Ejemplos de escaneado
• Especificación de Líneas/”frame rate”
NTSC
PAL
525/60
625/50
• ATSC (Advanced TV Standard
Committee)
1080i
720p
1920x1080 escaneado entrelazado
1280x720 escaneado progresivo
Razón de aspecto y refresco
• Razón de aspecto
TV convencional is 4:3 (1.33)
HDTV 16:9 (2.11)
Cine 1.85:1 o 2.35:1
• Razón de refresco
NTSC 60Hz (59.94Hz)
PAL 50Hz
Cine 48Hz (todavía 24 fps)
Vídeo NTSC
(525-lineas, 60-frames/seg.)
• 525 líneas repetidas 29.97 veces por segundo
(33.37 mseg/frame)
• Las líneas escaneadas entrelazadas dividen
los frames en 2 campos cada uno de 262.5
líneas (16.68 mseg./campo)
• 20 líneas se reservan para controlar
información al comienzo de cada campo
Vídeo PAL
(625-líneas, 60-frames/seg.)
• 625 líneas de escaneado repetidas 25
veces por segundo (i.e. 40 mseg/frame)
• Las líneas de escaneado entrelazadas
dividen al frame en 2 campos de 312.5
líneas cada uno (i.e. 20 mseg/campo)
• Aproximadamente un 20% mas de líneas
que NTSC
• NTSC vs. PAL  aproximadamente el
mismo ancho de banda
Luminancia
• La luminancia (Y) es la cantidad lineal de
luz, directamente proporcional a la
intensidad física y ponderada por la
sensibilidad al espectro de la percepción
humana a la sensibilidad.
• La luminancia puede ser calculada
como la suma ponderada de los
componentes lineales: Rojo, Verde y Azul.
Luminancia a partir del Rojo Verde y Azul
• El cálculo de la luminancia Y a partir de
los tres componentes espectrales de la
luz es el siguiente:
Y = 0.125 R + 0.7514 G + 0.0721 B
Luminancia según la CIE
• La CIE (Comisión Internacional sobre
Iluminación) define la brillantez como:
El atributo de una sensación visual de
acuerdo con el cual un área aparece mostrar
mas o menos luz.
• La brillantez es una cantidad subjetiva.
• La CIE considera a la luminancia como la
forma objetiva de medir la cantidad
relacionada con el brillo.
Sensibilidad a la luminosidad
• En un estado particular de adaptación,
la visión humana puede distinguir
diferentes niveles de luminancia.
• La razón entre la luminancia de la zona
mas luminosa de una escena y la mas
oscura se llama razón de contraste.
• Recordar sensibilidad al contraste y
resolución espacial.
Luma (luminancia en vídeo digital)
• Es una señal no lineal denominada Y’,
representativa del brillo y que se forma
por combinación mediante suma
ponderada de los componentes no
lineales R’, G’ y B’.
• R’, G’ y B’ se obtienen a partir de R, G y B
mediante una función de transferencia
no-lineal denominada corrección
gamma.
Y’ = 0.299 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’
Gamma
• En fotografía, vídeo y gráficos por
ordenador, Gamma significa un
parámetro numérico que describe la no
linealidad de la reproducción de la
intensidad.
• Un TRC es no-lineal debido a que la
intensidad de la luz reproducida en la
pantalla es una función no-lineal de su
voltaje de entrada.
• La corrección Gamma puede ser
considerada como el proceso de
compensar dicha no-linealidad.
Gamma
• La visión humana también es no lineal
La sensación de luminosidad es una potencia
de la función de intensidad (y=xw)
• Los CRT no lineales son cercanos a la
inversa de la percepción humana de la
luminosidad.
• La codificación de la intensidad
mediante una señal corregida a
Gamma maximiza la imagen
perceptual.
• Y -versus- Y’
Sin corrección Gamma
Sample Input to Monitor
Graph of Input
Output from Monitor
Graph of Output L = V ^ 2.5
Con corrección Gamma
Sample Input
Graph of Input
Gamma Corrected Input
Graph of Correction L' = L ^ (1/2.5)
Monitor Output
Graph of Output
Detalles sobre la función de
transferencia
• En el caso del CRT
Intensidad = Voltaje g
Intensidad = (Voltaje + e) 2.5
Señal = Intensidad (1/g)
Funciones de transferencia
• Estándar Rec. 709 para HDTV
R’ = 4.5 R si R=< 0.018
R’ = 1.099 R 0.45 – 0.099 si R > 0.018
• Estándar 240M para la HDTV
R’ = 4.0 si R =< 0.0228
R’ = 1.115 R 0.45 – 0.115 si R > 0.0228
Funciones de ajuste del color
• Modelan la percepción del color mediante la
relación entre el espectro físico y el color
percibido.
Codificación del color de una imagen
RGB  XYZ
• Tri-estímulo CIE XYZ
La luminancia Y de una fuente es obtenida
por la integración de la Distribución del
Espectro de Potencia (DSP) ponderada por la
función de ajuste del color y.
Cuando la luminancia se aumenta con otros
dos componentes X, Z, ponderados por sus
funciones de ajuste del color x, z, pasamos
a los valores tri-estímulo XYZ.
Cromaticidad CIE (x, y)
• Significa la representación de color puro
en ausencia de brillo.
x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
Z = Z / (X + Y + Z)
Diagrama de Cromaticidad
Transformación entre RGB y CIE XYZ
x
y
z
=
0.412453 0.357580 0.180423
0.212671 0.715160 0.072169
0.019334 0.119193 0.950227
*
R709
G709
B709
Transformaciones entre sistemas RGB
R709
G709
B709
=
0.939555 0.050173 0.010272
0.017775 0.965795 0.016430
-0.001622 -0.004371 1.005993
*
R145
G145
B145
Codificación del color en vídeo
• Puede utilizar codificación no lineal
RGB  R’G’B’ (RGB con corrección gamma)
• Puede utilizar la codificación luminancia
/ crominancia
R’G’B’  Y’CBCR
Y es la luminancia (Y’ es luma)
Las crominancias son CBCR
Formato de color YCBCR (YUV)
Y
CB
CR
=
0.299 0.587 0.114
-0.169 -0.331 0.500
0.500 -0.419 -0.081
*
R
G
B
Formato de color YIQ
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
I = 0.596R - 0.275G - 0.321B
Q = 0.212R - 0.528G + 0.311B
Formato de color YPBPR
• Desarrollado para el sistema americano
de televisión de alta definición.
Y
PB
PR
=
0.212 0.701 0.087
-0.116 -0.384 0.500
0.500 -0.445 -0.055
*
R
G
B
Codificación por diferencia de color
• Partiendo de CB = B’ – Y’ y CR = R’ – Y’
• Los componentes del video digital son:
Y’ CBCR
• Otras codificaciones pueden incluir submuestreo del color:
4:4:4 La luminancia y las crominancias son muestreadas a la
misma frecuencia. No existe ahorro de ancho de banda.
4:2:2 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de
la frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.
4:1:1 Las señales de crominancia son muestreadas a un cuarto de
frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.
4:2:0 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de
frecuencia que las de luminancia, tanto en la dirección vertical
como en la horizontal.
Muestreo de líneas
Y
Y
Y
Y
Y
4:4:4
CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB
Y
Y
Y
Y
Y
4:2:2
CR/CB
Y
Y
CR/CB
Y
Y
CR/CB
Y
4:1:1
CR/CB
4:2:2 es denominado como calidad de difusión
4:1:1 es denominado como calidad VHS
Representaciones
• Compuesto
NTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/seg.
PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/seg.
• Componente
Vídeo separado (luma, chroma) - svhs, Hi8mm
RGB, YUV, YIQ, …
YCBCR – utilizado para los sistemas con compresión
• Vídeo separado se llama “s-video”
Representaciones de vídeo analógico
• NTSC
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
I = 0.596R - 0.275G - 0.321B
Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B
compuesto = Y + I cos(Fsc t) + Q sen(Fsc t)
• PAL
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = 0.492(B-Y)
V = 0.877(R-Y)
compuesto = Y + U sen (Fsc t) + V cos(Fsc t)
Fsc = Frecuencia subportadora del color
Digitalización de vídeo
Digitalización de vídeo
• La TV analógica es una señal continua.
• La TV Digital utiliza valores numéricos
discretos
La señal es muestreada
Las muestras son cuantizadas
• La imagen se representa por una matriz
de píxeles.
Tamaños de imagen
160 352
120
720
800
QSIF
(19Kp)
SIF (82Kp)
240
601 (300Kp)
483
SVGA (500Kp)
600
ATV (1Mp)
720
900
Workstation (1Mp)
HDTV (2Mp)
1080
1152
1280
1920
Frecuencia de muestreo estándar
• En los sistemas de 525 y 625 líneas la
frecuencia de muestreo estándar para
los componentes del vídeo digital es de
13.5 MHz.
• Esta razón produce un número entero de
muestras por línea en ambos sistemas.
• En los sistemas de HDTV se muestrea a un
múltiplo de la anterior.
Frecuencia de muestreo estándar
• La utilización de 13.5 MHz produce:
858 muestras en el sistema 525/60
13.5/525*30
864 muestras en el sistemas 625/50
13.5/625*25
• Para anchos de banda inferiores se puede bajar
la Frecuencia de muestreo hasta 3.375 MHz por
tanto una relación 4:1
• Para RGB máxima calidad 4:4:4
• Para YUV máxima calidad 4:2:2
• Sistema PAL 4:1:1
Representaciones de Vídeo Digital
• Vídeo Compuesto Digital
Frecuencia de datos142 Mb/s
Submuestreo de color 4:2:2
• Vídeo Digital de componentes
Mantiene señales separadas para luma y crominancia
Frecuencia de datos 270 Mb/s
Submuestreo de color 4:2:2
• Vídeo Digital comprimido
MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …
Estructura de bloques del vídeo digital
macrobloqe
• 4:2:2 YCBCR
Y1
Y2
CB1
CR1
16x16 macrobloque
Y3 Y4
CB2 CR2
8x8 pixel bloque
8 bits/muestra = 16 bits/pixel = 4Kbits/macrobloque
• 4:1:1 YCBCR
3Kbits/macrobloque
12 bits/pixel
Y1
Y2
Y3
Y4
CB
CR
Frecuencia de datos de vídeo
• Digital
720x483 = 347,760 píxeles/frame
Muestreo 4:2:2 da 695,520 bytes/frame
21 MB/sec (167 Mbs)
Muestreo 4:4:4 da 250 Mbs
• ATV
1280x720 = 921,600 píxeles/frame
Muestreo 4:2:0 da 1,382,400 bytes/frame
41 MB/sec (328 Mbs)
Frecuencia de datos de vídeo
• ATSC (720P)
720x1280 = 921,600 píxeles/frame
Muestreo 4:2:2 = 1,843,200 bytes/frame
24 fps = 44,236,800 bytes/seg.
 44 MB/s = 354 Mbs
• ATSC (studio 1080I)
1080x1920 = 2,073,600 píxeles/frame
Muestreo 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame
30 fps = 186,624,000 bytes/seg.
187MB/s = 1.5 Gbs
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Berkeley Multimedia Research Center September 1996