Elementi di videotecnologia

Daniele Marinicon la collaborazione di:

Sebastian Sylwanseba@dsi.unimi.it

sebastian@videoprogetti.it

Quadro generale

• Panoramica su come sono fatti i diversi segnali video ...

• ...e sulle apparecchiature che lo trattano

Programma

• Di che cosa parliamo ?• Dall’ immagine al segnale video• Percezione ottica• Storia, cinema l’illusione del

movimento POV Persistence of vision• Che cosa é un segnale video• televisione B/N TV COLOR• La banda e la qualità del segnale• Consumer vs. Broadcast vs. Studio• I formati dei trasporti 1” 3/4” 1/2”• Segnale composito (codificato)• Standard PAL 25 fps Standard NTSC

30 fps drop frame• Evoluzione: Componenti• YUV RGB YCbCr

• Il video Digitale• 4:2:2 4:4:4• Digitale Composito codificato D2 vs.

Digitale Componenti D1• CCIR 601• 13,5 +6,5 + 6,5 = 27 Mhz, perché ?• Compresso vs. Non compresso• What about the real world• La catena di produzione, da dove

passa un segnale video, dallo studio a casa

• Il Sync, Nero, Cancellazione , Genlock, Black Burst

• Time Base Correction• Il futuro: HDTV/ATV 16:9

Dall’immagine al segnale (video)

• Conversione di luce visibile in un segnale elettrico

• Domandiamoci come rappresentare le immagini

• vogliamo dare l’illusione di movimento e riprodurre il più fedelmente possibile l’immagine

Cinema, l’illusione del movimento

• Il fenomeno della persistenza delle immagini sulla retina permette di vedere il movimento.

• Il cervello riesce ad “acquisire” una nuova immagine ogni circa 1/10 di sec.

• L’illusione del movimento è data dalla visione di una sequenza di immagini statiche (gioco delle carte, il cilindro forato, disegni animati)

Percezione ottica, l’immagine in movimento , Persistence of vision

• L’occhio percepisce una sequenza veloce di fotogrammi* fissi come un movimento continuo grazie alla POV (Persistence of vision)– *(termine derivato dal cinema)

• Quanto veloce ?– Teleconferenza: 10 fps movimento a scatti

– Film muto: 16 fps al limite del movimento a scatti

– Film sonoro: 24 fps

– Televisione: 25-30 fps

– HDTV 50-60 fps

flickering

• Pellicola: 2 or 3 blade shutter. Aumenta la frequenza apparente delle immagini a 48 o 72 al sec.

• Tubo catodico: Interlaced scanning aumento la frequenza apparente di refresh senza aumentare la banda (con effetti aggiuntivi sia negativi che positivi)

Che cosa é un segnale video ?

• Un segnale elettrico che ha codificate in sè le informazioni per riprodurre una sequenza di immagini.– Analogico - Digitale– Codificato - Componenti– Compresso - Non compresso

Banda vs. Qualità

• il dettaglio dell’ immagine– la risoluzione orizzontale

– la risoluzione verticale

– le linee di scansione e i quadri• (625 linee x 25 q/sec = 15.625 Hz, f riga)

– La massima risoluzione verticale é di ~290 linee • 625/2=312,5 - ~22 righe (tempo per il ritorno verticale del pennello)

– La massima risoluzione orizzontale é di ~380 punti • 290 x 4/3 (aspect ratio)

– La massima frequenza video é ~ 7MHz • 380 punti / 53,3 s (durata utile di una riga)

Televisione B/N

• Definisco il numero di fotogrammi al secondo• Definisco il numero di linee di scansione (da qui il termine "scan-lines“

ancora in uso per definire la risoluzione di un’immagine)• In ogni linea di scansione ho un segnale analogico (non campionato,

non esistono i pixel, la dimensione minima è data dalla dimensione del fascetto di scansione) che rappresenta l’intensità luminosa formato da chiari e scuri equivalenti a livelli alti o bassi di tensione.

• questo segnale applicato a un tubo a raggi catodici (CRT) incide in modo proporzionale sulla intensità del fascio di elettroni, che bombardando il fosforo depositato sulla superfice dello schermo emetterà luminosità in modo proporzionale al livello del segnale video, ricomponendo l’immagine ripresa.

Motivazioni

• Le motivazioni delle scelte sono la maggior parte delle volte dettate da limitazioni tecnologiche. Esempi:

– Aspect ratio 4:3: limitate dimensioni dei CRT– Interlacing: bassa persistenza dei fosfori– Frame rate: battimenti delle luci e pericoli di cattiva

sincronizzazione dei ricevitori che avrebbe portato a battimenti sull’immagine

La sincronizzazione

• La ricostruzione dell’immagine richiede la conoscenza della temporizzazione della scansione usata in fase di ripresa

• Il segnale video non puo’ essere continuo per i tempi di "retrace" delle apparecchiature di ripresa e ricezione

Quindi

Inseriamo nel segnale video alcune informazioni aggiuntive per la sincronizzazione

La sincronizzazione (segue)

• Come ? Ovvero come distinguo l’informazione di sincronizzazione dal segnale in sè ?

La codifico come "più nero del nero“ovvero inserisco un segnale sotto al livello di cancellazione

• il segnale video analogico si basa fondamentalmente sui livelli di tensione. Nel PAL abbiamo– 0 V dc equivale al nero (livello di cancellazione, piedistallo)– +0,7 Vdc equivale al bianco– -0,3 Vdc equivale al sync

• il secondo scopo della cancellazione è quello di spegnere il fascetto del CRT per non vedere la "ritraccia".

Composito = video + sync H/V + cancellazione

Fine del B/N

• Siamo agli anni ’50

• Avviciniamoci ai giorni nostri

La nascita della TV a colori: Un problema di difficile soluzione

Devo rappresentare anche il colore......mantenendo la presenza nel segnale delle

informazioni di luma (che è il segnale B/N - luminosità, correlata con la luminanza)...

...e le stesse temporizzazioni per mantenere la compatibilità...

… se non bastasse devo utilizzare la stessa banda sul canale di trasmissione

• Soluzioni senza queste limitazioni:– Tre canali (R,G,B): costoso in termini di banda– Modulo le tre componenti sulla stessa portante: butto

via tutti i televisori esistenti e perdo moltissima qualità

La generazione del segnale Video B/N

• La generazione del segnale Bn si basa su dispositivi da ripresa sensibili alla sola luminanza dei vari colori esistenti in natura.

• La luminanza dei colori non primari si dimostra essere la somma delle luminanze dei singoli colori primari (R,G,B) componenti il colore in esame.

La generazione delsegnale Video a colori

• La maggior parte dei segnali video odierni viene originata come somma di componenti primarie lineari RGB, rappresentate nel range 0-0,7 V.

• Il problema è codificare dati di immagine dai primari additivi R,G e B in una forma più facilmente utilizzabile e che risponda ad alcuni requisiti indispensabili.

Requisiti indispensabili

• Devo trasmettere un segnale in B/N compatibile con i ricevitori esistenti

• Nello stesso canale devo trasmettere anche le informazioni di colore

Elementi a favore

• Sfrutto I limiti del sistema visivo ... e dei CRT – Siamo meno sensibili al rumore visivo alle alte frequenze– Non riusciamo a percepire variazioni spaziali nette di

crominanza. (I bordi si sfumano)– e i fosfori non riescono a riprodurle

Copiamo dall’occhio umano

• Y,B-Y,R-Y (Y è luma che corrisponde alla luminanza)• Il sistema visivo umano ha recettori di due tipi: coni e bastoncelli

– coni: percepiscono la luminanza

– bastoncelli: percepiscono le informazioni cromatiche• sensibili al blu• sensibili al rosso

– I coni sono circa la metà rispetto ai bastoncelli

• quindi:– Il sistema visivo umano ha molta più acuità per le variazioni spaziali di

luminanza rispetto a quelle di crominanza.

– Ognuno dei canali “differenza colore” può avere considerevolmente meno informazioni di quello di luminanza (tipicamente 1/3).

Creo il segnale di luminanza• Genero il segnale di luminanza da una

somma pesata delle tre componenti R,G e B (e applico una gamma-correction)

• La correzione gamma serve allo scopo diprecompensare le caratteristiche di non linearità dei CRT in modo che la percezione visiva sia di tipo lineare.

• La presenza della luminanza è indispensabile per mantenere la compatibilità con i TV B/N

• La componente Y è chiamata luma

€

I =C +V γ

…ora devo aggiungere il colore

• Trasporto due canali aggiuntivi dove codifico l’informazione colore a cui è stata sottratta la luminanza – Il contributo dato da queste componenti alla luminanza è già

stato considerato nella somma pesata.

• Il 59% del segnale di luminanza è composto dal verde quindi baseremo i segnali differenza colore sugli altri due primari.

• Calcolo quindi B-Y ed R-Y.Una volta ottenuti i due segnali differenza colore, possiamo sottocampionarli (filtrarli) per ridurre la banda necessaria.

• In un sistema analogico questo significa minor banda e in uno digitale una minore quantità di dati.

Mettiamo insieme il tutto

– Posso introdurre le differenze colore alle alte frequenze nella mia codifica della luminanza.

– Questo introduce del rumore che ignoro grazie alla minore sensibilità accennata prima.

– Trasmetto il segnale di luminanza a banda piena– Modulo le differenze-colore su una sottoportante

colore ad alta frequenza (4,43 Mhz) in quadratura di fase

• nel sistema PAL: C=Ucos(t)+Vsin(t)• nel sistema NTSC: C=Icos(t)+Qsin(t)

Quanto filtrare ?…

• Tutti i particolari colorati di scena corrispondenti a frequenze televisive comprese tra 1,5 e 5 Mhz non sono visibili come colori dall’occhio umano che li vede invece come particolari in B/N, per cui detti particolari vengono trasmessi nel contenuto di luminanza.

• L’occhio umano vede tutti i colori esistenti in natura fino a che questi occupano particolari di scena che corrispondono a frequenze televisive comprese tre 0 e 0,5 Mhz. (per questo motivo devo trasmetterli tutti)

…e cosa trasmettere ?

• Quando i colori costituiscono particolari di scena che corrispondono a frequenze TV comprese tra 0,5 e 1,5 Mhz, l’occhio li vede come colori arancio o ciano• al loro posto posso trasmettere allora solo questi due colori

sull’asse I nel sistema NTSC • L’asse Q non si trasmette per evitare intermodulazioni nella

banda 0,5 a 1,5 Mhz• Nella codifica Pal poichè non interviene l’intermodulazione di

trasmissione negli assi U e V (segnali indipendenti), si codificano le due componenti colore con banda passante fino a 1,5 Mhz per entrambi le componenti colore.

Component Video

• I segnali di luminanza e di differenza colore rimangono separati.

• Posso trasportare direttamente i 3 segnali R, G e B o una loro codifica (differenze colore) già pesata per l’uso video.

• Mantengo piena banda su tutto il segnale.• Non ho intermodulazioni ne artefatti • Sfortunatamente per portare un segnale componenti

devo "tirare" 3 cavi RG 59.

Segnale composito codificato

• Voglio trasportare in un unico cavo coassiale tutta l’informazione che mi serve per ricreare le immagini a colori di partenza.

• Codifico insieme luminanza e crominanza (~compressione analogica)

• Restringo la banda dei segnali differenza colore

• Creo artefatti durante la decodifica (cross-color)

Segnale composito codificato

• I segnali compositi codificati PAL, NTSC ed S-Video incorporano la combinazione delle differenze colore U e V in un unico segnale di crominanza usando la tecnica della modulazione in quadratura:

• C=Ucos(t)+Vsin(t)dove t rappresenta la sottoportante colore (3.58

MHz per l’NTSC e 4.43 MHz per il PAL)

Segnale composito codificato

• In teoria la modulazione in quadratura è reversibile senza perdita di informazione se i segnali U e V sono limitati in banda.

• In pratica la modulazione in sè non introduce perdite significative, anche se la limitazione della banda delle differenze colore introduce perdita di dettaglio nei colori.

Come si valuta la qualità ?

• Le “barre”• È un pattern di riferimento che serve per

identificare errori di codifica• Scala lineare sulla luminanza• Tutte le combinazioni delle componenti di

crominanza

Barre

• I grafici sulla destra sono quelli che appaiono analizzando il segnali con uno strumento

Rappresentazione vettoriale

• Su un vettorscopio si osservano i punti che rappresentano i colori puri

Standard PAL

• Phase Alternating Line– 25 fps 50 field/s– 625 linee

• Migliore del NTSC– deriva da lì ma invertendo la fase dell’asse R-Y ad ogni linea

compensa eventuali errori di fase differenziale in trasmissione.

• Banda – Luma: 5,5 MHz – Chroma:

• 1,3 MHz U (Cb) + 1,3 MHz V (Cr)

• YCbCr

Vettori di crominanza PAL

Standard NTSC

• National Television Systems Comitee– Comitato USA che negli anni ‘40 definì lo standard televisivo

in B/N e negli anni ’50 quello colore– 59.94 field/s– 525 linee

• Banda – Luma: 4,2 MHz – Chroma:

• 1,3 MHz I (InPhase)• 0,4 MHz Q (Quadrature)

• YIQ

Vettore di crominanza NTSC

Active Area

• In realtà non tutte le linee che definiamo vengono utilizzate per il segnale video.

• In PAL su 625 linee solo 576 portano informazioni e di queste non tutta la durata é sfruttata: il segnale è presente per 53,3 s su 64.

• Le aree all’esterno sono usate per il blanking di linea e di campo (line and field blanking) ovvero per spegnere il pennello durante i ritorni di riga e di quadro.

Timecode

• hh:mm:ss:ff (ore:minuti:secondi:fotogrammi*(field))– Si usa il ";" per il formato a 30 fps

• VITC: Vertical Interval TimeCode– TimeCode digitale aggiunto nel vertical blanking del segnale

televisivo. Può essere letto dalle testine in qualsiasi momento esclusa la fase di spooling

• LTC: Longitudinal TimeCode– Registrato su una traccia lineare sul nastro e letto da una

testina statica. Può essere letto col nastro in movimento, ma non quando é fermo.

• Serve come riferimento a qualsiasi operazione sul nastro

Time Code

• Generalmente prima di utilizzare un nastro lo si "basa" ovvero si registra un segnale nero (super-nero) con un TimeCode continuo. Le successive registrazioni incideranno il video, ma lasceranno inalterato il TC. Questo per migliorare la precisione.

Altre informazioni codificate

• Nell’area del Vertical blanking o nelle linee fuori dall’Active Area si trovano in registrazione ed in trasmissione altre informazioni:– Teletext– Stereo information– Closed Caption– Broadcasting Data Line (BDL)– Programme Delivery Control (PDC)– VPS Video Programming System– WSS Wide Screen Signaling

RF

• Per la trasmissione via etere generalmente viene utilizzata una ulteriore modulazione di ampiezza del segnale composito codificato su una portante ad alta frequenza.

• Si può utilizzare (purtroppo capita non solo in ambito consumer) anche come modo di connessione via cavo.

Gli standard televisivi nel mondo

I sistemi di trasmissione

System Lines Channelbandwidth

Visionbandwidth

Vestigialsideband

width

Visionmodulation

method

Soundspacing

Soundmodulation

method

B 625 7.0MHz 5.0MHz 0.75MHz AM -ve 5.5MHz FM

D 625 8.0MHz 6.0MHz 0.75MHz AM -ve 6.5MHz FM

G 625 8.0MHz 5.0MHz 0.75MHz AM -ve 5.5MHz FM

H 625 8.0MHz 5.0MHz 1.25MHz AM -ve 5.5MHz FM

I 625 8.0MHz 5.5MHz 1.25MHz AM -ve 6.0MHz FM

K 625 8.0MHz 6.0MHz 0.75MHz AM -ve 6.5MHz FM

K1 625 8.0MHz 6.0MHz 1.25MHz AM -ve 6.5MHz FM

L 625 8.0MHz 6.0MHz 1.25MHz AM +ve 6.5MHz AM

M 525 6.0MHz 4.2MHz 0.75MHz AM -ve 4.5MHz FM

N 625 6.0MHz 4.2MHz 0.75MHz AM -ve 4.5MHz FM

Conversione tra standard

• Come si passa tra PAL, NTSC e pellicola ? Diversi formati, diversi frame rate ...

• Come si passa da Composito a componenti e viceversa ?

• E da analogico a digitale ?

Drop Frame/Non Drop Frame:

• Quando lo standard NTSC è stato rivisto per integrare il colore, è stato notato che il colore poteva funzionare soltanto a 29.97002617 fps, al posto dei 30 fps del NTSC. Questo voleva dire che un ora di video a colori avrebbe avuto 108 fotogrammi di troppo. Per ovviare a questo inconveniente si ricorre al drop-frame, dove 2 fotogrammi vengono “droppati” (lasciati cadere) ogni minuto tranne che a intervalli di: 00, 10, 20, 30, 40 e 50 minuti. Questo “risparmia” 108 fotogrammi all’ora (anche se può causare incompatibilità tra i timecode.

Il video Digitale

• Con l’avvento di nuove e più veloci tecnologie, possiamo elaborare il grosso flusso di informazioni che compone un segnale video (~ 21 MB/s sustained) in tempo reale in forma digitale.

• Posso campionare sia il segnale composito che le componenti separate.

CCIR 601 (Component Digital)

• D-1– Luma (Y) : 8 (10) bit– Chroma (Cb, Cr) : 8 (10) bit ognuno complemento

2 centrati su 128 (256)– Le componenti Cb e Cr vengono sottocampionate

orizzontalmente per ottenere un data-rate di 2/3 rispetto all’RGB (4:2:2).

– 720 campioni di luminanza per scan-line attiva– 144 campionamenti nel BLK di riga

4:2:2 vs. 4:4:4

• Cosa vuol dire 4:2:2 ? – Che la luminanza viene sovracampionata 4 volte, mentre le due

componenti di crominanza 2 volte ciascuna. Ovviamente 4:4:4...

• Per ogni 4 campioni Y ci sono 2 campioni Cb e 2 Cr, sfasati su linee successive per evitare sfasamenti cromatici

• Abbiamo una frequenza di campionamento di 27 Mhz, ovvero 27 Milioni di parole parallele al secondo, ognuna di 10 bit.

• rigeneriamo una forma d’onda • Un linea di scansione è quindi composta così:

– Y Cb Y Cr Y Cb Y Cr……...

• Ogni componente è descritta con 8 o 10 bit.

CCIR601

• Nuovo nome ITU-R 601

• Può portare sia RGB che YCbCr

• Standard comune tra 625/50 e 525/60

• 8 o 10 bit

• 5,75 MHz Banda passante Luma

• 2,75 MHz Banda passante per ogni canale Cb e Cr

SDI (Serial Digital Interface)

• Fino a 270 Mbits/s (360 per il 16:9)• Parole di 10 bit • Video Codificato o Componenti• Fino a 4 Gruppi di 2 canali a 48 Khz

embedded equivalenti a 16 canali audio mono.

• 1 cavo RG 59 (fino a 200 m)

13,5 + 6,75 + 6,75 = 27 Mhz

• Frequenza di campionamento Luma: 13,5 MHz• Frequenza di campionamento Chroma: 6,75

MHz• Frequenza di campionamento totale: 27 MHz

– (i campionamenti della luminanza e delle due componenti colore avvengono in contemporanea)

• Ma perché proprio 13,5 ?

Perché 13,5 ?

• Nyquist 13,5 > 2 x 5,5 MHz (banda Luma)• Tiene conto delle differenze tra 625/50 e 525/60. E’

un fattore comune ad entrambe le frequenze di linea (15625 e 15750 Hz rispettivamente) e quindi é compatibile con entrambi i sistemi.

• E’ multiplo di 2,25 MHz (common static sampling pattern coefficient)

• 1 riga = 53 s composta da ~720 elementi singoli

Il TimeCode nel video digitale

• Nel caso di video digitale, il TimeCode fa ovviamente parte dei dati digitali.

• Ci sono comunque i due tipi di TC: VITC e LTC, Nel segnale digitale fanno parte di una serie di dati ben più ampia: l’ancillary data

Ancillary data

• Il segnale digitale ha bisogno di molti meno segnali ausiliari di controllo, trattandosi di parole digitali, non c’é bisogno di avere il blanking nè tutti i riferimenti di linea

• Sono descritti come dati• Ho molto spazio per dati aggiuntivi:

– 4 gruppi di 2 canali audio AES 48 kHz– Informazioni da sistemi di trattamento– TimeCode– Informazioni sul percorso del segnale stesso

Dall’immagine al segnale

D2, D3[143 o 177 Mbit/s]

D1, D5 [4:2:2, 270 Mbit/s]4:2:2:4[YCrCbK]D5H [360 Mbit/s]

RGBVGA

YCrCbY/C

NTSCPAL

SECAM

DigitalAnalogue

Composite

Component

I formati dei supporti analogici

– 1/2" Componenti YCbCr Betacam (SP)

– 1/2" Componenti Y/C S-VHS

– 1/2” Componenti YCbCr Betamax

– 1/2" Codificato VHS

– 3/4" Codificato U-Matic (SP)

– 1" Codificaito Pollice

I formati dei supporti digitali

– 19 mm Componenti D-1

– 19 mm Codificato D-2

– 1/2" Codificato D-3

– 1/2" Componenti D-5

– 1/2" Componenti DigiBeta

– 19 mm Codificato DCT

– 1/4” Compresso 4:2:0 DV

– 1/4” Compresso 4:1:1 DVC Pro

– 1/4” Compresso 4:2:0 DVCam

– 1/2” Compresso 4:1:1 Betacam SX

– 1/2” Compresso 4:2:2 Digital-S

I nuovi formati

Formato Camp. Comp. Time code Lettura cass. DV

Lettura su

macchine consumer DV Tipo di nastro Video Data Rate Canali Audio

DV 4:2:0 5:1 Yes ------ ------ Metal Evap. 24.948 mbps

48 Khz 16-bit

2 canali

DVCPRO 4:1:1 5:1 LTC+VITC Yes Playback No Metal Particle 24.948 mbps

48 Khz

16-bit 2 canali

1 cue track

Digital S 4:2:2 3.3:1 LTC+VITC No No Metal Particle 50 mbps

48 Khz

16-bit 2 PCM

2 cue tracks

DVCAM 4:2:0 5:1 LTC+VITC Si Si Metal Evap. 24.948 mbps

48 Khz

16-bit4 canali

2*32 Khz 12-bit

Codificato Digitale

• Il campionamento avviene sul solo segnale codificato che già contiene in se modulate in quadratura le componenti colore

• Due frequenze di campionamento diverse per PAL e NTSC– PAL = 17,7 MHz = 4xFsc (4x4,43 MHz)– NTSC = 14,3 MHz 4xFsc (4x3,58 MHz)

Compresso vs. Non compresso

• E soprattutto compresso come ?• Compressione Lossy vs. Lossless

Consumer vs. Broadcast vs. Studio

• Consumer: Fruizione– Composito bassa qualità

• Broadcast: Trasmissione – RF-digitale-compresso qualità medio alta

• Studio: Trattamento– Digitale-Componenti qualità altissima

Fin qui la storia e l’uso professionale

• Ora vediamo il presente, il futuro e soprattutto dal punto di vista dell’utente

Nuove fruizioni

• Aspect ratio 16:9– Nonostante esista anche in versioni

analogiche (PAL Plus, WSS, …) con la piattaforma digitale vede uno sviluppo sempre maggiore, soprattutto perché la produzione 16:9 diventa semplice.

Aspect Ratio

MPEG2

• utilizzato soprattutto per la trasmissione.

• Basato su Motion-prediction, quindi non frame-accurate.

• Incorpora HDTV

• Di recente: studio profile, compressione MPEG-2 con campionamento 4:2:2 (422P@ML)

La catena di produzione

• Ripresa televisiva (telecamera).

• Registratore

• Post produzione

• Editing

• Trasmissione del lavoro finito.

Da dove passa un segnale video?

• su un cavo

• su una fibra ottica.

• nell’etere (trasmissione)

• per mezzo di ponti (trasmissione punto punto)

• per mezzo di trasmettitori terresti (diffusione)

• per mezzo di satelliti (tx punto punto, e diffusione)

• Su matrici, distributori, TBC, convertitori, riduttori di rumore, Pre-processors, VTR, DDR, computer, telecinema, up-stream converters, format converters....

Editing

• La composizione di sequenze diverse

Field-Frame accuracy

• Storicamente il segnale codificato non poteva venire utilizzato per l’editing perché la sottoportante colore ritorna in fase ogni 4 frame.

• I segnali MPEG-2 non possono venire utilizzati per l’editing perche basano la loro compressione su dei GOP (Group Of Pictures). Tipicamente sono 12 frame, non interrompibili se non a costo di perdere qualità

Time Base Correction

• Le testine dei VTR vengono fatte ruotare per aumentare la velocità relativa ed aumentare così la banda disponibile.

• Tale rotazione esalta i disallineamenti o le imprecisioni del nastro

• La scansione meccanica introduce errori istantanei di temporizzazione che devono essere corretti

• Tale correzione viene fatta da un TBC (corregge anche imperfezioni di fase sulla crominanza)

Il futuro: HDTV/ATV 16:9

• HDTV SMPTE240M: 1125/60 e 1250/50, 2:1 interlacing, Aspect ratio 16:9

• Trasmissione video compressa digitale MPEG-2

• Trasmissione Audio compressa digitale Dolby Digital (AC-3)

Quanti formati ?

• Attenzione alle definizioni• Nell’HDTV possono nascere confusioni

dovute alla mancanza di una denominazione comune.– 1125/60– 1250/50– 1080i– 1080p– 720p

Quale è il migliore formato ?

• Impossibile dirlo

• Non è solo una questione di definizione

• Sembra più importante la differenza tra Interlacciato e progressivo

• La scelta ormai è tra 1080i e 720p

E di quanta banda ha bisogno ?

• Facciamo l’esempio del 1125/60i:– 30 frames per second– 1125 lines per frame – 2200 pixels per line (1920 + horizontal blanking interval) – 2 words per pixel (4:2:2 sampling)– 10 bits per word

• 30 * 1125 * 2200 * 2 * 10 = 1.485 gigabit/sec

• In realtà aggiustando le aree di blanking orizzontale e verticale si può utilizzare lo stesso datarate per tutti i formati HDTV: 1920x1080@60i, 1920x1080@30p, 1920x1080@24p, 1920x1080@24sf, 1280x720@60p.

Glossario

• Da: “American Cinematographer Video Manual”• Aperture- The opening which allows light to pass through a camera lens. An adjustable diaphragm is used to control the size of the opening.• Artifact- A side effect in video or audio caused by signal processing. In video, Artifact is usually a term describing a defect or flaw in the image.• Aspect Ratio- The ratio of the width of an image to its height. A standard NTSC image has a 4:3 aspect ratio. Most enhanced and high definition video systems

have a 16:9 aspect ratio.• Average Picture Level (APL)- The average signal level with respect to blanking during the active picture time. APL is expressed as a percentage of the

difference between the blanking and reference white levels.• Bandwidth- The range between the lowest and highest limiting frequencies of an electronic system. In video, the term (measured in megahertz: MHz) is used to

describe the technical boundaries of equipment. NTSC television channels have a bandwidth of 6 MHz. The greater the bandwidth, the more information a TV system can carry.

• Beam- The directed flow of bombarding electrons in a TV picture tube.• Beam-Splitter Prism- The optical block in a video camera onto which three CCD sensors are mounted. The optics split the reg, green and blue wavelengths of

light for the camera.• BNC Connector- Standard twist-connector for attaching coaxial cable to professional video equipment.• CCD (Charge-Coupled Device)- A light-sensitive semi-conductor used as an image sensor in video cameras.• Capstan Servo- The regulating device of the capstan as it passes tape through a video tape recorder.• Coefficient Recording- A form of data bit-rate reduction used by Sony in its Digital Betacam format and with its D-2 component recording accessory, the DFX-

C2. Co-efficient recording uses a discrete cosine transformation and a proprietary information handling scheme to lower the data rate generated by a full bit-rate component digital signal. Such a data bit-rate reduction system allows component digital picture information to be recorded more efficiently on VTRs.

• CRT (Cathode Ray Tube)- Display device, or picture tube, for video information.• CCU (Camera Control Unit)- The remote control device used to set parameters for one or more television cameras.• Chrominance- The colour information in a TV picture. Chrominance can be further broken down into two properties of colour: hue and saturation. Also called

chroma.• Chrominance-to-Burst Phase- The difference between the expected phase and the actual phase of the chrominance portion of the video signal relative to burst

phase.• Chrominance-to-Luminance Delay- The difference in time that it takes for the chrominance portion of the video signal to pass through a system relative to the

time it takes for the luminance portion. Also called relative chroma time.• Chrominance-to-Luminance Gain- The difference between the gain of the of the chrominance portion of the video signal and the gain of the luminance portion as

they pass through a system.• Clipping- A video circuit that blocks highlights in the video signal which exceed 100 IRE units.• Colour Balance- Adjustment of the colour circuitry of a TV camera to the colour temperature of the light source for a given scene.

Glossario (cont.)

• Colour Bars- An electronically-generated test signal usually consisting of six vertical strips of color• Colour Burst- The burst of colour subcarrier added to the back porch of the composite video signal. It serves as a frequency and phase

reference for the chrominance signal.• Colour Temperature- A measurement of the proportional amounts of the three primary colours (R, G, B) in a light source.• Composite Video- A single video signal containing all of the necessary information to reproduce a colour picture.• Contrast- The range in brightness between the darkest and brightest areas of a picture.• Coaxial Cable- A single conductor, braid-shielded cable used to carry video signals. Has a 75 ohm impedance.• Decibel- A logarithmic unit that expresses the ratio between a signal and a reference signal. For voltages, dB=20 log (V measured/V nominal). • Depth of Field- The portion of an mage that is in focus.• Digital Signal Processing (DSP)- When applied to video cameras, DSP means that the analog signal from the CCD sensors is converted to a

digital signal. It is then processed for signal separation, bandwidth settings and signal adjustments. After processing, the video signal either remains in the digital domain for recording by a digital VTR or is converted back into an analog signal for recording or transmission. DSP is also being used in other parts of the video chain, including VTRs, and switching and routing devices.

• Differential Gain- Variation in the gain of the chrominance signal as the luminance signal on which it rides is varied from blanking to white level.

• Differential Phase- Variation in the phase of the chrominance subcarrier as the luminance signal on which it rides is varied from blanking to white level.

• Encoder- The circuit in a TV camera which combines the R, G, and B information into composite colour video. NTSC, PAL, and SECAM have different encoding systems.

• Field- Half of the information in a frame of interlaced video. Represents one complete vertical scan of an image. The NTSC system rate is 59.94 fields per second.

• Frame- Two fields of 262.5 interlaced scanning lines. In NTSC, a frame makes up one complete video picture.• Frequency- The rate of occurrence of events in a system. The frequency of electrical signals is measured in Hertz, or cycles per second.• Frequency Response- A system's gain characteristic versus frequency. Frequency response is often stated as a range of single frequencies

over which gain varies by less than a specified amount.• Gamma- A term that describes the tonal reproduction characteristics of a video signal.• Graticule- The calibrated scale for quantifying information on a waveform monitor or vectorscope screen. The graticule can be silk-screened

onto the CRT face plate (internal graticule), silk-screened onto a piece of plastic or glass that fits in front of the CRT (external graticule), or it can be electronically generated as part of the display.

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• HDTV Production Standard- An existing standard, known as SMPTE240M, has been established for the production of high definition TV programming. The standard has 1125 lines, 2:1 interlace, a 16:9 aspect ratio and is field and frame compatible with NTSC.

• Helical Recording- A video recording method in which the information is recorded in diagonal tracks. Also known as slant-track recording.• Hertz (Hz)- One cycle per second. The term was derived from the name of the 19th century German physicist, Heinrich Hertz.• Horizontal Resolution- The number of vertical lines that can be observed by a video camera in a horizontal direction on a TV test chart.• Interlaced Scanning- A display technique in which each Tv picture, or frame, is produced using two sequential fields. One field contains the off-

numbered lines, and the other the even-numbered lines. The TV tube is scanned twice, with the lines of the two fields interleaved, or interlaced. The technique eliminates visible flicker which can be annoying at low frame rates.

• Insertion Gain- The gain (or loss) in overall signal amplitude introduced by a piece of equipment in the signal path. Insertion gain is expressed as a percent (V out-V in) / (V in x 100).

• IRE- A relative unit of measure on a waveform monitor (introduced by the Institute of Radio Engineers). One IRE equals 1/140th of the composite video signal's peak-to-peak voltage.

• Image Enhancer- A device used to sharpen transition lines in a video picture.• Kilohertz (kHz)- One thousand cycles per second.• Low Frequency Amplitude Distortion- A variation in amplitude level that occurs as a function of frequencies below 1 MHz.• Luminance- The brightness information in the TV picture. The luminance signal amplitude varies in proportion to the brightness of the televised scene

and is therefore capable of producing a complete monochrome picture.• Luminance Nonlinearity- The degree to which the luminance signal gain is affected by changes in the luminance level.• Megahertz (MHz)- Millions of cycles per second.• NTSC (National Television Systems Committee)- A US engineering group that developed a black and white TV standard in the early 40s and a colour

standard in the early 50s. Those standards-now called NTSC- are currently used in the US, Canada, and Japan.• PAL (Phase Alternating Line)- The European colour TV system using a 50 cycle power source, 625 scan lines per frame, and 25 frames per second.• Pedestal- Two meanings in video. It can mean the portion of the video signal that reproduces black OR a camera mounting device which allows 'up' and

'down' camera movement.• Pixel- A picture element, the smallest part of a TV imaging device. CCD semi-conductors used in today's (1994) best NTSC cameras have in excess of

500,000 pixels.• Processing Amplifier- An analog circuit that allows the luminance and chrominance parameters in a video camera to be controlled.• Progressive Scanning (aka Sequential Scanning)- A video format in which each scan line follows the previous in progression. Unlike interlace scanning,

the field and frame rate are identical in a progressive scanning system.• Relative Chroma Level- See chrominance-to-luminance gain.• Resolution- The measure of image detail in a TV system. Calcyulated in resolvable lines per picture width and height.

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• RF Output- RF stands for Radio Frequency. An RF output on a video recorder allows picture and sound to be played over a vacant channel in a conventional TV receiver.

• RGB- The red, green, and blue components of the video signal.• Saturation- The variable property of colour that is determined by its purity, or its lack of dilution by white light. Highly saturated colours are vivid whille

desaturated ones will appear more pastel.• SECAM (SEquential Colour And Memory)- A colour TV system using a 50 cycle power source, 625 scan lines per frame and 25 frames per second. Colour

signals are encoded differently from PAL. Used in France and elsewhere.• Signal-to-Noise Ratio (SNR)- The ratio in decibels of the maximum peak-to-peak voltage of the TV signal (sometimes including sync) to the voltage of the noise

at any point. The higher the ratio, the better.• SMPTE (Society of Motion Picture and TV Engineers)- An industry organisation which sets standards and specifications in the film and TV industries.• Subcarrier- The 3.58 MHz signal that is modulated by the colour information to form a chrominance signal.• Sweep Signal- A signal whose frequency is varied through a given frequency range.• Sync- A -40 IRE pulse used to ensure correct timing relationships throughout the TV system.• TBC (Time-Base Corrector)- A digital device which compensates for timing errors in a videotape recorder.• Temporal- Relating to time.• VCR- Video Cassette Recorder.• Vectorscope- A form of oscilloscope which graphically shows the relationship between hue and colour saturation.• VITS (Vertical Interval Test Signal)- A signal that can be used for in service testing by inserting it on a specific line, or lines, in the vertical interval.• VTR- Video Tape Recorder (applies to open reel recorders).• Waveform Monitor- A form of oscillioscope which graphically displays the level of a video signal.• White Balance- The colour balancing procedure for a video camera. Allows a camera to 'see' white under a given lighting condition.• Zebra Pattern- A camera viewfinder display that places stripes over a part of an image which has reached a pre-determined video level, usually set at about 70

IRE units and used to ensure correct exposure of skintones.• Zoom Lens- A lens which has a continuously variable focal length from wide angle to telephoto.