Procesamiento de Audio y Video

1. Procesamiento de Audio y Video Introducción al Video

2. Agenda para Hoy • ¿Qué es el video? • Historia del video • Televisión • Formatos de Video Analógico • Diferencias entre los formatos

3. ¿Qué es el video? • El video es la representación de la visión así como el audio es la representación de la audición. • El video es la captura de una secuencia de imágenes de tal forma que al ser proyectadas bajo ciertas condiciones al sistema visual de un ser humano, se produzca la sensación de movimiento.

4. ¿Qué es el video? • El video se basa en las características de nuestro sistema visual. • La persistencia de la visión • es un principio establecido por el físico Joseph Plateau que consiste en una "imperfección" del ojo que provoca que la imagen se grabe en la retina durante una fracción de segundo después de que fue vista.

5. ¿Qué es el video? • La persistencia de la visión • Un ejemplo común es cuando alguien nos toma una foto, ya que segundos después seguimos viendo el puntito blanco del flash. • Cuando la luz es intensa el proceso es mayor, por eso las salas de cine están a oscuras, la retina se adapta a la oscuridad y la luminosidad de la pantalla hace que la persistencia aumente.

6. ¿Qué es el video? • Resumiendo, la persistencia de la visión es una propiedad por la cual una imagen es retenida en nuestra retina por un intervalo pequeño de tiempo antes de que otra imagen sea tomada. • Nuestro sistema visual puede captar 24 imágenes diferentes en 1 segundo. • Si proyectamos algo a más de 24 imágenes por segundo nuestro cerebro captará eso como una secuencia de movimiento continuo

7. ¿Qué es el video? • Mientras mayor sea la cantidad de imágenes mayor será la sensación de movimiento • A más de 24 imágenes por segundo no logramos distinguir las imágenes individuales y percibimos un movimiento continuo

8. Veamos un ejemplo • Cine mudo: 18 frames

9. Televisión • Televisión blanco y negro • El desarrollo del video está fuertemente enlazado al desarrollo de la televisión • Si bien el cine y por tanto el video existía desde comienzo de los 1900s, no fue hasta la década de los 30s en la que se empezaron ha dar los primeros pasos para la transmisión de señales de video a grandes distancias

10. Televisión • Si bien el cine utilizaba una secuencia de imágenes para mostrar una película, este estaba más relacionado con la fotografía • En la televisión en cambio se debe analizar a la imagen como una señal, para que pueda ser transmitida. • En TV las cosas son diferentes. En una video cámara cada cuadro está compuesto de cientos de líneas horizontales. A lo largo de cada una de estas líneas existen miles de puntos de información de brillo y color.

11. Televisión • Así nace por primera vez una manera de procesar a través de medios lineales y no lineales el video

12. Televisión • A diferencia del audio, que es una señal de Presión vs. Tiempo, el video está compuesto de imágenes que es una señal de Intensidad vs. Espacio • Los dispositivos electrónicos y de transmisión trabajan con señales en el dominio del tiempo, por lo cual hay que convertir de alguna manera la señal en el dominio del espacio al dominio del tiempo

13. Televisión • Esto se hace con el barrido • La imagen se captura con una cámara, la cual tiene un dispositivo fotosensible, que produce voltaje cuando es impactado por la luz • Un haz de electrones detecta el valor del voltaje a intervalos regulares en un patrón de barrido

14. Televisión

15. Televisión • La señal medida por este haz de electrones ya es una señal en el dominio del tiempo • Esta señal puede ser grabada y luego transmitida • El televisor recibe esta señal, y la vuelve a convertir en una imagen, esto es, la pasa nuevamente al dominio del espacio.

16. Televisión • Señal de televisión: • Información de la intensidad, para el rayo de luz que pinta en cada línea • Señales de retrazo horizontal para decirle al TV cuando mover el rayo cuando llegamos al final de cada línea • Señales de retraso vertical n veces por segundo (dependiendo del formato) para mover al rayo desde la parte inferior derecha a la superior izquierda

17. Televisión • Señal de televisión: • Toda señal contiene estos tres componentes: Señal de video, desde el blanco 2v al negro 0.5v El retraso vertical tiene una duración de 400us a 500us y la señal tiene una forma dentada Señales de retraso horizontal, señal de pulso a 0v

20. Televisión • Debido a las limitaciones de la época (40’s) no se podía barrer la pantalla 60 véces por segundo que era lo recomendable para evitar interferencia de las fuentes de energía • Se resolvió barrer la pantalla 30 veces por segundo, pero primero las líneas impares y luego las pares • A esto se le conoce como entrelazado (interlaced)

21. Televisión • Barrido

22. Barrido

23. Barrido

24. Televisión • Esta transmisión involucra que tanto el transmisor y el receptor estén de acuerdo en el tipo de codificación a utilizar • Que estén sincronizados, es decir que se empiece a dibujar la imagen desde la primera línea • También debe haber una referencia de voltaje para que es blanco y que es negro • Esto se complica muchísimo más cuando se trata de enviar imágenes a color ¿Cómo codificamos el color?

25. Televisión • Televisión a color • Usa tres rayos para crear el color: rojo, verde y azul.

26. Televisión • Televisión a color: • Un señal extra de color (3.579545 MHz ) o crominancia es agregada después del pulso de sincronización.

27. Televisión • Televisión a color: • La televisión a color no reemplazó a la televisión blanco y negro • Una solución hubiera sido enviar otras señales para añadir los colores, pero esto hubiera aumentado el ancho de banda necesario por cada emisora • La solución fue separar la señal de color (chrominance o chroma) de la señal de intensidad (luminance o luma)

28. Televisión • Televisión a color:

29. Televisión • Televisión a color: • La luminancia representa la brillantez de un punto, mientras que la crominancia representa el color de dicho punto • El color es una señal sinusoidal modulada dentro de la señal de luminancia • La mezcla de estas dos se conoce como video compuesto (composite video) • La fase de la onda representa el tono y la amplitud la saturación

30. Televisión • Televisión a color: • La señal de luminancia se conoce como señal Y • La señal de color se modula en dos diferentes fases: I (0 grados) y Q (90 grados) • Por esto a esta señal también se la conoce como señal YIQ • Este es el método utilizado por NTSC

31. Televisión • Señal a color: • Una TV blanco y negro filtra esta señal de color. • Una TV a colores la decodifica y muestra la imagen a colores.

33. Formatos de televisión • Existen diferentes formatos de transmisión de televisión: NTSC, PAL y SECAM • El primero fue desarrollado en USA y se conoce como NTSC (National Television Systems Committe) que estandarizó la transmisión de televisión

34. Resumamos

35. Formatos de televisión • NTSC(National Television Systems Committee) • 29.97 cuadros de vídeo en modo entrelazado • Resolución Vertical (líneas de barrido): 525 (pero menos el blanqueado vertical: 484) • Resolución horizontal (mínima variación detectable): 400 • Una velocidad de actualización de 30 cuadros de vídeo por segundo y 60 campos de alternación de líneas.

36. Formatos de televisión • Existen en el mundo otros dos formatos de Televisión: • PAL (Phase Alterning Line) • SECAM (Sequential Colour avec Memoire)

37. Formatos de televisión • PAL • Tienen diferente frecuencia de refrescamiento (25 Hz por campo/50 Hz total) • Tiene diferente resolución horizontal: 625 líneas • Usa luminancia (Y) y el color esta dividido en la señal U y la V, por tanto se lo conoce como señal YUV • Existen varias variantes PAL-M, PAL-B

38. Formatos de televisión • SECAM • Provee la misma resolución que el PAL pero el color se codifica con FM • Se usa principalmente en Francia y países de Europa del este

39. Formatos de televisión

40. Comparación NTSC, PAL y SECAM • PAL fue modificado para evitar la distorsiones de color e imprecisiones del matiz característicos del sistema original NTSC.

41. Comparación NTSC, PAL y SECAM • En NTSC el color va modulado en fase, lo que es totalmente correcto en un mundo ideal; pero en el mundo real se produce el“efecto Faraday” que modifica la fase debido a la ionización del aire.

42. Comparación NTSC, PAL y SECAM • La fase, y por tanto el color, varía con la ionización; lo que significa que se altera con la distancia, con la hora del día, con la actividad solar, etc. Eso hace que el color sea muy difícil de mantener estable con un televisor NTSC. • Para solucionarlo surgieron dos sistemas el SECAM y el PAL. • PAL realiza una alteración de línea de fase.

43. Comparación NTSC, PAL y SECAM • Pensemos que la línea número 1 la transmitimos tal cual. La línea 2 invertimos la fase, la tres sin invertir, la cuatro invertida... • Supongamos que un punto concreto tiene como color 45º (una desviación de fase de pi/4). • Supongamos que el efecto Faraday hace que se desplace 10 grados hacia adelante. El color de ese punto en la primera línea será: 45+10=55 (un error de color notable)

44. Comparación NTSC, PAL y SECAM • La segunda línea la mandamos con la fase invertida: la fase del punto en cuestión (pero en la segunda línea) es -45. • Al producirse el desvío de fase sale: -45+10 = -35Llega al receptor y lo que hace es asignar al punto de la primera línea y al de la segunda línea, el valor medio obtenido restando al valor del punto en la primera línea el del punto de la segunda línea y dividiendo por dos:(55-(-35))/2 =(55+35)/2=90/2=45 • SECAM usa modulación de frecuencia

45. Formatos de video Analógicos • Existen varios formatos para el video analógico • El más antiguo es el video compuesto (composite). • En el se mezcla la señal de luminancia (Y) con la de crominancia (UV). • (Y,CB,CR) = (Y,U,V) • Y= 0,30R + 0,59G + 0,11B

46. Video compuesto • Por tanto, la señal de luminancia está formada por un 30% de la señal roja (R), un 59% de la señal verde (G) y un 11% de la señal azul (B) • La señal de luminancia no tiene información sobre el color y es preciso tener alguna información adicional que contribuya a restituir el color.

47. Video compuesto • En la señal, además de la luminancia se obtienen, algebraicamente, las informaciones de la diferencia de color: U y V. • (R – Y) + Y = R • (B – Y) + Y = B • (G – Y) + Y = G

48. Video compuesto • Se conecta usando cables de 2 hilos (señal y tierra). Utiliza generalmente conectores RCA. • En equipos profesionales se utiliza un cable coaxial de 75 ohms

49. Video compuesto

50. S – Video (separated video) • Debido a que al mezclar la luminancia con la crominancia no se pueden separar perfectamente hay otro estándar de video que mejora los colores • A este estándar se lo conoce como S – Video • Para esto se envían dos señales separadas, una para luminancia y otra para crominancia