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TELEVISÃO ANALTELEVISÃO ANALÓÓGICAGICA
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A caixa que mudou o mundo … ou
Uma imagem vale mais do que mil palavras !
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Nós, os Utentes …NNóóss,, osos UtentesUtentes ……
É preciso não esquecer que...
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O Espectro VisívelOO EspectroEspectro VisVisíívelvel
λ= c/f [m]
com c = 300...
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TELEVISÃO
MONOCROMÁTICA
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Pré-História da Televisão: o Disco de NipkowPrPréé--HistHistóóriaria dada T...
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O que Vemos na TV: a LuminânciaOO queque VemosVemos nana TV: a LuminânciaTV...
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A Ilusão de Movimento: Resolução TemporalAA IlusãoIlusão dede MovimentoMovi...
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Caracterizando a Imagem 2D …CaracterizandoCaracterizando aa ImagemImagem 2D...
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VHF é a sigla para o termo inglês Very H...
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Como se usa o Espectro ?Como seComo se usausa oo EspectroEspectro ??
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Modulando em Amplitude …ModulandoModulando emem AmplitudeAmplitude ……
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O Sinal de Televisão na FrequênciaOO SinalSinal dede TelevisãoTelevisão nan...
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Emissor e Receptor de TV MonocromáticaEmissorEmissor e Receptor de TVe Rece...
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POLICROMÁTICA
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As CompatibilidadesAsAs CompatibilidadesCompatibilidades
A TV policromática...
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Um Pouco de Colorimetria …UmUm PoucoPouco dede ColorimetriaColorimetria ……
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Diagrama de CromaticidadeDiagramaDiagrama dede CromaticidadeCromaticidade
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TV Policromática: a Escolha dos SinaisTVTV PolicromPolicromááticatica: a: a...
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Luminância e Crominâncias ...Luminância e Crominâncias ...Luminância e Crom...
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Os Sinais na Aquisição, Transmissão e Síntese ...Os Sinais na AquisiOs Sina...
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A Análise da ImagemAA AnAnááliselise dada ImagemImagem
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De RGB para YIQ ou YUVDe RGBDe RGB parapara YIQYIQ ouou YUVYUV
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A Correcção do Factor GamaAA CorrecCorrecççãoão do Factordo Factor GamaGama...
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Correcção do Factor Gama … em Detalhe …CorrecCorrecççãoão do Factordo Facto...
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Como se Mete o Rossio na Rua da Betesga ?Como se Mete oComo se Mete o Rossi...
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Transmissão da Crominância:
Modulação em Quadratura
TransmissãoTransmissão ...
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Transmissão da Crominância: Desmodulação em
Quadratura
TransmissãoTransmiss...
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No Tempo e na Frequência: Do Preto e Branco à CôrNo Tempo eNo Tempo e nana ...
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Quem Bem Arruma ...QuemQuem BemBem ArrumaArruma ......
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O VectorescópioOO VectorescVectorescóópiopio
O sinal modulado em quadratura...
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O SISTEMA NTSC
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O Sistema NTSC (National Television
Standards Committee)
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Sensibilidade a Desvios de Côr: as Elipses de
MacAdam
SensibilidadeSensibil...
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c(t) = I’ cos (360o fct + 33o ) +
Q’ sen (360o fct + 33o )
c (t) = ANTSC co...
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O Sinal NTSC na
Frequência
OO SinalSinal NTSCNTSC nana
FrequênciaFrequência
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Separação das Crominâncias em NTSCSeparaSeparaççãoão dasdas CrominânciasCro...
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As Misturas NTSC ou Never Twice the Same
Colour
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O SISTEMA PAL
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O Sistema PAL (Phase Alternate Line)OO SistemaSistema PAL (PAL (Phase Alter...
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O Vectorescópio PALOO VectorescVectorescóópiopio PALPAL
Linhas N
Linhas P
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O Sinal de Vídeo PAL no TempoOO SinalSinal dede VVíídeodeo PAL no TempoPAL ...
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O Sinal PAL na FrequênciaOO SinalSinal PALPAL nana FrequênciaFrequência
Sub...
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A Desmodulação PALAA DesmodulaDesmodulaççãoão PALPAL
Admitindo que a inform...
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Trocando misturas de cor por erros de saturaçãoTrocandoTrocando misturasmis...
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Modulador PALModuladorModulador PALPAL
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Desmodulador PALDesmoduladorDesmodulador PALPAL
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O SISTEMA SECAM
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O Sistema SECAM (Sequentiel Couleur a
Memoire)
OO SistemaSistema SECAM (SEC...
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Todos Diferentes, Todos Iguais ...Todos Diferentes, Todos Iguais ...Todos D...
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O Mundo da TV AnalógicaOO MundoMundo dada TVTV AnalAnalóógicagica
NTSC
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  1. 1. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira TELEVISÃO ANALTELEVISÃO ANALÓÓGICAGICA Fernando PereiraFernando Pereira Instituto Superior TInstituto Superior Téécnicocnico
  2. 2. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A caixa que mudou o mundo … ou Uma imagem vale mais do que mil palavras !
  3. 3. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Televisão: o ObjectivoTelevisão: o ObjectivoTelevisão: o Objectivo Transferência à distância de informação visual e auditiva usando sinais eléctricos onde muitos (?) utentes consomem (simultaneamente ?) o mesmo conteúdo.
  4. 4. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Grande Objectivo: TelepresençaO GrandeO Grande ObjectivoObjectivo:: TelepresenTelepresenççaa Crescente sensação de imersão
  5. 5. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Minutos de TV por Dia …MinutosMinutos de TVde TV porpor DiaDia …… AnoAno 20002000
  6. 6. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira História da Televisão: a Primeira FaseHistHistóória da Televisão:ria da Televisão: aa PrimeiraPrimeira FaseFase 1925 - John Baird demonstra a possibilidade de transmitir contornos de objectos simples. 1926 - John Baird demonstra o primeiro sistema de televisão monocromática. 1928 - John Baird demonstra o primeiro sistema de televisão a cores. 1929 - Bell Labs demonstram o primeiro sistema de televisão a cores em que as cores primárias são transmitidas em paralelo. 1936 - Jogos Olímpicos de Berlim - Primeira emissão TV de grande potência. 1937 - França, Inglaterra, Alemanha e EUA iniciam emissões regulares de TV monocromática (baixa definição). 1941 - FCC normaliza o sistema de TV monocromática com 525 linhas. 1951 - CCIR não consegue chegar a acordo sobre as normas para a TV monocromática. 1951/52 - Aparece na Europa a TV monocromática com 625 linhas. 1953 - FCC normaliza o sistema de TV a cores, NTSC. Março 1957 - Início das emissões regulares de TV monocromática, em Portugal. 1957 - Coroação da Rainha Isabel II - Primeira transmissão em directo em rede europeia. 1960 - Na Alemanha aparece o sistema de TV a cores, PAL. 1960 - Em França é apresentado o sistema de TV a cores, SECAM. 1964 - Jogos Olímpicos de Tóquio - Primeira transmissão em directo, via satélite, de TV monocromática.
  7. 7. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira História da Televisão: a Segunda FaseHistHistóória da Televisão: a Segunda Faseria da Televisão: a Segunda Fase 1970 - Inicia-se no Japão o estudo da televisão de alta definição. 1977 - Atribuição pela WARC de canais de 27 MHz para transmissão de TV, via satélite. Março 1980 - Início das transmissões regulares de TV a cores - PAL - em Portugal. 1981 - Primeira demonstração pública do sistema Japonês de alta definição - MUSE. 1983 - É criado na Europa o sistema MAC para a difusão directa de TV, via satélite. 1985 - A Europa decide criar o seu sistema de alta definição para combater a 'invasão Japonesa' - HD-MAC. 1986 - Primeiro protótipo para o sistema MUSE. 1988 - Jogos Olímpicos de Seúl - Transmissão em directo via satélite usando o sistema MUSE. 1989 - Início das emissões regulares de alta definição no Japão. 1990 - Campeonato do Mundo de Itália - Primeira demonstração do sistema europeu de alta definição HD-MAC. 1992- Jogos Olímpicos de Barcelona - Demonstração em larga escala do sistema HD-MAC. 1993 - Os EUA preparam-se para escolher o primeiro sistema completamente digital de televisão. 1993 - A televisão digital ganha terreno ... muito rapidamente … 1993 - Norma MPEG-2 é finalizada. 1998 - Projecto DVB desenvolve as especificações técnicas que complementam as normas MPEG-2. 200X –TV digital nas mais variadas formas, cabo, fio de cobre (ADSL), IPTV, DVB-H, …
  8. 8. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Classificação dos Sistemas de TelevisãoClassificaClassificaççãoão dosdos SistemasSistemas dede TelevisãoTelevisão Tipo de informação Monocromático (Y) Policromático (YUV) Estereoscópico (2 × YUV) Multivista (N × YUV) Definição da imagem Baixa definição, < 300-400 linhas/imagem Média definição, ≈ 500-600 linhas/imagem Alta definição, > 1000 linhas/imagem Modo de transmissão Radiodifusão (terrestre) Cabo Satélite Linha telefónica (XDSL) Móvel (UMTS)
  9. 9. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Nós, os Utentes …NNóóss,, osos UtentesUtentes …… É preciso não esquecer que os serviços de comunicação audiovisual devem, acima de tudo, cumprir a missão de SATISFAZER O UTENTE FINAL. É fundamental levar em conta as características do Sistema Visual Humano, nomeadamente: A capacidade limitada de ver informação espacial. A ‘facilidade’ em adquirir a ilusão de movimento. A menor sensibilidade à cor em relação ao brilho/luminância.
  10. 10. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Espectro VisívelOO EspectroEspectro VisVisíívelvel λ= c/f [m] com c = 300 000 km/s
  11. 11. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira TELEVISÃO MONOCROMÁTICA
  12. 12. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Pré-História da Televisão: o Disco de NipkowPrPréé--HistHistóóriaria dada TelevisãoTelevisão: o Disco de: o Disco de NipkowNipkow O disco de Nipkow é opaco, com um conjunto de orifícios de pequeno diâmetro, cujos centros se dispõem sobre uma espiral, com passo igual à altura da imagem e mantendo entre si uma distância igual à largura da imagem a analisar. A imagem é iluminada de um lado, ficando o disco de Nipkow entreposto entre a imagem e uma lente que concentra, numa célula foto- eléctrica, a porção de luz que passa através dos orifícios.
  13. 13. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O que Vemos na TV: a LuminânciaOO queque VemosVemos nana TV: a LuminânciaTV: a Luminância O FLUXO LUMINOSOFLUXO LUMINOSO radiado por uma fonte luminosa com o espectro de potência G(λλλλ) é dado por: ΦΦΦΦ = k ∫∫∫∫ G(λλλλ) y(λλλλ) dλλλλ [lm ou lumen] com k=680 lm/W onde y(λλλλ) é a função de sensibilidade média do olho humano O modo como a potência radiada se distribui pelas diferentes direcções é dado pela INTENSIDADE LUMINOSAINTENSIDADE LUMINOSA: JL = dΦΦΦΦ /dΩΩΩΩ [lm/sr ou vela (cd)] Na TV interessa-nos o BRILHOBRILHO ou LUMINÂNCIALUMINÂNCIA dum elemento de superfície dS, observado segundo um ângulo θθθθ, tal que a área normal à direcção de observação é dSn, dado por: Y = dJL / dSn [lm/sr/m2] que dá o fluxo luminoso radiado, por ângulo sólido, por unidade de área.
  14. 14. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Sensibilidade Média do Sistema Visual HumanoSensibilidadeSensibilidade MMéédiadia dodo SistemaSistema VisualVisual HumanoHumano Rendimentoluminosoparaváriostiposdelâmpadasa220V Tipode lâmpada Potência (W) Fluxoluminoso (lm) Rendimento (lm/W) Incandescente 40 430 11 Incandescente 100 1380 14 Incandescente 200 2950 15 Vapormercúrio 80 3100 39 Vapormercúrio 250 11500 46 Fluorescente 20 1000 50 Fluorescente 40 2000 50
  15. 15. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Ilusão de Movimento: Resolução TemporalAA IlusãoIlusão dede MovimentoMovimento:: ResoluResoluççãoão TemporalTemporal A informação visual corresponde a um sinal 3D (xyz) a variar no tempo (t) que tem de ser transformado num sinal 1D no tempo que possa ser transmitido através dos canais disponíveis. Na recepção, a informação é visualizada num espaço 2D resultante da projecção (na aquisição) no plano da câmara. O sinal 2D é amostrado no tempo a uma frequência tal que se consiga adquirir a ilusão de movimento para os conteúdos usuais. AA experiênciaexperiência mostramostra queque éé possívelpossível conseguirconseguir umauma boaboa ilusãoilusão dede movimentomovimento aa partirpartir dede cercacerca de 16de 16--1818 imagensimagens porpor segundosegundo,, dependendodependendo dodo conteúdoconteúdo maismais ouou menosmenos rápidorápido dada imagemimagem..
  16. 16. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira De 2D para 1D: o VarrimentoDe 2DDe 2D parapara 1D: o1D: o VarrimentoVarrimento A transformação do sinal 2D no plano da câmara num sinal 1D a transmitir no canal é feita através do varrimento da imagem em linhas, de cima para baixo e da esquerda para a direita (como a leitura). Esta sequência de varrimento é determinada a priori e logo é conhecida pelo emissor e pelo receptor. Como não existia, no início, capacidade de memorizar informação, a aquisição, transmissão e visualização são praticamente simultâneas.
  17. 17. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Acuidade Visual: o Número de LinhasAcuidadeAcuidade Visual: oVisual: o NNúúmeromero dede LinhasLinhas A acuidade visual é a capacidade do olho distinguir ou ‘resolver’ detalhe (informação espacial) numa imagem. Mede-se com a ajuda de imagens especiais, designadas miras. A acuidade visual determina o número mínimo de linhas que a imagem deve ter para que o observador colocado a uma dada distância não as ‘distinga’ ou seja tenha uma sensação de continuidade espacial. O número máximo de linhas que o sistema visual humano consegue distinguir numa mira de Foucault é dado por NNmmááxx ~ 3400 h /~ 3400 h / ddobsobs Para dobs /h ~ 8, tem-se Nmáx ~ 425 linhas.
  18. 18. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Factor de KellO Factor deO Factor de KellKell Quando se reproduz em televisão uma mira de Foucault, observa-se uma diminuição da acuidade visual ou seja um observador capaz de distinguir na mira original N barras só consegue distinguir na mira reproduzida KN barras; K é o Factor de Kell e vale aproximadamente 0.7. Quando o número de barras da mira se aproxima do número de linhas de varrimento, a imagem reproduzida depende fortemente da respectiva posição relativa. A consequência do fenómeno associado ao Factor de Kell (K) é que o número de linhas de varrimento tem de ser superior de um factor 1/K em relação ao número de linhas determinado pela acuidade visual. O fenómeno associado ao Factor de Kell só se verifica na direcção vertical por ser a única em que a informação é representada de forma discreta.
  19. 19. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Caracterizando a Imagem 2D …CaracterizandoCaracterizando aa ImagemImagem 2D2D …… A imagem 2D é caracterizada por: Número de linhas/imagem - Depende da acuidade visual e também do factor de Kell. Factor de forma ou relação largura-altura - Para dar ao observador uma sensação de maior envolvimento na acção, a imagem é mais ‘comprida’ do que ‘alta’ já que esse é o formato dos nosso olhos e na vida real a maior parte da acção se passa na horizontal (4/3 => 16/9). Número de elementos de imagem/linha - Para igual resolução vertical e horizontal, depende do número de linhas/imagem e do factor de forma.
  20. 20. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Síntese da Imagem: Tubo de Raios Catódicos (CRT)AA SSííntesentese dada ImagemImagem:: TuboTubo dede RaiosRaios CatCatóódicosdicos (CRT)(CRT)
  21. 21. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A CintilaçãoAA CintilaCintilaççãoão O fenómeno da cintilação ou flicker parece tornar indispensável a adopção de uma frequência de imagem superior à frequência mínima para obter ilusão de movimento. Para os tubos de raios catódicos, a variação da luminância no tempo é exponencial decrescente, com constantes de tempo entre 3 e 5 ms.
  22. 22. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Contra a Cintilação, o EntrelaçamentoContra aContra a CintilaCintilaççãoão, o, o EntrelaEntrelaççamentoamento Para que cada zona da imagem seja suficientemente ‘refrescada’, cada imagem é representada como 2 campos, um com as linhas pares e outro com as linhas ímpares. O entrelaçamento resolve o problema da cintilação sem aumentar a largura de banda do sinal já que cada zona do écrã é periodicamente refrescada ao dobro do ritmo correspondente á ilusão de movimento.
  23. 23. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira 25 imagens/s ⇒⇒⇒⇒ 50 campos/s Não muda nº imagens/s Não muda nº linhas /imagem Não muda a largura de banda
  24. 24. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Correcção do Factor GamaCorrecCorrecççãoão do Factordo Factor GamaGama A correcção do factor gama é introduzida para compensar o facto das câmaras e dos tubos de raios catódicos serem dispositivos não lineares. Sendo Yorig a luminância da cena original, a câmara produz um sinal de luminância Yc Yc = K1 Yorig γγγγ 1 (γγγγ 1 ~ 0.3 - 1) Por outro lado, a luminância reproduzida pelo tubo de raios catódicos tem uma variação semelhante YTRC = K2 Yc γγγγ 2 (γγγγ 2 ~ 2 - 3) ou seja a luminância original e reproduzida relacionam-se por YTRC = K2 K1 γγγγ 2 Yorig γγγγ 1γγγγ 2 Para obter um gama do sistema (γγγγ 1 γγγγ 2) entre 1 e 1.3, introduz-se um dispositivo não linear à saída da câmara que faz a correcção do factor gama com γγγγ 1 γγγγ 2 γγγγ cor ~ 1.3.
  25. 25. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sinal de Luminância no TempoOO SinalSinal de Luminância no Tempode Luminância no Tempo Devido às limitações dos dispositivos usados, é necessário que decorra algum tempo entre o final de cada linha e o início da linha seguinte e entre o final de uma campo e o início do campo seguinte: retornosretornos horizontal ehorizontal e vertical ...vertical ... que podem ser úteis, e.g. teletexto …
  26. 26. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Porquê Modulação Negativa ?PorquêPorquê ModulaModulaççãoão NegativaNegativa ?? O sinal é codificado dedicando a gama entre 0 e 33% do nível máximo ao sincronismo e a restante gama à informação de luminância, com o preto nos 33% e o branco nos 100% do nível máximo. A modulação negativa garante uma maior protecção em termos de relação sinal/ruído aos impulsos de sincronismo e a menor distorção do sinal associada à saturação do modulador ou amplificador (pontos pretos em vez de pontos brancos).
  27. 27. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Largura de Banda do Sinal de VídeoLarguraLargura de Banda dode Banda do SinalSinal dede VVíídeodeo Supondo que se pretende igual resolução subjectiva vertical e horizontal tem-se (a1 ~ 0.92 e a2 ~ 0.8 ): Número de elementos de imagem na vertical: Nv = a1 N Nº elementos de imagem na vertical subjectivam. relevantes: Nv = a1 N K Número de elementos de imagem na horizontal: Nh = a1 N K A Número de elementos de imagem na imagem: Nv Nh = a1 2 N2 K A Frequência de elemento de imagem (linha): fele = a1 N K A / (a2 / N F) Frequência de elemento de imagem (imagem): fele = a1 2 N2 K A / (a1 a2 / F) Frequência máxima presente no sinal de vídeo: fmáx= fele/2 = a1N2 F K A/2a2 Largura de banda do sinal de vídeo: LB ~LB ~ ffmmááxx == aa11NN22 FKA / 2 aFKA / 2 a22 a1 N a1 N K A
  28. 28. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira VHF e UHFVHF e UHFVHF e UHF VHFVHF VHF é a sigla para o termo inglês Very High Frequency. Designa a faixa de radiofrequências de 30 MHz até 300 MHz. É uma frequência comum para propagações de sinais de televisão e rádio. UHFUHF UHF é a sigla para o termo inglês Ultra High Frequency. Designa a faixa de radiofrequências de 300 MHz até 3 GHz. É uma frequência comum para propagações de sinais de televisão e rádio. As ondas eletromagnéticas com frequências nesta faixa têm mais atenuação atmosférica e menor reflexão na ionosfera que as ondas com VHFs.
  29. 29. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Como se usa o Espectro ?Como seComo se usausa oo EspectroEspectro ?? TV
  30. 30. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Modulando em Amplitude …ModulandoModulando emem AmplitudeAmplitude …… Banda de base Vestigial Side Band (VSB) Double Side Band (DSB)
  31. 31. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sinal de Televisão na FrequênciaOO SinalSinal dede TelevisãoTelevisão nana FrequênciaFrequência A modulação escolhida para o sinal de luminância foi a modulação de amplitude Vestigial Side Band (VSB) por ser bastante eficiente espectralmente e permitir esquemas simples de desmodulação como a detecção de envolvente. A modulação VSB é obtida nos emissores a partir do sinal modulado em amplitude (Double Side Band, DSB) através de filtragem adequada. O sinal de áudio é modulado noutra portadora, em AM ou FM (tipicamente FM).
  32. 32. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Emissor e Receptor de TV MonocromáticaEmissorEmissor e Receptor de TVe Receptor de TV MonocromMonocromááticatica
  33. 33. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira TELEVISÃO POLICROMÁTICA
  34. 34. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira As CompatibilidadesAsAs CompatibilidadesCompatibilidades A TV policromática é mais um desenvolvimento natural na emulação pelas Telecomunicações de capacidades Humanas. Aproveita os desenvolvimentos tecnológicos e tem de garantir compatibilidade sem gastar mais banda. COMPATIBILIDADE DIRECTA (COMPATIBILIDADE DIRECTA (backwardbackward)) - Uma emissão de TV policromática deve poder ser recebida, a preto e branco, por um receptor monocromático. COMPATIBILIDADE INVERSA (COMPATIBILIDADE INVERSA (forwardforward)) - Um receptor policromático deve poder receber, a preto e branco, uma emissão de televisão monocromática.
  35. 35. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Um Pouco de Colorimetria …UmUm PoucoPouco dede ColorimetriaColorimetria …… Em sistemas aditivos, a soma de todas as cores dá branco e a subtracção de todas as cores dá preto. A Colorimetria demonstra que é possível reproduzir um elevado número de cores através da mistura aditiva de apenas 3 cores primárias, cuidadosamente escolhidas. As cores primárias escolhidas em televisão para gerar todas as outras cores foram VermelhoVermelho (RED)(RED) Verde (Green)Verde (Green) AzulAzul (Blue)(Blue) A luminância, Y, pode ser obtida a partir das componentes primárias através de Y = 0.3 R + 0.59 G + 0.11 B
  36. 36. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Diagrama de CromaticidadeDiagramaDiagrama dede CromaticidadeCromaticidade
  37. 37. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira + B - AzulG - VerdeR - Vermelho
  38. 38. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira TV Policromática: a Escolha dos SinaisTVTV PolicromPolicromááticatica: a: a EscolhaEscolha dosdos SinaisSinais COMPATIBILIDADE DIRECTA:COMPATIBILIDADE DIRECTA: OsOs sinaissinais R,G,BR,G,B nãonão sãosão escolhidosescolhidos parapara aa transmissãotransmissão de TVde TV policrompolicromááticatica porqueporque nãonão garantemgarantem aa compatibilidadecompatibilidade directadirecta ee exigemexigem umauma larguralargura dede bandabanda triplatripla dada dosdos sistemassistemas monocrommonocromááticosticos ((haviahavia queque mantermanter aa bandabanda).). AA compatibilidadecompatibilidade directadirecta exigeexige aa transmissãotransmissão dodo sinalsinal de luminância, Y,de luminância, Y, queque podepode serser obtidoobtido aa partirpartir dasdas componentescomponentes primprimááriasrias atravatravééss dede Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B.Y = 0.3R + 0.59G + 0.11B. ACRESCENTANDO A CÔR:ACRESCENTANDO A CÔR: AA transmissãotransmissão dada côrcôr exigeexige aa escolhaescolha dede maismais 22 sinaissinais queque permitampermitam recuperarrecuperar facilmentefacilmente osos sinaissinais R, G e BR, G e B parapara aa ssííntesentese a cores.a cores. EssesEsses sinaissinais devemdevem gastargastar aa menormenor bandabanda posspossíívelvel explorandoexplorando aa menormenor sensibilidadesensibilidade visualvisual humanahumana àà côrcôr.. COMPATIBILIDADE INVERSA:COMPATIBILIDADE INVERSA: OsOs SINAIS DE CROMINÂNCIASINAIS DE CROMINÂNCIA RR--Y, BY, B--Y e GY e G--YY permitempermitem aa recuperarecuperaççãoão simplessimples dosdos sinaissinais R,G,B,R,G,B, garantemgarantem aa compatibilidadecompatibilidade inversainversa ee precisamprecisam dede menosmenos bandabanda;; escolhemescolhem--sese osos sinaissinais RR--Y e BY e B--YY porpor maximizaremmaximizarem aa relarelaççãoão sinalsinal--ruruíídodo..
  39. 39. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Luminância e Crominâncias ...Luminância e Crominâncias ...Luminância e Crominâncias ... Câmara R G B Y - Luminância Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B B - Y = U R - Y = V ~ 5 MHz ~ 1 MHz ~ 1 MHz B - Y = U R - Y = V
  40. 40. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Os Sinais na Aquisição, Transmissão e Síntese ...Os Sinais na AquisiOs Sinais na Aquisiçção, Transmissão e São, Transmissão e Sííntese ...ntese ... RGBRGB RGBRGB YUVYUV
  41. 41. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  42. 42. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  43. 43. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  44. 44. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  45. 45. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  46. 46. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  47. 47. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  48. 48. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  49. 49. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  50. 50. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira
  51. 51. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Análise da ImagemAA AnAnááliselise dada ImagemImagem A imagem é analisada recorrendo a 3 tubos de análise, cada um precedido de um filtro com uma resposta espectral adaptada ao espectro dos luminóforos correspondentes no tubo de síntese.
  52. 52. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira De RGB para YIQ ou YUVDe RGBDe RGB parapara YIQYIQ ouou YUVYUV
  53. 53. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Os Vários PrimáriosOsOs VVááriosrios PrimPrimááriosrios Primários ideais Vermelho (λ ~ 700 nm) com x ~ 0.74 e y ~ 0.27 Verde (λ ~ 520 nm) com x ~ 0.06 e y ~ 0.84 Azul (λ ~ 430 nm) com x ~ 0.17 e y ~ 0.1 Primários NTSC Vermelho com x ~ 0.67 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.21 e y ~ 0.71 Azul com x ~ 0.14 e y ~ 0.08 Primários PAL Vermelho com x ~ 0.64 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.29 e y ~ 0.60 Azul com x ~ 0.15 e y ~ 0.06
  54. 54. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Síntese da ImagemAA SSííntesentese dada ImagemImagem
  55. 55. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Correcção do Factor GamaAA CorrecCorrecççãoão do Factordo Factor GamaGama Para compensar a não linearidade da conversão da luminância em tensão e vice-versa, deve fazer-se a correcção do factor gama ou seja Y 1/γγγγ = (0.3 R + 0.59 G + 0.11 B) 1/γγγγ sendo 1/γγγγ o factor gama transmitido. Como cada um dos tubos de cor primária tem uma característica semelhante às dos tubos monocromáticos, é indispensável fazer a compensação do factor gama para cada componente ou seja o receptor deve poder obter os sinais R 1/γγγγ , B 1/γγγγ e G 1/γγγγ Para evitar a resolução de equações não lineares nos receptores a cores, é transmitido o sinal Y’ = 0.3 R 1/γγγγ + 0.59 B 1/γγγγ + 0.11 G 1/γγγγ o que compromete a compatibilidade directa já que Y 1/γγγγ ≠ Y’.
  56. 56. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Correcção do Factor Gama … em Detalhe …CorrecCorrecççãoão do Factordo Factor GamaGama …… emem DetalheDetalhe …… Deveria enviar-se 1. Y 1/γγγγ = (0.3 R + 0.59 G + 0.11 B) 1/γγγγ 2. R 1/γγγγ -Y 1/γγγγ 3. B 1/γγγγ -Y 1/γγγγ Mas envia-se 1. Y’ = 0.3 R 1/γγγγ + 0.59 G1/γγγγ + 0.11 B 1/γγγγ 2. R 1/γγγγ -Y’ 3. B 1/γγγγ -Y’ Por ser mais fácil de recuperar os sinais R 1/γγγγ , B 1/γγγγ e G 1/γγγγ
  57. 57. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Como se Mete o Rossio na Rua da Betesga ?Como se Mete oComo se Mete o RossioRossio nana RuaRua dada BetesgaBetesga ?? PREMISSA 1 Largura de banda total disponível para os sinais do sistema policromático é a mesma do sistema monocromático. PREMISSA 2 Em vez de apenas o sinal de luminância é preciso transmitir (na mesma banda) agora o sinal de luminância e dois sinais de crominância.
  58. 58. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Transmissão da Crominância: Modulação em Quadratura TransmissãoTransmissão dada CrominânciaCrominância:: ModulaModulaççãoão emem QuadraturaQuadratura Para poupar banda, os 2 sinais de crominância são modulados em portadoras com a mesma frequência mas desfasadas de 90o. Para limitar a saturação do emissor, definem-se os sinais V’ = 0.877 (R’-Y’) U’ = 0.493 (B’-Y’) (ambos corrigidos do factor gama) que têm menor amplitude e são filtrados para ter uma banda inferior à do sinal de luminância. O sinal modulado com as crominâncias vem: U’ cos ωωωωc t + V’ sen ωωωωc t
  59. 59. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Transmissão da Crominância: Desmodulação em Quadratura TransmissãoTransmissão dada CrominânciaCrominância:: DesmodulaDesmodulaççãoão emem QuadraturaQuadratura Para recuperar os sinais de crominância modulantes, multiplica-se o sinal modulado por cos ωωωωc t e sen ωωωωc t e faz-se passar o resultado por filtros adequados. Na modulação em quadratura, um erro de fase na portadora de desmodulação provoca misturas indesejáveis dos sinais em fase e em quadratura ou seja em vez de U’ tem-se UU’’ coscos φφφφφφφφ -- VV’’ sensen φφφφφφφφ em vez de V’ tem-se --VV’’ coscos φφφφφφφφ -- UU’’ sensen φφφφφφφφ
  60. 60. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira No Tempo e na Frequência: Do Preto e Branco à CôrNo Tempo eNo Tempo e nana FrequênciaFrequência: Do: Do PretoPreto ee BrancoBranco àà CôrCôr
  61. 61. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Quem Bem Arruma ...QuemQuem BemBem ArrumaArruma ......
  62. 62. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O VectorescópioOO VectorescVectorescóópiopio O sinal modulado em quadratura vem U’ cos ωωωωc t + V’ sen ωωωωc t = A cos ( 2 ππππ fωωωωc t + φφφφ) onde A e φφφφ são a amplitude e fase da portadora de côr A = ( U’2 + V’2 ) 1/2 φφφφ = arctg (V’ / U’)
  63. 63. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O SISTEMA NTSC
  64. 64. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sistema NTSC (National Television Standards Committee) OO SistemaSistema NTSC (NTSC (National TelevisionNational Television Standards CommitteeStandards Committee)) No sistema NTSC, transmitem-se os sinais I’ = - 0,27 (B’-Y’) + 0.74 (R’-Y’) = cos 33o V’ - sen 33o U’ Q’ = 0.41 (B’-Y’) + 0.48 (R’-Y’) = cos 33o U’ + sen 33o V’ obtidos por transformação linear dos sinais U’ e V’. O sistema NTSC aproveita o facto de a sensibilidade visual às variações de côr depender da direcção da variação no diagrama de cromaticidade. Se os sinais de crominância a transmitir representarem variações segundo direcções com diferente sensibilidade, é aceitável que a largura de banda associada seja também diferente.
  65. 65. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Sensibilidade a Desvios de Côr: as Elipses de MacAdam SensibilidadeSensibilidade aa DesviosDesvios dede CôrCôr: as: as ElipsesElipses dede MacAdamMacAdam O olho humano não é igualmente sensível a variações de côr em todas as direcções.
  66. 66. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira c(t) = I’ cos (360o fct + 33o ) + Q’ sen (360o fct + 33o ) c (t) = ANTSC cos (2 ππππ fc t + φφφφ) com ANTSC = (I’2 + Q’2) 1/2 φφφφNTSC = 123o - arctg (Q’/I’) (em relação a U) O Sinal de Vídeo Composto NTSC no Tempo OO SinalSinal dede VVíídeodeo CompostoComposto NTSC noNTSC no TempoTempo
  67. 67. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sinal NTSC na Frequência OO SinalSinal NTSCNTSC nana FrequênciaFrequência
  68. 68. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Separação das Crominâncias em NTSCSeparaSeparaççãoão dasdas CrominânciasCrominâncias emem NTSCNTSC Para recuperar os sinais de crominância modulantes em quadratura, multiplica-se o sinal modulado por cos ωωωωc t e sen ωωωωc t e faz-se passar o resultado por filtros adequados. A desmodulação com o sinal modulado não deformado e a portadora local sincronizada em frequência e fase tem um desempenho perfeito mas é inatingível na prática. Face a desvios de frequência ou fase da portadora na recepção canais de transmissão introduzindo ganhos diferenciais de amplitude ou fase não é possível recuperar de forma exacta os sinais modulados em quadratura o que se traduz na MISTURA DE CORES (erros de matiz).
  69. 69. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira As Misturas NTSC ou Never Twice the Same Colour AsAs MisturasMisturas NTSCNTSC ouou Never Twice the SameNever Twice the Same ColourColour
  70. 70. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O SISTEMA PAL
  71. 71. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sistema PAL (Phase Alternate Line)OO SistemaSistema PAL (PAL (Phase Alternate LinePhase Alternate Line)) O sinais de crominância escolhidos são U’ = 0.493 (B’-Y’) V’ = 0.877 (R’-Y’) para limitar a saturação no emissor. A crominância é enviada numa portadora de côr, modulada em quadratura pelos sinais U’ e V’, alternando, linha a linha, o sinal de V’ ou seja LinhasLinhas N:N: cN(t) = U’ sen (2 ππππ fc t) + V’ cos (2 ππππ fc t) = APAL cos (2 ππππ fc t + φφφφPAL) LinhasLinhas P:P: cP(t) = U’ sen (2 ππππ fc t) - V’ cos (2 ππππ fc t) = APAL cos (2 ππππ fc t - φφφφPAL) com APAL = ( U’2 + V’2 ) 1/2 e φφφφPAL = arctg (V’ / U’) (em relação a V)
  72. 72. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Vectorescópio PALOO VectorescVectorescóópiopio PALPAL Linhas N Linhas P Salva N Salva P
  73. 73. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sinal de Vídeo PAL no TempoOO SinalSinal dede VVíídeodeo PAL no TempoPAL no Tempo ccNN(t(t) = Y +) = Y + AAPALPAL coscos ((22 ππππππππ ffcc t +t + φφφφφφφφPALPAL))
  74. 74. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sinal PAL na FrequênciaOO SinalSinal PALPAL nana FrequênciaFrequência Subportadora de côr
  75. 75. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira A Desmodulação PALAA DesmodulaDesmodulaççãoão PALPAL Admitindo que a informação de crominância é a mesma em 2 linhas consecutivas, se o receptor armazenar o sinal de crominância modulado de cada linha, ao receber a linha seguinte é possível recuperar os valores U’ e V’ (modulados) adicionando e subtraindo os sinais de crominância recebido e armazenado ou seja Se a linha armazenada é N: (cN (t) + cP (t)) / 2 = U’ sen (2 ππππ fc t) (cN (t) - cP (t)) / 2 = V’ cos (2 ππππ fc t) Se a linha armazenada é P: (cN (t) + cP (t)) / 2 = U’ sen (2 ππππ fc t) (cN (t) - cP (t)) / 2 = - (cP (t) - cN (t)) / 2 = V’ cos (2 ππππ fc t)
  76. 76. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Trocando misturas de cor por erros de saturaçãoTrocandoTrocando misturasmisturas dede corcor porpor erroserros dede saturasaturaççãoão O processo de separação dos sinais de crominância em PAL permite reduzir substancialmente os problemas resultantes de: Erros diferenciais de amplitude e fase introduzidos no emissor, canal ou receptor (relativamente constantes ao longo do tempo) Assimetrias nas semi-bandas superior e inferior dos sinais de crominância U’U’rr = U’= U’ coscos ββββββββ V’V’rr = V’= V’ coscos ββββββββ
  77. 77. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Modulador PALModuladorModulador PALPAL
  78. 78. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Desmodulador PALDesmoduladorDesmodulador PALPAL
  79. 79. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O SISTEMA SECAM
  80. 80. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Sistema SECAM (Sequentiel Couleur a Memoire) OO SistemaSistema SECAM (SECAM (SequentielSequentiel CouleurCouleur aa MemoireMemoire)) Os sinais de crominância escolhidos são DR’ = - 1.9 (R’-Y’) DB’ = 1.5 (B’-Y’) A informação de crominância é transmitida sequencialmente no tempo ou seja numa linha um sinal e na seguinte o outro. Os sinais de crominância são modulados em frequência. No SECAM, não há misturas de côr uma vez que as 2 crominâncias não coexistem no tempo. A resolução vertical das crominâncias SECAM é cerca de metade em relação ao PAL e NTSC mas não parece haver uma diminuição significativa da qualidade subjectiva. Tal como o PAL, também o SECAM necessita de uma linha de atraso.
  81. 81. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Todos Diferentes, Todos Iguais ...Todos Diferentes, Todos Iguais ...Todos Diferentes, Todos Iguais ... 64 µµµµs 63,56 µµµµs
  82. 82. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira O Mundo da TV AnalógicaOO MundoMundo dada TVTV AnalAnalóógicagica NTSC PAL SECAM PAL/SECAM Unknown
  83. 83. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira Televisão: Para Onde Está a Evoluir ?TelevisãoTelevisão: Para: Para OndeOnde EstEstáá aa EvoluirEvoluir ?? Televisão analógica monocromática Televisão analógica policromática Televisão digital Televisão de alta definição Televisão estereoscópica Televisão interactiva Televisão multivista ... em que sistemas de transmissão ?
  84. 84. Comunicação de Áudio e Vídeo, Fernando Pereira BibliografiaBibliografiaBibliografia Television Technology: Fundamentals and Future Prospects, Michael Noll, Artech House, 1988 Broadcast Television Fundamentals, Michael Tancock, Pentech Press, 1991
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