FUNDAMENTOS DE TV DIGITAL. Objetivos do Sistema Digital. Digital. Comparação. (NTSC x ATSC) Transmissão simultânea de várias programações

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1 PR UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ FUNDAMENTOS DE TV DIGITAL Prof. Alexandre A. P. Pohl Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial - CPGEI 1 Objetivos do Sistema Digital Transmissão simultânea de várias programações diferentes com qualidade padrão ou de programação única com alta resolução em um mesmo canal; Flexibilidade de formatos e taxas; Possibilidade de integração com computadores; Padronização de características técnicas Criação novas áreas de negócios cios; 2 Comparação (NTSC x ATSC) Característica Pixels Taxa de quadro (fps) Seqüência de quadros Razão Aspecto Imagem (IAR) Razão Aspecto Pixel (PAR) Áudio Compressão de dados Interface com computadores Transmissão dados / informação Analógico 720 x ,97 entrelaçado ado 4:3 0,99 FM, mono estéreo 80 Hz 15 KHz não não limitada Digital 1920 x ; 30; 24; 59,94; 29,97 Entrel / Progr 4:3 e 16:9 0,9 1,0 Surround Digital 5+1, 20 Hz 20 KHz Sim Sim maior 3 1

2 TV de Alta Definição Definida inicialmente para o sistema analógico SMPTE 240M-1995 Television Signal Parameters Line High Definition Production Systems SMPTE 260M-1992 Television Digital Representation and Bit-Parallel Interface- 1125/60 High-Definition Production System 4 Especificação para HDTV Característica No. total linhas / quadro No. linhas ativas / quadro Razão de entrelaçamento amento Razão de Aspecto Freqüência de campo (Hz) Freqüência de linha (Hz) 1125 / 60 (US, Canada, Japan) :1 16: / 50 (Europe) Progr 1:1 16: CCIR Report 801 HDTV Systems 5 Parâmetros Comuns Na ausência de padronização ão, tentativa de se estabelecer alguns parâmetros comuns. Por exemplo: Formato de Imagem Comum (CIF). Especifica as características espaciais para a área ativa de sistemas de imagens Elementos comuns incluem: razão de aspecto da imagem, número de amostras por linha ativa e número de linhas ativas Padrão de colorimetria 6 2

3 Parâmetros para Varredura de Taxa de Dados 7 Formato de Imagem Comum (CIF) Quadros de TV com diferentes dimensões de imagem devido à varredura são colocadas em formato comum, comum, mas com diferentes intervalos (inativos) inativos) de apagamento horizontal e vertical Exemplo: Exemplo: CIF pode ser repetido a uma taxa de 30 fps no padrão de 525 linhas e 25 fps no padrão de 625. CIF usado na compressão de imagem e processamento em computadores 8 Padrões de Colorimetria 9 3

4 Interoperabilidade Objetivo Tornar possível a coexistência de várias aplicações (DTV, computadores e multimídia dia) Tornar seu uso de forma facilitada; Facilitar troca de material comprimido entre sistemas diferentes. 10 Interoperabilidade 11 Flexibilidade O sistema DTV pode ser operado em redes de TV a Cabo, redes de fibra óptica, sistemas de satélite com conteúdos e formatos de exbição diversos. Características sticas: Uso de cabeçalho alho (descritivo) em cada pacote de dados (ao invés de formato de dados específico fico) Uso do formato MPEG-2 na camada de transporte Definição de codificação e formato de transmissão independente da fonte de programação e do formato do monitor de recepção ão. 12 4

5 Taxas de Bit (ATSC) para diferentes formatos* * Antes da compressão 13 Varredura Progressiva Entrelaçada ada (30 frames/s; 60 fields/s): criada devido à limitação na banda de transmissão. Progressiva: facilita a interoperabilidade entre equipamentos TV e computadores. Reduz a complexidade de processamento na estimativa de movimento, conversão de formato, edição e técnicas de compressão. Resolução vertical é melhorada e flicker não existe. 14 Razão de Aspecto da Imagem (IAR) Definida como a razão entre a dimensão horizontal da imagem e a sua dimensão vertical (TV: 4/3 e 16/9; Filmes: : 2,4:1) SDTV 16 HDTV / SDTV 2,4 1 FILME 15 5

6 Razão de Aspecto do Pixel (PAR) Razão de Aspecto do Pixel (PAR): razão entre a dimensão espacial horizontal do pixel pela sua dimensão vertical (não corresponde ao formato verdadeiro do pixel) PAR = IAR x (Vl( / Hp) Vl no. linhas verticais Hp no. pixels horizontais Se PAR = 1, imagem tem pixels quadrados Ex: VGA (640 x 480) para 4/3 PAR = 1 16 SDTV 768 x 486 PAR=(4/3)x(486/768) = x 486 PAR=(4/3)x(486/720) = x 480 PAR=(4/3)x(480/640) = 1 Diversos PAR HDTV 1920 x 1080 PAR=(16/9)x(1080 / 1920) = x 720 PAR=(16/9)x(720 / 1280) = x 486 PAR=(16/9)x(486 / 720) = 1.2 No. pixels horizontais (amostras) determinado pela freq amostragem 17 (múltiplo da freq. varredura horizontal ou da freq da subportadora de cor Conversão de IAR Processo conhecido como up-conversion Requer sistema para redução de ruído para compensar maior visibilidade de ruído após o processo. Requer compensação do atraso entre sinal de áudio e vídeo para evitar problema de sincronização dos lábios. Requer conversão de adaptação ao movimento para eliminar artefatos de movimento. 18 6

7 Tipos de Sinais de Formato de Vídeo Formato da fonte de vídeo (ou formato nativo): nativo): Usado em ambientes de produç produção. ão. Usa 4:3 e 16:9. Formato de vídeo codificado. codificado. Usado para transmissão SDTV e HDTV. Alé Além do formato, formato, envolve a conversão de outros parâmetros. parâmetros. Formato de vídeo para monitor (display). Gerado pelo receptor (4:3, 16:9, 14:9, 14:9, ) Exemplo: Exemplo: conversão 1080i / 16:9 16:9 720p / 16:9 ou 480p / 16:9 480p / 4: Conversão 4:3 16:9 Método da Interpolaç Interpolação vertical ( ( vertical crop crop ) Quadro original é esticado por fator 1.33 nas direç direções vertical e horizontal Quadro 16:9 é composto extraindoextraindo-se 362 linhas (483 x ¾) do quadro original (4/3) e projetandoprojetando-as em quadro com 483 linhas. linhas. Conversão eletrônica realiza a expansão de 362 para 483 linhas atravé através de interpolaç interpolação vertical. Perda de resoluç resolução vertical de 25% (121/483) 21 7

8 Conversão 4:3 16:9 22 Conversão 4:3 16:9 Método da Dezimação Horizontal Quadro original (4/3) é inserido na grade 16:9 720 pixels horizontais são cortados ( dezimados ) para se adaptar a 540 pixels (720 x ¾) da grade 16:9. Resulta em 2 barras pretas laterais ( pillar box ). Fácil de implementar (não requer memória de quadro) 23 Conversão 4:3 16:9 24 8

9 Conversão 16:9 4:3 Método da Interpolação horizontal Quadro 16:9 é cortado nos dois lados para se extrair uma janela central que se adapta à grade 4:3 Uma interpolação de pixels na direção horizontal é usada para expandir os 540 pixels (16:9) em 720 pixels (4:3) Método pan & scan pode auxiliar na escolha da melhor área do quadro a ser reproduzido no outro formato. 25 Conversão 16:9 4:3 26 Conversão 16:9 4:3 Método da Dezimação Vertical ( letter( box ) Quadro (16:9) original é verticalmente comprimido em 362 linhas Quadro final apresenta 2 barras horizontais (superior e inferior). 27 9

10 Conversão 16:9 4:3 28 Conversão de Formato de Varredura Formatos de varredura diferem pelo número de pixels por linha e pelo número de linhas por quadro. Conversão de um formato para outro é realizada com filtros de interpolação e de dezimação O processo de interpolação aumenta o no. de amostras nas direções de varredura vertical e/ou horizontal. O processo de dezimação corresponde ao processo inverso da interpolação ão. 29 Exemplos Os formatos HDTV 1920 x 1080 e 1280 x 720 estão relacionados por um fator de 1.5 (1920 / 1280 = 1080 / 720 = 1.5) Os formatos 1280 x 720 (HDTV) e 640 x 480 (VGA) estão relacionados por um fator de 2: 1280 / 640 = (720/480) x (16:9)/(4:3) = x x 1080: 720 x 2 x (16/9) / (4/3) = 1920 amostras / linha 480 x 2 / PAR onde PAR = 4/3 x 480 / 720 = 0,888 Portanto,, 480 x 2 / 0,888 = 1080 linhas 30 10

11 Formato HDTV 1920 x 1080 SMPTE Standard 274M: 1920 x 1080 Scanning and Analog and Parallel Digital Interfaces for Multiple Picture Rates ITU-R R BT.709 Standard: Parameter Values for the HDTV Standards for Production and International program exchange IAR = 16: linhas, das quais 1080 ativas. 31 Características do Formato HDTV 1920 x Sistema ATSC 33 11

12 Padrão DVB 34 Padrão ISDB 35 Padrão ISDBISDB-T ISDBISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial) Codificaç Codificação de vídeo: deo: MPEGMPEG-2 Codificaç Codificação de áudio: udio: MPEGMPEG-2 AAC Multiplexaç ç ão: : MPEGMultiplexa ão MPEG 2 TSP Modulaç Modulação: ão: OFDM Middleware: MHP 36 12