Objetivos - PoliformaT

Tema 1- Elementos de sistemas de
vídeo
1
Objetivos
•
•
•
Describir los elementos que forman la cadena
de distribución de vídeo
Describir las distintas tecnologías existentes
para la implementación de cada uno de los
subsistemas
Comparar ventajas y desventajas entre las
distintas tecnologías
2
Índice
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Introducción
Elementos de la cadena de distribución de vídeo
Fuentes de vídeo
Procesado de señal de vídeo
Medida de calidad
Grabación
Distribución
Receptores
Interfaces
3
Bibliografía del tema
•
•
•
•
•
A. Luther, A. Inglis, “Video Engineering”, Ed. McGrawHill, 1999.
S. Cogollos, R. Chismol, “Apuntes de sistemas de
vídeo”, Ed. SPUPV 2000.1140, 2000.
E. Trundle, “Newnes Guide to Television and Video
Technology”, Ed. Newnes, 2001.
H. Rábanos, “Transmisión por radio”, Ed. Centro de
Estudios Ramón Areces, 4ª edición, 2003
www.camcorderinfo.com
4
1. Introducción
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
8. Receptores
9. Interfaces
5
1. Introducción
Video es la tecnología electrónica de captura,
almacenamiento, transmisión y reproducción de
imágenes estáticas y en movimiento1
Televisión (analógico) + PCs (digital)
Betacam,
Betacam,
VHS
VHS
† 2010
† ~2000
† ~ 2000s
† ~90s
DVD,
DVD,
2
DVTR
DVTR2
CCD
CCD
Edición
Edición
digital
digital
Grabación
Cámaras
TDT
TDT
Difusión
terrestre
1
2
Cámaras
Cámaras
de
detubos
tubos
Edición
Edición
analógica
analógica
Analógico Digital
PAL,
PAL,NTSC,
NTSC,
SECAM
SECAM
Procesado
A. Luther, A. Inglis, “Video Engineering”, ED. McGraw-Hill, 3rd Edition, 1999
Digital Video Tape Recorder: magnetoscopio digital
6
1. Introducción
Analógico vs Digital
• Analógico: Señales toman valores continuos.
Digital: Señales formadas por valores discretos.
• Sistemas de difusión broadcast actuales analógicos.
• Única tecnología cuando se desarrollaron los
estándares.
• Ventajas tecnología digital:
– Hardware más pequeño, más fiable, más sencillo de diseñar y más
barato.
– Es más fácil realizar ciertos procesados.
– Subsistemas pueden ser transparentes para calidad señal.
7
2. Elementos de la cadena de vídeo
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
8. Receptores
9. Interfaces
8
2. Elementos de la cadena vídeo
Generación
Fuente
vídeo
Formatting
Reproducción
Mezclado
Monitorización – Control de calidad
Encaminamiento
TV, SDTVV,
SV, CPA, LV TDI, SMM
Videocámara
TV
analógica
TV
digital
PCs
Videocámara
Videocámara
PC
Transmisión
Unformatting
Display
Edición
SMM, LV
SV, SMM
VHS,
βmax
PAL
NTSC
SECAM
B,C,
Betacam
MPEG-2
HDTV
8-VSB
Avi
DivX…
Grabación
DVTR
DVD
Software
Disco duro
CD
DVD
Medios
Difusión terrestre
Cable
Satélite
TV, SMM
Receptor TV analógico
Difusión terrestre
Cable
Satélite
Receptor TV analógico
+
set-top-box
Receptor TV digital
Red
DVD
Decompresión Monitor
9
3. Fuentes de vídeo
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
3.1. Introducción
3.2. Cámaras de tubos
3.3. Cámaras CCD
3.4. Cámaras CMOS
3.5. HAD
3.6. Cámaras en color
3.7. Telecines
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
…
10
3.1. Introducción
Cámaras de estudio
Cámaras en vivo
(life cameras)
Cámaras profesionales
Cámaras de campo
Cámaras
Cámaras domésticas
Telecines
(TV film cameras)
11
3.1. Introducción
Cámara de estudio y estación base
12
3.1. Introducción
Cabeza cámara
• Partes:
–
–
–
–
–
–
Elementos ópticos
Sensores
Viewfinder
Comunicaciones
Montaje
Cable de cámara
13
3.1. Introducción
Señales por cable cámara
•Señales:
– RGB
(3 entradas)
– Retorno de vídeo (salida)
– Q-TV: Señal de sincronismo (salida)
– Datos (bidireccional)
– Audio
• Operador-realizador (bidireccional)
• Operador-control técnico (bidireccional)
• Captación de sonidos de la escena (entrada)
– Alimentación
14
3.1. Introducción
Diagrama de bloques de la cámara
Control nivel negro
Codificador
digital
Blanking sistema
Salida digital
componentes
R
Salida
vídeo
compuesto
(analógico)
G
B
Preamps
Corrección
color
Corrección
apertura y
mejora de
imagen
Codificador
vídeo
compuesto
Blanking
Corrección
and clipping
gamma
Viewfinder
A los CCD
Generador
reloj
Generador sincronismo
Control iris
A la óptica
15
3.1. Introducción
Tipos de cámaras en función de almacenamiento
Life broadcast
Formato analógico
Cinta magnética
Cámaras
Formato digital
Con sistema de
almacenamiento
Discos ópticos
Discos duros
Memorias flash
1
16
3.2. Cámaras de tubos
• Primeros sistemas (en uso entre 30s-90s)
• Basadas en tubos de vacío y deplexores.
• Luz incidente de imagen genera emisión de electrones
de una superficie fotoemisiva con patrón correspondiente
brillo imagen.
17
3.2. Cámaras de tubos
Nombre
Fecha
Tipo
aparición
Iconoscope 1939
Fotoemisivo
Orthicon
1946
Fotoemisivo
Vidicon
1952
Fotoconductivo
Plumbicon
1963
Fotoconductivo
Saticon
1974
Fotoconductivo
(www.tubedata.org)
Imagen eliminada
por motivos de
copyright
Cámara RCA TK-11
de 1950
RCA 3” Image Orthicon 5820. Años 50-60 usado en las
cámaras RCA TK-11 y RCA TK-30
18
3.3. Cámaras CCD
• CCD: charged-coupled device (dispositivo de acoplo de carga)
• Sensor de imagen formado por un circuito integrado que contiene un array
de condensadores acoplados sensibles a la luz
• Bajo control circuito externo cada condensador puede transferir su carga a
uno de sus vecinos
• Basados en tecnología CMOS
• Inventado por Willard Boyle y George Smith de
AT&T Bell Labs en 1969.
• Fairchild desarrolla producto comercial 1974
(1x500, 100x100 píxeles)
• Remplaza tubos en cámaras durante 90s
• Uso universal: cámaras profesionales y
domésticas, escaneres, visión nocturna,
infrarrojos, astronomía…
Sensor CCD
19
3.3. Cámaras CCD
• Proceso de funcionamiento:
– Conversión fotoeléctrica. Incide luz y se
generan cargas eléctricas (efecto fotoeléctrico)
– Almacenaje de carga: Se aplica tensión para
generar zona con potencial de energía que
absorbe las cargas generadas.
– Transferencia de carga:
• Se sigue aplicando 5 V al primer electrodo
• Aplicar 10 V al electrodo más próximo. Hueco
más profundo atrae electrones primer hueco.
• Dejar de aplicar tensión primer electrodo y
aplicar 5 V al segundo.
20
3.3. Cámaras CCD
• Proceso de funcionamiento:
fotón
electrón
1) Conversión fotoeléctrica
2) Almacenamiento
3) Transferencia
21
3.3. Cámaras CCD
• Proceso de funcionamiento:
22
3.3. Cámaras CCD
• Ventajas CCD frente a tubos:
– Menor tamaño y peso → cámaras más ligeras y compactas.
– Fiabilidad de los semiconductores mayor que los tubos de vacío
(vida media más larga).
– Mayor margen dinámico.
– Tecnología puede mejorar
– Reducción del lag (persistencia): velocidad de decaimiento de la
señal de vídeo cuando la imagen cambia abruptamente o es
cortada.
• Desventajas
– Necesidad de filtro óptico anti-aliasing
23
3.3. Cámaras CCD
• Tipos de sensores CCD según la estructura de
transferencia:
–
–
–
–
Full-Frame CCD
Frame-Transfer CCD
Interline-Transfer CCD
Interline-Frame Transfer CCD
24
3.3. Cámaras CCD
Full-Frame Architecture
• Primer sistema
• Toda área de imagen esta activa. Arrays con alta densidad
de píxeles. Estructura más sensible.
• Problemas:
– Electrodos por encima de superficie fotosensible y absorben parte
importante luz
– Necesario obturador electromecánico para permitir ciclo de transferencia sin
iluminación.
– Velocidad limitada por el obturador electromecánico.
– Sensible al deslumbramiento. Cuando un píxel desborda, inunda a los
vecinos. Para evitarlo se incorpora dispositivo de drenado pero reduce
sensibilidad.
• 2005 → CCD de 40 Mpíxeles (superficie útil: 40x54 mm)
25
3.3. Cámaras CCD
Full-Frame Architecture
Registro serie
Estructura CCD Full-Frame
26
3.3. Cámaras CCD
Frame-Transfer Architecture
• Sensores “frame-transfer”:
–
–
–
–
–
Mitad superior del dispositivo capta imagen.
Mitad inferior para lectura y almacenamiento de la señal.
En periodo de borrado vertical se transfieren las cargas.
En tiempo de borrado de línea desplazamiento vertical.
Tiempo activo de línea vacía el registro
• Problemas:
– Efecto smear → obturador.
– Volcado debe ser muy rápido.
– Efecto lag
27
3.3. Cámaras CCD
Interline-Transfer Architecture
• Sensores “Interline-transfer”:
– Fotosensores y elementos de almacenaje intercalados.
– En periodo de borrado vertical se transfieren las cargas.
– En borrado de línea se desplazan las cargas verticalmente.
Uso de microlentes
28
3.3. Cámaras CCD
Interline-Transfer Architecture
• Problemas:
– Parte de área óptica para almacenaje ⇒ menor resolución.
– Efecto “smear” (por desbordamiento).
• Ventajas:
– Sin obturador.
– Eficiencia mayor por menor velocidad de transmisión
– No hay efecto lag.
29
3.3. Cámaras CCD
Frame-Interline-Transfer Architecture
• Sensores “frame-interline-transfer”:
– Durante borrado vertical:
• Se pasa información en
paralelo a elemento
correspondiente.
• Se pasa todo a la zona de
almacenamiento.
– En tiempo de borrado
horizontal se avanza línea a
línea.
30
3.3. Cámaras CCD
Frame-Interline-Transfer Architecture
• Problemas:
– Requiere un área mayor (por cada fotosensor, 2 elementos más).
– El coste de fabricación es mayor.
– Necesarias altas velocidades de reloj.
• Ventajas:
– Se evita el “smear”. La info se pasa más rápidamente y no hay
tiempo para desbordamiento.
– No hace falta obturador. Se puede implementar con sumidero de
sobrecarga
31
3.4. Cámaras CMOS
• Sensor de imagen similar al CCD: array de píxeles
fotosensibles formados por un fotodector, un
transistor y un circuito de lectura
• También conocidas como APS: active pixel sensor
• Basado en tecnología CMOS (más barato que
CCDs)
Comparativa sensores CCD - CMOS
32
3.4. Cámaras CMOS
• Ventajas frente a CCDs:
–
–
–
–
–
Menor consumo de energía
Menor lag
Más baratos de fabricar
Pueden combinar captura de imagen con procesado en mismo chip
Elimina el smear
• Desventajas frente a CCDs:
– Mayor ruido
– Electrónica adicional en cada píxel reduce zona sensible a la luz
• Aplicaciones:
– Primero en webcams y cámaras de móviles
– Se va extendiendo a cámaras de fotos y videocámaras digitales
33
3.5. HAD
• Hole Accumulating Diode (HAD):
– Tecnología de reducción de ruido en sensores CCDs y CMOS
– Reduce corriente de oscuridad (dark current): corriente que se
genera independientemente de la cantidad de luz absorbida
– Consiste en añadir una capa de semiconductor para acumular los
huecos e impedir que generen ruido.
34
3.6. Cámaras en color
Máscara de Bayer
Sensor en color
Bloque dicroico + 3 Sensores
(CCD ó CMOS)
35
3.6. Cámaras CCD
Color CCDs
• Máscara de Bayer:
–
–
–
–
Bryce E. Bayer (Kodak Eastman)
Disposición de filtros de color
Situada sobre CCD
Cada 4 píxeles: 1 R, 1 B, 2 G
• Requiere procesado
• Coste reducido
• Cámaras domésticas
36
3.6. Cámaras CCD
Color CCDs
• Bloque dicroico + 3 CCDs:
– 1 CCD por color
– Bloque dicroico para separar colores
Red
CC
D
Green CCD
• Mejor calidad – más caro
• Cámaras profesionales y
semiprofesionales
CD
eC
u
l
B
37
3.7. Telecines
• Telecine ⇒ pasa de películas en
soporte fotográfico a señal
eléctrica
• Funcionamiento: Iluminar una
película fotograma a fotograma y
captar con un sensor.
• Tipos:
– Fotoconductivo.
– Flying spot.
– CCD.
38
3.7. Telecines
• Fotoconductivo
–
–
–
–
–
Tres o cuatro tubos.
Se ilumina el fotograma y un motor desplaza la cinta.
Debido al movimiento la señal disminuye.
Son de baja sensibilidad.
Se exploran líneas pares y después impares.
• “Flying spot”
– Tubo de rayos que produce un haz que atraviesa la película.
– El spot se capta con fotocélulas.
– Surge como solución al fotoconductivo.
• CCD
– Se ilumina una línea y se explora de forma continua.
– Requiere memoria.
39
3.7. Telecines
• Transporte de la película.
– Velocidad de cámara de cine: 24 imágenes/sec (48
fotogramas/sec).
– Pal: 25 imágenes/sec.
– NTSC: 30 imágenes/sec.
– Solución PAL: Cada 48 campos PAL se repiten 2.
– Solución NTSC: Cada 8 campos se repiten 2 (cada 4 imágenes
de cine).
40
4. Procesado de señal de vídeo
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
4.1. Introducción
4.2. Matrices de conmutación y mezcladores
4.3. Chroma-key
4.4. Tituladoras
4.5. Imagen generada por ordenador
4.6. Edición
4.7. Sincronización de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
…
41
4.1. Introducción
• Procesado de señal en realización
–
–
–
–
Mesas de conmutación
Mesas de mezclas
Chroma-key
Tituladoras
• Procesado en postproducción – Edición
– Edición lineal
– Edición no lineal
42
4.2. Matrices conmutación mezcladores
• Matrices de conmutación
– Unión de diferentes equipos. Antes de programas
Matriz de vídeo (8x8) KRAMER VS-88V
• Mezcladores
– Con fines más artísticos (fundidos, cortinillas, otros efectos).
Conmutación o fundido dentro de programa de varias fuentes.
43
4.2. Matrices conmutación mezcladores
• Tipos de mezclado:
– Fundido o adición: Inicialmente se da
más peso a una imagen y
progresivamente se cambia la
relación.
– Efectos con señal llave: Una señal
llave controla cuál de las dos fuentes
pasa a la salida en cada zona de la
imagen.
La llave puede ser un generador de
patrones independientes de las
imágenes fuente (sustituciones,
cortinillas), una de las imágenes
fuente o una señal externa
A
amplificador
controlado por
tensión
C
1-C
+
control
B
amplificador
controlado por
tensión
Mezclado por fundido
A
B
mezclador
“key”
salida
Procesador
key
control
Mezclado con llave
44
4.3. Chroma-key
• Control de la señal key permite
efectos como recorte de siluetas.
Se sustituyen aquellas partes de
imagen (foreground) que tengan
cierto tono por otra imagen
(background)
• Son un avance de los luma key
(se usaba la luminancia como
criterio de recorte)
• Azul o verde para el fondo.
• Personajes no deben llevar ropa
ese color
45
4.4. Tituladoras
• Insertan títulos o pequeños gráficos en las
imágenes
• Con un teclado se escriben los títulos y se
definen su tamaño y posición
• Algunos equipos se controlan desde un PC (el
bus RS-232 ó RS-422)
• Necesitan de una señal de sincronismo
• Generan una imagen (título o gráfico) sobre un
color negro o uniforme, para ser utilizado por
una mesa de mezclas mediante una llave
• Las llaves para títulos se denominan
DownStream Keys (DSK)
• La inserción de los títulos se lleva a cabo al final
del proceso de mezcla
• Tendencia a integrarse con CGI
46
4.5. Imagen generada por ordenador
• Computer-Graphic Imaging (CGI) = Infografía
– Aplicación de gráficos por ordenadores para aplicaciones de cine, TV…
• Desde 1983 (Quantel)
• Ejemplos: Brainstorm digiStorm, Alias Wavefront, Kinetix,
Avid Softimage, Lightwave 3D
47
4.6. Edición
• Edición: procesos de empalme de diversas fuentes.
– Primeras técnicas del cine (cortar y pegar).
– Técnicas actuales son electrónicas.
• Tipos de procesos de edición:
– Montaje: se escriben todas las pistas (audio video y control). Añade
información al final.
– Inserción: la pista de control se mantiene inalterada (facilita la
sincronización).
• Sincronización de dos secciones:
– Rebobinado (preroll).
– Se ponen los videos en marcha (modo reproducción) para conseguir
sincronismo (uno controla al otro o los dos controlados por señal
externa)
– Después de cierto tiempo el grabador pasa a modo grabación.
• Software (Adobe Premiere,.. )
48
4.6. Edición
•
•
•
•
•
Código de tiempos
Postproducción requieren capacidad identificar puntos
de la grabación → Código de tiempos
Todos los cuadros identificados con números
secuenciales basados en horas, minutos, segundos y
cuadro dentro del segundo (80 bits).
Normalmente en una pista separada.
Normalizado por SMPTE y UIT.
Videos domésticos tienen contador de cuadros que
almacena los datos a partir de la pista de control.
49
4.7. Sincronización de vídeo
• Mezcla de varias fuentes de vídeo requiere sincronización
(barridos de imagen deben estar sincronizados)
Imagen eliminada
por motivos de
copyright
• Es necesario:
– Sincronización Horizontal y Vertical → Para no tener saltos de imagen.
– Sincronización de Subportadora de Color → Para no tener saltos de color
en vídeo compuesto
50
4.7. Sincronización de vídeo
• Para sincronizar es necesario
– Señal de reloj
– Línea de retardo o memoria (búfer)
• Generador sincronismo (Sync Pulse Generator, SPG) genera:
– Señal de black-burst (Impulsos de sincronismo H y V + burst de color +
imagen negra)
– Señales patrón
– Otras señales: Sincronismo para audio digital o HDTV, niveles de
referencia, tonos de referencia para audio...
• La señal se distribuye a entradas Gen-Lock o Ref de los
dispositivos
Generador de sincronismo Evertz 5600 MSC
51
4.7. Sincronización de vídeo
• Estrategias de sincronización:
– Sobre las fuentes de las imágenes
(sincronización en origen)
• Todas las fuentes y mezclador se
sincronizan con la misma señal de
referencia
• Normal para fuentes próximas (ej.
dentro de un estudio, centro de
producción…)
Sincronización en origen
– Sobre las imágenes recibidas (sincronización en destino)
•
•
•
•
Fuentes no sincronizadas, imágenes se sincronizan al recibirlas
Permite sincronizar todo tipo de fuentes (internas y externas al centro)
Se introducen retardos en el vídeo
Opciones:
– Usar corrector de la base de tiempos conectado a un SPG (introduce retardos)
– Usar mezcladores preparados para entradas asíncronas
52
5. Medida de calidad
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
8. Receptores
9. Interfaces
53
5. Medida de calidad
• Desde punto de vista imagen:
–
–
–
–
Definición de la imagen
Resolución límite
Escala de grises
Señal a ruido
Rohde & Schwarz DVQ Digital
Video Quality Analyzer
Imagen original e imagen ruidosa
Comparación entre SDTV y HDTV
Imagen con pequeño y gran margen dinámico
54
5. Medida de calidad
• Desde punto de vista señal:
– Sistemas analógicos: SNR, SFDR,…
– Sistemas digitales (banda base):
• BER (bit error rate): Relación entre los bits erróneos y los bits
enviados durante un intervalo de tiempo
• Diagrama de ojos (eye pattern): representación en osciloscopio en
la que los datos digitales recibidos se muestrean repetidamente y
se aplican al eje vertical mientras que la tasa de datos se usa para
el trigger del barrido horizontal
Diagrama de ojos
55
5. Medida de calidad
• Desde punto de vista señal:
– Sistemas digitales (señal modulada):
• MER (modulation error ratio): Relación entre potencia media del
símbolo y la potencia media del error. Se mide en dB.
• EVM (error vector magnitude): Relación entre la potencia de pico del
símbolo y la potencia media del error. Mide la calidad del
demodulador. Se mide en porcentaje.
56
6. Grabación
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
8. Receptores
9. Interfaces
57
6. Grabación
• Grabación analógica en soporte magnético
– Sistemas profesionales: Quadraplex, B, C, Betacam…
– Sistemas domésticos: VHS, Betamax
• Grabación digital en soporte magnético
– D1, D2, DCT, DVCPro, DV, MiniDV…
• Grabación digital en soporte óptico
– DVD, LaserDisk, Blu-Ray, HD DVD,…
• Grabación sobre disco duro
• Grabación sobre memorias de estado sólido
– Memorias de cámaras
58
7. Distribución
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
7.1. Televisión terrestre
7.2. CATV
7.3. Televisión por satélite
7.4. Internet Television
8. Receptores
9. Interfaces
59
7.1. Televisión terrestre
Centro de producción
Red de transporte
Red primaria
Analógico:
Digital (TDT)
•
•
•
•
•
•
•
PAL, NTSC, SECAM
VHF, banda I (47-68 MHz),
banda III (174-230 MHz)
UHF, banda IV (470-582 MHz)
banda V (582-960 MHz)
Banda Lateral Vestigial (BLV)
BW: 8 MHz
•
Red secundaria
DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial)
UHF
COFDM (QPSK, 16QAM, 64QAM) sobre tramas
MPEG-2
Entre 3-5 canales por cada canal analógico
(depende calidad)
60
7.2. CATV
Cabecera
Conversor
optoelectrónico
Cablemodem
Proveedor de contenidos
•
•
•
•
Set-top-box
- Internet
- LAN
- TV analógica
-TV digital
- VoD
- Telefonía
Cable TV (Community Antenna TV) – HFC (Hybrid Fiber Cable)
Multiplexación en frecuencia hasta VHF, primeros canales UHF
Canales TV analógicos y digitales.
Internet, telefonía, video on demand (VoD)…
61
7.2. TV satélite
Downlink
Uplink
Cabecera
• Orbita geoestacionaria (35850 km)
• Punto-a-multipunto. DBS (Direct Broadcast Services):
– Analógico: Modulación FM. BW~30 MHz. 10.7-11.7 GHz
– Digital: QPSK (robustez) sobre trama MPEG-2. 5-6 canales en transpondedor 30 MHz.
11.7-12.75 GHz
• Punto-a-punto: Satellite News Gathering (SNG):
– Transmisiones desde unidades móviles
62
7.2. Internet Television
Set-top-box
Proveedor de
contenidos
•
•
•
•
•
•
Internet
También conocido como IPTV
Evolución natural transmitir video digital redes ordenadores
Internet orientado paquetes filosofía best effort.
Vídeo en tiempo real requiere tasa constante de bits (streaming).
Se transmite MPEG-2 o MPEG-4 (H.264) usando IP Multicast
Ventajas: interactividad, posibilidad de gran oferta de canales, flexibilidad,
¡¡oportunidades de negocio!!
63
8. Receptores
Índice
1. Introducción
2. Elementos de la cadena de vídeo
3. Fuentes de vídeo
4. Procesado de señal de vídeo
5. Medida de calidad
6. Grabación
7. Distribución
8. Receptores
9. Interfaces
64
8. Receptores
• Unformatting + representación
• Se distinguen:
– Por tecnología del receptor:
• Televisión analógica
• Televisión digital
– Por tecnología pantalla:
•
•
•
•
•
CRT (tubo de rayos catódicos).
LCD (liquid crystal display)
Plasma Display Panel (PDP)
OLED (Organic light-emitting diode)
Proyectores (DMD, digital micromirror display)
Pantalla OLED 27” de Sony
Array DMD
Chip DMD
TV LCD 108” de Sharp
TV Plasma 150” de Panasonic
65
9. Interfaces
Índice
…
8. Receptores
9. Interfaces
9.1. Interfaces analógicos
9.1.1. Formatos de vídeo
9.1.2. Tipos de cables
9.1.3. Conectores de vídeo en banda base
9.1.4. Conectores de vídeo en RF
9.2. Interfaces digitales
9.2.1. FireWire (IEEE 1394)
9.2.2. USB
9.2.3. DVI
9.2.4. HDMI
9.2.5. SDI
66
9.1.1. Formatos
• B/N → 1 señal de luminancia + sincronismo
• Color → 3 señales de color (R,G,B) + sincronismo
• A partir de las 3 componentes de color que tiene un tono, puede
obtenerse su luminancia (Y)
(ejemplo, en PAL) Y = 0,299·R+0,587·G+0,114·B
• Para transmitir la señal de vídeo en color se puede:
– Trx 3 señales (R,G,B) → Señal en componentes RGB o de 1ª
generación.
– Trx 3 señales (Y,R-Y,B-Y) → Señal en componentes de diferencias de
color.
– Trx 2 señales (Y,C) → Señal de S-Video.
•
C=(B-Y)·cos(ωsc·t) + (R-Y)·sin(ωsc·t) (Modulación en cuadratura a ωsc)
– Trx 1 señal (Y + C) → Señal de Vídeo Compuesto (CVBS)
67
9.1.1. Formatos
68
9.1.2 Tipos de cables
• Mayor ancho de banda que audio (hasta 6 MHz en banda base)
• Tecnología básica: cable coaxial (75 Ω)
• Tipos:
– Coaxial:
– Triaxial:
– Multicore:
69
9.1.3. Conectores de vídeo en BB
RCA
BNC
TNC
70
9.1.3. Conectores de vídeo en BB
MUSA
Multipin o multicore
multicore
71
9.1.3. Conectores de vídeo en BB
MiniDIN 4 contactos (S-Video)
• Vídeo en Y/C
• Normalmente relación aspecto 4:3. Otras relaciones de aspecto
indicadas con tensión offset en croma.
• Letterbox (16:9) → 2.3 V
• Widescreen (16:9) → 5 V
Croma (C)
Masa (C)
Luma (Y)
Masa (Y)
72
9.1.3. Conectores de vídeo en BB
VGA (Mini D-sub 15 ó HD-15)
• Señales RGB
• Sincronismos vertical y horizontal
• Dos señales adicionales:
• Datos
• Reloj
Pin
Nombre
1
RED
Función
R
2
GREEN
G
3
BLUE
B
4
N/C
No conectado
5
GND
Ground
6
RED_RTN
Retorno de RED
7
GREEN_RTN
Retorno de GREEN
8
BLUE_RTN
Retorno de BLUE
9
N/C
No conectado
10
GND
Ground
11
N/C
No conectado
12
SDA
Datos DDC
13
HSYNC
Sincronismo horizontal
14
VSYNC
Sincronismo vertical
15
SCL
Reloj DDC
73
9.1.3. Conectores de vídeo en BB
SCART (Euroconector)
74
9.1.4. Conectores de vídeo de RF
F
TV
SMA
N
75
9.2.1. FireWire (IEEE 1394)
• Interfaz de bus serie para interconexión digital
• FireWire desarrollado por Apple en 1995. Estandarizado
por IEEE (IEEE 1394). También conocido como i.Link
(Sony).
• Conector de 6 pines (i.Link sólo 4)
• Incluye señal de alimentación (hasta 45 W)
Conector FireWire de 6 pines
Conector FireWire de 4 pines
(sin alimentación)
Logo de FireWire
76
9.2.1. FireWire (IEEE 1394)
• Características:
– Control de hasta 63 dispositivos separados <4.25 metros (FireWire 800 con
fibra óptica hasta 100 metros)
– Redes peer-to-peer (no hace falta un ordenador o servidor)
– Hot plug (permite conexión sin apagar)
– Plug and play
• Versiones:
– FireWire 400:
• Tasas binarias: 100, 200 ó 400 Mbps
– FireWire 800, IEEE 1394b ó FireWire 2:
•
•
•
•
Introducida en 2003
Tasa binaria hasta 786.432 Mbps
Compatibilidad hacia atrás (FireWire 400)
Conexiones por fibra óptica hasta 3.2 Gbps
77
9.2.2. USB
• Universal Serial Bus
• Creado en 1996 por IBM, Intel, Microsoft,
Compaq, NEC, Northern Telecom y
Digital Equipment Corporation.
• Estandarizado por el “USB Implementers
Forum” (USB-IF: www.usb.org)
• Interfaz de bus serie para periféricos de
ordenadores
• Incluye señal de alimentación
• Conector de 4 pines
–
–
–
–
1: Vbus, 4.75-5.25 V (100 mA; máx 500 mA)
2: D3: D+
4: GND
Conector USB
Logo de USB
Distribución de los pines
78
9.2.2. USB
• Características:
– Sistema asimétrico (un maestro y un esclavo, varios en daisy-chain)
– Hasta 127 dispositivos por puerto
– Distancia máxima 5 metros (para más hacen falta hubs). Se puede extender
usando productos especiales (USB extenders) hasta 50 m con cable y 10 km con
fibra.
– Codificación NRZI
– Hot plug
– Plug and play
• Versiones:
– USB 1.0:
• 1998
• Tasas de datos:
– Low Speed: 1.5 Mbit/s. Típicamente para ratones, teclados y joysticks.
– Full Speed: 12 Mbit/s.
– USB 2.0:
• 2000
• Añade una nueva tasa de datos:
– Hi-Speed: 480 Mbit/s
79
9.2.2. USB
FireWire/IEEE
1394/i.Link
USB
Maximo número de disposititivos
63
127
Hot plug (enchufar sin resetear)
Sí
Sí
4,5 m
5m
Velocidad de transferencia
400 Mbps (50MB/sec)
12 Mbps (1.5MB/sec)
Velocidad en el futuro
800 Mbps (100MB/sec)
1 Gbps+ (125MB/sec+)
versión 2.0 hasta 460MB
Sí
No
Máx. longitud del cable entre dispositivos
Conexión de dispositivos internos
Periféricos típicos
- Videocámaras DV
- Cámaras de alta
resolución
- HDTV
- Discos duros
- DVD-ROM Drives
- Impresoras
- Escáneres
- Teclados
- Ratones
- Monitores
- Joysticks
- Cámaras de baja resolución
- CD-ROM de baja velocidad
- Módems
Tabla comparativa entre FireWire y USB
80
9.2.3. DVI
• Digital Visual Interface
• Creado en 1999 por DDWG ("Digital
Display Working Group”) www.ddwg.org
• Interfaz de vídeo orientado a transportar
datos de vídeo digital sin compresión a
pantallas digitales
• Tres tipos de conector:
– DVI-D: sólo señales digitales
– DVI-A: sólo señales analógicas
– DVI-I: señales digitales y analógicas
Conectores DVI
(visto desde enchufe)
• Dos posibles conectores :
– 24 pines: sólo transmite señales digitales
– 29 pines: señales digitales y analógicas
Conector DVI
Logo de DVI 81
9.2.3. DVI
• Características
– Cada conector está formado por cuatro pares trenzados (para rojo, verde,
azul y reloj)
– 24 bits por píxel
– Usa un sistema de codificación de canal propio TMDS (Transition
Minimized Differential Signaling)
– Enlace DVI simple, a 60 Hz permite resolución máxima de 2.6 Mpíxeles.
Para más resolución o más bits/píxel, se habilita otro enlace (RGB).
Conectores DVI-DL (dual link)
82
9.2.3. DVI
• Sistema de protección anticopia HDCP
– Sistema de Gestión Digital de Derechos desarrollada por Intel
– Sistema propietario, requiere licencia.
– Objetivo: evitar que se transmitan contenidos de alta definición de forma
no cifrada
– Cada modelo de dispositivo HDCP tiene conjunto único de 40 claves (de
56 bits) + clave especial, KSV (Key Selection Vector), con 20 bits a “1” y
20 a “0”.
– Se basa en tres sistemas:
• Autenticación: solo dispositivos originales pueden recibir contenidos de alta
definición. Intercambio de KSVs y suma de sus claves según KSV del otro.
Este número se usa para encriptado.
• Encriptación de los datos enviados mediante cifrado de flujo. Brillo de cada
píxel XOR con un número de 24 bits obtenido de un generador
• Revocación de claves: modelos no seguros, KSV en lista de revocación. Si
durante autenticación se recibe KSV de lista no se intercambian datos
83
9.2.4. HDMI
• High-Definition Multimedia Interface
• Creado por HDMI Working Group:
– Fabricantes electrónica: Hitachi, Matsushita,
Philips, Sony, Toshiba…
– Productoras: Fox, Universal, Warner Bros, Disney.
• www.hdmi.org
• Interfaz de vídeo digital que combina
vídeo, audio multicanal y señales de
control
• Conector de 19 pines (tipo A) ó 29 pines
(tipo B)
Conector HDMI
Distribución de los pines
Logo de HDMI
84
9.2.4. HDMI
• Características:
– Compatible hacia atrás con un enlace DVI simple (tipo A) o DVI dual (tipo B)
– Sistema de protección de copia HDCP
– Usa TMDS para vídeo, audio y datos auxiliares
•
•
•
•
Ancho de banda: de 25 MHz a 340 MHz (tipo A) o hasta 680 MHz (tipo B)
Entre 24 y 48 bits por píxel
Codificación de los bits: (RGB) 4:4:4, (Y,B-Y,R-Y) 4:4:4, (Y,B-Y,R-Y) 4:2:2
Hasta 8 canales de audio
– Canal DDC (Display Data Channel) para obtener las especificaciones de las
pantallas
– Canal opcional CEC (Consumer Electronics Control) para funciones de
control remoto
85
9.2.5. SDI
• Serial Digital Interface
• Estándares ITU-R BT.656 y SMPTE 259M
• Interfaz serie para distribución de vídeo digital de calidad
profesional
• Transmitido sobre cable coaxial (75 Ω) con conectores
BNC
• Transporta señal de vídeo digital en componentes sin
comprimir
• Codificación NRZI
• Variación HD-SDI (“High Definition Serial Digital
Interface”). Estándar SMPTE 292M.
86
9.2.5. SDI
• Tasas binarias:
–
–
–
–
Definición estándar: 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s y 177 Mbit/s.
Definición mejorada (enhanced digital TV): 540 Mbit/s
Alta definición (HD-SDI): 1.485 Gbit/s
Para mejores prestaciones, SMPTE 372M (interfaz de enlace dual): 3 Gbit/s
• 4:2:2 en formato (Y, R-Y, B-Y)
87