Post on 02-Aug-2022
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 1 / 83
Colorimetria e TV a Cores
PTC3547
Codificação e Transmissão Multimídia
Guido Stolfi – EPUSP - 2019
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EPUSP - Guido Stolfi 2 / 83
• Oponentes cromáticas
• Modelo da Percepção Cromática
• Processos de Colorimetria
• Funções de Cromaticidade
• Coordenadas r-g e x-y
• Exemplos de Cálculos Colorimétricos
• Transmissão de TV a Cores
• Codificadores NTSC, PAL-M
• Outros Codificadores Analógicos
• Colorimetria para HDTV e UHDV
• Equipamentos de Teste para sinais de Vídeo
Tópicos Abordados
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EPUSP - Guido Stolfi 3 / 83
Experimento de Newton
branco
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EPUSP - Guido Stolfi 4 / 83
Cores Opostas
(nm) cor (nm) cor
590-560 amarelo 470-430 Azul/violeta
605-590 laranja 430-380 azul/verde
780-605 vermelho 500-470 ciano
- - - magenta 560-500 verde
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Modelo de Oponentes para Percepção Visual
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EPUSP - Guido Stolfi 6 / 83
Sensibilidade Espectral da Visão
R P F dR( ) ( )
G P F dG( ) ( )
B P F dB( ) ( )
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EPUSP - Guido Stolfi 7 / 83
Processos de Colorimetria
F
FW
FG
FB
FR
(a) (b)
Objetivo: Reproduzir os estímulos visuais R, G e B artificialmente
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Colorimetria de uma Cor Real
FR + FG + FB X
FG
FB
FR
X( )
=
Estímulos R, G, B iguais nos dois casos
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Colorímetro Tri-Estímulos
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Coordenadas Colorimétricas
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Funções de Cromaticidade para Observador Padrão
400 500 600 700 800
Comprimento de Onda (nm)
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
B
G
RV
alo
r tr
i-es
tím
ulo
s
Primários em 700nm (R), 546.1 nm (G) e 435.8 nm (B)
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Cálculo das Coordenadas Colorimétricas
R P r d
G P g d
B P b d
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
380
780
380
780
380
780
rR
R G B
gG
R G B
bB
R G Br g1
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EPUSP - Guido Stolfi 13 / 83
Coordenadas r-g
(0,0) (1,0)
(0,1)
Branco (0.33, 0.33)
Vermelho
Verde
Azul
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Cores Espectrais nas Coordenadas r-g
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Colorimetria com primários X,Y,Z
X R G B
Y R G B
Z R G B
0 490 0 310 0 200
0177 0 813 0 011
0 000 0 010 0 990
. . .
. . .
. . .
R X Y Z
G X Y Z
B X Y Z
2 365 0 897 0 468
0 515 1426 0 089
0 005 0 014 1009
. . .
. . .
. . .
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Funções de Cromaticidade x,y,z
400 500 600 700
Comprimento de Onda (nm)
0.0
0.5
1.0
1.5
ZZZZ
YX
X
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EPUSP - Guido Stolfi 17 / 83
Coordenadas de Cromaticidade
ZYX
Yy
ZYX
Xx
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EPUSP - Guido Stolfi 18 / 83
Diagrama de Cromaticidade CIE
CIE: Comission Internationale de l' Eclairage
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Linearidade na Superposição de Cores
A
P
y
z
x
w
A = (yG + xB)/(x+y)
P = (wA + zR)/(w+z)
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EPUSP - Guido Stolfi 20 / 83
Sensibilidade da Visão para Diferenças de Cromaticidade
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EPUSP - Guido Stolfi 21 / 83
Exemplos
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EPUSP - Guido Stolfi 22 / 83
Exemplo: Colorimetria de uma Lâmpada de Descarga a Gás
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
398 426 457 487 518 548 579 610 640 671
50.30.05.0002.08.2078.06.439.12.2068.01.1)()(
82.5175.05.087.08.271.06.4012.02.20004.01.1)()(
72.3448.05.0916.08.2063.06.4284.02.2014.01.1)()(
780
380
780
380
780
380
dzPZ
dyPY
dxPX
400 500 600 700Comprimento de Onda (nm)
0.0
0.5
1.0
1.5
ZZZZ
YX
X
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EPUSP - Guido Stolfi 23 / 83
Exemplo: Colorimetria de uma Lâmpada de Descarga a Gás
446.004.13
82.5
285.004.13
72.3
ZYX
Yy
ZYX
Xx
Comprimento de onda dominante: ~538 nm
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EPUSP - Guido Stolfi 24 / 83
Exemplo: Colorimetria de um Corpo Negro Aquecido
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EPUSP - Guido Stolfi 25 / 83
Exemplo: Colorimetria de LED’s RGB
LED Nichia NSCM315C
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EPUSP - Guido Stolfi 26 / 83
Exemplo: Balanceamento de LED’s
LED Comprimento de Onda Intensidade Luminosa a 20 mA
Vermelho 640 nm 80 mcd
Verde 570 nm 130 mcd
Azul 470 nm 25 mcd
F( ) Pot X Y Z
R 640 0.175 457 204 80 0
G 570 0.952 137 104 130 0.3
B 470 0.091 274 53 25 353
Aplicando a função de luminância:
Características dos LED’s:
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EPUSP - Guido Stolfi 27 / 83
Exemplo: Balanceamento de LED’s
r (204 X + 80 Y + 0 Z) ++ g (104 X + 130 Y + 0.3 Z) ++ b (53 X + 25 Y +353 Z) =
= 1000 X + 1000 Y + 1000 Z
Resolvendo, temos:
r = 0,745 0,112 2,23 mAg = 6,68 1,00 20 mAb = 2,83 0,423 8,47 mA
Intensidade luminosa de R + G + B = branco: 0,112 x 80 + 1 x 130 + 0,423 x 25 = 150 mcd
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EPUSP - Guido Stolfi 28 / 83
Primários de um Cinescópio (NTSC)
NTSC: National Television System Committee
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Coordenadas de Cromaticidade dos Primários (NTSC e P22)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 30 / 83
Funções de Cromaticidade Correspondentes aos Primários (NTSC e EBU)
EBU: European Broadcasting Union
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EPUSP - Guido Stolfi 31 / 83
Transmissão de TV a Cores
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EPUSP - Guido Stolfi 32 / 83
Requisitos de Fidelidade Colorimétrica
• Fidelidade Física (espectral)
• Fidelidade de Valores Tri-estímulos (R, G, B)
• Fidelidade Colorimétrica (x, y)
• Reprodução Correspondente (mesma iluminação)
• Fidelidade Subjetiva (ao gosto do usuário)
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Diagrama de um Sistema de TV a Cores
MatrizControle de Ganho
Filtros
Separador
Lente
Sensores
Yr
Yg
Yb
Corretor Gama
Codificador
R
G
B
R
G
B
G'
R'
B'
Canal de Transmissão
G'
R'
B'
DecodificadorMatrizControles deImagem
Cinescópio
Rd
Gd
Bd
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EPUSP - Guido Stolfi 34 / 83
Banda Passante Necessária para Sistema RGB
t
L
t
R
t
G
t
B
f
f
f
4.2 MHz
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EPUSP - Guido Stolfi 35 / 83
Resposta em Frequência Espacial da Visão
1
10
100
0,1 1 10 100
Sen
sib
ilid
ade
de
Co
ntr
aste
Frequencia Espacial - Ciclos por grau
Op. B-Y
Op. R-G
Luminância
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EPUSP - Guido Stolfi 36 / 83
Banda Passante para Luminância e Oponentes Cromáticas
f
f
f
4.2 MHz
~1.5 MHz
CB
CR
t
L
t
Y
t
t
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Testes Subjetivos de requisitos de Banda Passante
Frequência de Corte, MHz
Imagem Satisfatória
CompletamenteAceitável
Inaceitável
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EPUSP - Guido Stolfi 38 / 83
Componentes de Luminância e Crominância (NTSC)
Y' = 0.299 R' + 0.587 G' + 0.114 B' (4.2 MHz)
(R' - Y') = 0,701 R' - 0.587 G' - 0.114 B'
(B' - Y') = -0.299 R' - 0.587 G' + 0.886 B'
I' = 0.74 (R' - Y') - 0.27 (B' - Y') = = 0.60 R' - 0.28 G' - 0.32 B' (1.5 MHz)
Q' = 0.48 (R' - Y') + 0.41 (B' - Y') = = 0.21 R' - 0.52 G' + 0.31 B' (0.5 MHz)
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EPUSP - Guido Stolfi 39 / 83
Modulador NTSC
Q'
I'
0.5 MHz
1.5 MHz 4.2 MHz
R'
G'
B'
Y'
R' - Y'
B' - Y'
Matriz
Matriz
Oscilador Sub-portadora
90o
Croma
Video
Composto
Sincronismo Composto
3.579545 MHz
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 40 / 83
Exemplo: Padrão de Barras Coloridas (RGB)
G
R
B
(100 IRE)
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EPUSP - Guido Stolfi 41 / 83
Padrão de Barras YIQ
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 42 / 83
Formas de Onda na Modulação NTSC
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 43 / 83
Padrão de Barras Modulado em NTSC
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 44 / 83
Intercalamento Espectral
fH
fH / 2fH
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 45 / 83
Intercalamento Espectral no Tempo
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 46 / 83
Diagrama Fasorial da Sub-portadora de Crominância
AMARELO
VERMELHO
MAGENTA
VERDECIANO
AZUL
A
A
A
A
A
A
FASE
0.30 A 270
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EPUSP - Guido Stolfi 47 / 83
Referência de Fase: “Burst”
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 48 / 83
Frequência da Sub-portadora de Cor
Intercalamento Espectral:
fSC = (2n+1)/2 fH
fSC – 4.5 MHz = (2p+1)/2 fH
frequências multiplicadas por 1000/1001
fH = 15734,265... Hz fV = 59.94 HzfSC = 455/2 fh = 5 7 13 / 2 fH = 3.579545 MHzfQ = ½ fV = 29.97 Hz
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EPUSP - Guido Stolfi 49 / 83
Espectro de um Canal NTSC
6 MHz
4,5 MHz
3,58 MHz1,25 MHz
Som (FM)Luminância (AM-VSB)
Croma (Q-DSB)
Limitação de Banda dos sinais Y, I e Q
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 50 / 83
Espectro Real de um Canal de TV
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 51 / 83
Modulador PAL-M
U'
V'
1.5 MHz
1.5 MHz 4.2 MHz
R'
G'
B'
Y'
R' - Y'
B' - Y'
Matriz
Oscilador Sub-portadora
90o
Croma
VideoComposto
Sincronismo Composto
3.575611 MHz
0.493
0.877
fh/2
PAL-M: Phase Alternating Line-rate, padrão M
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 52 / 83
Intercalamento Espectral no PAL-M
fH
fH / 2 fH / 4
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 53 / 83
Padrão de Barras YUV
G
R
B
Y=0.299R+0.578G+0.114B
100 89
70 59
41 38
11 0
0 9.6
-61 --52
52 61
-9.6
0 V=0.877(R-Y)
0
-44
44
0 15
-15 -20
20 U=0.493(B-Y)
(100 IRE)
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EPUSP - Guido Stolfi 54 / 83
Formas de Onda na Modulação PAL-M
(Padrão de Barras com 75% do Fundo de Escala)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 55 / 83
Outros Sistemas de Codificação
PAL-B/G/H/I (Europa)
50 Hz / 625 linhasfsc = 4,433618 MHz BW (Y) = 5 MHz (padrões B/G/H)ou 5,5 MHz (padrão I)BW(canal) = 7 MHz (B) ou 8 MHz (G/H/I)
f f fSC H V
1135
4
1
2
PAL: Phase Alternating Line-rate
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EPUSP - Guido Stolfi 56 / 83
Outros Sistemas de Codificação
PAL-N (Argentina, Paraguai, Uruguai)
50 Hz / 625 linhasfsc = 3,582056 MHz BW (Y) = 4,2 MHzBW(canal) = 6 MHz
(Resolução diferente na Vertical e Horizontal)
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EPUSP - Guido Stolfi 57 / 83
Outros Sistemas de Codificação
SECAM (França, URSS)
SECAM: Séquential Coleur Avec Mémoire
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EPUSP - Guido Stolfi 58 / 83
Formas de Onda no Sistema SECAM
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 59 / 83
Outros Sistemas de Codificação
S-VHS (Super-Video)
Sinais separados para Luminância (Y’ + Sync)e crominância ( I’, Q’ e “burst” modulados em 3,58 MHz)
Componentes (YUV)
Sinais Y’, (R’-Y’) e (B’- Y’) separadosAplicação profissional, DVD, Blu-Ray etc.
S-VHS: Super Video Home System
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EPUSP - Guido Stolfi 60 / 83
Colorimetria para HDTV e UHDV
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 61 / 83
Aproximação da Curva de Percepção de Brilho
1018,0099,0099,1
018,005,4
'
45,0VV
VV
V
RecomendaçãoITU-R BT.709
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 62 / 83
Colorimetria para HDTV
Primário x (CIE) y (CIE)
R 0.640 0.330
G 0.300 0.600
B 0.150 0.060
Branco 0.3127 0.3290
SMPTE 274M / ITU-R BT.709
Y’ = 0.2126 R’ + 0.7152 G’ + 0.0722 B’
''5748.1
1'
''8556.1
1'
YRP
YBP
R
B
SMPTE: Society of Motion Picture and Television EngineersITU-R: International Telecommunications Union - Radiocommunication
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 63 / 83
Representação de Cores por Oponentes
Luminância:Y’ = 0.2627 R’ + 0.6780 G’ + 0.0593 B’
''8814.1
1'
''4746.1
1'
YBP
YRP
B
R
Crominância:
RecomendaçãoITU-R BT.709
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 64 / 83
Decimação das Oponentes Cromáticas
64 pixels
64 amostras de Luminância
16 + 16amostras deCrominância
RecomendaçãoITU-R BT.709
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 65 / 83
Componentes Analógicas para HDTV
SMPTE 274M / ITU-R BT.709
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 66 / 83
Colorimetria para UHDV (WCG - “Wider Color Gamut”)
Primário x (CIE) y (CIE)
R 0.708 0.292
G 0.170 0.797
B 0.131 0.046
Branco 0.3127 0.3290
ITU-R BT.2020
10181.00993.00993.1
0181.005.4'
45.0VV
VVV
Y’ = 0.2627 R’ + 0.6780 G’ + 0.0593 B’
''4746.1
1'
''8814.1
1'
YRC
YBC
R
B
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 67 / 83
Colorimetria para UHDV (WCG - “Wider Color Gamut”)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 68 / 83
Equipamentos e Sinais de Teste para TV
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 69 / 83
Equipamentos para Testes de Vídeo
Monitor de Forma de Onda
2H
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 70 / 83
Equipamentos para Testes de Vídeo
Vetorscópio
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 71 / 83
Vetorscópio
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 72 / 83
Sinais de Teste: “Black Burst”
Sinal com presença de ruído aditivo
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 73 / 83
Pulso e Barra
Atenuação do sinal de croma: Atraso do sinal de croma:
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 74 / 83
Multiburst (0.5, 1, 2, 3, 3.58, 4.2 MHz)
Efeito da limitação da resposta em frequência:
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 75 / 83
Combinado NTC7 (Multiburst + Escada)
Efeito de intermodulação luma-croma (Filtro de rejeição de croma ativado):
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 76 / 83
Escada de Luminância
Efeito de não-linearidade(Filtro de rejeição de croma ativado):
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 77 / 83
GCR (Ghost Cancelling Reference)
Efeito de multipercurso na recepção do GCR:
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 78 / 83
Rampa Modulada
Efeito de não-linearidade(filtro de croma ativado):
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 79 / 83
Sinal de Teste para TV de Alta Definição
Padrão de barras SMPTE RP219 / ARIB STD-B28
ARIB: Association of Radio Industries and Businesses (Jp.)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 80 / 83
Sinal de Teste para TV de Alta Definição
Padrão de Teste de Resolução
(Tektronix)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 81 / 83
Sinal de Teste para TV de Alta Definição
Padrão “Zone Plate” com varredura de frequência vertical e horizontal
(Tektronix)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 82 / 83
Sinal de Teste para TV Digital
Diagrama de Olho para interfaces digitais
(Tektronix)
LCSEP US P
EPUSP - Guido Stolfi 83 / 83
Apelidos...
NTSC = Never Twice the Same Color
SECAM = System Essentially Contrary to American Methods
PAL = Peace, At Last
PAL-M = Pay a Little More