Tema 1- Elementos de sistemas de vídeo 1 Objetivos • • • Describir los elementos que forman la cadena de distribución de vídeo Describir las distintas tecnologías existentes para la implementación de cada uno de los subsistemas Comparar ventajas y desventajas entre las distintas tecnologías 2 Índice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Introducción Elementos de la cadena de distribución de vídeo Fuentes de vídeo Procesado de señal de vídeo Medida de calidad Grabación Distribución Receptores Interfaces 3 Bibliografía del tema • • • • • A. Luther, A. Inglis, “Video Engineering”, Ed. McGrawHill, 1999. S. Cogollos, R. Chismol, “Apuntes de sistemas de vídeo”, Ed. SPUPV 2000.1140, 2000. E. Trundle, “Newnes Guide to Television and Video Technology”, Ed. Newnes, 2001. H. Rábanos, “Transmisión por radio”, Ed. Centro de Estudios Ramón Areces, 4ª edición, 2003 www.camcorderinfo.com 4 1. Introducción Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 8. Receptores 9. Interfaces 5 1. Introducción Video es la tecnología electrónica de captura, almacenamiento, transmisión y reproducción de imágenes estáticas y en movimiento1 Televisión (analógico) + PCs (digital) Betacam, Betacam, VHS VHS † 2010 † ~2000 † ~ 2000s † ~90s DVD, DVD, 2 DVTR DVTR2 CCD CCD Edición Edición digital digital Grabación Cámaras TDT TDT Difusión terrestre 1 2 Cámaras Cámaras de detubos tubos Edición Edición analógica analógica Analógico Digital PAL, PAL,NTSC, NTSC, SECAM SECAM Procesado A. Luther, A. Inglis, “Video Engineering”, ED. McGraw-Hill, 3rd Edition, 1999 Digital Video Tape Recorder: magnetoscopio digital 6 1. Introducción Analógico vs Digital • Analógico: Señales toman valores continuos. Digital: Señales formadas por valores discretos. • Sistemas de difusión broadcast actuales analógicos. • Única tecnología cuando se desarrollaron los estándares. • Ventajas tecnología digital: – Hardware más pequeño, más fiable, más sencillo de diseñar y más barato. – Es más fácil realizar ciertos procesados. – Subsistemas pueden ser transparentes para calidad señal. 7 2. Elementos de la cadena de vídeo Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 8. Receptores 9. Interfaces 8 2. Elementos de la cadena vídeo Generación Fuente vídeo Formatting Reproducción Mezclado Monitorización – Control de calidad Encaminamiento TV, SDTVV, SV, CPA, LV TDI, SMM Videocámara TV analógica TV digital PCs Videocámara Videocámara PC Transmisión Unformatting Display Edición SMM, LV SV, SMM VHS, βmax PAL NTSC SECAM B,C, Betacam MPEG-2 HDTV 8-VSB Avi DivX… Grabación DVTR DVD Software Disco duro CD DVD Medios Difusión terrestre Cable Satélite TV, SMM Receptor TV analógico Difusión terrestre Cable Satélite Receptor TV analógico + set-top-box Receptor TV digital Red DVD Decompresión Monitor 9 3. Fuentes de vídeo Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 3.1. Introducción 3.2. Cámaras de tubos 3.3. Cámaras CCD 3.4. Cámaras CMOS 3.5. HAD 3.6. Cámaras en color 3.7. Telecines 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación … 10 3.1. Introducción Cámaras de estudio Cámaras en vivo (life cameras) Cámaras profesionales Cámaras de campo Cámaras Cámaras domésticas Telecines (TV film cameras) 11 3.1. Introducción Cámara de estudio y estación base 12 3.1. Introducción Cabeza cámara • Partes: – – – – – – Elementos ópticos Sensores Viewfinder Comunicaciones Montaje Cable de cámara 13 3.1. Introducción Señales por cable cámara •Señales: – RGB (3 entradas) – Retorno de vídeo (salida) – Q-TV: Señal de sincronismo (salida) – Datos (bidireccional) – Audio • Operador-realizador (bidireccional) • Operador-control técnico (bidireccional) • Captación de sonidos de la escena (entrada) – Alimentación 14 3.1. Introducción Diagrama de bloques de la cámara Control nivel negro Codificador digital Blanking sistema Salida digital componentes R Salida vídeo compuesto (analógico) G B Preamps Corrección color Corrección apertura y mejora de imagen Codificador vídeo compuesto Blanking Corrección and clipping gamma Viewfinder A los CCD Generador reloj Generador sincronismo Control iris A la óptica 15 3.1. Introducción Tipos de cámaras en función de almacenamiento Life broadcast Formato analógico Cinta magnética Cámaras Formato digital Con sistema de almacenamiento Discos ópticos Discos duros Memorias flash 1 16 3.2. Cámaras de tubos • Primeros sistemas (en uso entre 30s-90s) • Basadas en tubos de vacío y deplexores. • Luz incidente de imagen genera emisión de electrones de una superficie fotoemisiva con patrón correspondiente brillo imagen. 17 3.2. Cámaras de tubos Nombre Fecha Tipo aparición Iconoscope 1939 Fotoemisivo Orthicon 1946 Fotoemisivo Vidicon 1952 Fotoconductivo Plumbicon 1963 Fotoconductivo Saticon 1974 Fotoconductivo (www.tubedata.org) Imagen eliminada por motivos de copyright Cámara RCA TK-11 de 1950 RCA 3” Image Orthicon 5820. Años 50-60 usado en las cámaras RCA TK-11 y RCA TK-30 18 3.3. Cámaras CCD • CCD: charged-coupled device (dispositivo de acoplo de carga) • Sensor de imagen formado por un circuito integrado que contiene un array de condensadores acoplados sensibles a la luz • Bajo control circuito externo cada condensador puede transferir su carga a uno de sus vecinos • Basados en tecnología CMOS • Inventado por Willard Boyle y George Smith de AT&T Bell Labs en 1969. • Fairchild desarrolla producto comercial 1974 (1x500, 100x100 píxeles) • Remplaza tubos en cámaras durante 90s • Uso universal: cámaras profesionales y domésticas, escaneres, visión nocturna, infrarrojos, astronomía… Sensor CCD 19 3.3. Cámaras CCD • Proceso de funcionamiento: – Conversión fotoeléctrica. Incide luz y se generan cargas eléctricas (efecto fotoeléctrico) – Almacenaje de carga: Se aplica tensión para generar zona con potencial de energía que absorbe las cargas generadas. – Transferencia de carga: • Se sigue aplicando 5 V al primer electrodo • Aplicar 10 V al electrodo más próximo. Hueco más profundo atrae electrones primer hueco. • Dejar de aplicar tensión primer electrodo y aplicar 5 V al segundo. 20 3.3. Cámaras CCD • Proceso de funcionamiento: fotón electrón 1) Conversión fotoeléctrica 2) Almacenamiento 3) Transferencia 21 3.3. Cámaras CCD • Proceso de funcionamiento: 22 3.3. Cámaras CCD • Ventajas CCD frente a tubos: – Menor tamaño y peso → cámaras más ligeras y compactas. – Fiabilidad de los semiconductores mayor que los tubos de vacío (vida media más larga). – Mayor margen dinámico. – Tecnología puede mejorar – Reducción del lag (persistencia): velocidad de decaimiento de la señal de vídeo cuando la imagen cambia abruptamente o es cortada. • Desventajas – Necesidad de filtro óptico anti-aliasing 23 3.3. Cámaras CCD • Tipos de sensores CCD según la estructura de transferencia: – – – – Full-Frame CCD Frame-Transfer CCD Interline-Transfer CCD Interline-Frame Transfer CCD 24 3.3. Cámaras CCD Full-Frame Architecture • Primer sistema • Toda área de imagen esta activa. Arrays con alta densidad de píxeles. Estructura más sensible. • Problemas: – Electrodos por encima de superficie fotosensible y absorben parte importante luz – Necesario obturador electromecánico para permitir ciclo de transferencia sin iluminación. – Velocidad limitada por el obturador electromecánico. – Sensible al deslumbramiento. Cuando un píxel desborda, inunda a los vecinos. Para evitarlo se incorpora dispositivo de drenado pero reduce sensibilidad. • 2005 → CCD de 40 Mpíxeles (superficie útil: 40x54 mm) 25 3.3. Cámaras CCD Full-Frame Architecture Registro serie Estructura CCD Full-Frame 26 3.3. Cámaras CCD Frame-Transfer Architecture • Sensores “frame-transfer”: – – – – – Mitad superior del dispositivo capta imagen. Mitad inferior para lectura y almacenamiento de la señal. En periodo de borrado vertical se transfieren las cargas. En tiempo de borrado de línea desplazamiento vertical. Tiempo activo de línea vacía el registro • Problemas: – Efecto smear → obturador. – Volcado debe ser muy rápido. – Efecto lag 27 3.3. Cámaras CCD Interline-Transfer Architecture • Sensores “Interline-transfer”: – Fotosensores y elementos de almacenaje intercalados. – En periodo de borrado vertical se transfieren las cargas. – En borrado de línea se desplazan las cargas verticalmente. Uso de microlentes 28 3.3. Cámaras CCD Interline-Transfer Architecture • Problemas: – Parte de área óptica para almacenaje ⇒ menor resolución. – Efecto “smear” (por desbordamiento). • Ventajas: – Sin obturador. – Eficiencia mayor por menor velocidad de transmisión – No hay efecto lag. 29 3.3. Cámaras CCD Frame-Interline-Transfer Architecture • Sensores “frame-interline-transfer”: – Durante borrado vertical: • Se pasa información en paralelo a elemento correspondiente. • Se pasa todo a la zona de almacenamiento. – En tiempo de borrado horizontal se avanza línea a línea. 30 3.3. Cámaras CCD Frame-Interline-Transfer Architecture • Problemas: – Requiere un área mayor (por cada fotosensor, 2 elementos más). – El coste de fabricación es mayor. – Necesarias altas velocidades de reloj. • Ventajas: – Se evita el “smear”. La info se pasa más rápidamente y no hay tiempo para desbordamiento. – No hace falta obturador. Se puede implementar con sumidero de sobrecarga 31 3.4. Cámaras CMOS • Sensor de imagen similar al CCD: array de píxeles fotosensibles formados por un fotodector, un transistor y un circuito de lectura • También conocidas como APS: active pixel sensor • Basado en tecnología CMOS (más barato que CCDs) Comparativa sensores CCD - CMOS 32 3.4. Cámaras CMOS • Ventajas frente a CCDs: – – – – – Menor consumo de energía Menor lag Más baratos de fabricar Pueden combinar captura de imagen con procesado en mismo chip Elimina el smear • Desventajas frente a CCDs: – Mayor ruido – Electrónica adicional en cada píxel reduce zona sensible a la luz • Aplicaciones: – Primero en webcams y cámaras de móviles – Se va extendiendo a cámaras de fotos y videocámaras digitales 33 3.5. HAD • Hole Accumulating Diode (HAD): – Tecnología de reducción de ruido en sensores CCDs y CMOS – Reduce corriente de oscuridad (dark current): corriente que se genera independientemente de la cantidad de luz absorbida – Consiste en añadir una capa de semiconductor para acumular los huecos e impedir que generen ruido. 34 3.6. Cámaras en color Máscara de Bayer Sensor en color Bloque dicroico + 3 Sensores (CCD ó CMOS) 35 3.6. Cámaras CCD Color CCDs • Máscara de Bayer: – – – – Bryce E. Bayer (Kodak Eastman) Disposición de filtros de color Situada sobre CCD Cada 4 píxeles: 1 R, 1 B, 2 G • Requiere procesado • Coste reducido • Cámaras domésticas 36 3.6. Cámaras CCD Color CCDs • Bloque dicroico + 3 CCDs: – 1 CCD por color – Bloque dicroico para separar colores Red CC D Green CCD • Mejor calidad – más caro • Cámaras profesionales y semiprofesionales CD eC u l B 37 3.7. Telecines • Telecine ⇒ pasa de películas en soporte fotográfico a señal eléctrica • Funcionamiento: Iluminar una película fotograma a fotograma y captar con un sensor. • Tipos: – Fotoconductivo. – Flying spot. – CCD. 38 3.7. Telecines • Fotoconductivo – – – – – Tres o cuatro tubos. Se ilumina el fotograma y un motor desplaza la cinta. Debido al movimiento la señal disminuye. Son de baja sensibilidad. Se exploran líneas pares y después impares. • “Flying spot” – Tubo de rayos que produce un haz que atraviesa la película. – El spot se capta con fotocélulas. – Surge como solución al fotoconductivo. • CCD – Se ilumina una línea y se explora de forma continua. – Requiere memoria. 39 3.7. Telecines • Transporte de la película. – Velocidad de cámara de cine: 24 imágenes/sec (48 fotogramas/sec). – Pal: 25 imágenes/sec. – NTSC: 30 imágenes/sec. – Solución PAL: Cada 48 campos PAL se repiten 2. – Solución NTSC: Cada 8 campos se repiten 2 (cada 4 imágenes de cine). 40 4. Procesado de señal de vídeo Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 4.1. Introducción 4.2. Matrices de conmutación y mezcladores 4.3. Chroma-key 4.4. Tituladoras 4.5. Imagen generada por ordenador 4.6. Edición 4.7. Sincronización de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación … 41 4.1. Introducción • Procesado de señal en realización – – – – Mesas de conmutación Mesas de mezclas Chroma-key Tituladoras • Procesado en postproducción – Edición – Edición lineal – Edición no lineal 42 4.2. Matrices conmutación mezcladores • Matrices de conmutación – Unión de diferentes equipos. Antes de programas Matriz de vídeo (8x8) KRAMER VS-88V • Mezcladores – Con fines más artísticos (fundidos, cortinillas, otros efectos). Conmutación o fundido dentro de programa de varias fuentes. 43 4.2. Matrices conmutación mezcladores • Tipos de mezclado: – Fundido o adición: Inicialmente se da más peso a una imagen y progresivamente se cambia la relación. – Efectos con señal llave: Una señal llave controla cuál de las dos fuentes pasa a la salida en cada zona de la imagen. La llave puede ser un generador de patrones independientes de las imágenes fuente (sustituciones, cortinillas), una de las imágenes fuente o una señal externa A amplificador controlado por tensión C 1-C + control B amplificador controlado por tensión Mezclado por fundido A B mezclador “key” salida Procesador key control Mezclado con llave 44 4.3. Chroma-key • Control de la señal key permite efectos como recorte de siluetas. Se sustituyen aquellas partes de imagen (foreground) que tengan cierto tono por otra imagen (background) • Son un avance de los luma key (se usaba la luminancia como criterio de recorte) • Azul o verde para el fondo. • Personajes no deben llevar ropa ese color 45 4.4. Tituladoras • Insertan títulos o pequeños gráficos en las imágenes • Con un teclado se escriben los títulos y se definen su tamaño y posición • Algunos equipos se controlan desde un PC (el bus RS-232 ó RS-422) • Necesitan de una señal de sincronismo • Generan una imagen (título o gráfico) sobre un color negro o uniforme, para ser utilizado por una mesa de mezclas mediante una llave • Las llaves para títulos se denominan DownStream Keys (DSK) • La inserción de los títulos se lleva a cabo al final del proceso de mezcla • Tendencia a integrarse con CGI 46 4.5. Imagen generada por ordenador • Computer-Graphic Imaging (CGI) = Infografía – Aplicación de gráficos por ordenadores para aplicaciones de cine, TV… • Desde 1983 (Quantel) • Ejemplos: Brainstorm digiStorm, Alias Wavefront, Kinetix, Avid Softimage, Lightwave 3D 47 4.6. Edición • Edición: procesos de empalme de diversas fuentes. – Primeras técnicas del cine (cortar y pegar). – Técnicas actuales son electrónicas. • Tipos de procesos de edición: – Montaje: se escriben todas las pistas (audio video y control). Añade información al final. – Inserción: la pista de control se mantiene inalterada (facilita la sincronización). • Sincronización de dos secciones: – Rebobinado (preroll). – Se ponen los videos en marcha (modo reproducción) para conseguir sincronismo (uno controla al otro o los dos controlados por señal externa) – Después de cierto tiempo el grabador pasa a modo grabación. • Software (Adobe Premiere,.. ) 48 4.6. Edición • • • • • Código de tiempos Postproducción requieren capacidad identificar puntos de la grabación → Código de tiempos Todos los cuadros identificados con números secuenciales basados en horas, minutos, segundos y cuadro dentro del segundo (80 bits). Normalmente en una pista separada. Normalizado por SMPTE y UIT. Videos domésticos tienen contador de cuadros que almacena los datos a partir de la pista de control. 49 4.7. Sincronización de vídeo • Mezcla de varias fuentes de vídeo requiere sincronización (barridos de imagen deben estar sincronizados) Imagen eliminada por motivos de copyright • Es necesario: – Sincronización Horizontal y Vertical → Para no tener saltos de imagen. – Sincronización de Subportadora de Color → Para no tener saltos de color en vídeo compuesto 50 4.7. Sincronización de vídeo • Para sincronizar es necesario – Señal de reloj – Línea de retardo o memoria (búfer) • Generador sincronismo (Sync Pulse Generator, SPG) genera: – Señal de black-burst (Impulsos de sincronismo H y V + burst de color + imagen negra) – Señales patrón – Otras señales: Sincronismo para audio digital o HDTV, niveles de referencia, tonos de referencia para audio... • La señal se distribuye a entradas Gen-Lock o Ref de los dispositivos Generador de sincronismo Evertz 5600 MSC 51 4.7. Sincronización de vídeo • Estrategias de sincronización: – Sobre las fuentes de las imágenes (sincronización en origen) • Todas las fuentes y mezclador se sincronizan con la misma señal de referencia • Normal para fuentes próximas (ej. dentro de un estudio, centro de producción…) Sincronización en origen – Sobre las imágenes recibidas (sincronización en destino) • • • • Fuentes no sincronizadas, imágenes se sincronizan al recibirlas Permite sincronizar todo tipo de fuentes (internas y externas al centro) Se introducen retardos en el vídeo Opciones: – Usar corrector de la base de tiempos conectado a un SPG (introduce retardos) – Usar mezcladores preparados para entradas asíncronas 52 5. Medida de calidad Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 8. Receptores 9. Interfaces 53 5. Medida de calidad • Desde punto de vista imagen: – – – – Definición de la imagen Resolución límite Escala de grises Señal a ruido Rohde & Schwarz DVQ Digital Video Quality Analyzer Imagen original e imagen ruidosa Comparación entre SDTV y HDTV Imagen con pequeño y gran margen dinámico 54 5. Medida de calidad • Desde punto de vista señal: – Sistemas analógicos: SNR, SFDR,… – Sistemas digitales (banda base): • BER (bit error rate): Relación entre los bits erróneos y los bits enviados durante un intervalo de tiempo • Diagrama de ojos (eye pattern): representación en osciloscopio en la que los datos digitales recibidos se muestrean repetidamente y se aplican al eje vertical mientras que la tasa de datos se usa para el trigger del barrido horizontal Diagrama de ojos 55 5. Medida de calidad • Desde punto de vista señal: – Sistemas digitales (señal modulada): • MER (modulation error ratio): Relación entre potencia media del símbolo y la potencia media del error. Se mide en dB. • EVM (error vector magnitude): Relación entre la potencia de pico del símbolo y la potencia media del error. Mide la calidad del demodulador. Se mide en porcentaje. 56 6. Grabación Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 8. Receptores 9. Interfaces 57 6. Grabación • Grabación analógica en soporte magnético – Sistemas profesionales: Quadraplex, B, C, Betacam… – Sistemas domésticos: VHS, Betamax • Grabación digital en soporte magnético – D1, D2, DCT, DVCPro, DV, MiniDV… • Grabación digital en soporte óptico – DVD, LaserDisk, Blu-Ray, HD DVD,… • Grabación sobre disco duro • Grabación sobre memorias de estado sólido – Memorias de cámaras 58 7. Distribución Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 7.1. Televisión terrestre 7.2. CATV 7.3. Televisión por satélite 7.4. Internet Television 8. Receptores 9. Interfaces 59 7.1. Televisión terrestre Centro de producción Red de transporte Red primaria Analógico: Digital (TDT) • • • • • • • PAL, NTSC, SECAM VHF, banda I (47-68 MHz), banda III (174-230 MHz) UHF, banda IV (470-582 MHz) banda V (582-960 MHz) Banda Lateral Vestigial (BLV) BW: 8 MHz • Red secundaria DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) UHF COFDM (QPSK, 16QAM, 64QAM) sobre tramas MPEG-2 Entre 3-5 canales por cada canal analógico (depende calidad) 60 7.2. CATV Cabecera Conversor optoelectrónico Cablemodem Proveedor de contenidos • • • • Set-top-box - Internet - LAN - TV analógica -TV digital - VoD - Telefonía Cable TV (Community Antenna TV) – HFC (Hybrid Fiber Cable) Multiplexación en frecuencia hasta VHF, primeros canales UHF Canales TV analógicos y digitales. Internet, telefonía, video on demand (VoD)… 61 7.2. TV satélite Downlink Uplink Cabecera • Orbita geoestacionaria (35850 km) • Punto-a-multipunto. DBS (Direct Broadcast Services): – Analógico: Modulación FM. BW~30 MHz. 10.7-11.7 GHz – Digital: QPSK (robustez) sobre trama MPEG-2. 5-6 canales en transpondedor 30 MHz. 11.7-12.75 GHz • Punto-a-punto: Satellite News Gathering (SNG): – Transmisiones desde unidades móviles 62 7.2. Internet Television Set-top-box Proveedor de contenidos • • • • • • Internet También conocido como IPTV Evolución natural transmitir video digital redes ordenadores Internet orientado paquetes filosofía best effort. Vídeo en tiempo real requiere tasa constante de bits (streaming). Se transmite MPEG-2 o MPEG-4 (H.264) usando IP Multicast Ventajas: interactividad, posibilidad de gran oferta de canales, flexibilidad, ¡¡oportunidades de negocio!! 63 8. Receptores Índice 1. Introducción 2. Elementos de la cadena de vídeo 3. Fuentes de vídeo 4. Procesado de señal de vídeo 5. Medida de calidad 6. Grabación 7. Distribución 8. Receptores 9. Interfaces 64 8. Receptores • Unformatting + representación • Se distinguen: – Por tecnología del receptor: • Televisión analógica • Televisión digital – Por tecnología pantalla: • • • • • CRT (tubo de rayos catódicos). LCD (liquid crystal display) Plasma Display Panel (PDP) OLED (Organic light-emitting diode) Proyectores (DMD, digital micromirror display) Pantalla OLED 27” de Sony Array DMD Chip DMD TV LCD 108” de Sharp TV Plasma 150” de Panasonic 65 9. Interfaces Índice … 8. Receptores 9. Interfaces 9.1. Interfaces analógicos 9.1.1. Formatos de vídeo 9.1.2. Tipos de cables 9.1.3. Conectores de vídeo en banda base 9.1.4. Conectores de vídeo en RF 9.2. Interfaces digitales 9.2.1. FireWire (IEEE 1394) 9.2.2. USB 9.2.3. DVI 9.2.4. HDMI 9.2.5. SDI 66 9.1.1. Formatos • B/N → 1 señal de luminancia + sincronismo • Color → 3 señales de color (R,G,B) + sincronismo • A partir de las 3 componentes de color que tiene un tono, puede obtenerse su luminancia (Y) (ejemplo, en PAL) Y = 0,299·R+0,587·G+0,114·B • Para transmitir la señal de vídeo en color se puede: – Trx 3 señales (R,G,B) → Señal en componentes RGB o de 1ª generación. – Trx 3 señales (Y,R-Y,B-Y) → Señal en componentes de diferencias de color. – Trx 2 señales (Y,C) → Señal de S-Video. • C=(B-Y)·cos(ωsc·t) + (R-Y)·sin(ωsc·t) (Modulación en cuadratura a ωsc) – Trx 1 señal (Y + C) → Señal de Vídeo Compuesto (CVBS) 67 9.1.1. Formatos 68 9.1.2 Tipos de cables • Mayor ancho de banda que audio (hasta 6 MHz en banda base) • Tecnología básica: cable coaxial (75 Ω) • Tipos: – Coaxial: – Triaxial: – Multicore: 69 9.1.3. Conectores de vídeo en BB RCA BNC TNC 70 9.1.3. Conectores de vídeo en BB MUSA Multipin o multicore multicore 71 9.1.3. Conectores de vídeo en BB MiniDIN 4 contactos (S-Video) • Vídeo en Y/C • Normalmente relación aspecto 4:3. Otras relaciones de aspecto indicadas con tensión offset en croma. • Letterbox (16:9) → 2.3 V • Widescreen (16:9) → 5 V Croma (C) Masa (C) Luma (Y) Masa (Y) 72 9.1.3. Conectores de vídeo en BB VGA (Mini D-sub 15 ó HD-15) • Señales RGB • Sincronismos vertical y horizontal • Dos señales adicionales: • Datos • Reloj Pin Nombre 1 RED Función R 2 GREEN G 3 BLUE B 4 N/C No conectado 5 GND Ground 6 RED_RTN Retorno de RED 7 GREEN_RTN Retorno de GREEN 8 BLUE_RTN Retorno de BLUE 9 N/C No conectado 10 GND Ground 11 N/C No conectado 12 SDA Datos DDC 13 HSYNC Sincronismo horizontal 14 VSYNC Sincronismo vertical 15 SCL Reloj DDC 73 9.1.3. Conectores de vídeo en BB SCART (Euroconector) 74 9.1.4. Conectores de vídeo de RF F TV SMA N 75 9.2.1. FireWire (IEEE 1394) • Interfaz de bus serie para interconexión digital • FireWire desarrollado por Apple en 1995. Estandarizado por IEEE (IEEE 1394). También conocido como i.Link (Sony). • Conector de 6 pines (i.Link sólo 4) • Incluye señal de alimentación (hasta 45 W) Conector FireWire de 6 pines Conector FireWire de 4 pines (sin alimentación) Logo de FireWire 76 9.2.1. FireWire (IEEE 1394) • Características: – Control de hasta 63 dispositivos separados <4.25 metros (FireWire 800 con fibra óptica hasta 100 metros) – Redes peer-to-peer (no hace falta un ordenador o servidor) – Hot plug (permite conexión sin apagar) – Plug and play • Versiones: – FireWire 400: • Tasas binarias: 100, 200 ó 400 Mbps – FireWire 800, IEEE 1394b ó FireWire 2: • • • • Introducida en 2003 Tasa binaria hasta 786.432 Mbps Compatibilidad hacia atrás (FireWire 400) Conexiones por fibra óptica hasta 3.2 Gbps 77 9.2.2. USB • Universal Serial Bus • Creado en 1996 por IBM, Intel, Microsoft, Compaq, NEC, Northern Telecom y Digital Equipment Corporation. • Estandarizado por el “USB Implementers Forum” (USB-IF: www.usb.org) • Interfaz de bus serie para periféricos de ordenadores • Incluye señal de alimentación • Conector de 4 pines – – – – 1: Vbus, 4.75-5.25 V (100 mA; máx 500 mA) 2: D3: D+ 4: GND Conector USB Logo de USB Distribución de los pines 78 9.2.2. USB • Características: – Sistema asimétrico (un maestro y un esclavo, varios en daisy-chain) – Hasta 127 dispositivos por puerto – Distancia máxima 5 metros (para más hacen falta hubs). Se puede extender usando productos especiales (USB extenders) hasta 50 m con cable y 10 km con fibra. – Codificación NRZI – Hot plug – Plug and play • Versiones: – USB 1.0: • 1998 • Tasas de datos: – Low Speed: 1.5 Mbit/s. Típicamente para ratones, teclados y joysticks. – Full Speed: 12 Mbit/s. – USB 2.0: • 2000 • Añade una nueva tasa de datos: – Hi-Speed: 480 Mbit/s 79 9.2.2. USB FireWire/IEEE 1394/i.Link USB Maximo número de disposititivos 63 127 Hot plug (enchufar sin resetear) Sí Sí 4,5 m 5m Velocidad de transferencia 400 Mbps (50MB/sec) 12 Mbps (1.5MB/sec) Velocidad en el futuro 800 Mbps (100MB/sec) 1 Gbps+ (125MB/sec+) versión 2.0 hasta 460MB Sí No Máx. longitud del cable entre dispositivos Conexión de dispositivos internos Periféricos típicos - Videocámaras DV - Cámaras de alta resolución - HDTV - Discos duros - DVD-ROM Drives - Impresoras - Escáneres - Teclados - Ratones - Monitores - Joysticks - Cámaras de baja resolución - CD-ROM de baja velocidad - Módems Tabla comparativa entre FireWire y USB 80 9.2.3. DVI • Digital Visual Interface • Creado en 1999 por DDWG ("Digital Display Working Group”) www.ddwg.org • Interfaz de vídeo orientado a transportar datos de vídeo digital sin compresión a pantallas digitales • Tres tipos de conector: – DVI-D: sólo señales digitales – DVI-A: sólo señales analógicas – DVI-I: señales digitales y analógicas Conectores DVI (visto desde enchufe) • Dos posibles conectores : – 24 pines: sólo transmite señales digitales – 29 pines: señales digitales y analógicas Conector DVI Logo de DVI 81 9.2.3. DVI • Características – Cada conector está formado por cuatro pares trenzados (para rojo, verde, azul y reloj) – 24 bits por píxel – Usa un sistema de codificación de canal propio TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) – Enlace DVI simple, a 60 Hz permite resolución máxima de 2.6 Mpíxeles. Para más resolución o más bits/píxel, se habilita otro enlace (RGB). Conectores DVI-DL (dual link) 82 9.2.3. DVI • Sistema de protección anticopia HDCP – Sistema de Gestión Digital de Derechos desarrollada por Intel – Sistema propietario, requiere licencia. – Objetivo: evitar que se transmitan contenidos de alta definición de forma no cifrada – Cada modelo de dispositivo HDCP tiene conjunto único de 40 claves (de 56 bits) + clave especial, KSV (Key Selection Vector), con 20 bits a “1” y 20 a “0”. – Se basa en tres sistemas: • Autenticación: solo dispositivos originales pueden recibir contenidos de alta definición. Intercambio de KSVs y suma de sus claves según KSV del otro. Este número se usa para encriptado. • Encriptación de los datos enviados mediante cifrado de flujo. Brillo de cada píxel XOR con un número de 24 bits obtenido de un generador • Revocación de claves: modelos no seguros, KSV en lista de revocación. Si durante autenticación se recibe KSV de lista no se intercambian datos 83 9.2.4. HDMI • High-Definition Multimedia Interface • Creado por HDMI Working Group: – Fabricantes electrónica: Hitachi, Matsushita, Philips, Sony, Toshiba… – Productoras: Fox, Universal, Warner Bros, Disney. • www.hdmi.org • Interfaz de vídeo digital que combina vídeo, audio multicanal y señales de control • Conector de 19 pines (tipo A) ó 29 pines (tipo B) Conector HDMI Distribución de los pines Logo de HDMI 84 9.2.4. HDMI • Características: – Compatible hacia atrás con un enlace DVI simple (tipo A) o DVI dual (tipo B) – Sistema de protección de copia HDCP – Usa TMDS para vídeo, audio y datos auxiliares • • • • Ancho de banda: de 25 MHz a 340 MHz (tipo A) o hasta 680 MHz (tipo B) Entre 24 y 48 bits por píxel Codificación de los bits: (RGB) 4:4:4, (Y,B-Y,R-Y) 4:4:4, (Y,B-Y,R-Y) 4:2:2 Hasta 8 canales de audio – Canal DDC (Display Data Channel) para obtener las especificaciones de las pantallas – Canal opcional CEC (Consumer Electronics Control) para funciones de control remoto 85 9.2.5. SDI • Serial Digital Interface • Estándares ITU-R BT.656 y SMPTE 259M • Interfaz serie para distribución de vídeo digital de calidad profesional • Transmitido sobre cable coaxial (75 Ω) con conectores BNC • Transporta señal de vídeo digital en componentes sin comprimir • Codificación NRZI • Variación HD-SDI (“High Definition Serial Digital Interface”). Estándar SMPTE 292M. 86 9.2.5. SDI • Tasas binarias: – – – – Definición estándar: 270 Mbit/s, 360 Mbit/s, 143 Mbit/s y 177 Mbit/s. Definición mejorada (enhanced digital TV): 540 Mbit/s Alta definición (HD-SDI): 1.485 Gbit/s Para mejores prestaciones, SMPTE 372M (interfaz de enlace dual): 3 Gbit/s • 4:2:2 en formato (Y, R-Y, B-Y) 87