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Guido Stolfi 1 / 139
Formatos de Vídeo Digital
PTC2547 – Princípios de Televisão Digital
Guido Stolfi - EPUSP - 2014
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Guido Stolfi 2 / 139
Degradações do Sinal Analógico
• Ruído: aleatório, cumulativo, inerente aos processos físicos envolvidos na eletrônica;
• Distorção não-linear: presente em todos os elementos ativos de circuitos, amplificadores, processadores, etc.;
• Interferências: ingresso de sinais indesejados, geralmente de origem humana; identificáveis, porém de difícil eliminação;
• Perdas: atenuações, limitações de resposta em frequência, dispersão temporal, etc.
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Guido Stolfi 3 / 139
Degradações do Sinal Analógico
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Guido Stolfi 4 / 139
O Sinal Digital na TV
• Processamento de Sinal
• Armazenamento
• Transmissão Digital
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Guido Stolfi 5 / 139
Processamento Digital
• “Frame store”: armazenamento digital para permitir congelamento de imagem, câmera lenta e “replay”
• “Frame synchronizers”: sincronizadores de sinais de vídeo com capacidade de compensar defasagens de até 1 quadro completo
• Conversores de padrões: transcrição entre sistemas com varreduras de 50 e 60 Hz, implementados com interpoladores e decimadores espacio-temporais
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Guido Stolfi 6 / 139
Processamento Digital
• Equipamentos de telecinagem: conversão de 24 fotogramas para 60 campos por segundo através de interpolação
• Efeitos de transformações geométricas: mapeamento espacial de imagens, em tempo real, com mudança de coordenadas, deformações, perspectivas, etc.
• Redutores de ruído: baseados em filtragem temporal entre linhas e quadros consecutivos
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Guido Stolfi 7 / 139
Processamento Digital
• "Time Base Corrector" (TBC): compensação de flutuações temporais de curta duração (Jitter), em equipamentos de VT
• Gravadores de vídeo digitais: evitam degradação cumulativa da relação sinal/ruído em sucessivas gerações (cópias)
• Edição não-linear: meios de armazenamento digital com acesso randômico a nível de quadros individuais, facilitam o processo de edição
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Guido Stolfi 8 / 139
Processamento Digital no Receptor Analógico
• Cancelamento de ecos por multi-percurso (fantasmas): equalização adaptativa de canal no receptor de TV
• Decodificação de crominância: receptores para padrões múltiplos utilizando DSP
• “Picture in Picture” (PIP): decimação e transformações espaciais utilizando “frame buffer”
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Guido Stolfi 9 / 139
Armazenamento Digital
• Servidores de Vídeo: bancos de Hard Disks com segmentos de programação, vinhetas, aberturas, etc.
• Bancos de Dados relacionais: indexação de conteúdo (ex.: MPEG-7)
• Compressão de Dados: arquivamento de massa (ex. MPEG-2, MPEG-4)
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Transmissão Digital
(Não percam próximos capítulos..)
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Digitalização de Vídeo
• Amostragem Temporal (quadros, fV)
• Amostragem Espacial Vertical (varredura, fH)
• Amostragem Espacial Horizontal ( fA )
• Quantização
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Guido Stolfi 12 / 139
Quantização na Conversão A/D
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Guido Stolfi 13 / 139
Sinal Quantizado (4 bits = 16 níveis)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-10
-5
0
5
10
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-10
-5
0
5
10
)(tsQ
)(ts
( Q = 1 )
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Guido Stolfi 14 / 139
Erro de Quantização
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.60
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
5
10
15
20
25
30
)()( tstsQ
Histograma Espectro
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Guido Stolfi 15 / 139
Modelo do Erro de Quantização
• Ruído Aleatório Aditivo• Distribuição Uniforme de Amplitude• Amplitude Pico-a-pico = Q (passo de quantização)• Potência Média:
2
2
22
12
Q
QdssP
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Guido Stolfi 16 / 139
Relação Sinal / Ruído
• Sinal quantizado com n bits: 2n níveis• Amplitude de pico do sinal: SP = Q 2n-1
• Potência de pico do sinal: PP = Q2 22n-2
• Potência do ruído de quantização: PQ = Q2 /12• Relação Sinal / Ruído:
nnn
Q
P
Q
Q
P
P 2222
222
2321212
2
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Guido Stolfi 17 / 139
Relação Sinal / Ruído de Quantização
• Em decibéis:
Exemplo: 8 bits => S/R = 52,9 dB (máx.)
16 bits => S/R = 101,1 dB
dB77,402,6
)3log(10)2log(20)3log(10)2log(10 2
n
nR
S n
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Guido Stolfi 18 / 139
Relação Sinal / Ruído em Vídeo
• Adota-se a relação entre a amplitude pico-a-pico do sinal (Q2n) e a amplitude RMS do ruído de quantização :
dB8,1002,6
)12log(10)2log(20)232(log20
n
nR
S n
nn
Q
Q
R
S232
12
2
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Guido Stolfi 19 / 139
Considerando a Banda Passante
• A limitação da resposta em freqüência após a quantização reduz a potência do ruído para aquela dentro da banda do sinal:
f
fA/2
fAfV
V
A
f
fdBn
R
S
2log108,1002,6
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Guido Stolfi 20 / 139
Considerando “Headroom”
)(log202
log108.1002.6 dBVV
V
f
fn
Q
S
PB
T
V
A
e
VB-VPVT
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Guido Stolfi 21 / 139
Considerando a Resposta em Freqüência da Percepção Visual
onde f1= 270kHz, f2 = 1.37MHz e f3 = 390kHz
dB
ff
ff
ff
fA
2
3
2
2
2
1
10
1
11
log10
f
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Guido Stolfi 22 / 139
Relação S / R de Quantização Total
S
QdB
e
6 02 8 10 8 10
143
8 420
122
0 7146 81 6343. . log
.
.log
.
.. .
8 bits
fS
2 fV
VT
100 IRE A( f )
Fator p-p
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Guido Stolfi 23 / 139
Visibilidade do Ruído de Quantização
Q = 1 / 256 Q = 1 / 16
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Guido Stolfi 24 / 139
Visibilidade do Ruído de Quantização
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
)(tsQ
)(ts
)()( tstsQ
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Guido Stolfi 25 / 139
Quantização com “Dithering”
*
Sinal
Ruído
Quantizador
s(t)
r(t)
sA(t)
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Guido Stolfi 26 / 139
Quantização com “Dithering”
)(tsQ
)()( trts
)()( tstsQ
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
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Guido Stolfi 27 / 139
Visibilidade de Quantização com “Dithering”
Q = 1 / 256 Q = 1 / 16 d = 1/16
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Guido Stolfi 28 / 139
Amostragem da Luminância (sem fator Gama)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Escala Linear em “Lightness”(Percepção Subjetiva de Intensidade)
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Guido Stolfi 29 / 139
Amostragem da Luminância
Sinal de Luminância quantizado
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
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Guido Stolfi 30 / 139
Amostragem da Luminância
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Percepção correspondente ao sinal de luminância quantizado (sem fator gama)
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Guido Stolfi 31 / 139
Amostragem da Luminância (com fator Gama)
Escala Linear em “Lightness”(Percepção Subjetiva de Intensidade), corrigida por fator
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
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Guido Stolfi 32 / 139
Amostragem da Luminância (com fator Gama)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Sinal de Luminância com correção gama, quantizado
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Guido Stolfi 33 / 139
Amostragem da Luminância (com fator Gama)
Sinal de Luminância equivalente
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
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Guido Stolfi 34 / 139
Amostragem da Luminância (com fator Gama)
Percepção correspondente ao sinal de luminância quantizado (com fator gama)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
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Guido Stolfi 35 / 139
Ruído Aditivo e Correção Gama
= 2,2
= 0
Original
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Guido Stolfi 36 / 139
Critérios de Amostragem de Vídeo
• Vídeo é amostrado na forma perceptual (com correção Gama)
• Taxa de Amostragem obedece critério de Kell ( fA 3 fM) para imagens “naturais”
• Filtro “anti-aliasing” não pode afetar os transientes espaciais (p. ex.: gaussiano )
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Guido Stolfi 37 / 139
Exemplo de Filtro Anti-Aliasing para CCIR-601
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Guido Stolfi 38 / 139
Estruturas de Amostragem Espacial
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Guido Stolfi 39 / 139
Estruturas de Amostragem Espacial
• ITU-R Rec.601: 720 (H) x 480 i (V)
• CIF (Common Intermediate Format): 352 x 288 p
• QCIF (1/4 CIF): 176 x 144 p
• VGA (Video Graphics Array): 640 x 480 p
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Guido Stolfi 40 / 139
Estruturas de Amostragem Espacial
• HDTV (SMPTE 274M)
– 1920 x 1080 i
– 1280 x 720 p
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Guido Stolfi 41 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 4 : 4
=Crominância = Luminância
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Guido Stolfi 42 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 2 : 2
=Crominância = Luminância
( Rec. 601 )
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Guido Stolfi 43 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 2 : 0 (MPEG-2)
=Crominância = Luminância
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Guido Stolfi 44 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 2 : 0 (MPEG-1)
=Crominância = Luminância
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Guido Stolfi 45 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 2 : 0 (DV)
=Crominância = Luminância
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Guido Stolfi 46 / 139
Estrutura de Amostragem 4 : 1 : 1
=Crominância = Luminância
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Guido Stolfi 47 / 139
Interfaces de Video Digital
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Guido Stolfi 48 / 139
Rec. ITU-R Rec. 601 (“D-1”)
• Originalmente CCIR-601• = SMPTE 125M• “Digital Components” ou “4:2:2”• Amostragem separada de Y’, CB e CR
• fA = 13.5 MHz (Y’) e 6.75 MHz (CB , CR)• 8 bits (extensão para 10 bits)• Interface física: ECL, balanceado, 8/10 bits + clock
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Guido Stolfi 49 / 139
Rec. CCIR-601 (“D-1”)
Componentes Analógicas:
• Y’ = 0,299 R’ + 0,587 G’ + 0,114 B’
• PB = – 0,169 R’ – 0,331 G’ + 0,5 B’
• PR = 0,5 R’ – 0,419 G’ – 0,081 B’
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Guido Stolfi 50 / 139
Rec. CCIR-601 (“D-1”)
• Componentes Digitalizadas:
128)''(100
160
128)''(100
128
)'(16'100
219
YRC
YBC
IREunidadesemYYC
R
B
Y
(8 bits)
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Guido Stolfi 51 / 139
Estrutura de Amostragem D-1 (4:2:2)
Y’
CB
CR
Sequência deAmostras
Componentes:
(B’-Y’)
(R’-Y’)
148 ns 74 ns
CB CRCY CY CB CRCY CY
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Guido Stolfi 52 / 139
Digitalização de uma Linha de Vídeo
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Guido Stolfi 53 / 139
Intervalo de Retraço Horizontal D-1
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Guido Stolfi 54 / 139
Bloco Delimitador de Amostras Ativas
Bit 9 8 7 6 5 4 3 2
1 1 1 1 1 1 1 1
Preâm-bulo
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Dados 1 Campo
0/1 Blank
Vertical SAV /
EAV P3 P2 P1 P0
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Guido Stolfi 55 / 139
Compatibilidade do D-1 para 50 / 60 Hz
720 amostras (CY)
144 Amostras
63.56 s
fV=59.94 HzfH =15.734 kHz
720 amostras (CY)
138 Amostras
64.0 s
Retraço Linha visível
fA = 13.5 MHz
fV=50.0 HzfH =15.625 kHz
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Guido Stolfi 56 / 139
Numerologia das Frequências do D-1
2
2
66 35
27 MHz = Clock CCIR-601
13,5 MHz = Amostragem Lum. CCIR-601
6,75 MHz = Amostragem Crominância
3,579545..MHz = Sub-portadora NTSC
3 11 13 15,734..kHz = Frequência Horizontal NTSC2
2521 59,94..Hz = Frequência Vertical NTSC
45 25 2 48 kHz = Amostragem Áudio
27 16 15,65 kHz = Frequência Horizontal PAL
2525 8 50 Hz = Frequência Vertical PAL
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Guido Stolfi 57 / 139
Padrão de Barras Digitalizado por D-1
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Guido Stolfi 58 / 139
Padrão de Vídeo Digital “D-2”
• “Digital Composite”• Amostragem do Sinal de Vídeo Composto• fA = 14.32 MHz (4 x fSC)• 8 / 10bits• Interface física: ECL, balanceado, 8/ 10 bits
+ clock (similar à D-1)
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Guido Stolfi 59 / 139
Níveis de Quantização para D-2
60
4
200
255Branco Máximo
Apagamento
Tôpo do Sincronismo
Máximo
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Guido Stolfi 60 / 139
Padrão HDTV Digital (SMPTE 274 M)
• 1125 ou 750 linhas totais (1080 / 720 ativas)• 2200 / 1650 amostras por linha (1920 / 1280
ativas)• Duração da Linha: 29.63 / 22,24 s • Interface Analógica: Componentes Y’ PB’PR’
• fA = 74.1758.. MHz (Y’) e 37.0879.. MHz (PB’,PR’)• 8 ou 10 bits • Interface física: Serial, coaxial, 1,483 Gb/s
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Guido Stolfi 61 / 139
Temporizações HDTV Digital (SMPTE 274 M)
Formato: 1080i 720pT1 = Pórtico Anterior 88 110
T2 = Largura do Pulso Negativo de Sincronismo 44 40
T3 = Largura do Pulso Positivo de Sincronismo 44 40
T4 = Pórtico Posterior 192 260
TS = Tempo de Subida / Descida 4 4
TB = Largura do Apagamento Horizontal 280 370
TA = largura da Linha Ativa 1920 1280Valores em múltiplos de 1/fL = 1/74.1758 MHz = 13,48 ns
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Guido Stolfi 62 / 139
Fator Gama para HDTV (ITU Rec. 709)
1018,0099,1
018,005,4
'45,0 VV
VV
V
( V = R, G, B )
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Guido Stolfi 63 / 139
Colorimetria para HDTV (ITU Rec. 709)
Componentes Analógicas:
• Y’ = 0,2126 R’ + 0,7152 G’ + 0,0722 B’
• PB = – 0,114572 R’ – 0,385428 G’ + 0,5 B’
• PR = 0,5 R’ – 0,454153 G’ – 0,045847 B’
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Guido Stolfi 64 / 139
Padrão HDTV Digital (SMPTE 274 M)
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Guido Stolfi 65 / 139
Filtros Anti-Aliasing (SMPTE 274 M)
Luminância
Crominância
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Guido Stolfi 66 / 139
Colorimetria para HDTV (ITU Rec. 709)
• Componentes Digitalizadas:
128)''(7874,0
112
128)''(9278,0
112
)'(16'219
YRC
YBC
1 a 0 de variandoYYC
R
B
Y
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Guido Stolfi 67 / 139
Conversão HDTV / SDTV
• Conversão de Rec. 709 para Rec. 601:
709601
'
9834,00725,00
1107,09898,00
1917,00993,01'
R
B
R
B
C
C
Y
C
C
Y
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Guido Stolfi 68 / 139
Conversão HDTV / SDTV
• Conversão de Rec. 601 para Rec. 709:
601709
'
0253,107505,00
1146,00186,10
2079,01156,01'
R
B
R
B
C
C
Y
C
C
Y
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Guido Stolfi 69 / 139
Interface Serial CCIR-656
• 8 bits, serial• 243 Mb/s (Y:U:V 4:2:2)• Codificação de Grupo 8 / 9 bits• Componente CC reduzida• Cabo coaxial 75 Ohms, 1 Vpp
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Guido Stolfi 70 / 139
Dicionário de Código de Grupo 8/9 CCIR
8 bits 9 bits+ 9bits- 8 bits 9 bits+ 9bits-
00 0FE 101 37 196 -
01 027 - 38 026 1D9
02 1D8 - 39 08C 173
03 033 - 3A 02C 1C3
04 1CC - 3B 098 167
(Trechos)
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Guido Stolfi 71 / 139
Interface SDI (Serial Digital Interface)
• 10 bits• 270 MB/s (Y’:CB:CR 4:2:2)• Codificação com embaralhamento
(scrambler)• Cabo Coaxial 75 Ohms, 800 mVpp• Atenuação tolerada: até 30 dB• Áudio digital nos intervalos de apagamento
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Guido Stolfi 72 / 139
Scrambler para Interface SDI
Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1
Entrada"Scrambler" Cod. Diferencial
"Descrambler"Dec. Diferencial
Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1 Z -1
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Guido Stolfi 73 / 139
Sinais Patológicos para Teste de SDI
CB CRCY CY
300 300198 198
CB CRCY CY
200 200110 110
1 bit
19 bits
20 bits
20 bits
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Guido Stolfi 74 / 139
Taxa de Erros x Comprimento de Cabo
0,00001
0,0001
0,001
0,01
0,1
1
10
100
105 110 115 120 125
Comprimento do cabo (m)
Err
os p
or s
egun
do
1 / dia
1 / hora
1 / minuto
1 / segundo
1 / frame
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Guido Stolfi 75 / 139
Interface HD-SDI (SMPTE 292M)
• 10 bits• 1.485 GB/s (Y’:CB:CR 4:2:2)• Codificação semelhante à SDI• Cabo Coaxial 75 Ohms, 800 mVpp• Atenuação tolerada: 20 dB• CRC e número de linha após EAV• Alternativa: Fibra Óptica (1310 nm)
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Guido Stolfi 76 / 139
DVI – Digital Visual Interface
• Aplicação: Interface com Monitores Digitais• Codificação: T.M.D.S. – Transition Minimized
Differential Signaling• 3 sinais seriais balanceados (R, G e B) até 1,6
Gb/s• 1 sinal de clock (até 165 MHz)• Taxas maiores que 165 Mpixels/s podem usar 2
canais em paralelo
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Guido Stolfi 77 / 139
DVI – Digital Visual Interface
Transmissão por fonte de corrente balanceada
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Guido Stolfi 78 / 139
DVI – Digital Visual Interface
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Guido Stolfi 79 / 139
DVI – Digital Visual Interface
DecodificaçãoT.M.D.S.
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Guido Stolfi 80 / 139
DVI – Digital Visual Interface
PLL
Serializador
Pixel Clock
Dados Pixel(24 bits)
25~165 MHz
PLL
Decodificador
Transmissor Receptor
(24 bits)
3 canaisTMDS
Canal Clock
Pixel Clock
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Guido Stolfi 81 / 139
HDMI – High Definition Multimedia Interface
• Especificação: HDMI – Hitachi– Matsushita– Philips– Silicon Image– Sony– Thomson– Toshiba
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Guido Stolfi 82 / 139
HDMI – High Definition Multimedia Interface
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Guido Stolfi 83 / 139
Conectores DVI e HDMI
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Guido Stolfi 84 / 139
Interfaces para Video Comprimido
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Guido Stolfi 85 / 139
Interface IEEE1394 (Firewire)
2 pares para Dados / Strobe balanceados1 par para Alimentação CC100 a 800 Mb/s (IEEE1394-B)
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Guido Stolfi 86 / 139
Vídeo Sobre IEEE1394
188 bytes
192 bytes
24 24 24 24 24 24 2424
Pacote MPEG-2
Time Code
Blocos
D DPacotes isócronos IEEE1394
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Guido Stolfi 87 / 139
Interface DVB-SPI
• “Synchronous Parallel Interface”• Rec. ETSI- EN50083-9• Interface paralela para Pacotes “Transport
Stream”• 8 bits + Clock + Sincronismo• Interface física: LVDS (balanceado)• Conector DB-25
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Guido Stolfi 88 / 139
Interface DVB-SPI
Pacotes de Transporte MPEG-2
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Guido Stolfi 89 / 139
Interface DVB-SPI
Sinais na Interface DVB-SPI
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Guido Stolfi 90 / 139
Interface DVB-SPI
Sinais na Interface DVB-SPI – Modo 188 bytes
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Guido Stolfi 91 / 139
Interface DVB-SPI
Interface LVDS (Low Voltage Differential Signalling)
Tensão de Modo Comum: 1,1 a 1,4 V (Tx)Impedância característica do cabo: 100 OhmsAmplitude do Sinal: 247 a 475 mV (Tx)
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Guido Stolfi 92 / 139
Interface ASI
• “Asynchronous Serial Interface”• Meio: Cabo Coaxial 75 Ohms• Taxa de bits: 270 Mb/s• Amplitude; 800 mVpp (Tx)
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Guido Stolfi 93 / 139
Interface ASI
Codificação 8 / 10 bits
Inserção de Sincronismo
(K.28.5)
Conversor Paralelo / série
AmplificadorAcoplamento
Pacotes TS
Saida 75 Ohms
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Guido Stolfi 94 / 139
Dicionário de Código 8 / 10
8 bits 10 bits+ 10 bits- 8 bits 10 bits+ 10 bits-
00 18B 274 37 059 3A9
01 22B 1D4 38 0C9 339
02 12B 2D4 39 169 269
03 314 31B 47 385 075
04 0AB 354 K.28.5 305 0FA
(Trechos)
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Guido Stolfi 95 / 139
Interface ASI
Pacotes completos
Bytes intercalados
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Guido Stolfi 96 / 139
Video Sobre IP
Pacote RTP para IPTV
Pacote MPEG-2 188 bytes
Pacote MPEG-2 188 bytes
Pacote MPEG-2 188 bytes
Pacote MPEG-2 188 bytes
Header RTP
12 bytes
Header UDP
8 bytes
Header IP
12 bytes
Pacote MPEG-2 188 bytes
Transferência de Arquivos: solicitação a um servidor por TCP/IP e transferência ao usuário por FTP, para visualização posterior.
Vídeo Sob Demanda (VOD – Video On Demand): solicitação a um servidor , exibição imediata. Transferência ao usuário através de protocolo UDP (User Datagram Protocol) ou RTP (Real Time Protocol).
Difusão (Broadcast): Vários usuários conectam-se independentemente a um serviço de distribuição de vídeo, que transmite pacotes UDP ou RTP com endereçamento “multicast”.
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Guido Stolfi 97 / 139
Processamento Digital de Vídeo
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Guido Stolfi 98 / 139
Processamento de Vídeo: TBC
Shift RegisterA/D D/A
VCO
PLL
Separador desincronismo
Ref. Freq.
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Guido Stolfi 99 / 139
Processamento de Vídeo: Frame Buffer
Dados
Endereço
Video In Video Out
Genlock
Memória
RAM
A/D
Separador de Sincronismo
Ponteiro deEscrita
Ponteiro de Leitura
D/A
Separador de Sincronismo
1 quadro = 720 x 480 x 2 = ~700 kBytes
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Guido Stolfi 100 / 139
Redutor de Ruído Digital
d
c
b +
aDados
Endereço
Video InVideo Out
Memória
RAM
A/D
Separador Sincronismo
Ponteiro deEscrita
D/A
Filtragem espacial / temporal (intra / inter frames)
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Guido Stolfi 101 / 139
Efeitos de Transformações Geométricas
Dados
Endereço
Video In Saída
Genlock
Memória
RAM
A/D
Separador Sincronismo
Ponteiro deEscrita
Ponteiro de Leitura
Interpolação Decimação
Mapea-mento
(xR, yR) (xE, yE)
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Guido Stolfi 102 / 139
Exemplo: Translação
TY
TX
YRE
XRE
Tyy
Txx
110
01R
R
Y
X
E
E y
x
T
T
y
x
xE
yE
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Guido Stolfi 103 / 139
Generalização para 3 Dimensões
(Projeção em x, y zR = 0 )
RER
R
R
Z
Y
X
E
E
E
vTvz
y
x
T
T
T
z
yx
11000
100
010
001
1
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Guido Stolfi 104 / 139
Escalamento em x, y
SY
SX
1000
0100
0010
0001
Y
X
S
S
S
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Guido Stolfi 105 / 139
Rotações nos Eixos x, y, z
1000
0cossen0
0sencos0
0001
11
11
R
1000
0cos0sen
0010
0sen0cos
11
11
R
1000
0100
00cossen
00sencos
R
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Guido Stolfi 106 / 139
Operações Conjugadas
ER vTSRv
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Guido Stolfi 107 / 139
Perspectiva
xE, yE, zE
z
y
x
xR
yR
Plano de Projeção
Ponto de Observação
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Guido Stolfi 108 / 139
Transformações de Perspectiva
E
ER
E
ER
z
yy
z
xx
E
ER
E
ER
z
yy
z
xx
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Guido Stolfi 109 / 139
Interpolação e Decimação Espaciais
A
B
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Guido Stolfi 110 / 139
Transcrição de Formatos de Varredura
Estrutura de Amostragem
de Saída
Estrutura de Amostragem de Entrada
Interpolação Bilinear
y
t
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Guido Stolfi 111 / 139
“Chroma Key”
Plano de Fundo
1o. Plano Chave
Decodi-ficador
Compa-rador
Referência
Imagem Composta
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Guido Stolfi 112 / 139
“Chroma Key”
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Guido Stolfi 113 / 139
Processamento Digital no Receptor de TV
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Guido Stolfi 114 / 139
Decodificação de TV a Cores Multi-padrão
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Guido Stolfi 115 / 139
Decodificador de Vídeo Composto NTSC / PAL
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Guido Stolfi 116 / 139
Interpolação (Duplicação de Linhas)
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Guido Stolfi 117 / 139
PIP (“Picture In Picture”)
ANTENA
TUNER PRI NCI PAL
TUNER AUXI LI AR
R
DECI MADOR
DET. SI NC.
DET. SI NC.
FRAME BUF.
MAPEADOR
12
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Guido Stolfi 118 / 139
Multi-percurso e Equalização
t1
k1
k2
kn
t2
tn
SINAL TRANSMITIDO
Equalizador Adaptativo no Receptor
t1
-k1
-k2
-kn
t2
tn
SINAL PROCESSADO
SINAL RECEBIDO
Modelo da Distorçãopor Multi-percurso
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Guido Stolfi 119 / 139
Televisor Digital
ANTENA
CABO
TUNER ANALÓGI CO
TUNER DI GI TAL
TSYCBCR
CVBS
ENTR
AD
AS
AN
ALÓ
GIC
AS
EXTE
RN
AS
CO
MPO
NEN
TES
CVBS
CR
CB
Y
B
G
R
SINCCO
MPU
TA
DO
R
RX HDMI
CB / BCR / R
Y / G
HDMI
PRO
CES
SA
DO
R D
E V
ÍDEO
RGB
DISPLAY LCD / PLASMA
YCBCR
D/A
CVBS
SAÍDA VÍDEO ANALÓGICO
CONTROLES
(BRILHO, COR, ETC.)
(COMPOSITE VIDEO, BLANK & SYNC)
DECODER
CPU
REMOTO
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Guido Stolfi 120 / 139
Exemplo: Digitalizador de Vídeo
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Guido Stolfi 121 / 139
Configurações de Entrada do Digitalizador de Vídeo
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Guido Stolfi 122 / 139
PLL para Frequência de Amostragem
TLLC: True Line Locked ClockPLL: Phase Locked Loop
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Guido Stolfi 123 / 139
Controle Automático de Ganho
Opções:•Amplitude do Sincronismo•Pico de Branco•Manual
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Guido Stolfi 124 / 139
Processador para SDTV
VBI: Vertical Blank IntervalSLLC: Sampling Line Locked ClockAV: Start / End of Active Video (SAV / EAV)Fsc: Subcarrier Frequency
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Guido Stolfi 125 / 139
Reamostragem de Vídeo Analógico
63,2 s 63,5 s 63,8 s
Sinal de Vídeocom
instabilidade
Duração da linha
Pixels amostrados
(4x fs)
3413 3429 3445
Pixels reamostrados e decimados
858 858 858
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Guido Stolfi 126 / 139
Legendas (“Closed Caption”)
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Guido Stolfi 127 / 139
Conversor de Espaço de Cromaticidade
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Guido Stolfi 128 / 139
Processador de Componentes
CGMS: Copy Generation Management SystemMV: MacroVisionAV: Start / End of Active Video (SAV / EAV)
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Guido Stolfi 129 / 139
Identificador de Padrões SDTV e CG
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Guido Stolfi 130 / 139
Formatos de Saída Digital
Formatos SDR e DDR
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Guido Stolfi 131 / 139
Exemplo: Conversor D/A SDTV / HDTV
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Guido Stolfi 132 / 139
Filtros Digitais para Conversor D/A
Luminância e “Notch” de Crominância para SDTV (fs = 216 MHz)
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Guido Stolfi 133 / 139
Filtros Digitais para Conversor D/A
Filtro de Luminância para HDTV (fs = 296 MHz)
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Necessidade de Compressão de Dados para Transmissão de Vídeo
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Guido Stolfi 135 / 139
Necessidade de Compressão de Dados
•Taxa de Bits para Codificação Rec. 601:
•1 linha = 720 amostras de Luminância + 2 360 amostras de crominância
= 2 bytes por pixel
•720 pixels/linha 482 linhas 30 quadros= 10.411.200 pixels/s
8 bits 2 = 166,58 Mbit/s
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Guido Stolfi 136 / 139
Necessidade de Compressão de Dados
• Taxa de Bits para Codificação D-2:
• 1 linha ativa = 51 s• Taxa de Amostragem = 14,31818 MHz• 14,31818 MHz 51 s = 730 amostras / linha 482 linhas 30 frames
= 10.555.800 amostras/s 8 bits = 84,45 Mbit/s
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Guido Stolfi 137 / 139
Necessidade de Compressão de Dados
• Taxa de Bits para HDTV (SMPTE-274M)
• 1920 pixels 1080 linhas 30 quadros/s = 62.208.000 pixels/s
8 bits 2 = 995 Mbit/s
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Capacidade de Alguns Canais de Comunicação
• Cabo Coaxial (Modulação 64-QAM)– (Relação Sinal/Ruído Maior que 30 dB)– Taxa Bruta: 43 MBits/s– Taxa Líquida: 38 MBits/s
• Radiodifusão / UHF (Modulação 8-VSB)– (Relação Sinal/Ruído Maior que 15 dB)– Taxa Bruta: 32 MBits/s– Taxa Líquida: 20 MBits/s
• Satélite DTH (Direct to Home-Modulação QPSK)– Taxa Bruta: 50 MBits/s por transponder– Taxa Líquida: 40 MBits/s
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Critérios para Compressão de Imagens
• São necessárias taxas de compressão da ordem de 50:1 para HDTV
• Compressão Com Perdas é inevitável• Objetivo: reduzir a Visibilidade das
degradações consequentes• Deve-se levar em conta as características
da Percepção Visual humana.