.734

≈63,6s


Introdução● Vídeos NTSC utilizam o modelo de cor YIQ;● As componentes de cor (I e Q) são agrupadas

em uma componente C (de crominância) através de uma técnica chamada de modulação de quadratura:

● A frequência de C é aproximadamente 3,58 MHz;

● A composição é:

C=I⋅cos F sc t Q⋅sin F sc t

composição=YC


Introdução● O sistema NTSC assegura uma maior largura

de banda de transmissão para a componente Y (4.2 Mhz) e somente 1.6 MHz para a componente I e 0,6 MHz para Q;

● A largura de banda da portadora do sinal YIQ + áudio é 6 MHz.


Introdução


Vídeo PAL


Introdução● Acrônimo em inglês para Phase Alternating

Line (Linha de Fase Alternante);● Forma de sinal analógico de vídeo utilizado em

grande parte do mundo (Oceania, África Oriente Médio, Europa)


Introdução


Introdução● Foi criado na Alemanha;● Utiliza um escaneamento de 625 linhas por

quadro, em 25 quadros por segundo;● A razão de aspecto é de 4:3 entrelaçado;● O modelo de cor utilizado é o YUV com um

canal de 8 Mhz;● A palavra alternante vem do fato de que o sinal

de cromaticidade adota valores alternados durante o escaneamento em linhas sucessivas (exemplo: +U e -U).


Introdução


Vídeo Digital


Vantagens da Representação Digital● Armazenamento em equipamentos digitais;● Formato pronto para processamento (remoção

de ruído, por exemplo);● Integração com várias aplicações multimídia;● Acesso direto, permitindo edição de vídeo de

forma mais simples;● Regravação repetida, sem degradação da

qualidade da imagem;


Vantagens da Representação Digital● Facilidade de criptografar;● Melhor tolerância ao ruído do canal de

transmissão.


Formato de Cores● Vídeos digitais utilizam o formato de vídeo

componente → os sinais RGB são convertidos em um outro espaço de cores;

● O espaço usual é o YCbCr.


Subamostragem do Croma● Percepção visual para cores é menor que a

percepção para níveis de cinza → motivo para reduzir o sinal da crominância;

● A subamostragem do croma consiste em definir quantos sinais de cromaticidade são enviados a cada quatro pixels;


Subamostragem do Croma


Padrões CCIR para Vídeo Digital● CCIR → Consultative Comittee for International

Radio → define padrões de comunicação via rádio → depois virou ITU (International Telecommunication Union);● Padrão CCIR-601 (vídeo componente digital) →

ITU-R-601 (padrão para aplicações de vídeo profissional).


Padrões CCIR para Vídeo Digital

CCIR 601525/60NTSC

CCIR 601625/50

PAL/SECAMResolução da

luminância 720 x 480 720 x 576

Resolução da crominância 360 x 480 360 x 576

Subamostragem da cor 4:2:2 4:2:2

Razão de aspecto 4:3 4:3Campos por segundo 60 50

Entrelaçado Sim Sim


TV de Alta Definição (HDTV)


Introdução● Aspecto interessante:

● Filmes em wide-screen trouxeram a descoberta que observadores sentados próximos a tela apreciaram uma maior “sensação de imersão” → a exposição para um campo de visão maior influencia a visão periférica e contribui para essa sensação;

● Trunfo do HDTV:● Não é o aumento da definição em cada unidade de

área, mas o aumento do campo visual, especialmente o seu comprimento.


Introdução● Primeira geração de HDTV → foi baseada em

tecnologia analógica desenvolvida no Japão (Sony e NHK) nos anos 1970;

● Primeira transmissão japonesa de sucesso → jogos olímpicos de Los Angeles em 1984;

● Houve uma melhoria da tecnologia em 1990 com a adoção de uma nova técnica de codificação chamada de MUSE (Multiple sub-Nyquist Sampling Encoding);


Introdução● MUSE proporcionou: 1.125 linhas de

escaneamento entrelaçado (60 campos por segundo) e razão de aspecto de 16:9;

● De forma geral, a transmissão HDTV pode ser por satélite, cabo e redes banda-larga;

● Sinal HDTV necessita mais de 20MHz;● Lembrar que os sinais analógicos utilizam 6MHz ou

8MHz;● Novas formas de codificação estão sendo

pesquisadas.


Introdução● Em 1987 a FCC (Federal Communications

Comission) decidiu que o padrão HDTV devia ser compatível com o padrão NTSC existente e que seria transmitido em VHF e UHF;

● Em 1990 o FCC decidiu que o sinal HDTV de alta-resolução seria transmitido juntamente com o sinal NTSC e que gradativamente o substituiria;

● Em 1993 foi criado o padrão americano ATSC de TV digital;


Introdução● Padrão ATSC:

Número de pixel ativo por linha

Número de linhas ativas

Razão de aspecto

Taxa de atualização da

imagem1.190 1.080 16:9 60I 30P 24P1.280 720 16:9 60P 30P 24P704 480 16:9 e 4:3 60I 60P 30P 24P640 480 4:3 60I 60P 30P 24P


Introdução● Compressão padrão para vídeo: MPEG-2;● Compressão padrão para áudio: AC-3 (suporta

canal 5.1 Dolby surround);● Diferenças entre TV convencional e HDTV:

● Razão de aspecto;● Tendência do HDTV basear-se em sinal

progressivo → evita o “serrilhamento” de arestas na imagem que estão em movimento e evita a cintilação de arestas que estão na horizontal;

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