Digitalización
de la señal de video
La
digitalización consiste en representar una señal analógica por medio del
sistema de numeración binario de unos y ceros. La digitalización de la
señal de video no sólo permite eliminar
los problemas que se tienen con la señal analógica, sino que permite
sofisticadas técnicas de compresión y edición de video.
Filtro pasa bajo
Antes de muestrear
cualquier señal analógica se debe filtrar en un filtro pasa bajo, de forma que
limite su banda al valor máximo establecido en razon a la frecuencia de
muestreo que se va a utilizar.
Si no se realiza
este filtrado aparecen frecuencias indeseables y, como consecuencia, el
muestreo queda alterado, tal como se vera al estudiar dicho proceso.
Muestreo:
El muestreo
consiste en medir el voltaje de la señal a intervalos regulares, capturando una
muestra instantánea de la amplitud de la señal a diferentes puntos en el
tiempo.
Cuantificación:
Se denomina
cuantificación al proceso mediante el cual se atribuye a cada muestra un valor
de amplitud dentro de un margen previamente fijado. Este valor se representa
por un número que será convertido a un código de ceros y unos en el proceso de
codificación.
Análisis
de formatos
La norma
ITU-R 601 define la toma de 858 muestras por línea en la norma NTSC y 720
muestras de líneas activas (la diferencia son muestras de sincronismo).
Asimismo
define la frecuencia de muestro como 13.5 MHz.
Los 13.5
MHz se define por el sistema PAL
15625
(Frecuencia de línea) * 864 = 13.5 MHz
En el
sistema NTCS: 13.5 MHz / 858 / 525 = 50.94 MHz
Los
formatos de muestreo pueden ser 4:4:4, 4:1:1, 2:1:1 y 4:2:2
Formato
4:4:4
Se
digitalizan los 3 componentes Y, CR y CB a 13.5 MHz.El
caudal binario resultante es 40.5 MByte/s o 324 Mbit/s.
Formato
4:1:1
Se
digitaliza el componente Y a 13.5 MHz y los componentes CR y CB
a 3.375 MHz. El caudal binario resultante es 20.25 MByte/s o 162 Mbit/s
Formato
2:1:1
Se
digitaliza el componente Y a 6.25 MHz y los componentes CR y CB
a 3.375 MHz.
El caudal
binario resultante es 13.5 MByte/s o 108 Mbit/s.
Formato
4:2:2
Se
digitaliza el componente Y a 13.5 MHz y los componentes CR y CB
a 6.25 MHz.
El caudal
binario resultante es 27 MByte/s o 216 Mbit/s.
Necesidad de
la compresión de la información de la señal de video
Las señales de video están formadas por una de luminancia y
dos señales de diferencia de color B-Y y R-Y.
Cada una de estas
señales se muestrea independientemente, la primera a 13,5MHz y las otras dos a 6,75 MHz, puede
afirmarse que la señal completa de video se cuantifica mediante 27.000.000 de
muestras por segundo.
Codificando cada una de estas muestras por 1 byte se tiene:
Numero de muestras x numero de bits por muestra = 27.000.000
x 8bits = 216 Mbits/s.
Este valor de 216 Mbits/s se denomina tasa binaria de la
señal moduladora y supone un ancho de banda extremadamente ancho, por lo que es
necesario reducirlos de alguna forma. Para esto se recurre a la denominada
compresión digital, la cual se realiza actualmente mediante el estándar MPEG.
Dado que el pixel es una unidad básica de información
demasiado pequeña para poder operar con ella, la información se estructura en
unidades múltiplo del pixel:
-Bloque.
-Macrobloque.
-trama.
-Cuadro.
-Grupo de cuadros.
-Se denomina bloque a la matriz formada por 8x8 pixeles, y
macrobloque a la formada por 16x16 pixels.
-El cuadro esta formado por varias tramas.
-Esta forma de dividir las imágenes facilita el acceso a las
secuencias de la señal de video, permitiendo detectar eliminar cualquier información que se repita.
Redundancia
En la técnica digital, donde si es posible la memorización
de la información, es posible eliminar aquella que se repita, transmitiéndose
solo una parte de esta.
Mediante la utilización de la memoria se podrá recomponer en
el receptor la información original completa, recurriendo a los elementos
repetidos memorizados y añadiendo los nuevos que se
reciban.
Esta técnica permite la transmisión de solo la información
nueva. Con ello se obtiene un considerable ahorro tanto de memoria como del
ancho de banda de la transmisión.
Son tres las
redundancias que pueden darse en una transmisión de señal de video digital:
- Redundancia temporal.
- Redundancia espacial.
- redundancia estadisitica.
Redundancia
temporal
Consiste en dibujar un cuadro o fotograma completo, donde se
dejan sin dibujar aquellos elementos de la imagen que supondrán el movimiento
de esta.
Redundancia
espacial
Esta información redundante se denomina espacial ya que lo
es por espacios de imagen, y genera un cuadro de compresión intracuadro.
Redundancia estadísticas
Las señales de
sincronismo vertical y horizontal son predecibles, pues están normalizadas para
que se generen en unos tiempos bien determinados. En este caso se dice que
redundancia es estadística.
Estándar de compresión MPEG
El estándar de compresión MPEG se basa en la anulación de
toda información que sea redundante, con lo cual se reduce considerablemente su
ancho de banda, desde que genera hasta
que visualiza en el receptor, manteniendo la calidad de la imagen.
Proceso MPEG-2 de
compresión de la señal de video
El estándar MPEG-2
esta optimizado para las transmisiones de televisión digital. La calidad de la
imagen se mantiene en unos parámetros muy aceptables para velocidades de
transmisión comprendidas entre 1,5 y 6 Mbps y soporta relaciones de aspecto 4:3
y 16:9.
Televisión
digital terrestre
En la transmisión terrestre, es decir, en las transmisiones
donde el medio utilizados a través de la atmosfera (igual que la televisión
analógica), la señal encuentra en su trayectoria gran cantidad de obstáculos
(montañas, edificios, torres de tendido eléctrico...), lo cual provoca
reflexiones, ecos y rebotes. Como resultado, a la antena receptora le pueden
llegar dos o mas señales: una de ellas directa y las demás reflejadas, que
llegaran al receptor con retraso por recorrer una mayor distancia.
Receptor de
televisión digital
La señal de entrada, procedente de la toma de usuario, se
aplica en primer lugar al sintonizador, cuya función es elegir el canal de
televisión (terrestre, por cable o vía satélite) y convertirlo a una frecuencia
intermedia.
De esta forma, al igual que en la televisión analógica, se
limita
el ancho de banda del canal y se evitan interferencias con
los canales adyacentes y la frecuencia de imagen.
El siguiente paso es
la decodificacion de protección contra errores. la información digital ya libre
de errores pasa al demultiplexor, una vez dexmultiplexada la señal digital, se
decodifica digitalmente el programa elegido para el formato MPEG-2.
Las señales digitales de audio, video y datos se aplican
luego a los respectivos conversores digital a analógico, las cuales se aplican
a un codificador para obtener la señal de televisión analógica en estándar PAL,
NTSC o SECAM.
