Resumen de codificación de color

Norm Lineas Asp
ativa Filas
ect
•
Frec.
Uso
Campo
/cuadro
[Hz]
Color
calidad
trasmisión
(YCrCb)
Entrelazado
NTSC 525
4:3
60/30
Televisión EE:UU
4:2:2
si
PAL
4:3
50/ 25
Televisión
Europa
4:2:2
si
HDT
1080x
ATSC 1920
1080i
16:9 60/ 30
Televisan
Alta res.
4:4:4
si
HDT
720x
ATSC 1280
720p
16:9 24/ 24
Televisión
Alta res. DVD
4:2:2
no
625
• La codificacion de color se hace en sitstema
YCrCb.
• Bitrate de codificación de color sin comprimir
(bpp – bits por pixel):
Cada muestra (rectangulo) es de 8 bits
Hay tantas pixeles como comp. Y.
4:4:4 – 24 bpp (12 rect. 4 pixeles)
4:2:2 – 16 bpp (8 rect. 4 pixeles)
4:1:1 – 12 bpp (12 rect. 8 pixeles)
4:2:0 – 12 bpp
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• Especificación de Líneas/”frame rate”
NTSC
PAL
525/60
625/50
• ATSC (Advanced TV Standard
Committee)
1080i
720p
1920x1080 escaneado entrelazado
1280x720 escaneado progresivo
• Razón de aspecto
TV convencional is 4:3 (1.33)
HDTV 16:9 (2.11)
Cine 1.85:1 o 2.35:1
• Razón de refresco
NTSC 60Hz (59.94Hz)
PAL 50Hz
Cine 48Hz (todavía 24 fps)
(525-lineas, 60-frames/seg.)
• 525 líneas repetidas 29.97 veces por segundo
(33.37 mseg/frame)
• Las líneas escaneadas entrelazadas dividen
los frames en 2 campos cada uno de 262.5
líneas (16.68 mseg./campo)
• 20 líneas se reservan para controlar
información al comienzo de cada campo
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(625-líneas, 60-frames/seg.)
• 625 líneas de escaneado repetidas 25
veces por segundo (i.e. 40 mseg/frame)
• Las líneas de escaneado entrelazadas
dividen al frame en 2 campos de 312.5
líneas cada uno (i.e. 20 mseg/campo)
• Aproximadamente un 20% mas de líneas
que NTSC
• NTSC vs. PAL
aproximadamente el
mismo ancho de banda
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• La luminancia (Y) es la cantidad lineal de
luz, directamente proporcional a la
intensidad física y ponderada por la
sensibilidad al espectro de la percepción
humana a la sensibilidad.
• La luminancia puede ser calculada
como la suma ponderada de los
componentes lineales: Rojo, Verde y Azul.
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• El cálculo de la luminancia Y a partir de
los tres componentes espectrales de la
luz es el siguiente:
Y = 0.125 R + 0.7514 G + 0.0721 B
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• La CIE (Comisión Internacional sobre
Iluminación) define la brillantez como:
El atributo de una sensación visual de
acuerdo con el cual un área aparece mostrar
mas o menos luz.
• La brillantez es una cantidad subjetiva.
• La CIE considera a la luminancia como la
forma objetiva de medir la cantidad
relacionada con el brillo.
'
• En un estado particular de adaptación,
la visión humana puede distinguir
diferentes niveles de luminancia.
• La razón entre la luminancia de la zona
mas luminosa de una escena y la mas
oscura se llama razón de contraste.
• Recordar sensibilidad al contraste y
resolución espacial.
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(
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• Es una señal no lineal denominada Y’,
representativa del brillo y que se forma
por combinación mediante suma
ponderada de los componentes no
lineales R’, G’ y B’.
• R’, G’ y B’ se obtienen a partir de R, G y B
mediante una función de transferencia
no-lineal denominada corrección
gamma.
Y’ = 0.299 R’ + 0.587 G’ + 0.114 B’
*
• En fotografía, vídeo y gráficos por
ordenador, Gamma significa un
parámetro numérico que describe la no
linealidad de la reproducción de la
intensidad.
• Un TRC es no-lineal debido a que la
intensidad de la luz reproducida en la
pantalla es una función no-lineal de su
voltaje de entrada.
• La corrección Gamma puede ser
considerada como el proceso de
compensar dicha no-linealidad.
*
*
• La visión humana también es no lineal
La sensación de luminosidad es una potencia
de la función de intensidad (y=xw)
• Los CRT no lineales son cercanos a la
inversa de la percepción humana de la
luminosidad.
• La codificación de la intensidad
mediante una señal corregida a
Gamma maximiza la imagen
perceptual.
• Y -versus- Y’
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• En el caso del CRT
Intensidad = Voltaje γ
Intensidad = (Voltaje + ε) 2.5
Señal = Intensidad (1/γ)
• Estándar Rec. 709 para HDTV
R’ = 4.5 R si R=< 0.018
R’ = 1.099 R 0.45 – 0.099 si R > 0.018
• Estándar 240M para la HDTV
R’ = 4.0 si R =< 0.0228
R’ = 1.115 R 0.45 – 0.115 si R > 0.0228
#
• Modelan la percepción del color mediante la
relación entre el espectro físico y el color
percibido.
*
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• Tri-estímulo CIE XYZ
La luminancia Y de una fuente es obtenida
por la integración de la Distribución del
Espectro de Potencia (DSP) ponderada por la
función de ajuste del color y.
Cuando la luminancia se aumenta con otros
dos componentes X, Z, ponderados por sus
funciones de ajuste del color x, z, pasamos
a los valores tri-estímulo XYZ.
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• Significa la representación de color puro
en ausencia de brillo.
x = X / (X + Y + Z)
y = Y / (X + Y + Z)
Z = Z / (X + Y + Z)
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• Puede utilizar codificación no lineal
RGB
R’G’B’ (RGB con corrección gamma)
• Puede utilizar la codificación luminancia
/ crominancia
R’G’B’
Y’CBCR
Y es la luminancia (Y’ es luma)
Las crominancias son CBCR
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• Desarrollado para el sistema americano
de televisión de alta definición.
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• Partiendo de CB = B’ – Y’ y CR = R’ – Y’
• Los componentes del video digital son:
Y’ CBCR
• Otras codificaciones pueden incluir submuestreo del color:
4:4:4 La luminancia y las crominancias son muestreadas a la
misma frecuencia. No existe ahorro de ancho de banda.
4:2:2 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de
la frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.
4:1:1 Las señales de crominancia son muestreadas a un cuarto de
frecuencia que las de luminancia en la dirección horizontal.
4:2:0 Las señales de crominancia son muestreadas a la mitad de
frecuencia que las de luminancia, tanto en la dirección vertical
como en la horizontal.
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• Compuesto
NTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/seg.
PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 50 frames/seg.
• Componente
Vídeo separado (luma, chroma) - svhs, Hi8mm
RGB, YUV, YIQ, …
YCBCR – utilizado para los sistemas con compresión
• Vídeo separado se llama “s-video”
• NTSC
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
I = 0.596R - 0.275G - 0.321B
Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B
compuesto = Y + I cos(Fsc t) + Q sen(Fsc t)
• PAL
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = 0.492(B-Y)
V = 0.877(R-Y)
compuesto = Y + U sen (Fsc t) + V cos(Fsc t)
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/
/
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+
+
• La TV analógica es una señal continua.
• La TV Digital utiliza valores numéricos
discretos
La señal es muestreada
Las muestras son cuantizadas
• La imagen se representa por una matriz
de píxeles.
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• En los sistemas de 525 y 625 líneas la
frecuencia de muestreo estándar para
los componentes del vídeo digital es de
13.5 MHz.
• Esta razón produce un número entero de
muestras por línea en ambos sistemas.
• En los sistemas de HDTV se muestrea a un
múltiplo de la anterior.
4
• La utilización de 13.5 MHz produce:
858 muestras en el sistema 525/60
5
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864 muestras en el sistemas 625/50
5
"> "6 "
• Para anchos de banda inferiores se puede bajar
la Frecuencia de muestreo hasta 3.375 MHz por
tanto una relación 4:1
• Para RGB máxima calidad 4:4:4
• Para YUV máxima calidad 4:2:2
• Sistema PAL 4:1:1
+
• Vídeo Compuesto Digital
Frecuencia de datos142 Mb/s
Submuestreo de color 4:2:2
• Vídeo Digital de componentes
Mantiene señales separadas para luma y crominancia
Frecuencia de datos 270 Mb/s
Submuestreo de color 4:2:2
• Vídeo Digital comprimido
MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …
&
' 5
• 4:2:2 YCBCR
:
:
.8
.7
16x16 macrobloque
: :)
.8
.7
8x8 pixel bloque
8 bits/muestra = 16 bits/pixel = 4Kbits/macrobloque
• 4:1:1 YCBCR
3Kbits/macrobloque
12 bits/pixel
:
:
:
:)
• Digital
720x483 = 347,760 píxeles/frame
Muestreo 4:2:2 da 695,520 bytes/frame
21 MB/sec (167 Mbs)
Muestreo 4:4:4 da 250 Mbs
• ATV
1280x720 = 921,600 píxeles/frame
Muestreo 4:2:0 da 1,382,400 bytes/frame
41 MB/sec (328 Mbs)
.8
.7
• ATSC (720P)
720x1280 = 921,600 píxeles/frame
Muestreo 4:2:2 = 1,843,200 bytes/frame
24 fps = 44,236,800 bytes/seg.
44 MB/s = 354 Mbs
• ATSC (studio 1080I)
1080x1920 = 2,073,600 píxeles/frame
Muestreo 4:4:4 = 6,220,800 bytes/frame
30 fps = 186,624,000 bytes/seg.
187MB/s = 1.5 Gbs