Avdio in video sistemi

Avdio in video sistemi Dr. Iztok Kramberger Univerza v Mariboru Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Laboratorij za digitalne in informacijske sisteme Smetanova ulica 17, SI-2000 Maribor, Slovenija iztok.kramberger@uni-mb.si Tehnologije prikaza Definicija barve Barva je atribut vizualnega dojemanja, ki ga sestavlja kombinacija kromatične in akromatične vsebine. Ta atribut lahko opišemo s kromatičnimi barvnimi imeni, kot so rumena, oranžna, rjava, rdeča, zelena, modra, vijolična, itd., ali z akromatičnimi barvnimi imeni, kot so bela, siva, črna, itd., in ga kvalificiramo z nazivi, kot so svetel, temen, jasen, mračen, itd., oziroma njihovimi kombinacijami. 1

Splošna barvna metrika Svetilnost in svetlost Barvitost in barvnost barvitost barvnost= svetilnost (bele) Nasičenje svetilnost svetlost= svetilnost (bele) barvnost barvitost nasičenje= = svetlost svetilnost Barvni prostori Barvni prostori temeljijo na fenomenu tribarvnosti. Nekemu svetlobnemu vzbujanju je možno doseči identičen odziv očesnih čepkov pri enakih svetlobnih pogojih s pomočjo le treh svetlobnih izvorov, ki jim pravimo primarne barve. Tri primarne barve, ki so v barvni metriki medsebojno neodvisne, tvorijo barvni prostor. Med posameznimi barvnimi prostori obstaja možnost transformacije. Barvni prostori so prilagojeni različnim tipom aplikacij (grafika, tisk, video). Izbira ustreznega barvnega prostora temelji na tipu operacij, ki se bodo vršile nad barvno informacijo. Barvni prostori tiskanje CMY(K) barvni prostor zaslonski prikaz RGB barvni prostor zapis video signala YCbCr 2

Človeška dovzetnost barv Rezultat interakcije med fizičnim vzbujanjem in receptorji v očesni mrežnici, ki so občutljivi na fizično vzbujanje ter živčnim sistemom možganov, ki je odgovoren za komunikacijo in interpretacijo občutenih signalov. Fizikalno vzbujanje za barvo predstavlja elektromagnetno valovanje v vidnem spektru, ki ga splošno imenujemo svetloba. Človeška dovzetnost barv Vidni spekter v vakuumu ali zraku je specificiran s področjem valovnih dolžin elektromagnetnega valovanja med 360 in 830 nm. Svetlobo je možno razčleniti v spekter monokromatičnih komponent, ki jih nadalje ni več možno razčlenjevati. Človeška dovzetnost barv Končni fenomen vida in dojemanja barv povzroča stimuliranje očesne mrežnice s svetlobo. Dva tipa receptorjev v očesni mrežnici paličice in čepki Paličice so občutljive le svetlobne nivoje brez barve. Pri običajnih svetlobnih pogojih so nasičene in ne pripomorejo k vidu. Čepki so odgovorni za barve. Normalno oko ima tri vrste čepkov, ki se s svojimi foto-občutljivimi pigmenti razlikujejo po karakteristični spektralni absorpciji barvni občutljivosti 3

Razločljivost človeškega očesa ostrina kotna razločljivost - CPD (Cycle per Degree) število vrstic na stopinjo največja teoretična razločljivost očesa 50 CPD 0,35 mm par vrstic na razdalji 1 m pri tem razločljivost 5 % kontrasta Ločljivost človeškega očesa ekvivalentna ločljivost 1,25 vrstic na kotno minuto (lineatura) enakovredna v horizontalni in vertikalni smeri 120 kot 120 x 60 x 1,25 = 9000 točk (81M točk) progresiven upad ločljivosti z odmikom od središča Ločljivost človeškega očesa računalniški zasloni tipično 72 dpi (velikost pike 0,35 mm) 1000 linij razdalja 35 cm vidni kot 120 r = b razmerje 16:9 višina b diagonala / 2 4

Dinamika človeškega očesa statično razmerje kontrasta brez premikov in globalnih svetlobnih sprememb 100:1 dinamično razmerje kontrasta popolna adaptacija nekje v 30 minutah nelinearen proces odvisno od kvalitete krvnega pretoka možno do 1.000.000:1 Zaslonske tehnologije Iskanje ploskega naslednika LCD (Liquid Crystal Display) odzivni časi, vidni koti, osvetlitev, poraba energije Plazma velikost slikovne točke, staranje, poraba energije FED (Field Emission Display) poljska emisija elektronov, termične težave SED (Surface Conduction Electron Emitting Display) poljska površinska emisija elektronov, sipanje žarka LEP (Light Emitting Polymers) staranje, svetilnost, odzivni časi Zaslonske tehnologije Ločljivosti SD (Single definition) 720 x 576 i/p HD (High definition) 1280 x 720 p HD Ready 1920 x 1080 i/p Full HD naziv WXGA XGA XGA+ WXGA SXGA SXGA WXGA WXGA+ SXGA+ ločljivost 1024 576 1024 768 1152 864 1280 800 1280 960 1280 1024 1366 768 1440 900 1400 1050 razmerje 16:9 4:3 4:3 16:10 4:3 5:4 16:9 16:10 4:3 št. pik 589,824 786,432 995,328 1,024,000 1,228,800 1,310,720 1,049,088 1,296,000 1,470,000 WSXGA 1600 1024 25:16 1,638,400 UXGA 1600 1200 4:3 1,920,000 WSXGA+ 1680 1050 16:10 1,764,000 WUXGA 1920 1200 16:10 2,304,000 5

LCD tehnologija LCD zasloni Predmet vsakodnevnega življenja Različni tipi zaslonov Monokromatični Pasivna matrika Barvni Sestavljeni iz RGB trojic Pasivna ali aktivna matrika Na dotik občutljivi zasloni Različne tehnologije Namen uporabe LCD tehnologija LCD tehnologija liquid crystal display Tekoči kristali Molekule v trdih snoveh vzdržujejo svojo orientacijo in položaj Molekule v tekočih snoveh se lahko gibljejo znotraj tekočine in spreminjajo orientacijo Snovi tekočih kristalov niso ne trde ne tekoče molekule vzdržujejo orientacijo kot v trdih snoveh, vendar se lahko gibljejo kot v tekočinah Nematično stanje Twisted Nematic TN Naravno ukrivljeni tekoči kristali Vpliv električnega polja zmanjša ukrivljenost na različne kote LCD tehnologija Sestava zaslona Izvor svetlobe Zunanji, plinski, plazma, LED Polarizacijski ravnini Tekoči kristali Matrica točk in povezav Skupna elektroda Slikovne točke (matrični zasloni) Slikovne površine (indikatorski zasloni) Krmilna elektronika 6

LCD tehnologija Stanje točke Izključeno Vključeno (vpliv električnega polja) LCD tehnologija Poenostavljena zgradba A - Zrcalo B - Polarizacijsko steklo C - Skupna elektroda D - Tekoči kristali E - Elektroda oblike F - Polarizacijski film LCD tehnologija Refleksijski zasloni Zunanji svetlobni izvor Hrbtna osvetlitev Lasten svetlobni izvor Fluorescentne plinske žarnice (hladna katoda) LED osvetlitev (PWM) 7

LCD tehnologija Pasivna matrika Steklen substrat Zunanji krmilni elementi Slabi odzivni časi Neprecizna napetostna kontrola (vpliv točke na sosednje točke) LCD tehnologija Aktivna matrika Vgrajeni stikalni tranzistorji TFT (Thin-Film Transistor) 256 nivojev svetilnosti True color (256 x 256 x 256) Visoki odzivni časi Natančna kontrola napetosti Neodvisnost posameznih točk Aktivno dogajanje pri sami točki LCD tehnologija TFT LCD tankoplastni TFT tranzistorji na steklen substrat naparjeni amorfni silicij nanašanje pri nižjih temperaturah (300 C) cenejše steklo slabši odzivni časi kot posledica prostih vezi kristalizacija z visoko energijskim laserskim obsevanjem uporablja se tudi monokristalni in polikristalni silicij 8

LCD tehnologija Odzivni čas Preklop med črnim in belim nivojem (popolna sprememba polarizacije) Polnjenje kapacitivnosti celice slikovne točke Kvaliteta TFT tranzistorjev (manjša upornost kanala, večji tok) LCD tehnologija CCFL osvetlitev brez predgretja visoka napetost 17 vklop ~ 1000V 17 delovanje ~ 500V električni tok nekaj ma visoka frekvenca 30 70 khz LCD tehnologija LED osvetlitev Pulzno širinska kontrola PWM Dinamično prilagajanje prikazani vsebini Barvna kontrola Temperaturna zaščita 9

LCD tehnologija Posredna namestitev Neposredna namestitev LCD tehnologija Primerjava reprodukcije barv LED barvni spekter za 50% večji od CCFL kompenzacija efektov zamegljenosti z impulznim delovanjem zanesljivost življenjska doba LCD tehnologija Pomembni faktorji Naravna ločljivost Odzivni čas Boljša dinamičnost slike Razmerje kontrasta Razločevanje posameznih nivojev polarizacije kvalitetnejše dojemanje barv Kot pogleda Manjša sprememba svetilnosti in barvne vsebine pri spremembi kota pogleda glede na normalo zaslona 10

Plazma tehnologija Plazma zaslon Plazma tehnologija Celica (zaslonska točka) plazma zaslona Plazma tehnologija Delovanje plasma celice plin celice Ksenon, Neon elektrode naslovna, zaslonska stimulacija atomov UV fotoni reakcija s fosforjem svetloba v vidnem spektru 11

Plazma tehnologija Pomembni faktorji naravna ločljivost težave z velikostjo celic (slikovnih točk) odzivni čas visoka dinamičnost slike razmerje kontrasta visoko kontrastno razmerje CRT primerljiva reprodukcija barv kot pogleda neodvisnost prikaza od kota pogleda FED tehnologija FED (Field Emission Display) elektronska stimulacija fosforne površine (CRT) polje katodnih cevi (tri na barvno slikovno točko) ni odklonskega sistema primerljivi odzivni časi z CRT (0,3 ms) nižje napetosti pospeševanja elektronov zaradi manjše razdalje z napetostjo izsiljen izstop elektronov (izstopno delo) strela težave s segrevanjem katodnega polja FED tehnologija 12

FED tehnologija Tehnološke težave iskanje in uporaba primernega materiala segrevanje katodne konice fizična deformacija zaradi previsoke temperature pozitivna termična povratna zanka zaradi naraščajoče upornosti katode reakcija segrete katode s plini Primeren material električno prevoden negativen temperaturni koeficient temperaturno obstojen pri višjih temperaturah Nano cevke 1991 NEC LEP tehnologija LEP (Light Emitting Polymers) OLED (Organic Light Emitting Diode) pasivna matrika, slabi odzivni časi (polimerni tranzistorji) majhna poraba energije fleksibilnost, velikost, mobilne naprave PLED (Polymer Light Emitting Diodes) aktivna matrika začetna kvantna učinkovitost 0,01% (razmerje med dobljenimi fotoni in vloženimi elektroni) zmerna poraba električne energije LEP tehnologija 13

LEP tehnologija Relativno mlada tehnologija (Cambridge Display Technology) Fotonska učinkovitost danes blizu polprevodniške LED (GaAs) Majhni odzivni časi 0,8 ms Steklen substrat, princip tiskanja Velik potencial fleksibilnost cenenost SED tehnologija SED (Surface Conduction Electron Emitting Display) Canon 1986 elektronska stimulacija fosforne površine (CRT) polje katodnih cevi (3 katodne cevi na vsako slikovno točko) 6 milijonov katodnih topov za pravi HDTV izjemno razmerje kontrasta 100.000 : 1 svetilnost 400 cd/m2 izguba učinkovitosti 10% po 60.000 urah obratovanja SED tehnologija 14

SED tehnologija Težave zaradi raztresanja elektronov pobegli elektroni elektronskega žarka lahko zaidejo v sosednjo fosforno površino OLED tehnologija Organic Light-Emitting Diode svetleča dioda LED na osnovi organskih sestavin polimerna snov, ki omogoča depozicijo organske sestavine depozicija na ravni nosilec s tehnologijo tiskanja ni točkovni temveč površinski izvor svetlobe OLED tehnologija Zgodovina OLED prvi uspešni učinek elektro-iluminiscence 1950 uporaba visokonapetostnega izmeničnega tokovnega polja prvi visoko-prevodni organski material 1963 1 S/cm prvo bi-stabilno stikalo z visko prevodnostjo 1974 material je ob vklopu oddal svetlobni blisk visoko-prevoden organski material 1977 oksidiran in z iodinom dopiran poliacetilen Nobelova nagrada za prevodne organske materiale 2000 15

OLED tehnologija Zgradba in delovanje organic light emitting diode (OLED) light emitting polymer (LEP) organic electro luminescence (OEL OLED tehnologija OLED zasloni pasivna matrika PMOLED aktivna matrika AMOLED Transparenten zaslon TOLED reflektiven zaslon TEOLED OLED svetlobni izvori WOLED - White OLED PHOLED - Phosphorescent OLED OLED tehnologija 16

OLED tehnologija OLED tehnologija OLED tehnologija 17

OLED tehnologija Pregibna OLED tehnologija (FOLED) fleksibilen substrat iz plastike ali kovinske folije lahek in vzdržljiv zmanjšana možnost lomljenja povezava s tekstilno industrijo OLED tehnologija WOLED tehnologija oddajanje svetle bele svetlobe zamenjava aktualnih fluorescenčnih svetil zmanjšanje porabe električne energije kvaliteta pravih barv do 150 lm/w OLED tehnologija WOLED tehnologija uporaba za hrbtno osvetlitev LCD zaslonov tipično mobilni terminali 18

OLED tehnologija Prihodnje OLED zaslonske tehnologije SOLED - Stacked OLED novejša arhitektura slikovnih točk v zaslonih, pri kateri se elementarne slikovne točke nizajo ena nad drugo dvig zaslonske razločljivosti do 3X IOLED - Inverted OLED uporaba spodnje katode, ki se tako lahko poveže na N-kanalne a-tft, kar zagotavlja nižanje cene AMOLED zaslonov Zaslonske tehnologije Splošna zgradba Zaslonske tehnologije Krmilna elektronika Hitrost osveževanja celotnega zaslona Kvaliteta napetostne kontrole slikovnih točk Krmilni vmesnik VGA - Vzorčenje analognih barvnih signalov Jitter (težave z detekcijo sinhronizacijskih impulzov) DVI digitalen prenos slikovne informacije HDMI digitalen prenos slikovne, zvočne in podatkovne informacije 19

Zaslonske tehnologije Osveževanje zaslona Gonilniki za vrstice in stolpce in časovni krmilnik Zaslonske tehnologije Skalirna enota (scaler) Video DSP zajem analognega signala, sinhronizacija, A/D pretvorba digitalni vmesniki (DVI, HDMI) pretvorba prikaza pretvorba osveževanja pretvorba ločljivosti pretvorba razmerja prikaza SDRAM vmesnik DMA naslavljanje procesorski vmesnik nadzor nastavitev vgrajen OSD prikaz možnost slike v sliki LVDS vmesnik za zaslon Zaslonske tehnologije Pretvorba prikaza pretvorba ločljivosti pretvorba razmerja prikaza naravna ločljivost zaslona aproksimacija točk kompenzacija gibanja barvna pretvorba izboljšava robov izločanje šuma pretvorba osveževanja časi osveževanja zaslona, progresiven način 20

Tridimenzionalni prikaz Pogled v vse tri dimenzije prostorska ločljivost hologramski zasloni rotirajoči zasloni linearni zasloni Hologramska 3D tehnologija Hologramski zasloni Prostorska iluzija brez dodatnih očal Uporaba klasičnih LCD zaslonov s posebno bikonveksno lečo Cenena izdelava mobilni, namizni in projekcijski zasloni Hologramska 3D tehnologija Delovanje hologramskih zaslonov Uporaba polja cilindričnih bikonveksnih leč Fokusiranje slikovnih točk v odvisnosti od kota pogleda Razdelitev zaslona v skupine podtočk 21

Hologramska 3D tehnologija Delovanje hologramskih zaslonov Nagnjenost leč odvisna od števila fizičnih pogledov (prepletenih slik) Primer: 7 pogledov kot nagnjenosti bikonveksnih leč atan(1/6)=9.6 stopinje Zaslon 1024x768x7 (voxels) skupno št. točk / št. pogledov (438x256) Analogni avdio in video Video Video ni film Mehanizmi prikaza za film in video so različni Zadovoljiva kvaliteta z omejeno pasovno širino Sestava video slik Raster S preletom urejene vodoravne črte od vrha do dna zaslona Različni video sistemi Velikost slike, število slik, razmerje pogleda, oblika analognih signalov, kodiranje intenzitete in barvne informacije 22

Video Televizijski standardi Osnova standardov video sistemov Vpeljevanje standardov visoke razločljivosti Vpliv konvergence računalniških tehnologij prikaza in TV sistemov Dva osnovna TV standarda NTSC PAL SECAM Video Mera okvirjev Število slikovnih okvirjev na sekundo NTSC 60 Hz (30 slik/s) PAL 50 Hz (25 slik/s) Video Prepleteni raster polja Razpolovljeno število vrstic za prenos Razdelitev prikaza na sode in lihe vrstice 23

Video Rekonstrukcija prepletenega prikaza Video Težave pri vodoravnih detajlih Video Gibanje med sodimi in lihimi polji 24

Video Progresivni raster polja Računalniški zasloni in TV sistemi visoke razločljivosti Video Rastrsko področje Čas vračanja rastra Navpično okoli 8% časa rastra Vodoravno približno 15 % časa vrstice Fizično rastrsko področje PAL 625 vrstic NTSC 525 vrstic Vidno rastrsko področje PAL 576 vrstic NTSC 480 vrstic Video Rastrsko področje 25

Video TV standardne razločljivosti (SDTV) NTSC 720 x 480 točk na 525 vrstičnem rastru Osveževanje 30 krat na sekundo PAL 720 x 576 točk na 625 vrstičnem rastru Osveževanje 25 krat na sekundo Video TV visoke razločljivosti (HDTV) Evropa tipično 720p ali 1080i Video Razmerje videza Normalno razmerje 4:3, širok zaslon 16:9 in kompromisno 14:9 26

Video Razmerje 4:3 na rastru širokega zaslona Video Raztegnjen način prikaza Originalna geometrija in ukrivljena nelinearna povečava Video Filmsko razmerje prikaza (Panavision) 2,35:1 27

Zajem videa Analogno digitalna pretvorba Analogni izvorni video format Trije monokromatični rastri RGB Monokromatični raster in krominanca Intenziteta Y, krominanca C B in C R Kompozitna ali komponentna oblika analognega signala Zajem videa Analogna oblika ene vrstice video signala Zajem videa Pasovna širina in frekvenca vzorčenja BW = f O N V N T f O frekvenca osveževanja N V število vrstic rastra N T število točk vrstice rastra Frekvenca vzorčenja = 2 BW 28

Zajem videa Digitalna oblika video signala Napake kvantizacije Dinamično območje vzorcev Zajem videa Razločljivost detajlov Odvisnost od frekvence vzorčenja Format VHS Analog NTSC Analog PAL S-VHS DV SDTV HDTV Število točk vrstice 240 300 330 350 400 500 720 1920 Zajem videa Sinhronizacija Vodoravna sinhronizacija 29

Zajem videa Sinhronizacija Vrstice in navpična sinhronizacija Zajem videa Sinhronizacija Štirje tipi sinhronizacije Sinhronizacija vrstic (vodoravna) Sinhronizacija polj (navpična) Sinhronizacija okvirjev Sinhronizacija barvnega pod-nosilca Zajem videa Oblika slikovnih točk Kvadratna oblika Preprostejše nadaljnje procesiranje Ne-kvadratna oblika Fizična ločljivost 640 x 480 780 x 525 944 x 625 858 x 525 858 x 525 864 x 625 910 x 525 1135 x 625 Uporabna ločljivost 640 x 480 648 x 480 768 x 576 720 x 480 704 x 480 720 x 576 768 x 483 948 x 576 Opis Kvadratno vzorčena slika za VGA računalniške zaslone Vzorčna frekvenca za kvadratne slikovne točke NTSC 525i30 Vzorčna frekvenca za kvadratne slikovne točke PAL 625i25 Rec 601 komponentna 4:2:2 vzorčna frekvenca za NTSC 525i30 Rec 601 komponentna 4:2:2 vzorčna frekvenca za NTSC 525i30 z zmanjšanim vidnim poljem Rec 601 komponentna 4:2:2 vzorčna frekvenca za PAL 625i25 Kompozitna vzorčna frekvenca za NTSC 525i30 Kompozitna vzorčna frekvenca za PAL 625i25 30

Zajem videa Vzorčno razmerje Zajem videa Barvna informacija Kombiniranje treh ločenih RGB signalov Uporaba matričnega mešanja Intenziteta se uporablja za monokromatični (črnobeli) prikaz Dve dodatni diferenčni sliki za opis barv Filtriranje barvne informacije Odstranjevanje visoko frekvenčnih barvnih sprememb za zmanjševanje pasovne širine Človeško oko je manj občutljivo na barvne spremembe kot na spremembe intenzitete Zajem videa Intenziteta in krominanca RGB Y'P B P R Y'C B C R Y'UV Originalni R, G in B izvorni signali Komponentni analogni video signali. Matrična intenziteta in dva barvno diferenčna signala, ki sta filtrirana na polovico pasovne širine intenzitete. Komponentni digitalni video signali. Matrična intenziteta in dva barvno diferenčna signala. Modra in rdeča diferenčna komponenta sta kombinirani in filtrirani preden se mešata z intenziteto. Osnovna oblika PAL in NTSC oddajnega signala. 31

Zajem videa Vzorčne sheme Kodiranje intenzitete in krominance (dveh barvno-diferenčnih signalov) v digitalno obliko Sprejemljiva kvaliteta slike se doseže že z vzorčenjem manj barvne informacije 4:2:2 Prva cifra 4 pomeni, da je vzorčna frekvenca 4 krat večja od signala barvnega pod-nosilca Ti vzorci se zajemajo na signalu intenzitete in predstavljajo eno enoto vzorčenja Druga cifra 2 pomeni, da se v trajanju iste vzorčne periode zajameta le 2 vzorca za oba barvna defirenčna signala (za posameznega 1 vzorec) Tretja cifra 2 opisuje vzorčenje v navpični smeri, vendar vključuje dodatno izračunavanje za zmanjševanje količine zajete informacije Zajem videa Vzorčne sheme 4:4:4 ne-stisnjena oblika zajema s polno ločljivostjo intenzitetne in barvne informacije 4:2:2 redukcija količine barvne informacije (barvna informacija je prisotna s polovičnim številom točk) 4:1:1 redukcija količine barvne informacije na četrtino 4:2:0 redukcija količine barvne informacije na četrtino z izračunom povprečja v navpični in vodoravni smeri Zajem videa 4:4:4 vzorčenje 32

Zajem videa 4:2:2 vzorčenje Zajem videa 4:1:1 vzorčenje Zajem videa 4:2:0 vzorčenje 33

34 Tehnologije zajema Kamera Zajem vizualne vsebine Zajem slikovne sekvence s slikovnim senzorem Matrični svetlobno občutljiv senzor Barvni senzor z matriko barvnih filtrov Bayer-ov filter Trije monokromatični matrični senzorji Porazdelitev svetlobe na monokromatične barve s prizmo Kamera Osnovni točkovni model kamere T T Z Y f Z X f Z Y X ), ( ),, ( a = 1 0 1 0 0 1 Z Y X f f y x

35 Kamera Odmik glavne točke T y x T p Z Y f p Z X f Z Y X ), ( ),, ( + + a = 0 1 0 0 y x p f p f K Kamera Matrični slikovni senzor Velikost slikovne točke m x in m y Predstavitev žariščne razdalje v izrazih dimenzij slikovnih točk α x = f m x inα y = f m y Kalibracijska matrika T y y y x y x T p m Z Y f m p m Z X f m Z Y X ), ( ),, ( + + a T y x T y Z Y x Z X Z Y X ), ( ),, ( 0 0 + + α α a = 1 0 0 y x K y x α α Kamera Osnovna zgradba kamere z enim barvnim slikovnim senzorjem

Kamera Matrični barvni filter Bayer-ov vzorec Oči so najbolj občutljive na zeleno barvo Kamera Osnovna zgradba kamere s tremi monokromatičnimi slikovnimi senzorji Uporaba lastnosti prizme Lom svetlobe odvisen od valovne dolžine Kamera Deljenje vstopne svetlobe na monokromatične komponente 36

Kamera Radialno popačenje sistema leč Linearna projekcija (a) in projekcija z radialnim popačenjem (b) Kamera Odpravljanje radialnega popačenja Razvoj funkcije L(r) na osnovi meritev yˆ = y c x y + L( r) ( y y ) d d ~ x = L( ~ r ) ~ y c xˆ = x + L( r) ( x x ) 2 L( r) = 1+ k r + k r + k r 3 1 2 3 + c c... Kamera Tehnologija slikovnih senzorjev Sistem zaklopke (čas osvetlitve senzorja) Hkratna zaklopka Osvetlitev vseh slikovnih točk hkrati Zaklopka s preletom Osvetlitev slikovnih točk po vrsticah CCD senzor (charge-coupled device) APS senzor (active-pixel sensor) CMOS senzor 37

Kamera Spektralna občutljivost Primerjava spektralnih občutljivosti Se razlikuje od posameznika do posameznika Kamera Barvni gamot Kamera CCD slikovni senzor Zajem vrednosti po vrsticah in točkah (raster) Zaklopka s preletom 38

Kamera AIP slikovni senzor (CMOS) Splošno bolj občutljivi na šum Možnost hkratnega zajema slikovnih točk (hkratna zaklopka) Manjša poraba električne energije Kodek Operacije pred-procesiranja Pretvorba v progresiven način Usklajevanje števila slikovnih okvirjev Odstranjevanje šuma Ostrenje robov Odstranjevanje zrnatosti Barvna korekcija Izrez slike Skaliranje Korekcija razmerja pogleda Kodek Tipi slikovnih okvirjev I: ključni slikovni okvirji P: predvidene diferenčne slike B: dvosmerni diferenčni okvirji D: ikona nizke ločljivosti za predogled 39

Kodek Ključni slikovni okvirji Kodek Predvideni diferenčni slikovni okvirji Kodek Dvosmerni diferenčni slikovni okvirji Podpora predvajanju najprej in nazaj 40

Kodek Struktura slikovnega zaporedja Skupina slik GOP Tipično več kot 10 in manj kot 30 slik Kodek GOP struktura Odprta GOP struktura Zaprta GOP struktura Kodek Kratki in dolgi GOP 41

42 Kodek Barvna pretvorba RGB v svetlost (Y) in barvnost (C) Kodek Barvna pretvorba ) (0,587 ) (0,114 ) (0,701 )) (0,114 ) (0,587 ) ((0,299 ' ) (0,587 ) (0,229 ) (0,886 )) (0,114 ) (0,587 ) ((0,299 ' ) (0,114 ) (0,587 ) (0,299 ') ( G B R B G R R Y R G R B B G R B Y B B G R Y Svetlost + + = + + = + + = + + = + + = = B G R Y R Y B Y 0,144 0,587 0,701 0,886 0,587 0,299 0,114 0,587 0,299 ' ' ' Kodek Makrobloki

Kodek Združevanje v rezine Kodek Kodiranje makroblokov Diskretna kosinusna transformacija (DCT) Kodek Vzorčne sheme 43

Kodek Sistemski transportni nivo Elementarni video tok slikovni zvočni Programski tok združitev pripadajočih tokov programa Multipleksiran tok Multipleksiranje (prepletanje) programskih tokov v skupen transportni tok EPG podatkovni tok Interaktivni podatkovni tok Kodek Transportni podatkovni tok Kodek Bitne hitrosti CBR Konstantna bitna hitrost VBR Variabilna bitna hitrost 44

Avdio in video vmesniki Avdio in video vmesniki Avdio in video standardni vmesniki Definirajo vmesnike na strojnem nivoju Fizične karakteristike Povezovanje med AV opremo Vmesnik definira tudi priključek Avdio in video vmesniki Avdio vmesniki Analogni Stereo in mono DIN (Deutsches Institut für Normung ) RCA TRS (tip, ring, sleeve) Simetrično ali asimetrično XLR (Cannon Electronics) Simetrično ali asimetrično 45

Avdio in video vmesniki Avdio vmesniki Digitalni S/PDIF (Sony/Philips Digital Interconnect Format) Optični kabel TOSLINK Koaksialni kabel 75Ω RCA USB (Universal Serial Bus) Avdio in video vmesniki Video vmesniki Analogni Kompozitni CVBS (Color, Video, Blank and Sync) RCA 75Ω S-Video (Separate Video) Mini-DIN-4 Komponentni RGB ali YPbPr 3x RCA 75Ω Video Graphics Array (VGA) D-SUB-15 Avdio in video vmesniki Video vmesniki Analogni in digitalni DVI (Digital Visual Interface) DVI-D zgolj digitani DVI-A zgolj analogni DVI-I integrirani analogni in digitalni M1-DA integrirani analogni, digitalni in USB 46

Avdio in video vmesniki Avdio in video vmesniki Analogni SCART Digitalni HDMI (High-Definition Multimedia Interface) Tip A. B. C in D DisplayPort USB IEEE1394 (FireWire, ilink) Digitalna televizija Digitalna televizija Načini prenosa digitalne televizije Oddajna (Broadcast) DVB-S (Satelitska) DVB-C (Kabelska) DVB-T (Prizemna) DVB-H (Mobilna) Pretočna (Streaming) IPTV (Internetna televizija) Pasovna širina Broadcast (točka več točk) Streaming (točka točka) 47

Digitalna televizija Vsebina do uporabnika Ustvarjanje vsebine Kodiranje vsebine Multipleksiranje Modulacija Oddajanje Sprejemanje Demodulacija Demultipleksiranje Dekodiranje Digitalna televizija Primer oddajne sheme Digitalna televizija Primer izvedbe DVB-T omrežja 48

Digitalna televizija Primer izvedbe mikrovalovnih povezav Digitalna televizija Primer simulacije razširjanja radijskih valov Digitalna televizija Primer ponudbe komplementarnih storitev 49

Digitalna televizija Fizični nivo ASI vmesnik (Asynchronous Serial Interface) Koaksialen kabel 75 ohm 270 Mbit/s, 8/10 simboli (27 Ms/s) Paketni nivo Paketna dolžina 188 ali 204 simbolov MPEG TS (MPEG2 TS) Digitalna televizija Modulacijska shema in parametri 8K, 4K, 2K število podnosilcev COFDM (IFFT) QPSK, QAM16, QAM64 bitno kodiranje Zaščitni interval (1/4, 1/8, 1/61, 1/32) Kodno razmerje (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Identifikacija celice Linearna prekorekcija ojačevalnika Oddajna moč Oddajna frekvenca Digitalna televizija Struktura omrežja SFN (Single Frequency Network) Več-točkovno oddajanje vsebine na eni sami frekvenci Sinhronizacija oddajnikov Distribucija 10 MHz reference GPS sinhronizacija MFN (Multi Frequency Network) Več-točkovno oddajanje vsebine na več različnih frekvencah Velika poraba frekvenc 50

Digitalna televizija Omejitev pasovne širine več programov v enem frekvenčnem kanalu enakovredna kvaliteta glede na MPEG-2 boljša izraba frekvenčnega spektra možnost distribucije HDTV Slikovna bitna hitrost CBR (Constant bit rate) fiksna porazdelitev pasovne širine na posamezne programe v shemi enega frekvenčnega kanala VBR (Variable bitrate) dinamična porazdelitev pasovne širine na posamezne programe v shemi enega frekvenčnega kanala statistično multipleksiranje npr. video strani, poročila, filmi Digitalna televizija Poenostavljena zgradba DVB-T sprejemnika Digitalna televizija Poenostavljen blokovni diagram sprejemnika 51

Digitalna televizija Frekvenčni spekter DVB-T kanala (8MHz) Digitalna televizija Bitne hitrosti (Mbit/s) za DVB-T sistem v 8 MHz kanalih Modulacija Kodno razmerje Zaščitni interval 1/4 1/8 1/16 1/32 QPSK 1/2 4.976 5.529 5.855 6.032 2/3 6.635 7.373 7.806 8.043 3/4 7.465 8.294 8.782 9.048 5/6 8.294 9.216 9.758 10.053 7/8 8.709 9.676 10.246 10.556 16-QAM 1/2 9.953 11.059 11.709 12.064 2/3 13.271 14.745 15.612 16.086 3/4 14.929 16.588 17.564 18.096 5/6 16.588 18.431 19.516 20.107 7/8 17.418 19.353 20.491 21.112 64-QAM 1/2 14.929 16.588 17.564 18.096 2/3 19.906 22.118 23.419 24.128 3/4 22.394 24.882 26.346 27.144 5/6 24.882 27.647 29.273 30.160 7/8 26.126 29.029 30.737 31.668 Digitalna televizija Demultiplekser transportni bitni tok MPEG2-TS sekvenca paketov fiksne dolžine 188 zunanji Reed-Solomon RS (204,188) vsebuje več programskih bitnih tokov PS video, avdio in podatkovni bitni tokovi PES (Packetized Elementary Stream)» Stream ID, ES (Elementary Stream) izbira elementarnih bitnih tokov ES pridobivanje storitvene sheme SI (programov) tvorjenje programskih povezovalnih tabel informacije o omrežju in storitvah (TV, radio, podatki) posredovanje izbranih elementarnih bitnih tokov 52