guido stolfi 1 digitalização de vídeo e Áudio guido stolfi mackenzie 2 / 2007
TRANSCRIPT
Guido Stolfi 1
0 200 400 600 800 1000-2
-1
0
1
2
Digitalização de Vídeo e Áudio
Guido Stolfi
Mackenzie
2 / 2007
Guido Stolfi 2
Sinais Contínuos
• s(t) existe para todo t dentro de um intervalo• s(t) pode assumir qualquer valor entre os extremos
de amplitude
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
560 570
0.5
0.6
0.7
0.8
564.4 564.6 564.8
0.73
0.735
0.74
0.745
Guido Stolfi 3
Sinais de Tempo Discreto
• s(t) = s(nT) existe para t = nT , com n pertencendo ao conjunto dos números inteiros
0 5 10 15 20 25 30-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Guido Stolfi 4
Sinais Quantizados
• s(t) assume valores pertencentes a um conjunto discreto (v1,v2,v3…vN)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Guido Stolfi 5
Digitalização
Amostragem
+ Quantização
= Sinais de Tempo Discreto Quantizados
Seqüências de Números Inteiros
Guido Stolfi 6
Critérios para Digitalização
• Amostragem: – Banda passante
– Rebatimento Espectral (“Aliasing”)
• Quantização: – Resolução de Amplitude
– Ruído de Quantização
Guido Stolfi 7
Amostragem
Guido Stolfi 8
Conceito de Amostragem
• Amostragem consiste no processo de tomar medidas de um sinal contínuo s(t) em intervalos consecutivos, a cada T unidades.• (unidades de tempo, espaço, ângulo, etc…)
• Resulta em uma seqüência sA(nT) de valores numéricos, denominados Amostras, associados aos instantes n T
• T = Período de Amostragem
• fA = 1 / T = Freqüência (ou Taxa) de Amostragem
Guido Stolfi 9
Amostragem de um Sinal Contínuo
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Guido Stolfi 10
Reconstrução de um Sinal Amostrado
• Cada amostra sA (nT) é substituída por um pulso h(t-nT), posicionado em um ponto correspondente ao instante nT, com amplitude proporcional ao valor de sA (nT)
• Isso corresponde à convolução de sA(nT) e h(t):
• Os pulsos h(t) podem ou não apresentar superposição
)()()( thnTsts AR
Guido Stolfi 11
Convolução
0 10 20 300
0.5
1
1.5
0 10 20 300
0.5
1
1.5
h(t)sA(nT) sR(t)
h(t)sA(nT) = (t)
Guido Stolfi 12
Convolução (Tempo Discreto)
0 5 10 15 200
0.2
0.4
0.6
0.8
0 5 10 15 200
0.5
1
1.5
0 5 10 15 200
0.5
1
1.5
0 5 10 15 200
0.5
1
1.5
0 5 10 15 200
0.5
1
1.5
0 5 10 15 200
0.5
1
1.5
)()()( nTtnanTs
)()0( tha
)()1( Ttha
)2()2( Ttha
)3()3( Ttha
)()()( thnTsnTsR
Guido Stolfi 13
Exemplo: h(t) Retangular com Duração T
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
(T = 20)
Guido Stolfi 14
Exemplo: Outros Pulsos h(t)
h(t) triangularcom largura 40
h(t) gaussiano
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
-20
-10
0
10
20
Guido Stolfi 15
Teorema da Amostragem
• A reconstrução exata de um sinal amostrado é possível se o sinal for limitado em freqüência, e a taxa de amostragem for maior que o dobro da freqüência máxima do sinal.
• A função de reconstrução ideal é da forma
• Teorema de Kotelnikov / Shannon / Nyquist
T
txonde
x
xth
sen
)(
Guido Stolfi 16
Amostragem no Domínio do Tempo
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
)(ts
)( nTt
)(nTsA
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Guido Stolfi 17
Amostragem no Domínio da Freqüência
dtetsS
Sts
tj
f
)()(
)()( )2(
Transformada de Fourier:
Convolução:
)()()()(
)()()()(
thtsHS
HSthts
Guido Stolfi 18
Espectro de s(t)
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Guido Stolfi 19
Espectro da Função de Amostragem
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
20
40
60
80
100
120
140
a (t)
A()
(ms)
(Hz)
Guido Stolfi 20
Espectro do Sinal Amostrado
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
20
40
60
80
100
120
140
)(S
)(A
)(AS
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
Guido Stolfi 21
Requisito para Reconstrução
• Não pode haver superposição de espectro, após convolução entre S() e A()
• Equivale a garantir que fA 2 fM
• Reconstrução exige aplicação de um filtro passa-baixas ideal, no caso limite fA = 2 fM
Guido Stolfi 22
Filtro de Reconstrução Ideal
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
0.5
1
1.5
)(RS
)(H
)(AS
Guido Stolfi 23
Reconstrução com sen(x)/x
)(tsA
)(th
)(tsR
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
1
Guido Stolfi 24
Reconstrução com Pulso Retangular
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-2
-1
0
1
2
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
0.5
1
1.5
)(tsA
)(th
)(tsR
Guido Stolfi 25
Reconstrução com Pulso Retangular
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
20
40
60
80
100
-500 -400 -300 -100 -100 0 100 200 300 400 5000
0.5
1
1.5
)(RS
)(H
)(AS
Guido Stolfi 26
Rebatimento Espectral: fA >> 2 fM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Guido Stolfi 27
Rebatimento Espectral: fA >> 2 fM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
100
200
300
400
500
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 5000
1
2
3
4
5x 10
4
)(S
)(A
)(AS
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
20
40
60
80
100
120
140
Guido Stolfi 28
Rebatimento Espectral: fA >> 2 fM
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
1
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
)(tsA
)(th
)(tsR
Guido Stolfi 29
Rebatimento Espectral: fA < 2 fM (“Aliasing”)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
)(ts
)(ta
)(nTsA
Guido Stolfi 30
Rebatimento Espectral: fA < 2 fM (“Aliasing”)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
)(tsA
)(th
)(tsR
Guido Stolfi 31
Sistema de Amostragem
s(t)
a(t)
sA(t) sR(t)
Filtro “anti-aliasing”
Filtro de reconstrução
Função de amostragem
h(t)
Guido Stolfi 32
Filtro “Anti - Aliasing”
Faixa de Passagem
Faixa de Transição
Faixa de Rejeição
0 fM fAfA / 2
Guido Stolfi 33
Critérios para taxa de Amostragem
• Critério de Nyquist:
– fA 2fM (filtro de reconstrução ideal)
• Critério de Kell:
– fA 3fM (aproximado – filtro não ideal)
Guido Stolfi 34
Reconstrução com Pulso Retangular (Nyquist)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
fA = 2,2 fM
Guido Stolfi 35
Reconstrução com Pulso Retangular (Kell)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
fA = 3,3 fM
Guido Stolfi 36
Exemplos de Sistemas Amostrados
• Audio CD:– fM = 20 kHz
– fA = 44,1 kHz
• fA / fM = 2,205
Guido Stolfi 37
Exemplos de Sistemas Amostrados
• Telefonia:– fM = 3,4 kHz
– fA = 8 kHz
• fA / fM = 2,35
Guido Stolfi 38
Exemplos de Sistemas Amostrados
• Video Digital (NTSC):– fM = 4,2 MHz
– fA = 13,5 MHz
• fA / fM = 3,21
Guido Stolfi 39
Exemplos de Sistemas Amostrados
• Miografia (potencial muscular):– fM = 2 kHz
– fA = 200 Hz
• fA / fM = 0,1
Guido Stolfi 40
Exemplos de Sistemas Amostrados
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
Guido Stolfi 41
Exemplos de Sistemas Amostrados
• Amostragem de Sinal de Banda Estreita
• F.I. TV– fM = 44 +/- 3 MHz
– fA = 25 MHz
• fA / fM = 0,57
• fA / fBW = 4,17
Guido Stolfi 42
Amostragem de Sinal de Banda Estreita
0 25 5012,5 37,5 44
fA
0 25 5012,5 37,5 44
fA
6 19 31 56
O sinal deve estar contido entre múltiplos consecutivos de fA / 2
Guido Stolfi 43
Quantização
Guido Stolfi 44
Quantização na Conversão A/D
Guido Stolfi 45
Sinal Quantizado (4 bits = 16 níveis)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-10
-5
0
5
10
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-10
-5
0
5
10
)(tsQ
)(ts
( Q = 1 )
Guido Stolfi 46
Erro de Quantização
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.60
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
5
10
15
20
25
30
)()( tstsQ
Histograma Espectro
Guido Stolfi 47
Modelo do Erro de Quantização
• Ruído Aleatório Aditivo• Distribuição uniforme de Amplitude• Amplitude pico-a-pico = Q (passo de quantização)
• Potência média:
2
2
22
12
Q
QdssP
Guido Stolfi 48
Relação Sinal-Ruído
• Sinal quantizado com n bits: 2n níveis
• Amplitude de pico do sinal: SP = Q 2n-1
• Potência de pico do sinal: PP = Q2 22n-2
• Potência do ruído de quantização: PQ = Q2 /12
• Relação Sinal / Ruído:
nnn
Q
P
Q
Q
P
P 2222
222
2321212
2
Guido Stolfi 49
Relação Sinal-Ruído de Quantização
• Em decibéis:
Exemplo: 8 bits => S/R = 52,9 dB (máx.)
16 bits => S/R = 101,1 dB
dB77,402,6
)3log(10)2log(20)3log(10)2log(10 2
n
nR
S n
Guido Stolfi 50
Exemplos de Sistemas Quantizados
• Audio CD– 16 bits
– S/R = 101 dB (teórica)
– ~ 90 dB (prática)
Guido Stolfi 51
Exemplos de Sistemas Quantizados
• Gravação Digital de Áudio:– 24 bits– S/R = 149 dB
(teórica)
– ~ 100 dB (prática)
Guido Stolfi 52
Relação Sinal - Ruído em Vídeo
• Adota-se a relação entre a amplitude pico-a-pico do sinal e a amplitude RMS do ruído de quantização:
dBn
nR
S n
8,1002,6
)12log(10)2log(20)12log(10)2log(10 2
Guido Stolfi 53
Considerando a Banda Passante
• A limitação da resposta em freqüência após a quantização reduz a potência do ruído dentro da banda do sinal:
f
fA/2
fAfV
V
A
f
fdBn
R
S
2log108,1002,6
Guido Stolfi 54
Considerando “Headroom”
)(log202
log108.1002.6 dBVV
V
f
fn
Q
S
PB
T
V
A
e
VB-VPVT
Guido Stolfi 55
Considerando a Resposta em Freqüência da Percepção Visual
onde f1= 270kHz, f2 = 1.37MHz e f3 = 390kHz
dB
ff
ff
ff
fA
2
3
2
2
2
1
10
1
11
log10
f
Guido Stolfi 56
Relação S / R de Quantização Total
dB18.6381.6714.0
22.1log20
4.8
5.13log108.10802.6
QR
S
8 bits
fA
2 fV
VT
100 IRE A( f )
Exemplo: 8 bits
Guido Stolfi 57
Amostragem Bidimensional
Guido Stolfi 58
Amostragem de uma Imagem 2-D
• s(t) s(x, y)
• s(.) R, G, B ou Y, U, V
• Filtro “Anti-aliasing” Abertura Equivalente de Captura
• “Aliasing” Figuras de “Moirée”
• Função de Reconstrução MTF, “Spot Profile”
Guido Stolfi 59
Digitalização de Vídeo
10% Para RetraçoVertical
20% para Retraço Horizontal
480 LinhasVisíveis
640 Pixels Visíveis por Linha
525
Linhas
Y= 106U= -15V= 30
pixel:
Guido Stolfi 60
Estrutura de Amostragem Espacial
• Taxas de Amostragem podem ser independentes nos sentidos x e y
• Amostras podem ou não serem alinhadas nos sentidos x e y
• Em geral, estrutura é retangular; ocasionalmente, quadrada
Guido Stolfi 61
Amostragem e Reconstrução
Imagem
Estrutura de Amostragem Espacial
Abertura Equivalentede Captura
Pixel
Função de Reconstrução
Guido Stolfi 62
Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Quadrada
Guido Stolfi 63
Reprodução de uma Imagem com Função de Reconstrução Gaussiana
Guido Stolfi 64
John Lennon
Guido Stolfi 65
Resolução Espacial
Guido Stolfi 66
Padrão de Teste de Resolução Espacial
Guido Stolfi 67
Função de Transferência de Contraste (CTF)
A B
C
A B
C
CTF
Número de Linhas
ResoluçãoLimite
RuídoMTF
ou
Guido Stolfi 68
Função de Transferência de Modulação (MTF)
• Obtida da mesma forma que a CTF, quando o padrão de barras tem variação senoidal de luminância (ao invés de retangular)
• É a resposta em freqüência espacial do sistema
• MTF de um sistema linear com elementos em série é o produto das MTF’s dos seus elementos
Guido Stolfi 69
MTF da Visão Humana
0
100
200
300
400
10 100 1000
Linhas de TV
MTF
Guido Stolfi 70
Unidade de Medida: Linhas de TV
• Quantidade de linhas pretas + brancas contidas em uma distância igual à altura da imagem
V
V
Guido Stolfi 71
Amostragem e Reconstrução
• No domínio Espacial:– Convolução da imagem com a abertura equivalente de captura
– Amostragem
– Convolução da amostra com a função de Reconstrução
• No domínio da Freqüência:– Filtragem pela MTF do processo de captura
– Amostragem (translação e replicação espectral)
– Filtragem pela MTF do processo de reconstrução
Guido Stolfi 72
Espectro Bi-dimensional
y
x
Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial
fX
fY
Guido Stolfi 73
Espectro Bi-dimensional
y
x
Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial
fX
fY
Guido Stolfi 74
Espectro Bi-dimensional
y
x
Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial
fX
fY
Guido Stolfi 75
Espectro Bi-dimensional
y
x
Domínio do Espaço Domínio da Freqüência Espacial
fX
fY
Guido Stolfi 76
“Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée”
Imagem Original Imagem Amostrada
Guido Stolfi 77
“Aliasing” Espacial: Efeito “Moirée”
Imagem Original Imagem Amostrada e reconstruída
Guido Stolfi 78
Espectro 2-D da Imagem Amostrada
fX
fY
fX
fY
fAY
fAX
Guido Stolfi 79
Redução do “Aliasing” Espacial por Filtragem
Imagem Filtrada por Imagem Amostrada abertura equivalente e reconstruída
Guido Stolfi 80
Espectro 2-D da Imagem Filtrada
fX
fY
fAY
fAX
fX
fY
fX
fY
Amostragem
Filtragemespacial
Guido Stolfi 81
Visibilidade do Ruído de Quantização
Q = 1 / 256 Q = 1 / 16
Guido Stolfi 82
Visibilidade do Ruído de Quantização
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.5
0
0.5
)(tsQ
)(ts
)()( tstsQ
Guido Stolfi 83
Quantização com “Dithering”
*
Sinal
Ruído
Quantizador
s(t)
r(t)
sA(t)
Guido Stolfi 84
Quantização com “Dithering”
)(tsQ
)()( trts
)()( tstsQ
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-4
-2
0
2
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Guido Stolfi 85
Visibilidade de Quantização com “Dithering”
Q = 1 / 256 Q = 1 / 16 d = 1/16
Guido Stolfi 86
Critério de Kell x Nyquist
Guido Stolfi 87
fM / fA = 0,1
Guido Stolfi 88
fM / fA = 0,2
Guido Stolfi 89
fM / fA = 0,3
Guido Stolfi 90
fM / fA = 0,3
fX
fY
fY
fX
fAY
fAX
Guido Stolfi 91
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 92
fM / fA = 0,4
Guido Stolfi 93
fM / fA = 0,45
Guido Stolfi 94
fM / fA = 0,5
Guido Stolfi 95
fM / fA = 0,5
fX
fY
fX
fY
fAY
fAX
Guido Stolfi 96
fM / fA = 0,55
Guido Stolfi 97
fM / fA = 0,8
Guido Stolfi 98
fM / fA = 0,8
fY
fX
fY
fX
fAY
fAX
Guido Stolfi 99
fM / fA = 0,95
Guido Stolfi 100
fM / fA = 0,2
Guido Stolfi 101
fM / fA = 0,3
Guido Stolfi 102
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 103
fM / fA = 0,4
Guido Stolfi 104
fM / fA = 0,45
Guido Stolfi 105
fM / fA = 0,5
Guido Stolfi 106
fM / fA = 0,95
Guido Stolfi 107
fM / fA = 0,95
fX
fY
fX
fY
fAY
fAX
Guido Stolfi 108
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 109
fM / fA = 0,4
Guido Stolfi 110
fM / fA = 0,5
Guido Stolfi 111
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 112
fM / fA = 0,4
Guido Stolfi 113
fM / fA = 0,45
Guido Stolfi 114
fM / fA = 0,5
Guido Stolfi 115
Amostragem com Função de Reconstrução Triangular
Guido Stolfi 116
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 117
fM / fA = 0,35
fX
fY
fX
fY
fAY
fAX
Guido Stolfi 118
fM / fA = 0,3
Guido Stolfi 119
fM / fA = 0,35
Guido Stolfi 120
fM / fA = 0,4
Guido Stolfi 121
fM / fA = 0,45
Guido Stolfi 122
fM / fA = 0,5
Guido Stolfi 123
Amostragem 3-D (Espaço – Tempo)
Guido Stolfi 124
Amostragem de uma Imagem em Movimento
Tempo
(Y,U,V) = s (x, y, t)
Guido Stolfi 125
Amostragem de uma Imagem em Movimento
• Amostragem temporal (t): – Fotogramas
• Amostragem Espacial (y):– Varredura
• Amostragem Espacial (x):– Digitalização do Sinal de Vídeo
Guido Stolfi 126
Espectro Tri-dimensional (Espaço - Tempo)
y
x
fx
fy
Imagem com Movimento Espectro Tri-dimensional
t
ft
a
bc
Guido Stolfi 127
“Aliasing” Temporal: Efeito “Roda de Carroça”
Uma Rotação de 85 graus
em sentido Horário...
...confunde-se com uma
rotação de 5 graus...
...em sentido anti-horário.
Guido Stolfi 128
Redução do “Aliasing” Temporal pelo Controle do Tempo de Exposição
fechado ("pull-down")aberto
Obturador da Câmera com Abertura Máxima
Guido Stolfi 129
Estruturas de Varredura (Espaço – Tempo)
t
y
t
y
Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada
Guido Stolfi 130
Espectros das Estruturas de Varredura
F
F
t
y
F
F
t
y
Varredura Progressiva Varredura Entrelaçada
Guido Stolfi 131
Critérios de Dimensionamento na Amostragem de Sinais de Vídeo
Guido Stolfi 132
Critérios de Resolução Temporal
• Remanência da Visão: – 15 a 20 imagens (quadros) por segundo para
proporcionar ilusão de movimento
• Cintilação: – 48 ~ 60 imagens por segundo
• Interferências com a Rede Elétrica: 50 / 60 Hz– 60 imagens por segundo (EUA, Japão, Brasil
– 50 imagens por segundo (Europa, Ásia, etc.)
Guido Stolfi 133
Critérios de Resolução Espacial
• Acuidade Visual: – ~ 1 minuto de grau
• Proporção: – 4:3 (igual ao cinema de antigamente)– 16:9 (compromisso com cinema atual)
• Tamanho da Imagem: ?
• Distância de Observação: ?
Guido Stolfi 134
A Televisão como Entretenimento
Guido Stolfi 135
Ângulos de Visualização da TV Convencional
L
H
d
a b
H / L = ¾ a = 10o b = 7.5o
Guido Stolfi 136
Dimensionamento de um Sistema de TV: Padrão “M”
• Acuidade Visual: 1/60 de grau
• Ângulo de visualização: 10 x 7.5 graus
600 x 450 elementos de imagem (pixels)
Guido Stolfi 137
Requisitos de Banda Passante
• 60 quadros por segundo, 600 x 450 pixels
MHzBW 1,8604506002
1
1 pixel = 1 semiciclo da maior freqüência necessária
Guido Stolfi 138
Agravante: Tempo de Retraço
Tempo de Varredura
Tempo de Retraço
Guido Stolfi 139
Requisitos de Banda Passante
• Tempo de retraço: 20% na varredura horizontal e 9% na vertical
MHzBW 595,106009,14502,16002
1
Guido Stolfi 140
Agravante: Critério de Kell
• Teorema da Amostragem diz: número de linhas de varredura deve ser maior que o número de linhas (alternadas) a serem exibidas na imagem (fa > 2 x fs)
• Fator de Kell = 0,7 (experimental) implicaria em 450 0,7 = 643 linhas de varredura na imagem visível.
Guido Stolfi 141
Requisitos de Banda Passante
• Considerando tempo de retraço e critério de Kell:
• Considerando Modulação AM: MHzBW 14,156009,16432,16002
1
BCH = 2 BW = 30,28 MHz (!!!)
Guido Stolfi 142
Atenuante: Acuidade Visual
• Adotado Limite de Acuidade Visual como 1,33 minutos de grau, considerando nível de luminância
• Imagem visível passa para 340 x 450 elementos de resolução (480 linhas de amostragem)
• Adotadas 525 linhas de varredura (incluindo retraço)
MHzBW 4,8605252.14502
1
Guido Stolfi 143
Atenuante: Entrelaçamento
• Freqüência de Cintilação para detalhes pequenos é muito menor
• Imagem é subdividida em 2 campos (par e ímpar)• Banda Passante cai pela metade (4.2 MHz)
Guido Stolfi 144
Atenuante: Modulação Vestigial (VSB)
4,2 MHz
-4,2 MHz
Vídeo Composto(Banda Base)
+4,2 MHz
-0,75 MHz+4,5 MHz
fo
Modulação AM
Modulação VSB+ Áudio
0
6 MHz
Guido Stolfi 145
MTF da Televisão Convencional
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 200 400 600 800
Linhas de TV
MTF
Guido Stolfi 146
TV de Alta Definição: “Hi-Vision” (~1985)
Guido Stolfi 147
Dimensionamento do Ângulo de Visualização para a “Hi-Vision”
Guido Stolfi 148
Ocupação do Campo Visual
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-100 -50 0 50
Ângulo em relação à Fóvea
Bastonetes
ConesPonto Cego
Cél
ulas
por
mm
2x
1000
HDTV
TVTV
Guido Stolfi 149
Relação de Aspecto da TV de Alta Definição
• Compatibilidade com formatos de Cinema
TV (1.33:1 = 4:3)
HDTV (1.78:1 = 16:9)
Cinemascope (2.35:1)
Cinema (1.85:1)
Guido Stolfi 150
Relação de Aspecto da TV de Alta Definição
• Compatibilidade com imagens 4:3
4 3(12 9)
4 3
4 3
4 3
16
9
Guido Stolfi 151
TV de “Mesma Definição”
1920
640
480
1080
1,33’
Guido Stolfi 152
No Futuro ?
Guido Stolfi 153
UHDV – Ultra High Definition Video (2005)
7680
1920
1080
4320
>90O
Guido Stolfi 154
UHDV – Ultra High Definition Video (NHK-2005)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-100 -50 0 50
Ângulo em relação à Fóvea
Bastonetes
ConesPonto Cego
Cél
ulas
por
mm
2x
1000
HDTV
TVTV
UHDV