Apuntes de Tecnología para Medios Audiovisuales. Normas de vídeo digital. Parte 4

4.1. De Analógico a Digital.

-          El proceso de conversión comprende tres partes: preparación de la señal, muestreo y digitalización. Existen dos tipos de señales de componentes: RGB y Y (R-Y, B-Y), pero esta última es la de uso más extendido en TV digital y está incluida en la especificación ITU-R 601.

-          ITU-R 601: estándar de referencia de la tecnología de vídeo y televisión digital. Garantiza la máxima compatibilidad entre las dos grandes familias de sistemas televisivos: PAL y NTSC.

-          Las cámaras, el telecine, etc., suelen generar señales RGB, pero éstas se convierten fácilmente a Y (R-Y, B-Y) utilizando una matriz resistiva.

1.       Preparación de la señal.

El convertidor A/D sólo funciona correctamente si las señales de entrada están convenientemente preparadas. Para ello hay dos elementos básicos:

Ø  Amplificador: garantiza la señal con voltaje y amplitud correctos a la entrada el ADC. Un ADC dispone tan sólo de un conjunto finito de números (uno de 8 bits puede dar salida a 256 número, nunca más). En una señal digital no hay sincronismos, hay salvaguardias para evitar saturaciones.

Ø  Filtro paso-bajo: las señales deben atravesarlo para evitar el paso de información por encima del límite de banda de 5,75 Mhz para Y, y de 2,75 Mhz para las señales de diferencia de color.

2 y 3. Muestreo y digitalización.

Las señales filtradas de amplitud correcta se pasan entonces por los ADCs donde se muestrean y digitalizan. Para cada señal la frecuencia de muestreo es:

-          Y = 13,5 Mhz

-          R-Y, B-Y = 6,75 Mhz para cada una.

Se utiliza muestreo simultáneo, muestreando alternativamente Y, R-Y y B-Y y a continuación, en el siguiente intervalo, sólo Y (es decir, hay la mitad de muestras de color que de luminancia). Las formas digitalizadas de R-Y y B-Y se conocen como Cr y Cb.

- Estructura del muestreo: ortogonal (distribuye las muestras de crominancia siguiendo un patrón geométrico de alternancia basado en líneas horizontales y verticales) o quincunx (distribuye las muestras de crominancia según un patrón diagonal).

[Cuantificación: la cuantificación de señales de vídeo se realiza normalmente con 8 ó 10 bits, siendo necesario que todas ellas tengan igual nivel de cuantificación]

4.2. Formatos de Vídeo Digital (Frecuencias de muestreo)

4 FSC

- Frecuencia de muestreo que corresponde a cuatro veces la frecuencia de la subportadora (Fsc).

Ø  17,7 Mhz para PAL

Ø  14,3 Mhz para NTSC

4:1:1

Se suele usar como un método económico para formatos de imagen de 525 líneas (NTSC). Puede utilizarse en forma quincunx u ortogonal, siendo más habitual esta última.

Ø  Y = 13,5 Mhz.

Ø  R-Y, B-Y = 3,37 Mhz cada una.

4:2:0

Se suele usar como un método más económico para formados de 625 líneas (PAL). Muestreo ortogonal. Equivalente en cuanto a calidad y flujo al 4:1:1.

Ø  Y = 13,5 Mhz

Ø  R-Y, B-Y = 6,75 Mhz cada una, muestreadas una línea sí y una no, es decir, una línea se muestrea a 4:0:0 y la siguiente a 4:2:2.

4:2:2

Se suele usar como referencia a ITU-R 601. Puede utilizarse en forma quincunx u ortogonal, siendo más habitual esta última.

Ø  Y = 13,5 Mhz

Ø  R-Y, B-Y = 6,75 Mhz cada una.

4:4:4

Se suele usar en equipos basados en ordenadores con plataformas estándar, en cine y publicidad. La señal en componentes RGB sólo puede muestrearse con esta frecuencia.

Ø  Y = 13,5 Mhz

Ø  R-Y, B-Y = 13,5 Mhz cada una.

4.3. Características de la ITU-R 601.

• Señales a procesar: componentes digitales Y, Cr y Cb para sistemas 525/60 (NTSC) y 625/50 (PAL).
• Estructura de muestreo: muestreo ortogonal 4:2:2 que se repite por línea, campo y cuadro en ambos sistemas. Las muestras de Cr y Cb coinciden con las muestras impares de Y de cada línea.
• Número de muestras totales por línea:

Ø  Sistema 525/60 NTSC: 858 para Y, 429 para Cr y Cb.

Ø  Sistema 625/50 PAL: 864 para Y, 432 para Cr y Cb.

• Muestras activas por línea: 720 muestras para Y, y 360 para Cr y Cb en ambos sistemas.
• Frecuencias de muestreo:

Ø  Luminancia Y: 13,5 Mhz para ambos sistemas.

Ø  Crominancia Cr y Cb: 6,75 Mhz para ambos sistemas.

• Codificación de la señal: cuantificación uniforme PCM, con 8 o 10 bits por muestra tanto para Y como para Cr y Cb en ambos sistemas. 256 niveles de cuantificación posibles para 8 bits y 1024 para 10
• Niveles de vídeo:

Ø  Escala de 0 a 255 niveles.

Ø  220 niveles para Y. Nivel de negro = 16 // Nivel de blanco = 235

Ø  225 niveles para Cr y Cb. Nivel de cero =128

4.4. Flujo de Datos de la Señal Digital.

525/60 (NTSC ) – 480 líneas activas por cuadro. 30 i/s

625/50 (PAL) – 575 líneas activas por cuadro. 25 i/s

-          Calcular cuánto ocupa 1 segundo de vídeo en calidad digital en PAL (4:2:2)

720 x 575 = 414.000

360 x 575 = 207.000

360 x 575 = 207.000 +

828.000 x 8 = 6.624.000 = 6,6 Mbits que ocupa una imagen.

6,6 Mbits x 25 imágenes/s = 165 Mbits/s → 21 MBytes/s

6.6 Mbits x 1500 i/minuto = 9.900 Mbits/min → 1237 MBytes/min

-          Calcular cuánto ocupa 1 segundo de video en calidad digital en NTSC (4:2:2)

720 x 480 = 345.600

360 x 480 = 172.800

360 x 480 = 172.800 +

691.200 x 8 = 5.529.600 = 5,5 Mbits que ocupa una imagen.

5,5 Mbits x 30 imágenes/s = 165 Mbits/s → 21 MBytes/s

5,5 Mbits x 1800 i/minuto = 9.900 Mbits/min → 1237 MBytes/min

-          Calcular cuánto ocupa 1 segundo de vídeo en calidad digital en PAL (4:1:1 y 4:2:0)

720 x 575 = 414.000

180 x 575 = 103.500

180 x 575 = 103.500 +

621.000 x 8 = 4.968.000 = 4,9 Mbits que ocupa una imagen.

4,9 Mbits x 25 imágenes/s = 122 Mbits/s → 15 MBytes/s

4.5. Preguntas sobre la TDT.

- En Europa se usa la tecnología DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial ó Difusión de Vídeo Digital – Terrestre). Este sistema transmite audio, vídeo y otros datos a través de un flujo MPEG-2, usando una modulación COFDM.

- Emisiones mediante la red de distribución terrestre de señal usada en la televisión analógica tradicional (Ondas Hertzianas).

- Se pueden emitir entre 3 y 5 programas por cada canal UHF.

Preguntas de exámenes anteriores:

-    Frecuencia de muestreo de Y en 4:2:2 : 13,5 MHz

-    Cómo se muestrea la crominancia en 4:2:0 : una línea se meustrea a 4:2:2 y la siguiente a 4:0:0

-    Un minuto en PAL 4:2:2 sin compresión (expresado en Gigas)

-    Número de muestras totales por línea en PAL: 864 para Y, 432 para Cr y Cb