Resumen del Tema 4: Señal de VÍDEO

1. Origen de la señal de video: ◦ Diferencias entre video analógico y digital. Analogico: se entiende una señal electrica unidimensional, que se obtiene muestreando patrones de intensidad luminosa (secuencias de imàgenes) en sus tres posibles dimensiones: las dos espaciales (fila...

1. Origen de la señal de video: ◦ Diferencias entre video analógico y digital. Analogico: se entiende una señal electrica unidimensional, que se obtiene muestreando patrones de intensidad luminosa (secuencias de imàgenes) en sus tres posibles dimensiones: las dos espaciales (filas y columnas) mas la dimensión temporal. El proceso de muestreo, que transforma señales tridimensionales en unidimensionales se suele conocer con el nombre de barrido, ya que en el proceso de captación, la información sobre la intensidad luminosa se adquiere barriendo la imagen por lineas horizontales. PAL - Phase Alternating Line -Analogico color: Señal de luminancia (la de niveles de gris original) Dos señales de diferencia de color (llamadas U y V en PAL) que se sumaban a la anterior para aportar la información de color en aquellos receptores con capacidad para ello ◦ Proceso de digitalización de señales de video analógicas. El muestreo se efectuaba sobre cada se.al (Y ,U,V) por separado. Actualmente, los sensores que incluyen las c.maras de captaci.n ya incorporan esta estructura matricial en los fotodiodos, generando 3 se.ales independientes en cada punto. Luminancia Y + 2 señales de diferencia de color, llamadas en digital CR y CB 1)Los tres colores primarios R, G, B, utilizados habitualmente en aplicaciones de edición de gràficos de alta calidad (realidad virtual, gr.ficos sint.ticos, etc.) 2) Información de luminancia y diferencias de color Y , CR y CB, usada habitualmente en TV  2. Caracterización de la señal de video: ◦ Tipo de barrido: Entre progresivo y entrelazado, junto con ejemplos de uso y justificaciones. Progresivo:capta cada una de las imàgenes cada Δt segundos, por lìneas consecutivas. Entrelazado (TV): divide cada una de las imàgenes completas, denominadas cuadros, en dos campos diferentes,adquiridos en instantes de tiempo distintos. ◦ Velocidad de refresco: Importancia de la tasa de cuadros por segundo (Hz) y su relación con la percepción visual. Es el nùmero de imàgenes (o cuadros) por segundo visualizadas, en Hz. 25 cuadros/segundo(PAL) y 30 cuadros/segundo (NTSC2), es decir, 50 y 60 campos/segundo ◦ Relación de aspecto: Comparación de los formatos estándar como 4:3 Standard Definition Television – SDTV y 16:9 High Definition Television – HDTV. La indicaciòn del formato y el tipo de barrido (y, en ocasiones, el modo de transporte de la se.al) se suele indicar con las letras PsF – Progressive segmented Frame, siempre referidas a un cuadro de imagen, no a un campo: P: N.mero de l.neas activas por cuadro de imagen s: Indica el tipo de barrido: i para entrelazado (interlaced), y p para progresivo F: Indica la velocidad de refresco, en cuadros por segundo ▶ 1080i25: 1080 lìneas por cuadro de imagen, en formato entrelazado (540 lìneas por campo), a 25 cuadros por segundo (50 campos por segundo). ▶ 720p50: 720 lìneas por cuadro de imagen, en formato progresivo (1280 °ø 720 p.xeles por cuadro), a 50 cuadros por segundo ◦ Resolución: Explicación de SD (UIT-R BT.601), HD (UIT-R BT.709 y UIT-R BT.2100) , UHD (UIT-R BT.2020 y UIT-R BT.2100) y sus recomendaciones asociadas. ◦ Característica cromática: Información sobre el uso de colorimetría y el diagrama de cromaticidad CIE, con la representación de primarios RGB y Y, CR, CB.  3. La señal de video digital: ◦ Recomendaciones principales: UIT-R BT.601 (SD), UIT-R BT.709 (HD), y UIT-R BT.2020 (UHD). ◦ Detalles sobre las recomendaciones, como frecuencias de muestreo y esquemas de muestreo (4:4:4, 4:2:2 y 4:2:0). 4. HDR y señal UHD: ◦ Diferencias entre SDR y HDR, junto con conceptos como OETF, EOTF y OOTF. ◦ Recomendación UIT-R BT.2100 para HDR, incluyendo curvas HLG y PQ. ◦ Impacto de los metadatos en la señal HDR. Estos puntos proporcionan una visión clara de los temas tratados en el documento. Si necesitas imágenes específicas de algún tema, indícame para extraerlas del documento. 1. Introducción a la señal de video El video es un componente fundamental en multimedia y constituye entre el 80% y 90% del tráfico IP global. Con el desarrollo de dispositivos de captura como los smartphones, el video ha ganado importancia en diversos ámbitos: televisión, cine, videovigilancia, y aplicaciones personales. Desde los inicios del video, se ha convivido con formatos analógicos y digitales, aunque actualmente toda la producción se realiza en formato digital. Sin embargo, las características de video digital heredan muchos elementos del formato analógico. 2. Origen de la señal de video Video analógico: Es una señal eléctrica unidimensional que resulta del muestreo de patrones de intensidad luminosa (es decir, imágenes en movimiento) en dimensiones espaciales y temporales. La técnica de barrido organiza la información en líneas horizontales, y en cada línea se incluyen impulsos de sincronización.  Video en color: Para mantener compatibilidad con dispositivos monocromáticos, se emplean tres señales: luminancia (Y) y dos de diferencia de color (U y V en PAL), permitiendo así que los receptores en blanco y negro interpreten solo la señal de luminancia. Digitalización del video: La digitalización se logra al muestrear cada línea horizontal con frecuencias adecuadas, generando matrices regulares (Y, CR, CB) o RGB en dispositivos de captura modernos. 3. Caracterización de la señal de video Tipo de barrido: ◦ Progresivo: Captura cada imagen completa línea por línea en secuencia (alta resolución temporal). ◦ Entrelazado: Divide la imagen en dos campos (impar y par) capturados en diferentes momentos, lo que reduce el parpadeo y ahorra ancho de banda. Velocidad de refresco: ◦ Representa el número de cuadros por segundo (Hz). En sistemas analógicos, es común 25 fps (PAL) o 30 fps (NTSC). ◦ Frecuencias de refresco más altas, como 100 o 150 Hz, son importantes en monitores modernos para evitar fatiga visual y mejorar la percepción de movimiento. ◦ El estudio de Mackin et al. establece que el tamaño de la pantalla y la distancia de visualización afectan la frecuencia de refresco óptima para evitar artefactos de movimiento. Relación de aspecto: ◦ Define la proporción entre el ancho y el alto de la imagen. Por ejemplo, el formato clásico SDTV es 4:3, mientras que HDTV usa 16:9. ◦ En cine, las relaciones de aspecto suelen ser más amplias, como 1,85:1 o 2,35:1. ◦ La recomendación SMPTE RP-199 detalla técnicas de mapeo de imágenes para preservar la relación de aspecto original al adaptarse a monitores 16:9, usando modos como “letterbox” y “sidebar”.  Resolución: ◦ En video digital, se mide por la cantidad de píxeles en filas y columnas de cada cuadro. ◦ Los formatos comunes son SD (según UIT-R BT.601), HD (UIT-R BT.709), y UHD (UIT-R BT.2020), cada uno con sus estándares de resolución. Característica cromática: ◦ La colorimetría permite representar colores mediante mezclas de tres primarios (R, G, B) y se organiza en diagramas como el de Cromaticidad CIE. ◦ Los colores disponibles en cada sistema dependen de los primarios definidos en recomendaciones como UIT-R BT.709 para HD. 4. La señal de video digital Digitalización y ventajas: ◦ La señal de video digital ofrece mayor estabilidad y calidad, ya que no se deteriora con la transmisión y facilita el procesamiento avanzado. ◦ Las cámaras actuales generan señales en estructura matricial, lo que elimina la necesidad de frecuencias de muestreo específicas. Recomendaciones clave: ◦ UIT-R BT.601 (SDTV): Establece una frecuencia de muestreo de 13,5 MHz para video en componentes (RGB o Y, CR, CB). Se popularizan esquemas de muestreo como 4:4:4 (alta calidad), 4:2:2 (difusión) y 4:1:1 (para aplicaciones de menor calidad). ◦ UIT-R BT.709 (HDTV): Define un formato de imagen común de 1920x1080, que emplea píxeles cuadrados y admite tanto entrelazado como progresivo. ◦ UIT-R BT.2020 (UHDTV): Especifica formatos de ultra alta definición (4K y 8K) con relación de aspecto de 16:9, únicamente en formato progresivo y con opciones de muestreo de color 4:4:4, 4:2:2 y 4:2:0. 5. Alto Rango Dinámico (HDR) SDR vs HDR: HDR proporciona una gama de luminosidad más amplia que el SDR, mejorando los detalles en sombras y áreas brillantes. Curvas de transferencia: ◦ OETF (Opto-Electronic Transfer Function) y EOTF (Electro-Optical Transfer Function) determinan la transformación de luz en señal eléctrica y viceversa. ◦ OOTF (Opto-Optical Transfer Function) en HLG y PQ proporciona curvas ajustadas para aplicaciones de HDR. Recomendación UIT-R BT.2100: Incluye estándares de HDR para TV, definiendo métodos como HLG (Hybrid Log-Gamma) y PQ (Perceptual Quantizer), junto con el uso de metadatos en la señal HDR para mejorar la representación en diferentes dispositivos y condiciones de visualización. 6. Conclusiones sobre la señal UHD Las tecnologías UHD y HDR están diseñadas para brindar una experiencia inmersiva, especialmente en pantallas grandes. Con UHDTV, el uso de frecuencias de cuadro elevadas y la profundidad de bits de 10 o 12 bits permiten un nivel de detalle y realismo superior, ideal para pantallas grandes en espacios públicos.6 Imágenes clave sugeridas Para reforzar estos conceptos, es importante revisar y estudiar las siguientes imágenes que aparecen en el documento: 1. Ejemplos de barrido progresivo y entrelazado: Visualización de cómo se construyen los cuadros en cada tipo de barrido. 2. Gráficas de velocidad de refresco crítica (CFR) del estudio de Mackin et al., que muestran la relación entre tamaño de pantalla, distancia de visualización y frecuencia de cuadro óptima. 3. Diagrama de Cromaticidad CIE: Representación de los colores posibles en el sistema RGB y la limitación impuesta por la mezcla de colores primarios. 4. Diagramas de muestreo 4:4:4, 4:2:2, y 4:2:0: Ejemplos de muestreo para comprender la reducción de datos en señal de video digital. 5. Curvas HLG y PQ para HDR: Ejemplos de las curvas de transferencia OETF, EOTF y OOTF aplicadas a HDR.