REPREZENTAREA DATELOR VIDEO DIGITALE

1
REPREZENTAREA DATELOR VIDEO DIGITALE
2
Cuprins Film, televiziune, cinema si
video Standarde video Afisare video si
film Camere video Rezolutia si largimea de banda
video analogic Rezolutia si largimea de banda
video digital Medii de distributie video
digital Productia de video digital, film si
televiziune
3
Film, televiziune, cinema si video Istoricul
filmului, televiziunii si video digital
4
(No Transcript)
5
Filmul si video se bazeaza pe acelasi fenomen de
perceptie umana, persistenta vederii, tendinta
ochiului uman de a continua sa vada o imagine
pentru inca un scurt interval de timp dupa ce
aceasta a disparut. Un alt fenomen implicat
este fuziunea flikerului, abilitatea sistemului
vizual uman de a fuziona imagini succesive intr-o
singura imagine in miscare. Astfel o imagine in
miscare este creata printr-o secventa de imagini
statice numite cadre (frames). Viteza cu care
sunt afisate aceste imagini este rata de cadre.
Experimental s-a stabilit ca este necesara o rata
de 40 de cadre /sec pentru a evita flikerul. Rata
de cadre pentru filme a fost adoptata la 24
cadre/sec, dar obiectivul aparatului de proiectie
(oblon shutter) arata fiecare cadru de doua
ori, fiind astfel afisate 48 de imagini pe
secunda.
6
Film. Denumirea de film provine de la suportul
folosit (banda de celuloid), dotata cu perforatii
pentru antrenarea prin aparatul de proiectie. Pe
film exista si o pista de sunet. Un film tipic
are 35 mm latime cu 4 perforatii pe fiecare
cadru. Nu exista o rezolutie ca in cazul digital,
dar calitatea filmului este data de granulatia
acestuia. La trecerea unui film in format digital
(pe video) se utilizeaza scannere cu rezolutie
mare, utilizand 12 biti/pixel/culoare (in loc de
8), ceea ce genereaza o cantitate foarte mare de
informatie (se utilizeaza compresia pentru
reducerea volumului de date). Filmele mute si
primele filme sonore au fost realizate pe film de
16 mm (introdus de Eastman Kodak in 1923), cu
raport de aspect (aspect ratio), adica raportul
latimeinaltime, 1.331 (raport de aspect
Academie sau apertura Academie, dupa Academy of
Motion Picture Arts and Science).
7
(No Transcript)
8
Dupa aparitia televiziunii pentru captarea
publicului a aparut raportul de aspect 1.851
(ecran lat wide screen), utilizand solutii
ca -Vista Vision de la Paramount Pictures (anii
1950) prin rotirea cadrului cu 90 grade, filmul
fiind derulat pe orizontala -lentile
anamorfice, o lentila preia imaginea panoramica
si o introduce stramtata pe un film de 35 mm, iar
la redare o alta lentila alungeste si proiecteaza
imaginea pe ecran lat (rezulta rapoarte de 2.351
si 2.391).
9
(No Transcript)
10
Un ecran si mai lat se poate obtine pe film de 70
mm (referit ca 65 mm, ceea ce intra in proiector
plus 5 mm pentru pista de sunet). Raportul
standard este de 2.21. La cinema IMAX pe filmul
de 70 mm se atinge raportul de 1.431, filmul
fiind derulat pe orizontala (ca la Vista
Vision). Aceste aspecte ale filmelor se regasesc
si la video.
11
Televiziune. Televiziunea standard SDTV
(standard-definition television), raport de
aspect 43, a fost transmisa prin unde radio,
prin statii terestre, iar incepand din anii 1970
s-au utilizat si sateliti pentru transmisie. DBS
(Direct Broadcast Satelite) s-a receptionat
direct in locuinta in anii 1980 si 1990, cu
ajutorul unei antene parabolice. Prima mare
companie DBS din America de Nord a fost DirectTV
(1994), in competitie cu Disk Network a lui
EchoStar. In 1981 compania de transmisie
japoneza NHK a inceput sa transmita ceea ce va
deveni HDTV (high-definition television), in
forma analogica cu 1125 linii/cadru, raport de
aspect 169 si rata de 30 cadre/s. HDTV curent
are raportul 169, sunet surround si una din
rezolutiile 1920x1080 (scanare intretesuta),
1920x1080 (scanare progresiva) sau 1280x720
(scanare progresiva), referite ca 1080i, 1080p si
respectiv 720p. Pentru transmisia diferitelor
tipuri de televiziuni TV analog, DTV si HDTV se
utilizeaza cablul sau satelitii, tendinta fiind
catre televiziunea digitala.
12
Standarde video In televiziune exista trei
standarde importante NTSC (dezvoltat de
National Television Systems Committee), PAL
(Phase Alternating Line) si SECAM (Système
Electronique Couleur Avec Mémoire). NTSC este
utilizat in America de Nord, Japonia, Taiwan si
zone din America Caraibiana si de Sud. Primul
program de televiziune comerciala monocroma
(alb-negru!?) a fost transmis in SUA in 1941, cu
standard dezvoltat de NTSC. Standardul NTSC color
a fost publicat in 1954, acoperind VCR (video
cassette recorder), televiziune digitala prin
cablu, HDTV si video digital. Deoarece in Europa
s-a utilizat o tehnologie diferita a fost necesar
un standard diferit, PAL, utilizat in Europa
(Italia, Belgia, Austria, Germania, Anglia),
Australia, Asia, Africa si America de Sud. SECAM
a fost dezvoltat in Franta si acceptat pentru
transmisie color in 1967, fiind adoptat in Europa
de Est.
13
Cu dezvoltarea video digital erau necesare
standarde pentru transmisia si stocarea datelor
video digitale. ITU (International
Telecommunication Union) din cadrul United
International System reunind reprezentati ai
guvernului si sectorului privat, a dezvoltat
standarde pentru telecomunicatii globale. Are
trei departamente ITU-R (radio communication),
ITU-T (telecom standardization) si ITU-D (telecom
development). SMPTE (Society for Motion Picture
and Television Engineers) a contribuit la
dezvoltarea de standarde video digitale
internationale. Impreuna cu ITU a lucrat la
interschimbul fisierelor video digitale NTSC, PAL
si SECAM. In anii 1990 s-au dezvoltat
standardele internationale de transmisie a
televiziunii digitale (DTV). Exista trei
organizatii principale de standarde pentru DTV
ATSC in America de Nord, DVB in Europa si ISDB in
Japonia. Toate cele trei standarde utilizeaza
compresia video MPEG-2 si compresia audio Dolby,
diferenta majora constand in schemele de
modulatie in frecventa radio utilizate pentru
transmisie.
14
ATSC (Advanced Television Systems Committee)
este o organizatie nonprofit internationala care
dezvolta standarde pentru televiziunea digitala.
A dezvoltat standarde DTV pentru SUA si
Canada. DVB (Digital Video Broadcasting Project)
a dezvoltat standarde pentru televiziunea
digitala in Europa. Este un consortiu de
fabricanti, transmitatori, operatori de retea,
dezvoltatori de software. Standardele DVB au fost
promulgate de ETSI (European Telecommunications
Standards Institute). In Japonia standardele
video digital au fost dezvoltate de ISDB
(Integrated Services Digital Broadcasting). La
fel ca ATSC si DVB, ISDB utilizeaza compresia
video MPEG-2 si compresia audio Dolby. Primul
sistem HDTV a fost lansat la sfarsitul anilor
1960, utilizand transmisia prin satelit, guvernat
de sistemul de transmisie publica NHK. Initial a
fost analogic. Versiunea din 1990, esential
analogica, dar cu metode de compresie din
tehnologia digitala, a fost cunoscuta in SUA ca
MUSE (Multiple sub-Nyquist Sampling Encoding),
avand urmatoarele caracteristici 1125
lini/cadru, 30 cadre/s, raport de aspect 169 si
o largime de banda de 24 MHz (televiziunea
standard are largimea de banda de 6 MHz).
15
Simultan cu evolutia HDTV, au fost dezvoltate
standarde pentru televiziunea digitala in SUA,
Europa si Japonia. In SUA noua tehnologie a fost
denumita advanced television system,
reprezentand SDTV si HDTV. In 1990 General
Instruments Corporation a introdus primul sistem
HDTV complet digital, iar apoi inca trei. S-a
format Grand Alliance, consortiu industrial
incluzand General Instruments, ATT,
Massachusetts Institute of Technology, David
Sarnoff Research Center, Philips, Zenith si
Thomson Electronics. Grand Alliance a propus un
sistem HDTV, care a inclus si DTV (fiind adaugat
SDTV digital). In 1996 propunerea de DTV a fost
adoptata ca standard ATSC A/53. In Europa in
1993 a fost organizat proiectul DVB pentru
crearea unui sistem complet digital, rezultand
standardul DVB-T aprobat in 1995, utilizand
compresia MPEG-2 pentru video. Japonia a inceput
dezvoltarea unui standard de televiziune digitala
in 1994, culminand in 1999 cu un sistem de
transmisie terestra aprobat de ITU-R, numit
Integrated Services Digital Broadcasting for
Terrestrial (ISDB-T), aplicabil pentru
televiziune si radio. De asemenea utilizeaza
MPEG-2 pentru compresia video si o forma MPEG
pentru compresia audio.
16
Standardele ATSC, DVB si ISDB au fost adoptate
si in afara statelor de origine. Astfel -ATSC
Canada, Taiwan, Corea de Sud, Argentina si
Mexic -DVB Anglia, Spania si Suedia -ISDB
numai in Japonia. Un sumar al standardelor pentru
televiziunea digitala terestra
17
Afisare video si film Atat video cat si filmul
se afiseaza printr-o succesiune de imagini
discrete, astfel film 24 cadre/s, video NTSC 30
cadre/s, video PAL si SECAM 25 cadre/s. In timp
ce cadrul de film este o imagine continua, cadrul
video este impartita in linii. Numarul de linii
la video analog este NTSC 525 linii/cadru, iar
la PAL si SECM 625 linii/cadru. Video este
afisat (si inregistrat) prin scanare de rastru
(deplasari stanga-dreapta si sus-jos). Dupa
terminarea unei linii are loc intoarcerea pe
orizontala, iar dupa un cadru intoarcerea pe
verticala.
18
Pana nu demult dispozitivul de baza de afisare a
fost tubul catodic (cathode ray tube CRT).
Fasciculul de electroni baleiaza ecranul activand
celulele fosforescente (cate o celula pentru
fiecare pixel la tubul monocrom, respectiv cate
trei celule la tubul color RGB). Scanarea se
poate face fie intretesut, fie progresiv. In
scanarea intretesuta, utilizata de monitoarele de
televiziune analogica, un cadru este impartit in
doua campuri campul de sus (impar) continand
liniile impare si campul de jos (par) continand
liniile pare.
19
(No Transcript)
20
Standardele video sunt caracterizate mai degraba
de rata de campuri decat rata de cadre. Astfel
PAL si SECAM utilizeaza 50 campuri/s (deci 25 de
cadre/s), iar NTSC 59.94 campuri/s (deci 29.97
cadre/s). Scanarea intretesuta rezolva problema
flikerului (ochiul uman necesita minim 40 cadre/s
pentru a percepe o miscare continua). In
scanarea progresiva fiecare cadru este scanat
linie cu linie de sus in jos (un cadru are un
singur camp, deci rata de cadre este identica cu
rata de campuri). Se utilizeaza in multe
monitoare de calculator si in DTV. Pentru unele
specificatii video se adauga sufixul i sau p
indicand tipul de scanare intretesuta sau
progresiva. Raportul de aspect pentru
televiziunea standard bazata pe CRT este 43
(1.331).
21
Cu dezvoltarea HDTV mai ales dupa anul 2000 au
fost dezvoltate noi echipamente de afisare, cu
rezolutie mare si raport de aspect
largit. Display LCD se bazeaza pe cristale
lichide carora li se aplica curenti electrici
emitand lumina. Avantaj echipament plat (nu
necesita spatiu ca la CRT). Furnizeaza o imagine
foarte clara. Se utilizeaza pentru calculatoare
si televiziune. Display plasma utilizeaza un
gaz inert (xenon sau neon) caruia i se aplica
tensiuni electrice. Curentul electric genereaza
eliberarea de fotoni, care excita fosforul ce
emite lumina vizibila. De asemenea poate fi plat
si furnizeaza o imagine clara.
22
Display DLP (digital light processing)
utilizeaza un DMD (digital micromirror device),
care are milioane de oglinzi microscopice
aranjate intr-o arie rectangulara. Oglinzile sunt
inclinate in unghiuri variabile pentru a proiecta
lumina si deci culori pe ecranul display-ului.
Popularitatea a rezultat din dimensiunile mai
mari decat LCD si plasma, oferind claritate si
rezolutie mare la un pret bun. Dezavantaj nu
este plat. Display-urile LCD, plasma si DLP au
dimensiuni intre 30 si 100, un raport de aspect
169 (1.781), in trei versiuni 1080i 1920x1080
cu scanare intretesuta 1080p 1920x1080 cu
scanare progresiva 720p 1280x720 cu scanare
progresiva. Acestea sunt valori de pixeli logici,
adica poate accepta semnal cu aceste rezolutii
per cadru. Rezolutia fizica de fabricatie poate
sa fie diferita (de exemplu 1024x768), caz in
care pixelii logici sunt mapati in pixelii fizici.
23
De asemenea la redarea unui video DVD cu format
standard 720x480 (32) pe ecranul unui
calculator, se realizeaza maparea pixelilor
logici in pixeli fizici, de exemplu 640x480
(43). O comparatie a rapoartelor de aspect 43
si 169 se face in figura urmatoare
24
O alta caracteristica raport de aspect pentru
pixel. La televizor standard raportul este 0.91,
iar la calculator este patrat 11. Trebuie sa se
tina cont daca de exemplu se insereaza intr-un
video o imagine realizata pe calculator.
Fiecare pixel este o combinatie a celor trei
culori de baza RGB integrarea acestor culori
intr-una singura se face de catre ochiul uman.
25
Camere video In practica se utilizeaza trei
formate de transmisie color (in ordinea
descrescatoare a calitatii) componenta, S-video
si compusa. Modelele color impart culoarea in
trei componente. Pentru imagini digitale statice
se utilizeaza adesea modelul RGB, culoarea fiind
separata in trei componente rosu, verde si
albastru. In video analogic modelele de
luminanta/crominanta (cum sunt YUV si YIQ) sunt
mai eficiente, acestea necesitand o componenta de
luminanta si doua de crominanta. Cele trei
componente de informatii se pot transmite
intr-una din cele trei modalitati componenta,
S-video si compusa, indiferent daca se transmit
prin cablu sau prin aer.
26
In video component (component video) se
transmite cate un semnal separat pentru fiecare
din cele trei componente de luminanta/crominanta.
Exista trei conectori separati. Reprezinta cea
mai buna si precisa solutie, eliminand
interferentele.
27
S-video utilizeaza doua cai de date una pentru
luminanta si una pentru cele doua componente de
crominanta. Conectorul

Standardul S-video este utilizat de video Hi-8 si
S-VHS.
28
Video compus (composite video) este un semnal
video care este transmis numai printr-un singur
canal, deci un singur canal de transmisie sau o
singura conexiune fizica intre dispozitive.
Exemplu recorder VCR (video cassette recorder)
cu banda VHS. Dezavantaj pot sa apara
interferente intre componentele de culoare si
luminanta, astfel este cea mai slaba solutie.
29
Banda video. Initial transmisiile de televiziune
erau live. Ulterior emisiunile au fost
inregistrate prin tehnica kinescopie (se filma
ecranul unui televizor, apoi filmul era proiectat
si capturat din nou cu o camera video pentru
tranmisie). Banda video a fost inventata in 1956
si a inlocuit treptat procesul kinescop. Camera
video memoreaza pe o banda de plastic magnetizata
imaginea linie cu linie, informatia video fiind
depusa in diagonala, iar cea audio pe marginea
benzii.
30
Camere video analogice. Camera video cea mai
populara in SUA in anii 1980 (impreuna cu VCR
corespunzator) a fost VHS, fiind apoi inlocuita
cu formate avand rezolutie mai mare si o calitate
mai buna a culorilor S-VHS si Hi-8, cu semnal
S-video, caseta mai mica, deci si camera mai
mica. De o calitate mai buna au fost camerele
Betacam, utilizate in televiziune.
Rezolutia verticala este data de numarul de linii
dintr-un cadru. Numarul de linii pentru
standardele NTSC, PAL si SECAM este 525, 625,
respectiv 625. Rezolutia orizontala este doar o
estimare (video analogic trimite un semnal
continuu).
31
Camere video digitale. Camera video digitala
preia de asemenea intensitatea luminoasa care
trece prin lentile, dar in loc sa o transforme in
semnal analogic continuu, o codifica in valori de
pixeli care pot fi memorati pe o banda video.
Intre 1980 si 2000 formatele digitale au evoluat
fiind desemnate prin D1 pana la D12 (fara D4 si
D8). D1 reprezenta video digital necomprimat
memorat pe banda de 19 mm (3/4) si transmis prin
semnal component utilizand subesantionarea YUV
422, necesitand astfel o banda larga. D2
reduce largimea de banda prin transmiterea
semnalului compus. Formatele video digitale
comprimate apar in 1996 si sunt referite ca DV.
Standardul DV, inclusiv compresia DV, a fost
lansat oficial in 1999 si descris in documentul
Blue Book, numit astazi IEC 61834
(International Electrotechnical Commisision,
organizatie de standarde legata de ITU). Au urmat
o serie de variante ale standardului, dintre care
cel mai popular este Mini-DV (compact). Au
aparut si standarde video digitale mai noi, in
special legate de HDTV. Evolutia video digital
este prezentata in tabela urmatoare
32
(No Transcript)
33
Aceste standarde difera printr-o serie de
parametri. De exemplu subesantionarea crominantei
cu 422 retine mai multa informatie de culoare
decat 411, dar conduce la fisiere mai mari. Cu
cat rata de compresie este mai mica, cu atat rata
de biti este mai mare, necesitand conexiuni
rapide si memorie mare. Cu cat banda video este
mai larga cu atat semnalul este mai robust.
34
Formatele DV au fost extinse pentru a include
HDTV, primul a fost D6, format necomprimat,
subesantionare de crominanta 422 si rata de
biti 1.2 Gb/s. In 1997-1998 Sony a introdus
HDCAM, un format de banda video HDTV, cu
rezolutie 1440x1080, scanare intretesuta sau
progresiva, subesantionare de crominanta 311
(preia un esantion de crominanta pentru fiecare
trei esantioane de luminanta, reducand de la 9 la
5 octeti pentru fiecare 3 pixeli), compresie
M-JPEG cu o rata de 135 Mb/s. HDV este un format
de inalta definitie, lansat de JVC si Sony,
adoptat de Canon si Sharp. Rata de date este 19.7
Mb/s pentru 720p si 25 Mb/s pentru 1080.
Utilizeaza compresia MPEG-2. Utilizeaza aceeasi
banda ca mini-DV. Un sumar pentru formatele HDTV
35
(No Transcript)
36
Rezolutia si largimea de banda video analogic Se
considera o singura linie dintr-un cadru video
se poate reprezenta ca o forma de unda a carei
amplitudine variaza in functie de intensitatea
luminoasa (nivelul de gri) din imagine. Video
analogic (cat si cel digital) are o rezolutie
verticala fixa, numarul de linii per cadru.
Rezolutia orizontala este o chestiune diferita
se poate specifica precis rezolutia orizontala
pentru video digital, dar nu si pentru cel
analogic. Pentru video analogic se pot specifica
limitele, care depind de echipamentul video si de
largimea de banda a semnalului. Se considera trei
linii video, cu reprezentarea semnalelor
corespunzatoare
37
(No Transcript)
38
Rezolutia orizontala este o functie de componenta
de frecventa cea mai mare a undei. In tabela de
Camere video analogice se prezinta cateva
valori pentru rezolutia orizontala. Se observa ca
VHS are rezolutie mai mica decat Video-8, iar
acesta mai mica decat S_VHS. Rezolutia
orizontala este legata de largimea de banda
(numarul de schimbari ale semnalului in unitatea
de timp), masurata in cicluri pe secunda (este o
masura de frecventa). Largimea de banda este
setata de standardul video. De exemplu NTSC
specifica largimea de banda de 6 MHz (4.2 MHz
pentru luminanta, 1.5 MHz pentru crominanta si
restul pentru audio). Standardele sunt comparate
in tabelul urmator
39
(No Transcript)
40
Timingul pentru o linie video NTSC
41
Impulsul negativ de la inceput este intoarcerea
pe orizontala cu durata de 10.9 µs, in timp ce
linia activa dureaza 52.7 µs (linia totala este
63.56 µs). Cand se ajunge la sfarsitul cadrului,
se face intoarcerea pe verticala (intervalul de
blancare pe verticala). Este necesar sa se faca
distinctie intre numar total de linii si numar de
linii active intr-un cadru. Astfel la NTSC sunt
525 linii in total, dar numai 480 sunt linii
active. Se poate calcula durata unui
cadru 0.00006356 s/linie 525 lini/cadru
0.33369 s/cadru 29.97 cadre/s In afara liniilor
active, celelalte linii sunt rezervate pentru
intoarcerea pe verticala si pentru alte
informatii.
42
Relatia dintre largimea de banda si frecventa.
Se considera o unda de frecventa maxima f,
reprezentand schimbarile de luminanta (punctele
de maxim sunt puncte albe, iar cele de minim sunt
puncte negre). Astfel un ciclu (o perioada) a
semnalului poate comunica doua puncte (piese de
informatie) un punct alb si unul negru, puncte
care daca sunt considerate esantioane rezulta o
rata de esantionare 2f. Exemplu frecventa maxima
a undei este 10.000 cicluri/s, rezulta o rata
maxima de 20.000 esantioane/s. Se considera
largimea de banda pentru luminanta de 4.2 MHz
(din cei 6 MHz largimea de banda totala la NTSC),
care poate sa produca o rata de esantionare de
8.4 MHz (8.4 milioane esantioane pe secunda).
Daca linia activa dureaza 52.7 µs, atunci pe o
linie se pot afisa 8.400.000 esantioane/s
0.0000527 s/linie 443 esantioane/linie deci
rezulta o rezolutie orizontala de 443 esantioane,
rezolutia completa fiind 443x480, raport de
0.9231.
43
Factorul Kell. Se considera inregistrarea cu o
camera a 480 linii alternative albe si negre
(rezolutia verticala). Este posibil ca senzorul
camerei sa nu poata inregistra absolut toate
liniile. Experimental s-a constatat ca se pot
inregistra aprox. 70 dintre linii, este chiar
factorul Kell (valoarea 0.7). Este factorul cu
care trebuie inmultita rezolutia ideala verticala
pentru a obtine rezolutia efectiva care se poate
atinge. Datorita acestui factor in NTSC se poate
obtine rezolutia verticala 4800.6875330 linii,
astfel rezolutia totala efectiva este 440x330,
raport 43. Largimea de banda se poate calcula
cu formula
unde a este raport de aspect, v numar de linii
active, t timpul de transmisie o linie, k
factorul Kell. Exemplu a4/3, v480, k0.6875 si
t52.7 µs. Numarul de linii transmise pe
secunda 1/t 1 linie / 0.0000527 s 18975
linii/s Frecventa necesara este 440 18975
8349146 esantioane/s deci largimea de banda
suficienta este 4.17 MHz, gt b4.2 MHz.
44
Largimea totala de banda NTSC este 6 MHz,
impartita intre diferite componente (luminanta,
crominanta, audio si informatii auxiliare)
astfel
Acesta este un semnal compus, modulat in
amplitudine, frecventa sau faza, pe un semal
purtator. Fiecare statie de televiziune primeste
o banda de frecventa, numita canal, cu largimea
de banda de 6 MHz.
45
Se considera in continuare modulatia in
amplitudine. Fie ?c frecventa unghiulara a
semnalului purtator (c-carrier signal), ?d
frecventa unghiulara a semnalului de modulat in
amplitudine pe semnalul purtator. Atunci functia
definind unda modulata in amplitudine este
Pentru ultima expresie s-a aplicat formula
produsului de cosinusuri
In ultima expresie obtinuta apar trei componente
de frecventa, numite in ordine frecventa
purtatoare, marginea superioare (upper
sideband) si marginea inferioara (lower
sideband).
46
Graficul celor trei componente
Largimea de banda este b (fc fd) (fc fd)
2fd.
47
Standardele analogice NTSC, PAL si SECAM
utilizeaza modelele de luminanta/crominanta YIQ,
YUV si respectiv YDbDr, pentru ca s-a putut
realiza tranzitia de la televiziunea monocroma la
cea color mai usor (televizoarele monocrome pot
receptiona semnal color, ignorand informatia de
crominanta) si pentru ca modelele de
luminanta/crominanta permit o compresie mai
usoara (ochiul uman este mai sensibil la
stralucire, decat la culoare si deci sunt
necesare mai putine informatii legate de culoare,
permitand subesantionarea 411, 422 si 420).
48
Rezolutia si largimea de banda video digital In
video digital standardul BT 601 a avut un rol
determinant pentru trecerea de la video analogic
la video digital. Un scop principal a fost
interschimbul de fisiere video NTSC, PAL si
SECAM. BT 601 a adoptat numarul de linii care
erau standarde pentru NTSC si PAL analogic si a
impartit liniile in esantioane, specificand din
numarul total de linii si numarul total de
esantioane, care este zona vizibila
49
Se poate calcula rata de esantionare (presupunand
ca semnalul analogic este trimis la un convertor
analog-numeric) rata esantionare rezolutia
orizontala rezolutia verticala
cadre/s NTSC 858 525 29.97 13.5
MHz PAL 864 625 25 13.5 MHz
50
Se pot calcula largimea de banda si rata de date
pentru diferite tipuri de video digital. De
exemplu pentru tipul video D1 cu 720x480
pixeli/cadru, 29.97 cadre/s si subesantionare
422, utilizand 16 biti/pixel. Rata de biti
este 720480 pixeli/cadru 345600
pixeli/cadru 345600 pixeli/cadru 29.97 cadre/s
10 357 632 pixeli/s 10 357 632 pixeli/s 16
biti/pixel 165 722 112 biti/s 166
Mb/s (diferenta pana la 172 Mb/s cat este intr-un
tabel precedent se explica prin overhead, de
exemplu verificarea la eroare).
51
Pentru video necomprimat rata de transfer este
foarte mare 172 Mb/s sau 21.5 MB/s (prohibitiv
pentru prelucrare si afisare in timp real), iar
pentru stocare sunt necesari 77.4 GB / ora de
video. Din fericire metodele de compresie sunt
foarte eficiente, de exemplu pentru video DV rata
de compresie este aproape 51.
52
Medii de distributie video digital Aceste medii
sunt prezentate in tabelul urmator
53
CD (compact disk) capacitate 700 MB. Format de
fisier video SIF (standard input format,
source intermediate format sau source input
format), avand pentru NTSC 352x240 si rata de
cadre 30p cadre/s, iar pentru PAL 352x288 si 25p
cadre/s (dimensiunea video afisat 320x240).
Utilizand compresie MPEG-1 si subesantionare
420 se reduce rata de la 30 Mb/s la 1.2
Mb/s. VCD (video CD). SVCD (super video CD).
VCD si SVCD se pot reda pe calculatoare si unele
playere, alte playere accepta numai discuri de
firma (nu cele create de amatori, copiate). DVD
(digital video disk sau ulterior digital
versatil disk). Rata de transfer de baza 1x este
10.8 Mb/s. HD-DVD (high density DVD) in 2003,
capacitate 15 GB per fata, cele dublu strat 30
GB. Blue-Ray in 2008 lansat de Sony, stocheaza
25 GB per strat, cele dublu strat 50 GB,
memoreaza 9 ore de video HD sau 23 ore video
normal.
54
Productia de video digital, film si
televiziune Avantajele video digital in raport
cu cel analogic -calitate mai buna, in special
la nivelul consumatorului -video analogic este
mai susceptibil la zgomote -este mai simplu de
copiat video digital -video digital poate fi
editat neliniar, nu este necesara parcurgerea
fisierului pana in punctul de editare -editarea
neliniara poate face separarea activitatii pentru
imagine si pentru sunet -munca de editare este
mai usoara -aplicarea unor efecte speciale
(fade ins/outs, miscare lenta, background
mattes, green screening, color adjustments)
este mai usoara -rezultatele inregistrarii pot
fi vazute mult mai repede -unele scene pot fi
simulate digital, pentru a vedea daca pot fi
functionale -se elimina degradarea in timp a
inregistrarii analogice.
55
Productia de film. Chiar daca inregistrarile
video digitale sunt utilizate in cinematografie,
multi producatori prefera inregistrarile pe film,
deoarece filmul este furnizat intr-o varietate
larga de granulatii si sensibilitati la lumina,
ceea ce permite adaugarea unei tente artisitice
in realizarea peliculei.
56
Telcinema si pulldown. Telecinema inseamna
procesul de transfer de pe film pe video, dar
reprezinta si masina care face acest lucru
(scanarea filmului cu inalta rezolutie). Scanarea
se face cadru cu cadru. Unele dispozitive
(flying spot scanners) exploreaza un cadru cu
ajutorul unui spot subtire de lumina, care ajunge
pe un receptor captusit cu fosfor, care separa
undele corespunzatoare culorilor de baza R, G, B,
rezultand un semnal electric video. Alte
dispozitive utilizeaza tehnologia CCD, lumina
trecand prin intregul cadru, fiind receptionata
de CCD si translatata in semnal electric
video. Dificultatea principala consta in ratele
diferite de cadre (29.97 cadre/s la NTSC sau 25
cadre/s la PAL, respectiv 24 cadre/s pentru
film). O solutie este sa se scaneze cele 24 de
cadre/s, dar la redare sa se redea la rata
standard video (merge pentru PAL si SECAM cu 25
de cadre/s, rezultand o accelerare usoara a
miscarii).
57
O alta metoda este pulldown. Metoda utilizeaza
campuri intretesute de mai multe ori. La video
NTSC se utilizeaza pulldown 32. Primul pas este
incetinirea filmului cu 0.1, rezultand pentru
film 240.999 23.976 cadre/s, obtinand un
raport intre ratele de cadre film si video de
23.976/29.97 4/5, ceea ce inseamna ca pentru 4
cadre de film trebuie sa rezulte 5 cadre video.
Procesul
De fapt solutia este 2332, indicand de cate
ori sunt utilizate campurile cadrelor A, B, C si
D. Solutia poate sa conduca uneori la miscari
bruste, numite telecine judder. Asemanator la
standardele PAL si SECAM, unde trebuie adaugat un
cadru nou pentru 24 cadre de film, deci un camp
la 12 cadre, sablonul fiind 2 2 2 2 2 2 2
2 2 2 2 3.
58
Procesul poate fi aplicat si invers, filmarea pe
film, trecerea la video pentru editare si apoi
trecerea din nou pe film pentru
distributie. Dispozitivele telecinema (scannere)
au evoluat continuu (Kodak Cineon, Philips Spirit
DataCine si Cintel Klone), avand rezolutie foarte
mare (de ordinul 4000 ppi). Rezolutiile
scannerelor sunt abreviate 2K (2048x1536), 4K
(4096x3072), etc. Pentru rezolutii mai mari nu se
obtin rezultate mai bune, datorita rezolutiei
limitate de pe film. Au fost dezvoltate formate
noi de fisiere, ca Cineon (Kodak), denumirea
utilizata chiar pentru intreaga statie de lucru.
Acest format a evoluat rezultand formatul
DPX. Transferul de pe video pe film se face cu
recordere digitale de film, fie bazate pe CRT
(Celco) fie bazate pe laser (Arrilaser).
59
Desintreteserea. Desintreteserea este procesul
care genereaza un cadru coerent ce poate fi
afisat prin scanare progresiva. De remarcat
faptul ca cele doua campuri reprezinta doua
imagini luate la momente succesive. Pentru
scanarea progresiva simpla afisare a liniilor
celor doua campuri conduce la un efect de contur
crestat (combed effect). O solutie simpla
este dublarea, alegerea fie a campului par fie a
campului impar pentru un cadru. O alternativa
este medierea celor doua campuri. Ambele metode
insa reduc rezolutia cadrului. Desintreteserea
se poate realiza de televizoare proiectate
astfel. Un televizor cu scanare progresiva poate
primi video intretesut si poate sa-l
desintreteasa pentru afisare. Desintreteserea se
poate face si de programele de prelucrare de
imagini. Un cadru poate fi exportat dintr-un
program de prelucrare video, importat de un
program de prelucrare de imagini statice si
desintretesut. Nu se va obtine rezolutia
perfecta, dar imaginea va fi mai netezita.
60
Integrare film si video digital pentru
realizarea de productii comerciale. Etapele
realizarii unei productii clasice sunt
preproductia (elaborarea scenariului, crearea
bugetului, asamblarea echipei, selectarea
locatiilor), productia (filmarile), postproductia
(editarea filmului, efecte speciale, ajustarea
culorilor si luminii, realizarea filmului final)
si distributia (repartizarea la cinematografe,
publicitate). In toate aceste etape se utilizeaza
si calculatoare. In continuare se prezinta patru
diagrame cu etapele pentru realizarea de
productii comerciale
61
(No Transcript)
62
Diagramele 3 si 4 prezinta cinematografia
digitala, in care un consortiu de studiouri
Digital Cinema Initiatives (DCI) impreuna cu
SMPTE a dezvoltat un format comun de proiectoare
si sisteme de sunet in sali de cinematograf
digitale, care prevede rezolutii de 2048x1080 sau
4096x2160, 36 biti/pixel in modelul de culoare
XYZ, compresie JPEG 2000, o rata maxima de 250
Mb/s si 24 biti/esantion audio cu o rata de
esantionare de 48 sau 96 kHz necomprimat. Dintre
avantajele cinematografiei digitale usurinta de
copiere a filmelor.