2. MARCO DE REFERENCIA

Transcripción

1 2. MARCO DE REFERENCIA

2 2.1 MARCO LEGAL O NORMATIVO Organismos De Estandarización Hay un número de organizaciones responsables para niveles de estandarización global, regional y nacional. En el campo de la radiodifusión de TV un de los más importantes fue el CCIR (Internacional Radio Consultative Committe) quien era una rama de la ITU (Internacional Telecommunication Union) el cual, por su parte es miembro de la Organización de las Naciones Unidas. En 1993 el CCIR fue renombrado ITU-R, quien se encarga de manejar el sector de las radiocomunicaiones en la ITU. La televisión es el principal tópico del grupo número 11 de la ITU-R, los documentos cruciales emitidos por este grupo son recomendaciones y reportes, ellos contienen información explícita sobre variantes en implementaciones prácticas. Los documentos del ITU-R relacionados a la radiodifusión de televisión portan el prefijo BT. La ITU-T Sector de la estandarización en las telecomunicaciones es otro organismo permanente del ITU, quien se responsabiliza del estudio técnico, operativo y tarifario de todo lo relacionado con las recomendaciones con una visualización a desarrollar los estándares de las telecomunicaciones sobre el mundo entero. La Organización Internacional de Estándares ISO es otro cuerpo que influye principalmente sobre los estándares de hardware; a través de sus diferentes ramas, como la IEC (International Electrotechnical Commission) o la CIE (International Illumination Commission), emiten publicaciones que detallan descripciones sobre procesos de grabación sobre tape magnéticos, tratamiento sobre el tubo de rayos catódicos con el fin de buscar la mejor coordinación de colorimetría en el fósforo. Cuerpos nacionales que son miembros de la ISO y la IEC participan en el desarrollo de estándares Internacionales a través de comités técnicos establecidos por la organización respectiva con el fin de hacer tratados en campos particulares de la actividad técnica. Los comités técnicos de la ISO y la IEC también colaboran en campos de mutuo interés y desarrollan proyectos de Estándares Internacionales adoptados por los comités técnicos de los cuerpos nacionales los cuales son circulados y adoptados por votación, la publicación requiere la aprobación de por lo menos el 75 % del cuerpo nacional vigente. A nivel regional hay muchos uniones de radiodifusión (ABU, EBU, etc) también con el objeto de hacer emisión de tratados con el objeto de estandarización. La

3 Unión de Radiodifusión Europea (EBU), emite recomendaciones técnicas las cuales son en efecto, de carácter obligatorio para sus miembros, siendo esta la asociación profesional más grande en el mundo a nivel de radiodifusión. La Sociedad de Ingenieros de Cuadro en Movimiento y Televisión (SMPTE) comenzó su actividad en Norte América pero es ahora una organización internacional excepcionalmente conectada con la radiodifusores, fabricantes y académicos. Este cuerpo no solo emite sus recomendaciones tradicionalmente llamadas SMPTE Recommended Practice, sino que también genera estándares SMPTE y guías de ingeniería SMPTE. Para completar el cuadro es necesario mencionar agencias de gobierno nacional como la FCC (Federal Communications Commission) o institutos nacionales de estandarización los cuales existen en la práctica para colaborar al desarrollo de los países; estos cuerpos también emiten importantes documentos como por ejemplo: Documentos que se refieren exclusivamente al análisis de señales de prueba en el intervalo vertical de la señal de video (VITS) o señales de referencia en el intervalo vertical de la traza. El objetivo primordial de estos cuerpos es el de cooperar más que competir con otros y frecuentemente adoptan y expanden sus estándares y recomendaciones a otros sitios. Por consiguiente se encuentran documentos de diferentes fuentes donde los datos son repetidos; un ejemplo es el famoso CCIR Rec 601 es equivalente al SMPTE 125M, EBU Tech 3246-E y el OIRT Rec MARCO CONCEPTUAL NTSC Es un sistema de codificación y transmisión de televisión analógica desarrollado en Estados Unidos en torno a 1940, y que se emplea en la actualidad en la mayor parte de América y Japón, entre otros países. El nombre viene del comité de expertos que lo desarrolló, el National Television System(s) Committee. Un derivado de NTSC es el sistema PAL que se emplea en Europa. El problema de insertar el color en la señal de televisión sin pérdida de compatibilidad con la televisión en blanco y negro y sin aumentar notablemente su ancho de banda se solucionó utilizando el concepto de modulación de amplitud en cuadratura

4 Vídeo NTSC. El formato NTSC consiste en la transmisión de cuadros de vídeo en modo entrelazado con un total de 525 líneas de resolución y una velocidad de actualización de 30 cuadros de vídeo por segundo y 60 campos de alternación de líneas. Para garantizar la compatibilidad con el sistema NTSC en blanco y negro, el sistema NTSC de color mantiene la señal monocromática en blanco y negro como componente de luminancia de la imagen en color, mientras que las dos componentes de crominancia se modulan con una modulación de amplitud en cuadratura sobre una subportadora de 3, MHz. La demodulación de las componentes de crominancia es necesariamente síncrona, por lo tanto se envía al inicio de cada línea una señal sinusoidal de referencia de fase conocida como "salva de color", "burst" o "colorburst". Esta señal tiene una fase de 180º y es utilizada por el demodulador de la crominancia para realizar correctamente la demodulación. A veces, el nivel del "burst" es utilizado como referencia para corregir variaciones de amplitud de la crominancia Radiodifusión Señal NTSC. Un canal de televisión transmitido en el sistema NTSC utiliza alrededor de 6 MHz de ancho de banda, para contener la señal de vídeo, más una banda de resguardo de 250 khz entre la señal de vídeo y la de audio. Los 6 Mhz de ancho de banda se distribuyen de la siguiente forma: 1,25Mhz para la portadora de vídeo principal con dos bandas laterales de 4,2Mhz; las componentes de color a 3, Mhz sobre la portadora de vídeo principal, moduladas en cuadratura; la portadora de audio principal de 4,5 Mhz transmitida sobre la señal de video principal y los últimos 250 Khz de cada canal para la señal audio estereofónica en frecuencia modulada. La señal de crominancia en la norma NTSC se transmite en una frecuencia subportadora FM en los 3.58 Mhz Inconvenientes. Los problemas de transmisión e interferencia tienden a degradar la calidad de la imagen en el sistema NTSC, alterando la fase de la señal del color, por lo que en algunas ocasiones el cuadro pierde a su equilibrio del color en el momento de ser recibido, esto hace necesario incluir un control de tinte, que no es necesario en los sistemas PAL o SECAM. Por eso en broma se le denomina "NTSC: Never The Same Color" ("NTSC: Nunca el mismo color"). Otra de sus desventajas es su limitada resolución, de solo 525 líneas de resolución vertical, la más baja entre todos los sistemas de televisión, lo que da lugar a una imagen de calidad inferior a la que es posible enviar en el mismo ancho de banda con otros sistemas. Además, la conversión de los formatos cinematográficos a NTSC requiere un proceso adicional conocido como " pulldown de 3:2 "

5 2.2.2 CCIR 601 ó SMPTE 125M Es la primera norma sobre la televisión digital, encargándose del muestreo de la señal. Se aplica solamente en estudios, sin llevar a cavo ningún tipo de compresión. Dicha norma, ha ido evolucionando desde que fue creada, en los años 80, lo que hace interesante o imprescindible especificar la familia de parámetros a los cuales hace referencia. Empezando por la relación de aspecto (4:4 ó 16:9) hasta el submuestreo de las componentes de color que se aplica (4:4:4 ó 4:2:2). La norma recomienda que sea usada como base para los estándares de codificación digital, por los estudios de televisión en países que utilicen un sistema de 525 líneas y 625 líneas. La norma especifica métodos para la codificación digital de señales de vídeo. Incluye una relación de la frecuencia de muestreo (fm) de 13,5 MHz para la componente de luminancia Y, con una relación de aspecto 4:3 y 16:9. Para sistemas que requieren una resolución horizontal mayor, hay una alternativa cuya frecuencia de muestreo es de 18 MHz para una relación de aspecto de 16:9. Para las componentes de crominancia se emplean una frecuencia de muestreo de 6,75 MHz. La profundidad del muestreo PCM es de 8 bits, opcionalmente de 10 bits para los centros de producción y el flujo de la señal digitalizada se obtiene a partir de : Flujo = (13,5 + 2x6,75)x10 = 270 Mbps Definición de las señales digitales Y, Cr, Cb a partir de las analógicas Er', Eg' y Eb'. El espacio de color que generan las componentes Y, Cb y Cr es muy similar al que se utiliza en el sistema PAL, con la diferencia de que los coeficientes que ponderan las señales, hacen que las componentes tengan la misma amplitud pico a pico. Veamos ahora los pasos necesarios para obtener las componentes Y, Cb y Cr. Construcción de las señales de luminancia Ey' y de diferencia de color (Er' - Ey') y (Eb' - Ey')

6 Ey' = 0,299 Er' + 0,587 Eg' + 0,114 Eb' (Er' - Ey') = Er' - 0,299 Er' - 0,587 Eg' - 0,114 Eb' = 0,701 Er' - 0,587 Eg' - 0,114 Eb' (Eb' - Ey') = Eb' - 0,299 Er' - 0,587 Eg' - 0,114 Eb' =-0,299 Er' - 0,587 Eg' + 0,866 Eb' Podemos representar los valores normalizados a la unidad según la siguiente tabla Tabla 1. Valores normalizados Condición Er' Eg' Eb' Ey' Er'-Ey' Eb'-Ey' Blanco 1,0 1,0 1,0 1,0 0 0 Negro Rojo 1, ,299 0,701-0,299 Azul 0 0 1,0 0,114-0,114 0,886 Amarillo 1,0 1,0 0 0,886 0,114-0,886 Cian 0 1,0 1,0 0,701-0,701 0,299 Magenta 1,0 0 1,0 0,413 0,587-0,587 Construcción de señales de diferencia de color re-normalizadas (Ecr' y Ecb'). Mientras que los valores de Ey' tienen un rango [0-1,0], las señales (Er' - Ey') tienen un rango que va de [-0,701 a +0,701] y (Eb' - Ey') de [-0,886 a +0,886]. Para restaurar la excursión de la señal de diferencia de color a la unidad, los coeficientes se han de calcular de la siguiente forma: Kr = 0,5 / 0,771 = 0,713 ; Kb = 0,5 / 0,886 = 0,564 Entonces, basta multiplicar por los K's: Ecr' = 0,713(Er'-Ey') = 0,500 Er' - 0,419 Eg' - 0,081 Eb' Ecb' = 0,564(Eb' - Ey') = -0,169 Er' - 0,331 Eg' + 0,500 Eb'

7 Donde Ecr' y Ecb' son las señales re-normalizadas de diferencia de color rojo (red) y azul (blue) Conversión A/D (Analógica/Digital). Para realizar la conversión A/D, se ha de tomar una frecuencia de muestreo que nos permita compatibilizar el intercambio de contenidos entre los sistemas Europeo (PAL, 625 líneas activas) y Americano (NTSC, 565 líneas activas). Se ha tomado una frecuencia de muestreo (fm(y)) que es múltiplo entero (143) del mínimo común múltiplo de la Fl (frecuencia de línea) de ambos estándares (15.625Hz y ,26573HZ) que resulta de 2,25MHz. Además, para que cumpla el criterio de Nyquist, se ha tomado seis veces dicha frecuencia para la componente de luminancia (fm(y) = 13,5MHz) y de tres veces para las de crominancia (fm(cr,cb) = 6,75MHz) Cuantificación. En el caso de cuantificación uniforme binaria de 8 bits,2 8 niveles (=256), para niveles iguales de cuantificación, obtenemos un rango de números binarios que va del al (00 al FF en notación hexadecimal), equivalentemente del 0 al 255 en notación decimal. En el caso de sistemas 4:2:2, el nivel 0 y el 255 están reservados para datos de sincronismo, mientras que los niveles 1 al 254 están disponibles para video. Dado que la señal de luminancia ocupa únicamente 220 niveles, para proveer de márgenes de trabajo, y que el nivel negro es el nivel 16, el valor decimal de la señal de luminancia, Ys, previo a la cuantificación es: Ys = 219 Ey' + 16 el nivel correspondiente al valor después de la cuantificación, es un valor entero cercano a Ys. De forma similar, dado que la señal diferencia de color ocupa 255 niveles y que el nivel 0 se convierte en el nivel 128, el valor decimal de la señal diferencia de color, Crs y Cbs, previas a la cuantificación son: y simplificándolas son: Crs = 224[0,713(Er' - Ey')] Cbs = 224[0,564(Eb' - Ey')]

8 Crs = 160(Er' - Ey') Cbs = 126(Eb' - Ey') el nivel correspondiente al valor después de la cuantificación, es un valor entero cercano a Crs y Cbs. Los equivalentes digitales se denominan Y, Cr y Cb. Debido a la necesidad de crear márgenes de seguridad para las señales Y, Cb, Cr, y que estas tienen una rango de valores de 220, 225, 225 respectivamente, se concluye que el número de colores representados en el espacio de color Y, Cb. Cr es menor que el de R,G,B. Nº Colores RGB(8 bits/m) = 256x256x256 = colores Nº Colores YCbCr(8 bits/m) = 220x225x225 = colores Además, hay que tener en cuenta que no todos los 11 millones de valores son válidos, ya que se pueden obtener valores negativos de R, G, B. A este efecto se le denomina error de Gamut en RGB. Construcción de Y, Cr, Cb cuantificando Er', Eg', Eb'. En el caso donde las componentes son directamente derivadas de las componentes de señal gamma pre-corregidas Er', Eg', Eb', o directamente generadas de forma digital, entonces la cuantificación y codificación debe ser equivalente a: Erd'(en forma digital) = int(219 Er') + 16 Egd'(en forma digital) = int(219 Eg') + 16 Ebd'(en forma digital) = int(219 Eb') + 16 Entonces: Y = (77/256) Erd' + (150/256) Egd' + (29/256) Ebd' Cr = (131/256) Erd' - (110/256) Egd' - (21/256) Ebd' Cb = -(44/256) Erd' - (87/256) Egd' + (131/256) Ebd' tomando los coeficientes enteros más cercanos, base 256. Para obtener las componentes 4:2:2 Y, Cr, Cb, filtrando paso-bajo y sub-muestreando deben cumplir el 4:4:4: Cr, Cb. Limitando las señales Y, Cr y Cb

9 La codificación digital en forma de señales Y, Cr y Cb, pueden representar una gama de valores de señales mayor de las que pueden ser soportadas por los correspondientes rangos de señales R, G y B. De esta forma, cuando la señal es convertida a R, G, B, puede resultar con valores fuera del rango de definición. Entonces resulta conveniente limitar los valores de Y, Cr, Cb para evitar dicho problema