πζηήκαηα Πνιπκέζσλ Δηζαγσγή ζηελ επεμεξγαζία πνιπκεζηθνύ ζήκαηνο II (βίληεν & ήρνο)

Transcript

1 πζηήκαηα Πνιπκέζσλ Δηζαγσγή ζηελ επεμεξγαζία πνιπκεζηθνύ ζήκαηνο II (βίληεν & ήρνο)

2 2 / 48 Δξγαζηήξην Σερλνινγίαο Πνιπκέζσλ & Γξαθηθώλ, ΣΔΠ - ΠΜ

3 ήκαηα βίληεν Αλαινγηθό Φεθηαθό

4 Βαζηθέο έλλνηεο αλαινγηθνύ βίληεν Γνκή ζήκαηνο Απνηειείηαη από πιαίζηα (εηθόλεο) γηα ηα νπνία πνιιέο θνξέο ρξεζηκνπνηνύκε ηελ αγγιηθή νλνκαζία frames Κάζε πιαίζην απνηειείηαη από έλαλ αξηζκό νξηδόληησλ γξακκώλ ζάξσζεο (scan lines) Τπάξρνπλ δηαθνξεηηθνί ηξόπνη αλαπαξάζηαζεο ρξσκάησλ Ρπζκόο πιαηζίσλ (Frame Rate) Ο αξηζκόο ησλ πιαηζίσλ πνπ παξάγνληαη από έλα ζήκα βίληεν αλά sec Σππηθέο ηηκέο: πιαίζηα/sec (fps = frames per second) Όρη ηξεκόπαηγκα όηαλ FR > 40 πιαίζηα/sec Διάρηζην όξην γηα αλζξώπηλν κάηη ώζηε λα δηαηεξείηαη ε αίζζεζε ηεο θίλεζεο fps = 15 πιαίζηα/sec Πιήζνο γξακκώλ ζάξσζεο ηαζεξό γηα όια ηα πιαίζηα. Ρπζκόο ζάξσζεο (scan rate): (αξηζκόο γξακκώλ ζάξσζεο) * (ξπζκόο πιαηζίσλ)

5 Αλάιπζε νζόλεο ΑΝΑΛΤΗ 640*480 ΟΘΟΝΗ : 768*576

6 Οξηδόληηεο γξακκέο & πιαίζηα ζάξσζεο (θάζεηε αλάιπζε) ζάξσζε πιαηζίνπ (εηθόλα) ζύκπιεμε δηαπιεθόκελε (2:1) πξννδεπηηθή

7 Πξόηππα & Υαξαθηεξηζηηθά απεηθόληζεο, αλαινγηθνύ ζήκαηνο βίληεν Πξόηππα αλαινγηθνύ ζήκαηνο βίληεν (θαλνληθήο επθξίλεηαο) ύκπιεμε (ζάξσζε) Κάζεηε αλάιπζε (νξηδόληηεο γξακκέο ζάξσζεο) Λόγνο δηαζηαζεσλ ε εηθόλαο (πιάηνο / ύςνο) Ρπζκόο πιαηζίσλ (frame rate) (αξηκζόο πιαηζίσλ/sec) Αλάιπζε (frame size) (κέγεζνο πιαηζίνπ) Υξσκαηηθά κνληέια (ηξεηο ζπληζηώζεο) Δύξνο δώλεο ζήκαηνο PAL 625/50/2:1 (επξσπατθό) δηαπιεθόκελε 2:1 (δύν πεδία από 312,5 γξ.ζ.) 625 4:3 25 (50) 768 x 576 (νξαηέο γξακκέο ζάξσζεο) YUV 6,5 MHz NTSC 525/60/2:1 (ακεξηθάληθν) δηαπιεθόκελε 2:1 (δύν πεδία από 262,5 γξ.ζ.) 525 4:3 30 (60) 640 x 480 (νξαηέο γξακκέο ζάξσζεο) YIQ 5,5 MHz

8 Πξνβνιή αλαινγηθώλ ζεκάησλ βίληεν PAL & NTSC

9 Κσδηθνπνίεζε ρξσκαηηθήο πιεξνθνξίαο αλαινγηθνύ ζήκαηνο βίληεν Βαζηθά ζρήκαηα θσδηθνπνίεζεο ρξσκαηηθήο πιεξνθνξίαο θαηά θζίλνπζα ζεηξά πνηόηεηαο: Component Y/C (S-Video) Composite SCART

10 Component Μεηαθέξεη ηξία δηαθνξεηηθά ζπζηαηηθά ζήκαηα (components) κε βάζε ηα νπνία αλαπαξάγεη ηελ πιεξνθνξία ηεο έγρξσκεο εηθόλαο ζην δέθηε. Μνξθέο Component είλαη ηα ζήκαηα RGB (PC) YUV (PAL) YIQ (NTSC) YCrCb (DV)

11 Από ην RGB ζην YUV Πξόβιεκα ζην RGB: Η κεηάδνζε ησλ ηξηώλ ζεκάησλ R, G θαη B είλαη πιενλαζηηθή Γελ ππάξρεη μερσξηζηό ην ζήκα θσηεηλόηεηαο Αλάγθε γηα κεηαζρεκαηηζκό ηνπ RGB Μεηαζρεκαηίδεηαη ην RGB ζε ζήκαηα: «θσηεηλόηεηαο» (luminance, Y) θαη «ρξσκαηηθόηεηαο» (chrominance, U & V) Έηζη εμαζθαιίδεηαη ζπκβαηόηεηα κε ηελ παιηά ηερλνινγία ηεο «αζπξόκαπξεο» εηθόλαο video Αθόκε: Μηθξόηεξε επαηζζεζία ηεο αλζξώπηλεο όξαζεο ζηε ρξσκαηηθόηεηα κπνξνύκε λα ζπκπηέζνπκε ην ρξώκα πεξηζζόηεξν

12 YUV Σν YUV πξνθύπηεη από γξακκηθό κεηαζρεκαηηζκό ηνπ RGB Y =0.299 R G B U = B-Y V = R-Y Όπνπ Τ: θσηεηλόηεηα (luminance) U & V: πιεξνθνξία ρξώκαηνο Υξεζηκνπνηείηαη ζε ζπζηήκαηα ηύπνπ PAL όπνπ U = (B - Y) θαη V = (R - Y)

13 Γηόξζσζε θαηά «γ» Αξρηθή εηθόλα video: πξσηαξρηθά R, G, B πνπ θαηαγξάθνληαη από ην πεξηβάιινλ. Φσηεηλόηεηα Τ: αλαινγηθό ζήκα πνπ θαηαγξάθεη ην βαζκό θσηεηλόηεηαο ηεο αξρηθήο εηθόλαο ΌΜΧ ε θσηεηλόηεηα πνπ παξάγεηαη ζε κηα ζπζθεπή (πρ. νζόλε) δελ είλαη γξακκηθή ζπλάξηεζε ηνπ εθαξκνδόκελνπ ζήκαηνο Η κε γξακκηθή ζρέζε πξέπεη λα ιεθζεί ππόςε γηα ηε ζσζηή αλαπαξαγσγή ηεο εηθόλαο

14 Ση ζεκαίλεη ζηελ πξάμε ε δηόξζσζε θαηά «γ» Η ηερλνινγία κεηαηξέπεη ηα αξρηθά R,G,B ζε «δηνξζσκέλα θαηά γάκκα» ζήκαηα R, G, B Παξάγνληαη από ηα RGB κε κε γξακκηθό ηξόπν, δει. κε εμηζώζεηο πνπ πεξηέρνπλ εθζεηηθνύο όξνπο. R = (1.099 * R 0.45 )) G = (1.099 * G 0.45 )) B = (1.099 * B 0.45 )) Δθζέηεο: ζπληειεζηήο γ Με βάζε ηα R, G & B παξάγεηαη: (α) ε «δηνξζσκέλε θαηά γ» θσηεηλόηεηα πνπ νλνκάδεηαη luma Y Y = 0.299*Rg *Gg *Bg (β) ε «δηνξζσκέλε θαηά γ» ρξσκαηηθόηεηα πνπ νλνκάδεηαη chroma, U, V

15 Άιια ζρήκαηα Component YIQ ηα ζπζηήκαηα NTSC YP b P r αλαινγηθήο ηερλνινγίαο βίληεν ζπζθεπέο Pr θαη Pb: αληίζηνηρα ησλ U θαη V YC b C r ςεθηαθήο ηερλνινγίαο βίληεν ζπζθεπέο Cr θαη Cb: αληίζηνηρα ησλ U θαη V

16 Y/C (S-Video) Πξνθύπηεη από ην Component YUV ΤΝΘΔΣΟΝΣΑ ζε έλα ηα δύν ζήκαηα ρξώκαηνο U & V Μεηαθέξεη ΓΤΟ ζπληζηώζεο: Έλα ζήκα θσηεηλόηεηαο (luma) (Τ), θαη Έλα ζήκα ρξώκαηνο (chroma) (C) Μεγαιύηεξε ζπκπίεζε (ιόγσ ζύλζεζεο U & V) Υακειόηεξε πνηόηεηα από ην YUV

17 Composite Πξνθύπηεη κε ΤΝΘΔΗ ησλ luma (Y) θαη chroma (C) ζε έλα κνλαδηθό ζύλζεην (composite) ζήκα Μεηαθέξεη ηαπηόρξνλα ηηο πιεξνθνξίεο θσηεηλόηεηαο, ρξώκαηνο ακαύξσζεο θαη ζπγρξνληζκνύ. Αλαθέξεηαη θαη σο CVBS (από ηα αξρηθά ησλ ιέμεσλ Color, Video, Blanking, & Sync). Αθόκε κεγαιύηεξε ζπκπίεζε ΑΡΑ ρακειόηεξε πνηόηεηα από όιεο ηηο κνξθέο ζεκάησλ

18 Μεηάδνζε (θσδηθνπνίεζε) αλαινγηθνύ ζήκαηνο βίληεν: Component Y/C (S-Video) Composite BetaSP S-VHS/Hi8 VHS/8mm Αλαινγηθό ζήκα βίληεν Component Y/C S-Video Composite Αλάιπζε ζε γξακκέο Δύξνο δώλεο ζήκαηνο 7,5 MHz 4,5 MHz 2,5 MHz Y: θσηεηλόηεηα Y =0.299 R G B U, V & C: ρξσκαηηθή πιεξνθνξία

19 Φεθηαθό βίληεν ζύλνιν ςεθηαθώλ ηερλνινγηώλ κε ηηο νπνίεο είλαη δπλαηή ε εμ αξρήο παξαγσγή, επεμεξγαζία, απνζήθεπζε θαη κεηάδνζε πνιπκεζηθήο πιεξνθνξίαο. Υαξαθηεξίδεηαη από: Σε ζπρλόηεηα δεηγκαηνιεςίαο Σνλ ξπζκό πιαηζίσλ (frame rate) Σν κέγεζνο ησλ πιαηζίσλ (frame size) Σν βάζνο ρξώκαηνο (color depth) Τςειόο ξπζκόο κεηάδνζεο κεγάινο όγθνο πνιπκεζηθήο πιεξνθνξίαο

20 Φεθηνπνίεζε αλαινγηθνύ βίληεν ςεθηνπνίεζε αλαινγηθνύ βίληεν: θάξηα ζύιιεςεο βίληεν Βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά: δίαπινο ζύλδεζεο: PCI, USB παξαγόκελα αξρεία: AVI ή MPEG είζνδνο: Y/C (S-Video), Composite έμνδνο: Y/C (S-Video) ή Composite ππάξρεη δπλαηόηεηα TV-tuner κέγηζηε αλάιπζε: 720x576 (PAL) ινγηζκηθό: ζπλήζσο ε θάξηα ζπλνδεύεηαη από ινγηζκηθό επεμεξγαζίαο βίληεν Αλαινγηθή Camera

21 Σερλνινγία ςεθηαθνύ βίληεν (DV) Βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά: δίαπινο ζύλδεζεο: IEEE 1394 (πςειόο ξπζκόο κεηάδνζεοs) αλάιπζε: ε θάζεηε είλαη ηνπιάρηζηνλ δύν θνξέο κεγαιύηεξε είζνδνο: component έμνδνο: component ιόγνο ζήκαηνο πξνο ζόξπβν (S/N): πςειόο κε θαιύηεξε πνηόηεηα κεηάδνζεο θαη αλαπαξαγσγήο πνιπκεζηθήο πιεξνθνξίαο.

22 Γεηγκαηνιεςία αλαινγηθνύ ζήκαηνο βίληεν αλαινγηθό ζήκα βίληεν ςεθηαθό ζήκα βίληεν Η ζπρλόηεηα δεηγκαηνιεςίαο πξέπεη λα είλαη ηέηνηα ώζηε: ηα δείγκαηα λα βξίζθνληαη ζε απόιπηε ζηνίρηζε ζηε θάζεηε δηάζηαζε ε απόζηαζε κεηαμύ ησλ δεηγκάησλ λα είλαη ε ίδηα θαη ζηελ νξηδόληηα θαη ζηε θάζεηε δηάζηαζε ε ζπρλόηεηα λα παξακέλεη ίδηα ζηα δηάθνξα ζπζηήκαηα αλαινγηθνύ βίληεν (13.5 MHz)

23 Ρπζκόο κεηάδνζεο

24 Φεθηαθό βίληεν: Τςειόο ξπζκόο κεηάδνζεο & Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο Όπσο είδακε ζηελ πξνεγνύκελε δηαθάλεηα ςεθηαθό βίληεν πνηόηεηαο PAL δεκηνπξγεί δεδνκέλα κε ξπζκό 30 Mbyte / sec Γηα video δηάξθεηαο κηαο ώξαο ρξεηάδεηαη απνζεθεπηηθόο ρώξνο: 30 x 3600 = MB = 108 GB!! Η ππνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο είλαη κηα από ηηο απινύζηεξεο ηερληθέο γηα ηε κείσζε ηνπ όγθνπ δεδνκέλσλ ςεθηαθνύ βίληεν Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο: 1. Υξήζε ρξσκαηηθνύ κνληέινπ YCbCr αληί γηα RGB 2. Σν κάηη έρεη κηθξόηεξε δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα ζηηο ρξσκαηηθέο ζπληζηώζεο (Cb, Cr) από όηη ζηε θσηεηλόηεηα (Τ) 3. Γεηγκαηνιεςία ησλ Cb θαη Cr θαλαιηώλ κε κηθξόηεξε ρσξηθή αλάιπζε Η δεηγκαηνιεςία ησλ θαλαιηώλ Cb θαη Cr κε ηε κηζή ρσξηθή αλάιπζε θαηά ηελ νξηδόληηα θαη θάζεηε θαηεύζπλζε (ζρήκα ππνδεηγκαηνιεςίαο ρξώκαηνο 4:2:0) κεηώλεη ηνλ όγθν δεδνκέλσλ ηνπ ςεθηαθνύ βίληεν ζην κηζό

25 Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο Η αλαινγία δεηγκάησλ πνπ παξάγνληαη κεηαμύ ησλ ζεκάησλ Τ θαη Cb, Cr εθθξάδεηαη σο έλαο δηπιόο ιόγνο αθεξαίσλ αξηζκώλ Ο πξώηνο αθέξαηνο εθθξάδεη ηνλ αξηζκό ησλ δεηγκάησλ, αλά 4 pixels, ζην ζήκα Τ ζε θάζε γξακκή Ο δεύηεξνο αθέξαηνο εθθξάδεη ηνλ αξηζκό ησλ δεηγκάησλ, αλά 4 pixels, γηα θάζε έλα από ηα ζήκαηα Cb θαη Cr ζηηο κνλέο γξακκέο Ο ηξίηνο αθέξαηνο εθθξάδεη ηνλ αξηζκό ησλ δεηγκάησλ, αλά 4 pixels, γηα θάζε έλα από ηα ζήκαηα Cb θαη Cr ζηηο δπγέο γξακκέο Οη ζπλεζέζηεξεο κνξθέο ππνδεηγκαηνιεςίαο ρξώκαηνο είλαη νη 4:2:2 θαη 4:2:0.

26 Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο 4:4:4 => Αξρηθό ζήκα ρσξίο ππνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο 4:2:2 => 2 pixel γηα θάζε ζπληζηώζα chroma (Cb, Cr) έλαληη 4 ηνπ luma (Y) 4:1:1 => 1 pixel γηα θάζε ζπληζηώζα chroma έλαληη 4 ηνπ luma 4:2:0 => 1 pixel γηα θάζε ζπληζηώζα chroma έλαληη 4 ηνπ luma

27 Πξόηππα ςεθηαθνύ βίληεν Σν ρξσκαηηθό κνληέιν YCbCr θαη ε ππνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο ρξεζηκνπνηείηαη ζε όια ηα παξαθάησ πξόηππα. Πξόηππα: CCIR-601 (CCIR: Consultative Committee for International Radiocommunications). DVB (Digital Video Broadcasting) HDTV (High Definition TeleVision) SIF (Source Intermediate Format) CIF (Common Interchange Format) QCIF (Quarter CIF)

28 CCCIR-601 4:2:2 Format Γηαδεδνκέλν format γηα ηειενπηηθά ζηνύληην Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο 4:2:2 Αλά ηέζζεξα pixels έρνπκε 4 ηηκέο θσηεηλόηεηαο (Y channel) θαη από 2 ηηκέο γηα ηα θαλάιηα ρξώκαηνο (Cr, Cb) 720 ζηήιεο Γηα ςεθηνπνίεζε ζήκαηνο PAL,SECAM: 25 frames (interlaced) => 50 fields Y= 576 x 720 pixels (αξηζκόο γξακκώλ x αξηζκόο ζηειώλ) Cr = 576 x 360, Cb = 576 x 360 pixels Γηα ςεθηνπνίεζε NTSC 30 frames (interlaced) => 60 fields Y= 480 x 720 pixels Cr = 480 x 360, Cb = 480 x 360 pixels 28 / 46 Δξγαζηήξην Σερλνινγίαο Πνιπκέζσλ & Γξαθηθώλ, ΣΔΠ - ΠΜ

29 29 / 46 DVB 4:2:0 Format Γηαδεδνκέλν format γηα ηειενπηηθή κεηάδνζε (broadcasting) Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο 4:2:0 Αλά ηέζζεξα pixels έρνπκε 4 ηηκέο θσηεηλόηεηαο (Y channel) θαη από 1 ηηκή γηα ηα θαλάιηα ρξώκαηνο (Cr, Cb) 720 ζηήιεο Γηα ςεθηνπνίεζε ζήκαηνο PAL,SECAM: 25 frames (interlaced) => 50 fields Y= 576 x 720 pixels (αξηζκόο γξακκώλ x αξηζκόο ζηειώλ) Cr = 288 x 360, Cb = 288 x 360 pixels Γηα ςεθηνπνίεζε NTSC 30 frames (interlaced) => 60 fields Y= 480 x 720 pixels Cr = 240 x 360, Cb = 240 x 360 pixels Δξγαζηήξην Σερλνινγίαο Πνιπκέζσλ & Γξαθηθώλ, ΣΔΠ - ΠΜ

30 HDTV 4:2:0 Format Γηαδεδνκέλν format γηα ηειενπηηθή κεηάδνζε πςειήο επθξίλεηαο Τπνδεηγκαηνιεςία ρξώκαηνο 4:2:0 Αλά ηέζζεξα pixels έρνπκε 4 ηηκέο θσηεηλόηεηαο (Y channel) θαη από 1 ηηκή γηα ηα θαλάιηα ρξώκαηνο (Cr, Cb) 1152 γξακκέο γηα PAL θαη 960 γξακκέο γηα NTSC Interlaced (50 ή 60 fields από 25 ή 30 frames) Γηα ιόγν δηαζηάζεσλ 4:3 θαη ζάξσζε ηύπνπ PAL Y= 1152 x 1440 pixels Cr = 576 x 720, Cb = 576 x 720 pixels Γηα ιόγν δηαζηάζεσλ 16:9 θαη ζάξσζε ηύπνπ PAL Y= 1152 x 1920 pixels Cr = 576 x 960, Cb = 576 x 960 pixels 30 / 46 Δξγαζηήξην Σερλνινγίαο Πνιπκέζσλ & Γξαθηθώλ, ΣΔΠ - ΠΜ

31 Μέγεζνο ςεθηαθνύ αξρείνπ βίληεν κέγεζνο αξρείνπ = κέγεζνο πιαηζίνπ (pixels) x ηαρύηεηα ελαιιαγήο πιαηζίσλ (ξπζκόο αλαλέσζεο) x βάζνο ρξώκαηνο (bits) x δηάξθεηα (sec) (720 x 576 pixels) x (25) x (24 bits) x (60 sec) = ( pixels) x 25 x (24 bits) x (1 sec) = bits = bytes = = KB = 29,66 MB γηα έλα ιεπηό = 29,66 x 60 =1779,78 MB κε ζηεξενθσληθό ήρν = 1779,78 MB + 10,09 MB = 1790,68 MB = 1,74 GB

32 Απνζήθεπζε ςεθηαθνύ & αλαινγηθνύ βίληεν Εύρος ζώνης σήματος 7.5 MHz 4.5 MHz 2.5 MHz πιενλεθηήκαηα ςεθηαθνύ έλαληη αλαινγηθνύ: κεγαιύηεξε αλάιπζε θαιύηεξε απόδνζε ρξσκαηηθήο πιεξνθνξίαο πςειόηεξνο ιόγνο ζήκαηνο πξνο ζόξπβν (S/N)

33 Δπεμεξγαζία βίληεν ζύιιεςε ή εηζαγσγή video αληηγξαθή, απνθνπή, επηθόιιεζε video clip εηζαγσγή εθέ αιιαγήο πιάλνπ κνληάδ θαλαιηώλ video εθαξκνγή εηδηθώλ θίιηξσλ ζε video clip εηζαγσγή αξρείσλ ήρνπ εηζαγσγή αξρείσλ εηθόλαο θαη γξαθηθώλ εηζαγσγή θεηκέλνπ θαη ηίηισλ αnimation ζε video clip, ηίηινπο θαη γξαθηθά ξύζκηζε έληαζεο clip ήρνπ αιιαγή ρξνληθήο δηάξθεηαο video clip κείμε θαλαιηώλ ήρσλ εμαγσγή θαη ζπκπίεζε video, εηθόλαο, ήρνπ

34 Βίληεν & αλάπηπμε πνιπκεζηθώλ εθαξκνγώλ κείσζε ηνπ κεγέζνπο ησλ πιαηζίσλ ε εηθόλα δελ θαηαιακβάλεη νιόθιεξε ηελ νζόλε κείσζε ηνπ ξπζκνύ κεηάδνζεο πιαηζίσλ από 30 fps ζε 15 fps κείσζε ηνπ βάζνπο ρξώκαηνο από 24 ζηα 8 bits κείσζε ηεο πνηόηεηαο ηεο εηθόλαο κεγαιύηεξε ζπκπίεζε