Prinsip Dasar Gambar (Video Fundamentals)

Outline Standards Video System Elements Pemancar (Broadcast) Scanning dan Interlace Color, Chroma dan Sub-Sampling Beberapa pernyataan pada system video (Representations)

Video Standards Broadcast TV (analog) VCR (analog) Film (analog) Computer videos Digital TV, HDTV Digital (compressed) videos

Standards Groups ITU-T – ITU Telecommunications Dikenal dengan CCITT (Consultative Committee International on Telecommunications and Telegraphy) ITU-R – ITU Radio communications Nama formal CCIR (Consultative Committee International Radio) FCC (Federal Communications Commission) SMPTE - Society of Motion Picture and Television Engineers … dan banyak lagi !

Video Terdiri dari Gambar (Images) Apa yang disebut interval images? Jumlah Sampling harus cukup tinggi untuk menghindari gerakan samar atau "aliasing”. Paling kecil 15 frames/Sec 30 frames/ Sec agar tampak halus/lembut Paling rendah 50 frames/ sec dibutuhkan agar ideal

Broadcast System Tujuan: Pemakaian bandwidth agar Efficient Transmitter Receiver Tujuan: Pemakaian bandwidth agar Efficient Persepsi dari qualitas tayangan yang baik

Camera Operation Camera memiliki 1, 2, or 3 tabung sbg sampling Color Filters Camera Tubes Zoom Lens Encoder R Luminance Beam Splitter G Chromatic Colors B Camera memiliki 1, 2, or 3 tabung sbg sampling Lebih banyak tabung (CCD’s) dan lensa yang lebih baik, akan menghasilkan gambar yang baik

Scanning and Interlace Transmisi akan meneruskan sinyal Transmitter captures images dan mengencodes, Receiver decodes untuk mendisplaykannya Image menge”traced-out” garis-demi-garis Left-to-right top-to-down scanning vertical/horizontal blanking interval Sinyal dihasilkan secara interlaced Memperbaiki (Improves) persepsi dari motion (?) Alternatifnya adalah progressive scanning

Video Display Scanning Amplitude Cathode Time Komposisi Video terdiri dari sinyal luminance dan chromatic Composite video menggabungkan luminance dan chromatic Komponen video mengirimkan sinyal secara terpisah http://www.tpub.com/neets/book6/21e.htm http://online.cctt.org/physicslab/content/Phy2HON/lessonnotes/modern/electronbeams.asp

Penglihatan Langsung CRT (Cathode Ray Tube) Tiga guns (RGB) memberi tenaga pada phosphors Perbedaan energi akan merubah intensitas cahaya Beda energies terhadap perbedaan phosphors akan menghasilkan beda warna Fosfor yang rusak harus diganti http://www.wsd1.org/kelvin/Departments/teched/TUTORIAL/mondelts.htm

Gamma CRT akan ditayangkan secara non-linear Display berubah berdasarkan voltage yang mengendalikan y = x 1/0.45 http://www.scanhelp.com/ScanEdu/gamma.html Penglihatan manusia juga non-linear Sensasi pencahayaan adalah suatu fungsi kekuatan intensitas (y=xw) Kesanggupan untuk menemukan kejadian . . . Non-linear CRT mendekati kebalikan pencahayaan pada mata manusia Pengkodean intensity ke sinar gamma akan mengkoreksi sinyal secara maximal persepsi dari bayangan atau image Y -vs- Y’

Notasi Scanning Spesifikasi Lines / ”frame rate” NTSC 525/59.94 PAL 625/50 ATSC – semuanya akan bervariasi (Advanced Television Systems Committee) 1080i 1920x1080 interlaced scanning 720p 1280x720 progressive scanning

Interlaced Fields Signal Format Raster Format Field 1 Field 2 Line 1 --- vertical blanking Line 21 --- Raster Format Field 1 1 2 3 485 Line 263 --- vertical blanking ... 485 Line 283 --- 2 4 484 ... 485 Field 2 ITU-R Rec. 601: 720x483 484 Line 525 ---

Interlaced fields Display yang berubah, interleaved “fields” pada 2X nilai frame Besar bandwidth, atau jumlah bits yang akan di transmisikan, dengan yang diterima akan sama Bidang yg diambil sama dengan separuh interval bingkai. “mengelabui” mata seolah-olah memiliki nilai sampling yang akan lebih besar dari nilai frame

Aspect Ratio/Refresh Rate Conventional TV is 4:3 (1.33) HDTV is 16:9 (2.11) Cinema uses 1.85:1 or 2.35:1 Refresh Rate NTSC is 60Hz (59.94Hz) PAL is 50Hz Cinema is 48Hz (but still only 24 fps)

NTSC Video (525-lines, 60-fields/sec) 525 garis scanning diulang 29.97 kali per detik (33.37 msec/frame) Garis scan Interlaced membagi frame menjadi 2 fields setiap 262.5 garis (16.68 msec/field) 20 garis reserved untuk kontrol informasi pada saat mulai setiap field 483 garis visible data Laserdisc dan S-VHS display sekitar 420 garis (persepsi) Normal broadcast TV displays sekitar 320 garis. Garis ditetapkan 63.6 usec.

PAL Video Garis scan 625 diulang 25 kali per detik (40 msec/frame) (625-lines, 50-fields/sec) Garis scan 625 diulang 25 kali per detik (40 msec/frame) Garis scan Interlaced membagi frame menjadi 2 fields setiap 312.5 garis (20 msec/field) Kurang lebih 20% garis lebih dibandingkan NTSC NTSC vs. PAL  bandwidth hampir sama Perbandingan standards Video

Persepsi Warna Warna persepsi dari gelombang cahaya 400nm to 700nm diterima di retina mata Manusia lebih sensitive terhadap brightness dibandingkan warna Retina dikomposisikan oleh kerucut (cones) dan tangkai (rods) Cones merespon perbedaan frequencies (RGB) Rods mengukur brightness pada level cahaya rendah (pada, night-vision) CIE menetapkan standard untuk warna CIE XYZ, CIE xyY  Linear RGB

Color Image Coding Image dinyatakan oleh 24 bit pixel (8 bpp) Setiap warna bernilai diantara 0 dan 255 Video memakai coding non-linear Distribusi warna seragam terhadap kode RGB  R’G’B’ (gamma mengkoreksi RGB) Video menggunakan luminance/chrominance R’G’B’  Y’CBCR (PAL) Luminance adalah Y (secara teknis luma adalah Y’) Chrominance adalah CBCR

Jargon CBCR adalah sinyal yg membedakan warna CB skala versi (Y’-B’) CR skala versi (Y’-R’) Terminologi membingungkan : YUV, YIQ, Y CBCR,… Versi Skala <Y’, Y’-B’, Y’-R’> Hijau memiliki kontribusi tertinggi pada luminance Luminance –vs- Luma (contoh, Y –vs- Y’) Y adalah linear luminance Y’ adalah koreksi gamma pada luminance (aka luma)

Pernyataan Video Analog NTSC Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B I = 0.596R - 0.275G - 0.321B Q = 0.212R - 0.523G + 0.311B composite = Y + Icos(Fsc t) + Qsin(Fsc t) PAL U = 0.492(B-Y) Q = 0.877(R-Y) composite = Y + Usin(Fsc t) + Vcos(Fsc t)

Pernyataan Composite Component Separation video called “s-video” NTSC - 6MHz (4.2MHz video), 29.97 frames/second PAL - 6-8MHz (4.2-6MHz video), 25 frames/second Component Separation video (luma, chroma) - svhs, Hi8mm RGB, YUV, YIQ, … YCBCR - used for most compressed representations Separation video called “s-video”

Digitizing TV Analog adalah sinyal continuous Digital TV menggunakan nilai discrete numeric Signal di sampled Samples di quantized Small, discrete regions adalah digitized Image dinyatakan dengan pixel array

Chroma Sub-Sampling Chroma sub-sampling mereduksi data Notasinya a:b:c 2 chroma/luma  16 bpp 1 chroma/luma  12 bpp Notasinya a:b:c a adalah luma samples b adalah chroma samples per garis ganjil c adalah chroma samples per garis genap Contoh 4:4:4, 4:2:2, 4:1:1, 4:2:0, …

Line Sampling Y Y Y Y Y 4:4:4 CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB CR/CB Y Y Y Y Y 4:2:2 CR/CB CR/CB CR/CB Y Y Y Y Y 4:1:1 CR/CB CR/CB 4:2:2 menunjukan broadcast quality 4:1:1 memperlihatkan VHS quality 4:2:0 adalah 2:1 sampling turun dalam arah horizontal dan vertical

4:2:0 Sampling Luma sample Chroma sample

Structure Block Video Digital Y3 CB1 CB2 CR2 CR1 Y1 Y2 Y4 macroblock 4:2:2 YCBCR 16x16 macroblock 8x8 pixels /block 8 bits/sample = 16 bits/pixel = 4Kbits/macroblock 4:1:1 YCBCR 3Kbits/macroblock 12 bits/pixel Y3 CB CR Y1 Y2 Y4

Berapa Nilai Data Video ? Digital 720x483 = 347,760 pixels/frame 4:2:2 sampling gives 695,520 bytes/frame 21 MB/sec (167 Mbs) 4:4:4 sampling gives 250 Mbs ATV (MPEG MP@ML) 1280x720 = 921,600 pixels/frame 4:2:0 sampling gives 1,382,400 bytes/frame 41 MB/sec (328 Mbs) (Catatan: MPEG coded streams adalah 1.5-80 Mbs)

Representations Digital Video Digital Composite Video(D2/D3,SMPTE 244M) 142 Mb/s data rate, dalam parallel atau serial Sub-sampled warna signals 4:2:2 Komponen Digital Video(D1/D5,SMPTE RP125) Memisahkan signals untuk luma dan chroma 270 Mb/s data rate, dalam parallel atau serial Compressed Digital Video MPEG, MJPEG, H.26x, DV, …

Persepsi Manusia Apa gerak lambat ? (smooth motion) Bergantung pada source material Hampir semua gerak dikatakan smooth pada 24 fps Manusia sensitive pada Frequensi Rendah Perubahan pada luminance Cara pandang ditekankan pada sudut pendeteksian Strong bias terhadap garis horizontal dan vertical Visual masking dari perubahan besar luminance

Produksi Video Quality Tinggi Membutuhkan camera high quality S-Video (SVHS, Hi8mm) lebih baik dibandingkan composite 3 chips lebih baik dari 1 chip Digital lebih baik dibandingkan analog Lights, lights, lights… Experiment dengan filters untuk merubah tampilan warna Shoot scene pada beda sudut dan cut diantaranya, meciptakan qualitas gambar Study film/ teknik video Let person exit the scene without moving camera Keep orientation of images correct Change scene/shot to reflect time change

Video Standards

Kesimpulan NTSC/PAL adalah standards yang baik dibandingkan 50 tahun lalu Technology berubah secara dramatis selama kurun waktu ini Perubahan Digital merubah industry Dampak langsung pengembangan standard ATSC Revolusi Internet juga merubah industri Webcasting –vs- mass market broadcasting Wireless –vs- cable –vs- packet transmission