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• Guillermo Herrera

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INTRODUCCION A TELEVISION DIGITAL

L Lic. Javier Yujra

Tema (1) : Conceptos de TV Analógica y Digital

1.1

2

1

Fig 1.2 Señal de imagen o video de una línea y pulsos de sincronismo

3

4 Fig. 1. 3 Colorimetría

5 Fig. 1.4 Valores relativos de luminancia

Fig 1.5 Circulo de color (Ángulos de fase de la señal de C, matices de los colores . Saturación es la amplitud de C

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Fig 1.6 Matiz y Saturación

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(R-Y)

Fig 1.7 Composición vectorial del amarillo

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Norma para TV B/N:  525 líneas horizontales ( un cuadro) - 262.5 ( líneas /campo)  30 cuadros por segundo y 60 campos por segundo

- fV = ( frecuencia de barrido vertical ), 60 `[Hz] - Barrido entrelazado 

63.5 [ µ seg.] aprox, Tiempo para barrer un línea H completa ( trazo con información de una línea de la imagen y retorno .)



fH = Frecuencia de barrido horizontal de la diente de sierra =1/ 63.5 = 15750 [ Hz ]. fH =525 ( líneas / cuadro )x30 ( cuadros /segundo) =15750 [Hz] 9

Fig 1. 8 Conceptos de transmisión y recepción en colores.

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Fig. 1. 9 Señal compuesta de video y Audio

11

12 Fig 1.10 Señal compuesta de video

Línea: B y N

Señal compuesta de video SCV ;(color NTSC )

13

burst

Y

- -Fig. -

1.11

14 Fig 1.12 Señal de Luminancia.

Fig . 1.13 mayor detalle mayor frecuencia

15

Fig. 1.14 Espectro de señal de video en B y N

16

Fig. 1.15 Espectro ( muy amplado) de señal de video con subportadora de color

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TV : NTSC-M

Fig. 1.16 Espectro NTSC

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6 Mhz

 La portadora de color no se transmite

Fig. 1.17 Espectro de NTSC ( Simplificado)

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Ecuación fundamental de la Luminancia.

Y=0.30 R + 0.59 G +0.11 B

Ecuaciones fundamentales de I y Q I = 0.60 R- 0.28 G - 0.32 B Señales de color

(1-1)

Q = 0.21 R – 0.52 G + 0.31 B

La señal de video de color I tiene la función de conducir componentes de color desde el índigo al naranja. Análogamente la señal Q conduce los componentes de color desde el violeta al verde. Nota: Algunos utilizan la palabra LUMA como sinónimo de Luminancia y otros al concepto de Luminosidad.

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Otras Ecuaciones fundamentales

B – Y = 1.00 B- (0.30R +0.59 G +0.11 B) =-0.30R -0.59 G +0.89B R – Y = 1.00 R- (0.30R +0.59 G +0.11 B) =-0.70R -0.59 G -0.119B

Señales Diferencia de color (1-2)

G-Y = 1.00G – (0.30R+0.59G+0.11B) = -0.30R +0.41G -+0.11 B

C=

CROMA = Señal de color

(1-3)

BURST = Referencia para la fase del color

Pr; Pb y Cr ; Cb Cr = 0,713 (R – Y)

Señales de componentes analógicos de color se obtienen de señales diferencia de color

Cb = 0,564 (B - Y)

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Teorema de muestreo

Fig. 1.18

Teorema de muestreo : Fm > 2Fb se cumple que evita el solapamiento de los espectros

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Teorema de muestreo

Fig. 1.19 Teorema de muestreo : Fm > 2Fb No se cumple

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Concepto de digitalización de Y, Cb y Cr

Fig. 1.20

Frecuencias de muestreo

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Frecuencias de muestreo

Si cada muestra se codifica en 10 bits (es muy utilizado) :

27 Mega muestras/ segundo x 10 bits/muestra = 270 Mega bits/segundo

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26 Fig. 1.21

Estructuras de muestreo Factores a tener en cuenta en la conversión analógica a digital de la señal Mayor calidad de la imagen ( Necesarias más muestras por imagen, esto significa mayor cantidad de información a transmitir ) Ahorro información:  Tomar menos muestras de las componentes de color(capacidad limitada del ojo para capturar colores).  Las señales de sincronización de la señal de TV no aportan información activa y, por lo tanto, no deben ser digitalizadas.

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Estructuras de muestreo Se identifican con tres números: Ejemplo.

4: 2: 2

El primer número identifica la frecuencia de muestreo de la señal luminancia Y. Que siempre es 13.5 Mhz. y se codifica con el número 4.

El tercer número identifica la frecuencia de muestreo de la señal diferencia de color Cr Y se codifica con el número 2=4/2 y la frecuencia de muestreo es 6.75 = 13.5/2 Mhz.

El segundo número identifica la frecuencia de muestreo de la señal diferencia de color Cb. Y se codifica con el número 2=4/2 y la frecuencia de muestreo es 6.75 = 13.5/2 Mhz.

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Ejemplo de Muestreo

Fm de luminancia Y = = 13.5 Mhz ; Fm = 6.75 Mhz de Cr y Fm= = 6.75 Mhz

de Cb

29 Fm= frecuencia de muestreo

Fig. 1.22

Ejemplo de Muestreo

Fm de luminancia Y = = 13.5 Mhz ; Fm = = 13.5 Mhz de Cr y Fm= = 13.5 Mhz

Fm= frecuencia de muestreo

de Cb

30 Fig. 1.23

Ejemplo de Muestreo

Fm de luminancia Y = 13.5 Mhz ;

Fm = 3.375 Mhz de Cr y Fm= 3.375 Mhz

de Cb

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Fm= frecuencia de muestreo Fig. 1.24

™Sistema

de muestreo 4:2:0

Durante una línea se transmiten únicamente muestras de luminancia y de la componente R-Y. En la línea siguiente se sustituye (la R-Y) por la componente de color B-Y.

™Sistema

de muestreo 4:2:0 Se utiliza en sistemas de compresion EPG-2

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Fm de luminancia Y = = 13.5 Mhz ; Fm = 6.75 Mhz de Cr y Fm= = 6.75 Mhz

de Cb

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Fm= frecuencia de muestreo Fig. 1.25

Muestreo 4:2:2

Fig. 1.26 Ejemplo: Formación de trama digital

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 Los datos de la línea activa digital son completados con unos códigos de Inicio de Vídeo Activo (SAV) y de Final de Vídeo Activo (EAV), para facilitar la lectura de la línea en el receptor.

Fig. 1.27

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Imagen activa

Fig. 1.28

Distribución espacial de un cuadro de video según se utilice barrido entrelazado o progresivo..

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Exploración, de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, numeración de filas se inicia en [0,0]

Cuando la densidad de muestreo en sentido horizontal y vertical es el mismo es muestreo cuadrado Fig. 1.29

Esquema de distribución de Pixel=Pels(Picture elements) y Subpixeles en un LCD

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-

Nota: GOP (Group of pictures) Grupo de imágenes. 1 GOP es un conjunto de 12 o 15 imágenes.

38 Fig. 1.30

Agrupamiento de pixeles

Formación de trama digital

™ Con la llegada de la televisión digital, se revisaron y actualizaron conceptos de la televisión clásica. ™ La exploración entrelazada, pasó de ser una necesidad técnica en el origen de la TV, a ser un problema ™ Los modernos receptores de televisión representan, imágenes de alta resolución con exploración progresiva o secuencial (representando todas las líneas de la imagen en su orden natural, con un solo barrido vertical por cuadro) ™ En los sistemas de televisión digital se contempla el proceso de imágenes exploradas secuencialmente.

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. ESTRUCTURA TV DIGITAL DE ALTA DEFINICION. ™ ™ La televisión digital ofrece la posibilidad de transmitir imágenes en alta definición, ampliando el número de puntos de cada línea, y con ello la resolución horizontal. ™ Se contemplan dos variantes de televisión de alta definición: ™ Uno en formato 4:3 ™ Otro para formato panorámico, que eleva hasta 1920 x 1080 la resolución de la imagen.

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Fig. 1.31

Distribución espacial de un cuadro de video con relación 16:9.

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Resoluciones en la señal de video  Por lo general, la televisión digital de alta resolución utiliza : 1280x720 píxeles en modo de barrido progresivo (abreviado, “720p”) o 1920x1080 píxeles en modo entrelazado (“1080i”).  La televisión digital estándar tiene menos resolución: 640x480 o 720x480 píxeles con NTSC, 768x576 o 1024x576 con PAL en 4:3 y 16:9 de relación de aspecto respectivamente,  La capacidad de un canal de televisión digital puede subdividirse en múltiples “subcanales”.  Los receptores de televisores pueden usar estos “subcanales “ para transmitir diversa información de vídeo, audio u otros datos.,

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Fig. 1.32 Algunos formatos utilizados.

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Fig. 1. Fig. 33 Distancias de observador y altura H para SDTV y HDTV

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Calculo de velocidad binaria para estructura 4:2:2 Recomendación ITU-R.B.T. 601

Frecuencia de muestreo total

*

*

SDI es el tren de datos serie de 270 Mbps en estudio

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Calculo de otras velocidades binaria

Calculo de velocidad binaria para estructura 4:1:1 Para n= 8 bits/muestra Vb = (13.5 + 3.375 + 3.375 ) x 8 bits/muestra. = 162 Mbps

Para n= 10 bits/muestra Vb = (13.5 + 3.375 + 3.375 ) x 10 bits/muestra. = 202 . 5 Mbps

Calculo de velocidad binaria para NTSC señal de video compuesta, Frecuencia de muestreo = 4x ( La frecuencia de Subportadora de Color) = 4x ( 3.579545) =14.31818 Mhz. Velocidad binaria = 14.31818 Mhz x 10 bits/muestra = 143.181 Mbps.

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Resoluciones- formatos de muestreo y velocidad de transmisión Resolución 720 x 480 entrelazado Muestreo 4:4:4 o Pixeles(verticales) por cada línea de escaneo horizontal = 720 o Líneas totales horizontales de escaneo = 525 o Líneas activas horizontales de escaneo =480 o Número de pixeles (luminancia) =720 x 480 = 345600 [ pixeles/imagen ] o Numero de pixeles (crominancia) = 345600[ pixeles/ imagen ] x 3 = 1036800 [ pixeles /imagen ] o Cantidad de pixeles en un segundo = 1036800 [ pixeles/imagen ] x 30 [imágenes/segundo ]= 31104000 [ pixeles /segundo ] o Velocidad de transmisión (codificación 8 [bits/pixel]) = 31104000[ pixeles/ segundo ] x 8 [ bits /pixel ]= 248832000 [ bits/segundo ]

Velocidad de transmisión ( 4:4:4) = 248.832 [Mbps]

Muestreo 4:2:2 o Número de pixeles (luminancia) =720 x 480 = 345600 [ pixeles/imagen ] o Numero de pixeles (color Cr o Cb ) = (345600 [ pixeles/ imagen ] ) / 2 = 172800 [ pixeles/ imagen ] o Numero de pixeles (crominancia ) = (Número de pixeles luminancia ) + (Número de pixeles de Cr o Cb) x 2 = = (345600 [pixeles/imagen ] ) + (172800 [pixeles/imagen]) x 2 = 691200 [pixeles/imagen] o Cantidad de pixeles en un segundo = 691200 [ pixeles/imagen ] x 30 [imágenes/segundo ]= 20736000 [ pixeles /segundo ] o Velocidad de transmisión (codificación 8 [bits/pixel]) = 20736000[ pixeles/ segundo ] x 8 [ bits /pixel ] = 165888000 [ bits/segundo ]

Velocidad de transmisión ( 4:2:2) = 165.888 [Mbps]

Muestreo 4:2:0 o Número de pixeles (monocromática) =720 x 480 = 345600 [ pixeles/imagen ]

o Numero de pixeles (color Cr o Cb ) = (345600[ pixeles/ imagen ] ) / 2 = 172800 [ pixeles/ imagen ] o Numero de pixeles (crominancia ) = (Número de pixeles luminancia ) + (Número de pixeles de Cr o Cb) = = (345600 [pixeles/imagen ] ) + (172800 [pixeles/imagen]) = 518400[pixeles/imagen] o Cantidad de pixeles en un segundo = 518400 [ pixeles/imagen ] x 30 [imágenes/segundo ]= 15552000 [ pixeles /segundo ] o Velocidad de transmisión (codificación 8 [bits/pixel]) = 15552000[ pixeles/ segundo ] x 8 [ bits /pixel ] = 124416000 [ bits/segundo ]

Velocidad de transmisión ( 4:2:0) = 124.416 [Mbps]

Resolución 1280 x 720 entrelazado Muestreo 4:4:4 o Pixeles(verticales) por cada línea de escaneo horizontal = 1280 o Líneas totales horizontales de escaneo =750 o Líneas activas horizontales de escaneo = 720 o Número de pixeles (luminancia) =720 x 1280 = 921600 [ pixeles/imagen ] o Numero de pixeles (crominancia) = 921600 pixeles/ imagen ] x 3 = 2764800 [ pixeles /imagen ] o Cantidad de pixeles en un segundo =2764800 [ pixeles/imagen ] x 30 [imágenes/segundo ]= 82944000 [ pixeles /segundo ] o Velocidad de transmisión (codificación 8 [bits/pixel]) = 82944000[ pixeles/ segundo ] x 8 [ bits /pixel ]= 663552000 [ bits/segundo ]

Velocidad de transmisión ( 4:4:4) = 663.552 [Mbps]

Muestreo 4:2:2

Velocidad de transmisión ( 4:2:2) = 442.368 [Mbps]

Muestreo 4:2:0

Velocidad de transmisión ( 4:2:0) = 331.776 [Mbps]

Resolución 1920 x 1080 entrelazado FULL HD Muestreo 4:4:4 o Pixeles(verticales) por cada línea de escaneo horizontal = 1920 o Líneas totales horizontales de escaneo = 1125 o Líneas activas horizontales de escaneo =1080 o Número de pixeles (luminancia) = 1920 x 1080 =2073600 [ pixeles/imagen ] o Numero de pixeles (crominancia) = 2073600 [ pixeles/ imagen ] x 3 =6220800 [ pixeles /imagen ] o Cantidad de pixeles en un segundo = 6220800 [ pixeles/imagen ] x 30 [imágenes/segundo ]= 186624000 [ pixeles /segundo ] o Velocidad de transmisión (codificación 8 [bits/pixel]) = 186624000 [ pixeles/ segundo ] x 8 [ bits /pixel ] = 1492992000 [ bits/segundo ]

Velocidad de transmisión ( 4:4:4) = 1.5 [Gbps]

Muestreo 4:2:2

Velocidad de transmisión ( 4:2:2) = 1 [Gbps]

Muestreo 4:2:0

Velocidad de transmisión ( 4:2:0) = 750 [Mbps]

El concepto de compresión

 La compresión de video permite reducir datos redundantes. Esto implica

una

disminución de la velocidad binaria del flujo de datos.

La redundancia puede ser de tipo; Espacial, Temporal, Psicovisual, de Codificación. La compresión se puede realizar a nivel de pixel, bloques de pixeles, etc.

Estándares de compresión MPG-1

MPG-2 MPG-4

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Señal compuesta de video

Fig. 1.34 Decoder esquema

Serial digital Interface

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Fig. 1.35 Decoder de componentes analógicos a SDI (4:2:2 )

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Fig. 1.36 Encoder esquema

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Fig. 1.37 Encoder SDI a componentes analógicos

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Fig. 38 Encoder SDI a componentes analógicos

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