Semnale 3D. Prelucrarea Semnalelor Video. Concept general:

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Semnale 3D. Prelucrarea Semnalelor Video. Concept general:"

Ἰωάννης Ζαφειρόπουλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Semnale 3D Prelucrarea Semnalelor Video Extensie a teoriei semnalelor și sistemelor 1D la 3 dimensiuni Concept general: Achiziție (de la 3D la 2D, lentile, senzori, multiplexoare) Transmisie (1D) Reproducere (demultiplexoare, monitoare, HVS) Imaginea = proiecție printr-un sistem de lentile optice pe un senzor (matrice de capacitoare)

2 Semnale 3D continue vs. discrete semnal video s(x, y, t) = semnal 3D continuu (funcție de 3 variabile continue independente) Prelucrare NUMERICĂ a semnalelor video Eșantionarea semnalului continuu semnal spațiutimp discret Cuantizare semnal spațiu-timp discret video digital Video monocrom 1 număr real la fiecare poziție (x,y,t) luminanța Video color 3 numere reale la fiecare poziție (x,y,t) cele 3 numere reprezintă RGB sau YIQ, YUV sau YCbCr În general, cele 3 componente sunt tratate separat

3 Video compus și video pe componente Video compus Conversie din RGB în YIQ (YUV) multiplexare YIQ (YUV) într-un singur semnal (1D) Componentele de crominanță multiplexate în banda superioară a lui Y Utilizat în toate dispozitivele video analogice (TV analogic, casete VHS, etc.) Video pe componente 3 componente de culoare capturate/salvate/afișate separat Stocate în format RGB sau YCrCb Utilizate la formatele video digitale

4 Video analogic Scena reală 3D = semnal 3D continuu (temporal, orizontal, vertical) Video analogic în format rastru Eșantionare în timp: cadre consecutive Mișcare fluentă: 25 frame/s Eșantionare pe verticală: cadru reprezentat printr-un set de linii Numărul de linii depinde de frecvența verticală maximă și de distanța de vizualizare NTSC: 525 linii PAL/SECAM: 625 linii Rastru video = semnal 1D conținând linii succesive

5 Video analogic scanarea liniilor Cursă inversă orizontală Cadru progresiv Cadru întrețesut Câmp 1 Câmp 2 Cursă inversă verticală Compromis între rezoluția temporală și verticală

6 Emisia și recepția semnalului audio/video analogic RGB YC 1 C 2 Multiplexare luminanță, crominanță, audio Modulare YC 1 C 2 RGB Demultiplexare Demodulare

7 Video analogic sisteme de televiziune analogică: NTSC (National Television System Committee) - America de Nord, America Centrala şi Japonia PAL (Phase Alternating Lines) - majoritatea ţărilor din Europa, Africa, Australia, America de Sud şi China SECAM (Systeme Electronique Couleur Avec Memoire) - Franţa, Rusia şi fostele ţări sovietice

8 Video analogic

Video Analogic Standarde TV NTSC PAL SECAM Imagini pe secundă 29.97 25 25 Durata imaginii (ms) 33.

9 Video Analogic Standarde TV NTSC PAL SECAM Imagini pe secundă Durata imaginii (ms) Linii pe imagine Raport de aspect 4:3 4:3 4:3 Întreţesere 2:1 2:1 2:1 Durata liniei (μs) 63, Spațiu de culori YIQ YUV YD b D r Bandă luminanță (MHz) / Bandă crominanță (MHz) 1.5(I)/0.5(Q) 1.3(U,V) 1.0 (U,V) Subpurtătoare color (MHz) (Db),4.41(Dr) Modulație culoare QAM QAM FM Subpurtătoare audio (MHz) / Bandă totală (MHz) /

10 De ce nu s-ar folosi direct RGB? R,G,B sunt corelate transmiterea R,G,B este redundantă Se dorește o utilizare mai eficientă a benzii transformare RGB->YC1C2 Y,C1,C2 sunt necorelate C1 and C2 necesită o bandă mai mică Y (luminanța) poate fi recepționată de TV A/N YIQ la NTSC I: plaja orange-cyan Q: plaja verde-mov (HVS mai puțin sensibil) Q poate fi limitat în bandă mai puternic decât I faza=arctan(q/i) = ton culoare, modulul=sqrt (I^2+Q^2)=saturație Ton perceput mai bine decât saturație

RGB vs. YIQ RGB YIQ Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B I = 0.596 R -0.275 G -0.321 B Q = 0.212 R -0.

11 RGB vs. YIQ RGB YIQ Y = R G B I = R G B Q = R G B YIQ RGB R =1.0 Y I Q G = 1.0 Y I Q B =1.0 Y I Q

12 Transmiterea crominanței la NTSC I și Q multiplexate cu aceeași subpurtătoare folosind QAM Banda superioară a lui I limitată la 1.5 MHz pentru a evita interferența cu semnalul audio Poziționare spectru I și Q la fr. înalte ale Y, unde Y este slab la fr. mai joase decât semnalul audio (4.5 MHz) Vârfurile I și Q întrețesute cu cele ale Y

13 Spectrul luminanței și crominanței luminanță crominanță T l = 53.5 μs f l = khz f c = 455f l /2 = 3.58 MHz Subpurtătoare crominanță

14 QAM (Modulație în amplitudine în cuadratură) Metodă de modulație a două semnale cu aceeași purtătoare, dar cu salt de fază de 90 o FTJ FTJ Modulator QAM Demodulator QAM

15 Spectrul semnalului NTSC Y I I și Q audio Purtătoare imagine Subpurtătoare crominanță Subpurtătoare audio

16 Rastru NTSC Curse inverse pentru primul câmp Cursă inversă între câmpul 1 și 2 Cursă inversă între câmpul 2 și 3 Nivel maxim Nivel de negru Nivel de alb

17 Video digital Video digital se obține prin: Eșantionarea și cuantizarea rastrului analogic Standardul ITU-R BT.601 Folosirea unei camere video digitale utilizează senzori cu transfer de sarcină (CCD) utilizează senzori CMOS

Standardul ITU-R BT.601 ITU-R BT.601 525/60 NTSC ITU-R BT.

18 Standardul ITU-R BT.601 ITU-R BT /60 NTSC ITU-R BT /50 PAL/SECAM Număr de pixeli activi/linie Luminanţa (Y) Crominanţa (U,V) Număr de linii active/imagine Luminanţa (Y) Crominanţa (U,V) Întreţesere 2:1 2:1 Rată temporală 60 I 50 I Factor de aspect 4:3 4:3 Rate brute de date (Mbps)

19 RGB - YC b C r RGB YC b C r Y = R G B + 16, C b = R G B C r = R G B YC b C r RGB R = Y C b C r G = Y C b C r B = Y C b C r

Formate de subeșantionare a crominanței 4:4:4 pentru fiecare 2x2 pixeli de Y 4 Cb & 4 Cr (fără subeșantionare) 4:2:2 pentru fiecare 2x2 pixeli de Y 2 Cb & 2 Cr (subeșantionare 2:1 pe

20 Formate de subeșantionare a crominanței 4:4:4 pentru fiecare 2x2 pixeli de Y 4 Cb & 4 Cr (fără subeșantionare) 4:2:2 pentru fiecare 2x2 pixeli de Y 2 Cb & 2 Cr (subeșantionare 2:1 pe orizontală) 4:1:1 pentru fiecare 4x1 pixeli de Y 1 Cb & 1 Cr (subeșantionare 4:1 pe orizontală) 4:2:0 pentru fiecare 2x2 pixeli de Y 1 Cb & 1 Cr (subeșantionare 2:1 pe orizontală și verticală)

21 Format video Noţiuni de bază în prelucrarea numerica a semnalelor video Formate video digital Rezoluție Y Eșantionare crominanță HDTV prin aer, cablu, satelit, video MPEG2, Mbps Rata cadrelor (Hz) Rată de bit brută (Mbps) SMPTE296M 1280x720 4:2:0 24P/30P/60P 265/332/664 SMPTE295M 1920x1080 4:2:0 24P/30P/60I 597/746/746 Producție video, MPEG2, Mbps BT x480/576 4:4:4 60I/50I 249 BT x480/576 4:2:2 60I/50I 166 Distribuție video de înaltă calitate (DVD,SDTV), MPEG2, 4-10 Mbps BT x480/576 4:2:0 60I/50I 124 Distribuție video de calitate intermediară (VCD,WWW), MPEG1, 1.5 Mbps SIF 352x240/288 4:2:0 30P/25P 30 Videoconferință prin ISDN/Internet, H261/H.263, Kbps CIF 352x288 4:2:0 30P 37 Videotelefonie prin modem telefonic/wireless, H.263, Kbps QCIF 176x144 4:2:0 30P 9.1

22 Rețele de acces și fluxuri de date Reţea de acces Modem telefonic convenţional ISDN (Integrated Services Digital Network) Flux de date maxim 28.8 kbps kbps (px64) T-1 (Trunk Level 1) 1,5 Mbps T-3 (Trunk Level 3) 45 Mbps ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) Modem de cablu Ethernet (reţea locala cu transfer de pachete IP) B-ISDN/ATM Mbps downstream Mbps upstream 512kbps - 52 Mbps downstream 10/100/1000 Mbps Mbps Necesitatea de a comprima datele video brute

23 H.261 Noţiuni de bază în prelucrarea numerica a semnalelor video Standarde de compresie video standard de codare video folosit în aplicaţii ISDN cu flux de date multiplu de 64kbps (numit şi p 64 kbps) rate de compresie de la 25:1 la 100:1 H.263 standard de compresie video iniţial pentru aplicaţii PSTN (mai puţin de 64 kbps), actual şi pentru fluxuri de date mai mari înlocuiește standardul H.261; rate de compresie cuprinse între 6:1 şi 140:1

24 Standarde de compresie video MPEG-1 (Motion Picture Expert Group) standard de compresie a imaginilor în mişcare şi a sunetului asociat pentru stocare pe medii digitale (CD) rată de bit de până la aproximativ 1,5 Mbps include formatul audio MP3 MPEG-2 standard de compresie audio/video și transport îmbunătăţire a standardului MPEG-1 suportă întrețesere și high definition rate de bit de Mbps Utilizat pentru DVB, SVCD, DVD

25 Standarde de compresie video MPEG-4 o nouă îmbunătăţire a standardului MPEG cu posibilitate de codare bazată pe obiecte oferă Intellectual Property Management and Protection (IPMP) pentru DRM MPEG-4 Part 10 (Advanced Video Coding sau H.264)

26 Standarde de compresie video H.264/MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) standard de compresie video de generaţie mai nouă; unul dintre cele mai folosite formate pentru înregistrare, compresie şi distribuţie de video de înaltă definiţie; folosit pentru: stocare pe Blue-Ray Disc și HD-DVD streaming pe Internet: YouTube, Vimeo, itunes playere software ca Adobe Flash Player, Microsoft Silverlight, Quicktime, Nero transmisiune TV digitală: DVB-S2, DVB-C2, DVB-T2 înregistrare video HD la camere foto/video: AVCHD (Sony, Panasonic) real-time videoconferencing

27 Transmisiune TV digitală Familia DVB (Europa) DVB-S (satelit), DVB-S2 DVB-T (terestru prin aer), DVB-T2 DVB-C (cablu), DVB-C2 DVB-H (disp. mobile), DVB-SH (mobil satelit) Familia ATSC (America de Nord) ATSC (terestru/cable) ATSC-M/H (mobile/handheld) Familia ISDB (Japonia/Brazilia) ISDB-S (satelit), ISDB-T (terestru) 1seg (mobil) ISDB-C (cablu), SBTVD (Brazilia)

28 Standarde de compresie video

Σχετικά έγγραφα

Analiza și Prelucrarea Digitală a Semnalelor Video

Analiza și Prelucrarea Digitală a Semnalelor Video Conf. dr. ing. Radu Ovidiu Preda radu@comm.pub.ro Ș.l. dr. ing. Ionuţ Pirnog ionut@comm.pub.ro Site disciplină: www.comm.pub.ro/preda/apdsv Analiza și