Elementaire opbouw van een videosignaal

Kleurenruimtes

• Primaire kleurenruimte : de drie aditieve hoofdkleuren : RGB

• Belangrijk : alle drie die componenten moet even nauwkeurig gekend zijn

• Indien één van de drie minder nauwkeurig gekend is : algehele beeldkwaliteit slechter

Kleurenruimtes

• We zagen echter : Y = 0,30 R + 0,59 G + 0,11 B• Y is daarbij de luminantie (lumi-signaal)• We kunnen dus R, G en B in elke pixel meten

bij de opname en overbrengen als signaal (dit heet ‚werken in de RGB kleurenruimte‘

• Dan kunnen we steeds uit die drie componenten Y berekenen

Kleurenruimte

Kleurenruimte

• Omgekeerd kunnen we ook Y overbrengen en twee van de drie kleuren. Met de vergelijking berekenen we dan de derde kleur hieruit.

• Y = 0,30 R + 0,59 G + 0,11 B• We kiezen bv om Y, R en B via een signaal over

te brengen• Dan is G hieruit te berekenen als G

= (1/0,59).(Y - 0,30 R – 0,11 B)

Kleurenruimte

• De drie grootheden Y, R en B vormen dus ook een kleurenruimte.

• Voordeel : Grassman > oog is gevoelig voor Y en minder gevoelig voor de kleurwaarneming > we moeten alleen de Y heel nauwkeurig beschrijven en beide kleursignalen mogen wat ‚eenvoudiger‘ beschreven worden

• Nadeel : men kan in Y, R, B minder kleuren vormen dan in R, G, B

Kleurenruimte

Kleurenruimte

• In de praktijk wordt er voor de vorming van videosignalen meer gewerkt met de kleurverschilsignalen dan met de kleursignalen zelf (technisch interessanter)

• Kleurverschilsignalen :– Men noemt B – Y = U– En R – Y = V

Kleurenruimte

• Bij digitale videosignalen gebruikt men meer de notatie Cb en Cr i.p.v. U en V :– Cb = B – Y– Cr = R – Y

• Zijn de signalen met een gradatiecorrectie voorzien, dan is de notatie Pb en Pr ook gebruikelijk.

Opm : gradatie?

Kleurenruimte

Kleurenruimte

Kleurenruimte

• Zo ontstaat de kleurenruimte Y,U,V of Y,Cb,Cr• In de figuur is te zien dat die kleurenruimte

kleiner is dan de kleurenruimte RGB, zodat later, bij een digitale beschrijving, met een gelijk aantal bits/woord minder kleuren kunnen beschreven worden

Indien men wil, kunnen U en V (of Cb en Cr) samengevoegd worden tot 1 enkel

chrominantiesignaal (chromi)

• Die chromi ontstaat door een kleurendraaggolf te kiezen : 4,43 MHz

• Daarop worden dan U en V gemoduleerd in een QAM (quadratuur amplitude modulatie)

QAM

• U wordt op die kleurendraaggolf (KDG) in AM gemoduleerd

• V wordt in AM gemoduleerd op diezelfde KDG, nadat die KDG eerst 90° in fase werd gedraaid

QAM

QAM

Kleurencirkel

Kleurenbalk :

Kann men U en V herwinnen uit het QAM-chrominantiesignaal K (of C)?

Herwinnen U en V

• Dus : om de 90° samplen• D.w.z. : 4 keer per periode van de KDG een

sample nemen• Dus wordt de chromi gesampled op 4,43

MHz/4 >>> ongeveer 1,11 miljoen samples/seconde

• Hiervan zijn er de helft van U en de helft van V

Spectrum analoog videosignaallumi

Spectrum analoog videosignaalchromi

Spectrum van analoge video

• Standaard definitie• 625 lijnen, waarvan 575 lijnen zichtbaar zijn,

dus verticale resolutie is 575 pixels• Men realiseert een horizontale resolutie die er

hetzelfde uitziet als die verticale resolutie• Normen werden gesteld voor 4:3 beeld• Kleur : U en V in QAM vormen de chromi

Spectrum van analoge video

• Indien men de lumi en de chromi bij elkaar optelt, heeft men een composiet video signaal. In de ontvanger kan men lumi en chromi weer scheiden met filters die het juiste frequentiedeel er uit filteren

• Indien men lumi en chromi over een apart kanaal overbrengt : verbeterde composiet, of ook Y/C video of S-video formaat genoemd.

Spectrum van analoge video

• Men kan natuurlijk ook de QAM nog achterwege laten : component video– Ofwel Y, U en V over een apart kanaal– Ofwel R, G en B over een apart kanaal

Spectrum van analoge video

• Kwaliteit : elke extra bewerking kost bij analoge signalen een beetje kwaliteit

• Dus :– Beste is component video RGB of YUV– Y/C video scoort wat lager : de QAM om van U en V

één chromi te maken, kost wat kwaliteit– Composiet is het minst goede : de optelling maakt

filters noodzakelijk om de Y en de C weer te scheiden in de ontvanger en filters doen af aan de kwaliteit

Spectrum van analoge video

• Met de eerder geformuleerde normen : bandbreedte van 5 MHz voor de lumi

• bandbreedte van 1,3 MHz voor de chromi • Dit waren de normen bij de vroegere analoge

televisieuitzendingen• Hierop heeft men zich gebaseerd om nadien

digitale standaarden te ontwikkelen voor SD-video en TV

Spectrum van analoge video

Spectrum van analoge composiet video zoals bij vroegere analoge uitzendingen

Opbouw van het analoge videosignaal

• Helderheidsmodulatie : Beeldmodulatie• Onderdrukking• Synchronisatie• >>> het BOS-signaal

Originele gang van zaken TV :

Helderheidsmodulatie (beeldmodulatie)

- Ofwel positieve beeldmodulatie : - zwart = laagste spanning- wit = hoogste spanning

- Ofwel negatieve beeldmodulatie :- wit = laagste spanning- zwart = hoogste spanning

Helderheidsmodulatie (beeldmodulatie)

Kiezen voor een standaard spanning voor het videosignaal : in principe 0V < ….. < 1V

Voor het beeldmodulatiegedeelte gebruiken we ca 75% van die spanningsruimte ; de overige 25% van de mogelijke spanningszwaai dient voor besturingspulsen die in het systeem nodig zijn

Helderheidsmodulatie

Onderdrukking

• Aan het einde van elke lijn, moest bij de beeldbuis de elektronenstraal ‚terugspringen‘ (terugslag) naar het begin van de volgende lijn

• Aan het einde van elk raster, moest bij de beeldbuis de elektronenstraal ‚terugspringen‘ naar het begin van het volgende raster

• Die terugslag moest onzichtbaar blijven : gedurende de terugslag ‚zwart‘ schrijven

• Voor die onderdrukking werden tijden voorzien in de normen : terugslagtijd

In de terugslag onzichtbare delen

Synchronisatie

• Voor elke beeldlijn een lijnpuls zetten die het begin van de lijn aangeeft voor de ontvanger

• Voor het begin van elk raster (field) een afgesproken reeks pulsen zetten („rasterpulsentrein“) die het begin van een lijn aangeeft.

Onderdrukkings en synchronisatiepulsen

• Deze pulsen worden op een spanning gelegd die nog ‚zwarter dan zwart‘ voorstelt.

• Daardoor ontstaat de ‚25% spanningsruimte‘ die we voor besturingspulsen wilden vrijhouden

• De beeldmodulatie zelf blijft dan tussen wit en zwart in die overige 75% van de spanningszwaai zitten

Beeldmodulatie : negatieve helderheidsmodulatie

signaalspanningen

• Bij componentvideo : alle signalen liggen binnen de aangegeven signaalgrenzen 0-0,7V

• Bij verbeterde component : idem• Bij composiet leidt de optelling van Y en C tot een

oversturing (signalen van de som treden buiten de grenzen 0V – 0,7V >> moet met reductiefactoren vermenigvuldigd worden om goed te werken.

• Gevolg : in composietvideo liefst geen 100% gesatureerde kleuren gebruiken.

KBOS : composiet door optelling Y en C

Principe van de interliniëring (interleaeving)

• Doel : de indruk van vloeiende beweging verbeteren zonder meer beelden/s nodig te hebben (en dus zonder een grotere bandbreedte te moeten hebben)

• 25 beelden/ is te weinig voor vloeiende beweging• Elk beeld 2 keer laten zien (zoals in de film) zou de

bandbreedte verdubbelen• Daarom : elk beeld wel twee keer tonen, maar de

ene keer de oneven, daarna de even beeldlijnen

Principe van de interliniëring (interleaving)

interliniëring

Analoog : composiet

Composite video : GELE cinchconnector

De bijbehorende audio : 2 x cinch-connector voor stereo (bv rood en wit of zwart en wit...) ofwel 5 0f 6 cinchconnectoren voor 5.1 systeem

Analoog : verbeterde composiet

Video : S-video connector (2 pinnen voor luminantie- en 2 voor chrominantiesignaal

Audio : 2 (stereo) of 5 of 6 connectoren (5.1 systeem)

Analoog : component

Video : 3 cinchconnectoren (R, G en B) die ofwel een RGB signaal voeren, ofwel een Y Cb Cr signaal

Audio : 2 (stereo), 5 of 6 cinchconnectoren (5.1 systeem)

Professioneel :

Video : BNC connectoren ipv cinch

Audio : heel vaak geen cinch maar XLR of Jack

Jack :

• Bestaat in twee-pin (mono) of drie-pin (stereo of gebalanceerd)

• Bestaat in verschillende diktes : meest gebruikelijk 6,4 mm en 3,5 mm (computer, hoofdtelefoon)

SCART :

21 pins-connector : bevat zowel audio- als videoinputs EN outputs + datalijn

Vrijwel nooit alle pinnen ook effectief aangesloten!

Digitaal :

Digitale video- en audiosignalen over één kabel in embedded formaat

Digitaal professioneel :

Steeds een BNC connector, signaalformaat een normsignaal in SDI

Interfacing met de computer :

• Externe interfaces die de standaard audio en video connectoren hebben

• Aansluiting van die toestelletjes op de computer via USB of firewire (IEEE1398)

• Eventueel insteekkaarten in desktop Mac of PC

Speciaal geval : VGA aansluiting

• Tussen beeldmonitor of projector (beamer) en computer/laptop

• Is een analoge aansluiting• Verschillende versies – R G B en de sync-signalen mee op de G lijn– R G B en een aparte sync lijn– R G B Hsync en Vsync lijnen (R,G,B,W,Z)