Conceitos Fundamentais em Vídeo

Transcrição

1 Aula 06 Conceitos Fundamentais em Vídeo Diogo Pinheiro Fernandes Pedrosa Universidade Federal Rural do Semiárido Departamento de Ciências Exatas e Naturais Ciência da Computação

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. Fundamentos Básicos de Vídeo 2

3 Objetivo Vídeo analógico representado como um sinal contínuo (variante no tempo); Vídeo digital representado como uma sequência de imagens digitais. Fundamentos Básicos de Vídeo 3

4 Tipos de Sinais de Vídeo Fundamentos Básicos de Vídeo 4

5 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 5

6 Vídeo Componente Requer maior largura de banda para transmissão e boa sincronização dos três componentes. Fundamentos Básicos de Vídeo 6

7 Vídeo Componente Fundamentos Básicos de Vídeo 7

8 Vídeo Composto Neste tipo de sinal, a cor (crominância) e a intensidade (luminância) são misturados em uma única onda portadora; Fundamentos Básicos de Vídeo 8

9 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 9

10 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 10

11 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 11

12 S-Vídeo Luminância Crominância Aterramento da Crominância Aterramento da Luminância Fundamentos Básicos de Vídeo 12

13 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 13

14 Vídeo Analógico Fundamentos Básicos de Vídeo 14

15 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 15

16 Um sinal analógico recebido possui amostras variantes no tempo da imagem que será exibida na tela; Fundamentos Básicos de Vídeo 16

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18 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! Fundamentos Básicos de Vídeo 18

19 As linhas não são horizontais porque há uma tensão elétrica que move os elétrons para baixo durante o escaneamento. Fundamentos Básicos de Vídeo 19

20 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 20

21 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! Fundamentos Básicos de Vídeo 21

22 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 22

23 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 23

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25 Vídeo NTSC Fundamentos Básicos de Vídeo 25

26 É um padrão de TV bastante utilizado na América do Norte e no Japão; Fundamentos Básicos de Vídeo 26

27 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: ,97= linhas/segundo Fundamentos Básicos de Vídeo 27

28 Cada linha é escaneada em: ,6 s 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 28

29 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=y C Fundamentos Básicos de Vídeo 29

30 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 30

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32 Vídeo PAL Fundamentos Básicos de Vídeo 32

33 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) Fundamentos Básicos de Vídeo 33

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35 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). Fundamentos Básicos de Vídeo 35

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38 Vídeo Digital Fundamentos Básicos de Vídeo 38

39 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 39

40 Vantagens da Representação Digital Facilidade de criptografar; Melhor tolerância ao ruído do canal de transmissão. Fundamentos Básicos de Vídeo 40

41 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 41

42 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 42

43 Subamostragem do Croma Fundamentos Básicos de Vídeo 43

44 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). Fundamentos Básicos de Vídeo 44

45 Padrões CCIR para Vídeo Digital Resolução da luminância Resolução da crominância Subamostragem da cor CCIR /60 NTSC CCIR /50 PAL/SECAM 720 x x x x 576 4:2:2 4:2:2 Razão de aspecto 4:3 4:3 Campos por segundo Entrelaçado Sim Sim Fundamentos Básicos de Vídeo 45

46 TV de Alta Definição (HDTV) Fundamentos Básicos de Vídeo 46

47 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 47

48 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); Fundamentos Básicos de Vídeo 48

49 MUSE proporcionou: 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. Fundamentos Básicos de Vídeo 49

50 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 50

51 Padrão ATSC: Número de pixel ativo por linha Número de linhas ativas Razão de aspecto Taxa de atualização da imagem :9 60I 30P 24P :9 60P 30P 24P :9 e 4:3 60I 60P 30P 24P :3 60I 60P 30P 24P Fundamentos Básicos de Vídeo 51

52 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; Fundamentos Básicos de Vídeo 52