Analogni video i digitalizacija – priča o rezoluciji

Jedno od najčešćih pitanja koja dobijam o video obradi na računarima je upravo o rezoluciji koju treba izabrati da bi se dobila dobra digitalizovana slika. Pri tome se za VHS materijal najčešće spominje rezolucija 352×288 – da, da, kako da ne 😉 Ako uzmete ovo kao polaznu rezoluciju, ne očekujte sjajne rezultate 🙂

Rezolucija ne postoji. Tačke (pixels) ne postoje. Ovo je analogni svet 🙂 – rezolucije i tačke su potrebni za digitalnu obradu i čuvanje materijala. Kako se onda uopšte dolazi do digitalne slike našeg analognog sveta?

Da bi dobili jasnu sliku ;), moram da počnem od početka 🙂 tj. kako se prikazuje slika na TV -u, i kako vaša kartica treba da radi digitalizaciju takvog signala (po ITU-R BT.601-5 standardu).

Kako se prikazuje slika na TV-u?

Televizijska slika je sastavljena od horizontalnih linija (Scan Lines) koje elektronski mlaz ispisuje na ekranu velikom brzinom; pri tome, cela slika se deli u dve poluslike, na parne i neparne linije, pa se ispisuje polje po polje (razlozi za ovo su duboko u prošlosti, kada su prvi televizori napravljeni).

Broj horizontalnih linija varira od standarda do standarda – za naš standard, PAL, to je 625 linija. Nisu sve linije vidljive; neke se koriste za dodatne informacije (sinhronizaciju itd) dok je za vidljiv deo po BT.601-5 odvojeno tačno 576 linija – ovo je upravo vertikalna rezolucija TV signala: 576; na ovo ćemo se vratiti malo kasnije.

“Horizontala” priča je totalno drugačija; dok su horizontalne linije potpuno određena stvar (pa time i vertikalna rezolucija), kod vertikalnih imamo čistu analognu priču; količina detalja koje vidimo zavisiće isključivo od opsega signala (Bandwidth) upotrebljenog za prikaz slike. Kvalitet tog prikaza možemo definisati kao najveći broj uspravnih crno/belih linija koje se još uvek razlikuju na ekranu (tj. ne vidimo ih kao stopljenu sivu). Nazovimo ovo “Horizontalnom analognom rezolucijom” – primetite da smo još uvek u analognim vodama! Ova rezolucija još uvek nema veze sa rezolucijom digitalizovanog materijala.

Digitalizacija videa

Neke od najčeščih rezolucija koje se pominju kao digitalni pandan PAL video materijalu su 768×576, 720×576 i 704×576. Koja je od ovih vrednosti prava? Pa, ni jedna ili sve 🙂 – čitajte dalje …

Kako se uopšte digitalizuje (capture, grab) video materijal u PAL standardu?

PAL slika se sastoji od 625 linija, i 50 poluslika ili 25 punih slika -> za iscrtavanje jedne slike je potrebno 40 ms, a za iscrtavanje jedne linije je potrebno 64 μs.

Ako vaša kartica za digitalizaciju sledi ITU-R BT.601-5, uzorkovanje video signala pri digitalizaciji treba da ima učestalost od 13,5 MHz; ovo praktično znači da će jedna linija (koja se ispisuje za 64 μs) biti uzorkovana:

13.500.000 * 0.000064 s = 864 puta u sekundi.

Znači li ovo da je digitalna PAL rezolucija 864 x 576? Ne – kao što kod horizontalnih linija imamo višak linija, i ovde se ne koristi ceo raspon za vidljivi (koristan) deo; samo deo linije koji mlaz iscrta za 52 μs se računa u vidljivi deo linije. Odavde i iz gornje jednačine, proizilazi da je

digitalni ekvivalent PAL video signalu: 702 x 576

što očigledno nije ni jedna od rezolucija na koje smo navikli 🙂 No, sada se po ITU dodaje po 9 tačaka sa svake strane i dobijamo
digitalnu rezoluciju za PAL: 720 x 576

Primetite da po gornjem, vidljivi deo slike može da zauzima samo 702 tačaka a NE svih 720; ako vaša kartica daje sliku preko cele širine od 720 tačaka, onda ona ne radi digitalizaciju po ITU standardu.

Šta je sa 704×576 rezolucijom? Ona je usvojena za potrebe MPEG-1/MPEG-2 kompresije video signala i ima lepu osobinu da su širina i visina deljive sa 16; kod ovih kompresija je najmanja jedinica za kompresiju makro-blok 16×16 pa eto finog poklapanja 🙂

Šta sa svim ostalim rezolucijama koje se dobijaju kao rezultat digitalizacije? Da li su one pogrešne? Kako ih konvertovati u neku drugu i pri tome očuvati svu informaciju? Vreme je da se upoznamo sa PAR i DAR izrazima.

4:3 i drugi lepi brojevi; DAR i PAR

Kao što svi znamo, odnos širine i visine kod PAL televizije je 4:3 tj. DAR = 4:3 (DAR – Display Aspect Ratio) . No, ovih 4:3 se realizuje preko 702×576 digitalne rezolucije, a to baš i nije odnos 4:3 🙂

Tu dolazimo do pojma odnosa širine i visine tačke – PAR (PAR – Pixel Aspect Ratio). Na PC monitoru postoji samo jedan PAR, 1:1 – svaka tačka je iste i visine i širine. To objašnjava rezolucije koje se najčešće koriste: 640*480, 800*600, 1024*768 – uz PAR 1:1 sve ove rezolucije imaju DAR 4:3.

Kod TV-a imamo 576 linija, 720 tačaka po horizontali od kojih je 702 vidljivo; ovde je PAR: 576/702*4/3 = 128/117

Da li druga česta rezolucija 768×576 ima PAR 1:1? Ne – ovo je tzv. “industrijski standard” gde se kao učestalost uzorkovanja koristi 14.75 MHz umesto od preporučenih 13.5 MHz. U ovom slučaju, odnos između preporučene i ove rezolucije je:

13.5 / 14.75 = 54/59

pa je odavde PAR za 768×576: 128/117 * 54/59 = 768/767

Da rezimiram:

Rezolucija Vidljiv deo Uzorkovanje PAR Komentar
720×576 702×576 13.5 Mhz 128/117 Standardna rezolucija za PAL;
vidljivo je 702×576 tačaka
704×576 702×576 13.5 Mhz 128/117 Digitalizovan samo vidljiv deo slike
768×576 767×576 14.75 Mhz 768/767 “Industrijski standard”

Konverzija među rezolucijama

Da bi pravilno izvršili konverziju digitalnog video materijala iz jedne rezolucije u drugu, potrebno je da znate:

1. Polaznu rezoluciju i polazni PAR
2. Željenu rezoluciju i željeni PAR
3. Odrediti pravilno koeficijente konverzije

Korak tri izgleda ovako:

3.1 Izračunajte vertikalni_koeficijent_konverzije = stvarna_aktivna_ciljna_visina / stvarna_aktivna_polazna_visina
3.2 Izračunajte horizontalni_koeficijent_konverzije = (polazni_PAR) / (ciljni_PAR) * (vertikalni_koeficijent_konverzije)
3.3 Izračunajte ciljnu širinu: ciljna_širina = horizontalni_koeficijent_konverzije * polazna_širina
3.4 Izračunajte ciljnu visinu: ciljna_visina = vertikalni_koeficijent_konverzije * polazna_visina
3.5 Obradite sliku (resize) tako da su joj nove dimenzije upravo one iz 3.3 i 3.4
3.6 Ako to nije željena rezolucija, odsecite ivice i/ili dodajte crne ivice sa strane tako da dobijete traženu rezoluciju.

Kako primer govori više od algoritma 😉 evo jednog uobičajenog:

Konvertovati 720×576 IBU digitalizovani snimak u 640×480 za prikaz na monitoru računara

P3.1 vertikalni_koeficijent_konverzije = 480 / 576 = 5/6
P3.2 horizontalni_koeficijent_konverzije = (128/117) / (1/1) * (5/6) = 640/702
P3.3 ciljna_širina = 640/702 * 720 = 656,41 ~ 656
P3.4 ciljna_visina = 5/6 * 576 = 480
P3.5 Resize sa 720×576 -> 656×480
P3.6 Da bi postigli traženu rezoluciju, uradićemo odsecanje po 8 tačaka sa leve i desne strane

Eto 🙂 nadam se da je sada sve malo jasnije kada su rezolucije, PAR-ovi, DAR-ovi u pitanju 🙂 Ako nisu, pitajte.

Linkovi:

Ako želite da podelite ...Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedIn

6 thoughts on “Analogni video i digitalizacija – priča o rezoluciji”

  1. Stay tuned (ili ostanite na kanalu :)) još 4-5 članaka na ovu temu su u draftu, zavisi samo od slobodnog vremena kada će ugledati svetlo dana 🙂

  2. Zanimljivo, planiras nesto stavljat i o obradi videa ili si malo samo pisao o signalima. Naime pozdravljam ovakve stvari, malo brljavim po videu i sve me o njemu trenutno zanima. Nadam se da cu jos o ovome citati…

    Pozdrav, kAso

  3. Postovanje
    Slucajno sam pronasao vas sajt,imate puno korisnih saveta,kao prvo da se predstavljam, moje ime je Jon Ivasku, po zanimanju sam profesor,10 god. se bavim servisiranje komp. radim sve OS, u zadnje vreme sve vise radim Linux.Pomalo se bavim i dizajnom najvise koristim Flash.Sada imam problem koji ne mogu da resim. Uzeo sam tv karticu Pinnacle 110i, zelim da je koristim za prebacivanje materijala iz VHS u bilo koji drugi format MPEG,AVI DVD…..
    Sve sam pokusao, ucinak je sledeci, dobar zvuk slika ocajna…
    Dali je to kartice ili ima nesto sto ja neznam.Probao sam sve varijante i uvek isto, dobar zvuk losa slika.
    U CEMU JE PROBLEM…..POMOC…ako imate neku ideju .
    Unapred zahvalan

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*