aula 23 Novembro

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o tratamento do sinal de vídeo no âmbito da televisão digital
é indiscutível o fato de que a televisão tenha se tornado o principal meio de comunicação em massa
do ponto de vista técnico, desde o estabelecimento e consolidação dos primeiros padrões comerciais , logo após a Segunda Grande Guerra Mundial, dois eventos marcantes estão associados ao aperfeiçoamento dos princípios televisivos
 o primeiro, entre o final dos anos 50 e o início dos 60, foi determinado pelo surgimento da televisão cromática
 o segundo, mais recente, iniciado no final dos anos 80 e com maior ênfase ao longo dos anos 90 e início do novo século, correspondeu à implementação da televisão digital com seus recursos de interatividade e multiprogramação e, como subproduto desta, a televisão de alta definição, a HDTV (High Definition Television)
 com esse novo avanço, os paradigmas associados às técnicas de televisão tradicionais foram radicalmente alterados
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a figura 6.1 apresenta um mapeamento simplificado correspondente à transmissão e recepção de TV digital (não estão indicadas, nessa representação, as características de interatividade)
 nesse diagrama em blocos, a transdução visual­elétrica representada pela câmera, continua a captar o conteúdo das cenas a partir de processamentos analógicos, além de manter a concepção de estabelecer um sinal de vídeo também analógico e acoplado às informações de sincronismo que, embora com características distintas daquelas apresentadas pelo sinal de vídeo tradicional, continua a ser relevante em função da necessidade de manutenção da fase entre as informações provenientes das diversas câmeras e equipamentos presentes no estúdio
 também os sinais de áudio são captados a partir de técnicas analógicas para serem, em seguida, submetidos à amostragem e quantização antes da compressão propriamente dita
a etapa de pré­processamento do sinal de vídeo STV
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o tratamento do sinal de vídeo (bem como o de áudio) deve ser iniciado por meio de um processamento analógico
a figura 6.2 ilustra as técnicas envolvidas com base no padrão genérico considerado
 semelhante ao que ocorre na televisão analógica convencional, as cenas bidimensionais captadas pela câmera são convertidas em sinais de natureza elétrica através dos transdutores visuais­elétricos nela presentes (válvulas ou elementos de estado sólido, como o CCO ­ charge­coupled device) por meio das técnicas de varredura e exploração
 os três sinais elétricos analógicos assim gerados, correspondentes às cores básicas RGB, são representados por ER, EG e EB
 considerando­se que os transdutores em questão não apresentam características lineares, não há uma proporcionalidade entre o sinal elétrico gerado e as variações luminosas captadas pela câmera
 denominando­se de LRTX, LGTX e LBTX as intensidades luminosas associadas às componentes R, G e B captadas, as relações entre as tensões obtidas e esses parâmetros podem ser descritas pelas seguintes equações: 
 E R TX =K R TX⋅ LR TX 


E G TX =K G TX⋅ LG TX 


E BTX =K BTX⋅LB TX 
R TX
G TX
B TX

assumindo­se que  KRTX = KGTX = KBTX = KTX, sejam índices representativos de uma constante associada às características dos transdutores
 R =G = B =TX denotem o chamado fator gama correspondente à câmera (não 
linearidade)
TX
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TX
TX
do lado receptor, em se tratando do conversor elétrico­visual, também está presente uma correspondência não­linear entre as informações luminosas geradas e os sinais elétricos aplicados, o que implica no estabelecimento de equações semelhantes, válidas para o lado receptor  LRRX, LGRX e LBRX correspondem às luminosidades observadas no receptor em se tratando dos elementos fotoemissores R, G e B

•
L R RX =K R RX⋅ER RX 

•
L GRX =K GRX⋅ EG RX 

•
L BRX =K BRX⋅ EB RX 
R RX
GRX
B RX



➢
KRRX = KGRX = KBRX = KRX são índices representativos de uma constante associada às características do transdutor elétrico­visual
 R =G =B =RX denotam o fator gama correspondente ao mesmo transdutor
ERRX, EGRX e EBRX indicam as tensões aplicadas nesse elemento transdutor
RX
RX
RX
objetivando­se a compensação dessas não­linearidades, é introduzida uma distorção proposital, denominada correção gama, na saída da câmera, no lado transmissor
 com isso, procura­se alterar o aspecto do sinal de vídeo gerado de modo que se estabeleça a linearidade desejada no receptor
 isto posto, na saída do bloco em discussão ( “Filtragem” ) tem­se as seguintes informações de natureza elétrica: TX C

E R 'TX = K R TX⋅LR TX 

E G 'TX = K G TX⋅LG TX 
TX
 = K TX  ⋅ L R TX  

 =  K TX   ⋅ LG TX  
C
C
TX
C
C
TX
C
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

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E B 'TX = K BTX⋅LB TX 
TX

C
C
= K TX  ⋅ L BTX 
R
RX
G
RX

⋅  K
⋅  K
RX
B
RX
RX
L BRX =K BRX⋅ EBRX  =K RX⋅ EB' TX  =K RX
RX
C
TX  C RX
C
TX C RX
C
TX
=K RX⋅ ER 'TX  =K RX⋅  KTX  ⋅ L R TX 
L G RX =K G RX⋅ EG RX  =K RX⋅ EG 'TX  =K RX
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TX C
em consequência, são válidas as seguintes equações no que tange ao relacionamento entre as luminosidades RGB captadas e reconstituídas (no receptor), supondo­se que:
ER RX =E R ' TX
•
EG RX =E G 'TX
•
EBRX =E B 'TX
•
L R RX =K R RX⋅ER RX 
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4
 ⋅ LG TX 


TX  ⋅ L B TX 


TX
C RX

RX
TX  C RX
C RX
TX  C RX
=K RX⋅K TX 
=K RX⋅K TX
=KRX⋅K TX
C
⋅ L R TX 
⋅ LG TX 
C
RX
⋅ L BTX 
TX C RX
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chega­se à linearidade procurada
TX RX
 valores típicos para C situam­se em torno de 2,2
 magnitudes e formulações alternativas para a correção gama podem ser adotadas no caso do tratamento de sinais de vídeo convencionais ou em alta definição
exemplo: no padrão brasileiro é utilizada:
adotando­se C =
1


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para a transmissão convencional, a relação V=L 2,2 , sendo 0≤L≤1 representativo da intensidade de entrada de luz em uma câmera e V o sinal (elétrico) de vídeo em sua saída, ambos normalizados em relação ao nível de referência branco
para os sinais de vídeo em alta definição a formulação torna­se mais elaborada, sendo descrita por: V=4,500 L , para 0≤L≤0,018


V=1,099 L0,45− 0,099 , para 0,018≤L≤1,000
ainda no âmbito do pré­processamento dos sinais de vídeo captados, tem­se a filtragem passa­baixas dos sinais ER'TX, EG'TX e EB'TX com a finalidade de se estabelecer uma limitação em banda, evitando­se assim a sobreposição espectral (efeito denominado aliasing)
 essa sobreposição poderia ter lugar considerando­se que a aplicação da amostragem leva a uma repetição do espectro ao longo do eixo das frequências com espaçamentos determinados pela própria frequência de amostragem
 caso a banda passante do sinal de vídeo viesse a exceder certos limiares, quando da repetição espectral e dependendo do valor da frequência de amostragem, as referidas sobreposições tenderiam a acontecer
 tomadas as providências relacionadas a evitar o aliasing, pode­se então amostrar e quantizar o sinal de vídeo em estudo
as operações de compressão e codificação são desenvolvidas a partir das informações digitalizadas
 no tocante à amostragem, as magnitudes tomadas são quantizadas e caracterizadas seja por 8 bits/amostra, seja através de 10 bits/amostra, dependendo da precisão desejada
seguindo essa etapa, as representações RGB são convertidas por meio de uma transformação linear em sinais que correspondem à luminância (Y) e às informações diferença de cor (Cr e Cb), cujas tensões são indicadas na figura anterior por EY, ECr e Ecb
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vale notar que a adoção desse procedimento auxilia na descorrelação entre as componentes RGB, melhorando­se a compressão do sinal de vídeo
além disso, considerando as características do sistema visual humano, o reconhecimento das parcelas associadas à luminância é mais amplo no tocante à banda espectral desse sinal, comparativamente às componentes diferença de cor, o que permite que parte do espectro correspondente ao sinal de crominância (Cr e Cb) seja desprezada
 esse procedimento é realizado por meio da aplicação de técnicas de subamostragem sem que, no sistema visual humano, sejam percebidas deteriorações na qualidade da imagem tratada
 conforme pode ser apreciado na figura, as operações de subamostragem são precedidas pela aplicação, nos sinais de crominância digitalizados, de um filtro passa­baixas com o objetivo de evitar problemas relacionados ao aliasing, à semelhança do que foi anteriormente comentado
 no processo de conversão das informações RGB em componentes de luminância e de sinais diferença de cor, tem­se uma operação matemática linear, que pode ser expressa pela montagem matricial dada a seguir, na qual, por mera simplificação, denominam­se de RGB e de Y, Cr e Cb as informações de tensão (no formato digital) vinculadas a ambos os espaços representativos dos dados considerados
K11 K12 K13 R
Y
=
Cr
K21 K22 K23 ⋅ G
Cb
K31 K32 K33 B
[] [


•
•

K11=0,2990 ; K12=0,5870 ; K13=0,1140
K21=0,5000 ; K22=­0,4187 ; K23=­0,0813
K31=­0,1687 ; K32=­0,3313 ; K33=0,5000
para o processamento de sinais de alta definição esses coeficientes têm outros valores:
•
•
•

][ ]
os valores das constantes Kxy (1 x  3 ; 1 y  3) são normatizados em função do padrão de TV digital adotado, bem como pelas características do sinal tratado
como exemplo, os padrões brasileiros do sinal de televisão dito standard (ou seja, que emprega a resolução do padrão M analógico) utilizam os seguintes valores para Kxy:
•
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K11=0,2126 ; K12=0,7152 ; K13=0,0722
K21=0,5000 ; K22=­0,45412 ; K23=­0,0458
K31=­0,1146; K32=­0,3854 ; K33=0,5000
apesar de que, pelas normatizações, é possível utilizar a distribuição de coeficientes citada anteriormente também para as operações que envolvem a resolução analógica convencional
finalmente, no que concerne à subamostragem das componentes Cr e Cb, esta é determinada pelo formato 4:2:0
 para cada quatro amostras de luminância sendo tomadas estão associados dois pares de informações Cr e Cb (o que equivale a ter informações Cr e Cb selecionadas segundo um fator de 2; amostras alternadas nas direções horizontal e vertical da imagem)
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o sinal de sincronismo
no que tange às técnicas tradicionais de televisão, o objetivo dos sinais de sincronismo (horizontal, vertical e equalização) consiste em referenciar o receptor quanto ao desenvolvimento das linhas horizontais e dos campos/quadros relativamente ao que se desenvolve no lado transmissor em se tratando da varredura da imagem
nas técnicas analógicas os sinais de sincronismo consistem em níveis de tensão agregados ao sinal de vídeo, estabelecendo­se o assim chamado sinal de vídeo composto
no caso das técnicas digitais de transmissão de sinais de vídeo, os sinais de sincronismo não são transmitidos como na TV analógica, tendo­se em conta que são implícitos quando da codificação dos quadros (ou campos) e das linhas de varredura
 isso não significa em absoluto que, no âmbito da câmera, os sinais de sincronismo não sejam gerados
 com efeito isso ocorre, conforme será reforçado adiante, devido à necessidade da manutenção de referenciais com os demais equipamentos no lado transmissor, porém não são codificados como tais
 além disso, tais informações de sincronismo são empregadas como referenciais de relógio (clock) quando da amostragem dos níveis analógicos, com o objetivo de identificar aquelas que são efetivamente relacionadas com os dados de vídeo (e que devem, em consequência, ser submetidas à codificação e transmissão)
nas figuras seguintes são mostradas as formas de onda associadas aos sinais de sincronismo horizontal e vertical (no âmbito dos padrões brasileiros) na figura 6.3 podem ser apreciados os níveis e temporizações correspondentes ao sinal de sincronismo horizontal para o vídeo com qualidade convencional (frequência de varredura horizontal de 15734,25 Hz e vertical de 59,94 Hz, ou seja, 525 linhas e entrelaçamentos 2: 1 e 1:1)
na tabela 6.1 se encontram os valores associados aos sinais apresentados
na figura 6.4 estão os níveis e temporizações associados ao tratamento de imagens com maior resolução (750 linhas e taxa de renovação de quadros 59,94 s­l, entrelaçamento 1: 1) e nas tabelas 6.2 e 6.3, as magnitudes a eles correspondentes
 observa­se que, neste caso, ao contrário das padronizações convencionais da televisão analógica, o sincronismo possui três níveis (nas técnicas convencionais, apenas dois)
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assim, a informação de sincronismo inicia­se com 0 Vdc , torna­se negativa (­300 mV) durante um certo intervalo de tempo, seguindo uma transição para um patamar positivo (+300 m V) durante um intervalo semelhante para então retomar aos 0 Vdc as razões associadas à adoção dos três níveis residem na presença de um valor médio nulo para tais sinais, ao contrário dos pulsos de sincronismo convencionais que determinam uma componente contínua no sinal de vídeo como um todo, por ser sempre negativo
para qualidades de vídeo superiores (1125 linhas de resolução e 59,94 campos por segundo, entrelaçamento 2: 1), o esboço mostrado na Figura 6.5 contém o aspecto do sincronismo horizontal associado
as tabelas 6.4 e 6.5 mostram as magnitudes pertinentes ao sinal tratado
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quanto aos sincronismos verticais pertinentes ao tratamento de sinais de vídeo convencionais (525 linhas, 59,94 campos por segundo e entrelaçamento 2: 1), a figura 6.6 e a tabela 6.6 contêm esboços relativos às tensões e tempos envolvidos e os valores a eles inerentes, respectivamente
à semelhança das técnicas de TV analógica, pode­se observar a presença, também, dos pulsos de equalização
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a figura 6.7 mostra o aspecto do sinal de sincronismo vertical para um sinal de vídeo convencional, porém com um entrelaçamento 1:1 (525 linhas e 59,94 quadros por segundo)
 nesse caso não se registra a presença dos pulsos de equalização. Na Tabela 6.7 podem ser apreciados os valores das temporizações envolvidas. STV
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a figura 6.8 contém uma situação em que são destacados vários pulsos (formados por três níveis cada), distanciados entre si de um período horizontal e que caracterizam o sincronismo vertical para um sinal de vídeo estabelecido a partir de 750 linhas de varredura, 59,94 quadros por segundo e entrelaçamento 1: 1
na tabela 6.8 estão incluídas informações referentes ao sinal considerado
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encerrando­se as considerações pertinentes aos sinais de sincronismo, a figura 6.9 exibe um comportamento análogo aos pulsos de sincronismo verticais, desta feita para um sinal de vídeo de alta resolução (1125 linhas e 59,94 campos por segundo, entrelaçamento 2:1)
pode­se observar, na tabela 6.9, os dados numéricos referentes aos sinais mostrados
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finalmente, nas tabelas 6.10 e 6.11 estão registradas informações importantes concernentes aos parâmetros de frequência de linha, campo e/ou quadro, relação de aspecto, linhas reais e ativas, frequências de amostragem e quantidade de amostras tomadas, além de outros dados pertinentes a quatro versões de sinais de vídeo para transmissão televisiva, sendo dois voltados à qualidade convencional e dois para alta definição
tais tabelas foram montadas com base no conteúdo apresentado pela normatização brasileira
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