CHAPTER 5:FUNDAMENTAL CONCEPTS IN VIDEO
1
TYPES OF VIDEO SIGNALS
Component video
Higher-end video systems make use ofthree separate video signals for the red,green, and blue image planes.
This kind of system has three wires andconnectors connecting the camera orother devices to TV or monitor.
Use component video to take advantageof the superior picture found in suchsignal sources as HDTV and progressiveDVD
2
TYPES OF VIDEO SIGNALS
Composite video
Color (“chrominance") and intensity(“luminance") signals are mixed into asingle carrier wave.
This is the type of signal used bybroadcast color TVs; it is downwardcompatible with black-and-white TV.
3
Composite-video-cable.jpg
TYPES OF VIDEO SIGNALS
S-video
Also known as Separated-Video or Super-video
video color format that combines the three YUV video signals into twochannels. Brightness/luma (Y) is in one channel, and color/chroma (U and V)are in another. S-video provides sharper image than composite video, but isnot as good as component video.
4
http://lyberty.com/encyc/articles/tech/img/s-video-02.gif
BASIC VIDEO PROPERTIES
Representation of Video Signals
Visual Representation
To present the observer with as realistic as possible arepresentation of scene
Transmission of Video Signals
Television Systems
Video Digitization
Digital Television
5
VISUAL REPRESENTATION
In order to accurately convey both spatial and temporal aspects of scene,the following properties are considered
1.Vertical Details and Viewing Distance
The geometry of television image is based on the ratio of the picturewidth to the picture height (W/H), called the aspect ratio.
Conventional aspect ratio is 4:3.
The angular field of view is determined by the viewing distance, D,and is calculated as D/H.
2.Horizontal Detail and Picture Width
Can be determined from the aspect ratio
3.Total detail content of picture
Since not all lines (horizontal and vertical) are visible to the observer,additional information can be transmitted through them.
6
VISUAL REPRESENTATION
4.Depth perception
Depth is result of composing picture by each eye (from differentangles)
In flat TV picture
Perspective appearance of the subject matter
Choice of focal length of the camera lens and changes in depth focus
5.Luminance
RGB can be converted to luminance (brightness signal) and two colordifference signals (chrominance) for TV signal transmission
7
VISUAL REPRESENTATION
6.Temporal Aspects of Illumination
discrete sequence of still images can be perceived as acontinuous sequence.
The impression of motion is generated by rapid successionof barely differing still pictures (frames).
Rate must be high enough to ensure smooth transition.
Rate must be high enough so that the continuity of perception isnot disrupted by the dark intervals between pictures
The light is cut off, briefly, between these frames.
8
VISUAL REPRESENTATION
7.Continuity of Motion
Continuity is perceived with at least 15 frames per second.
To make motion appear smooth in recorded film (notsynthetically generated), rate of 30 frames per second isneeded.
Films recorded with 24 frames per second look strange when largeobjects close to the viewer move quickly.
NTSC (National Television Systems Committee) Standard
Original: 30 frames/second
Currently: 29.97 frames/second
PAL (Phase Alternating Line) Standard
25 frames per second
9
VISUAL REPRESENTATION
8.Flicker
If the refresh rate is low, periodic fluctuation of the perceivedbrightness can result.
Minimum to avoid flicker is 50 Hz.
Technical measures in movies and TV have allowed lowerrefresh rates.
The Refresh rate is the number of times display's image isrepainted or refreshed per second. refresh rate of 75 Hz meansthe image is refreshed 75 times in one second.
10
SIGNAL FORMATS
RGB
YUV
YIQ
Composite Signals
Instead of sending each component on one channel, send themall
Computer Video Formats
Current video digitization hardware differ in
Resolution of digital images (frames)
Quantization
Frame rate
Motion depends on the display hardware (Figure 5-4 page 86)
11
SIGNAL FORMATS
Computer Video Formats
Color Graphics Adapter (CGA)
Resolution: 320 200
bits pixel
Enhanced Graphics Adapter (EGA)
Resolution: 640 350
bits pixel
Video Graphics Array (VGA)
Resolution: 640 480
bits pixel
Super Video Graphics Array (SVGA)
Resolution: 1024 768, 1280 1024, 1600 1280
bits pixel
Video accelerators are needed to avoid reduced performance at higherresolutions
Check the storage requirements of the above systems!
12
ANALOG VIDEO
Each frame of video is represented by fluctuating voltage known as ananalog wave form.
composite signal has brightness, colour and synchronisation elementscombined in the one signal.
NTSC, PAL and SECAM are the three most widely used composite videosignals.
Analog to Digital Video
NTSC, PAL and SEACAM signals are analog (wave based).
Computers store video in digital format.
The process of digitizing video is known as capturing or sampling.
13
TELEVISION SYSTEMS
Conventional Systems
NTSC : National Television System Committee
Originated in the US
Uses color carriers of approx. 4.429 MHz or approx. 3.57MHz.
With suppressed color carrier, it uses quadrature amplitudemodulation
Refresh rate: 30Hz
horizontal lines: 525
14
TELEVISION SYSTEMS
Conventional Systems
SECAM (stands for Système Electronique Couleur AvecMémoirethe third major broadcast TV standard)
France and Eastern Europe
With suppressed color carrier, it uses frequency modulation
Refresh rate: 25Hz
horizontal lines: 625
15
TELEVISION SYSTEMS
Conventional Systems
  PAL Stands for Phase Alternating Line
TV standard widely used in Western Europe, China, India,and many other parts of the world.
Uses color carriers of approx. 4.43 MHz
With suppressed color carrier, it uses quadrature amplitudemodulation
Refresh rate: 25Hz
horizontal lines: 525
16
• Table  below  gives comparison of the three major analogbroadcast TV systems.
 
 
 
 
17
TV System
FrameRate(fps)
# ofScanLines
TotalChannelWidth(MHz)
BandwidthAllocation (MHz)
Y
I or U
Q or V
NTSC
29.97
525
6.0
4.2
1.6
0.6
PAL
25
625
8.0
5.5
1.8
1.8
SECAM
25
625
8.0
6.0
2.0
2.0
DIGITAL VIDEO
The advantages of digital representation for video are many. Forexample:
Video can be stored on digital devices or in memory, ready to beprocessed (noise removal, cut and paste, etc.), and integrated tovarious multimedia applications;
Direct access is possible, which makes nonlinear video editingachievable as simple, rather than complex, task;
Repeated recording does not degrade image quality;
Ease of encryption and better tolerance to channel noise
18
TELEVISION SYSTEMS
High-Definition TV (HDTV)
Research began in Japan, 1968
Third Technological Shift (after black and white andcolor TV)
The goal was to “integrate” the viewer with the eventshappening on the screen
19
TELEVISION SYSTEMS
High-Definition TV (HDTV)
Resolution
More than 1000 scanning lines
Approximately double the resolution of conventional TV
Higher video bandwidth
About five times that of conventional TV
Resolutions Recommended
High 1440 Level: 1440 x 1152
High Level: 1920 x 1152
Later, 2k x 2k pixels
Frame Rate
No agreement on a fixed frame rate worldwide
50 or 60 frames per second
20
TELEVISION SYSTEMS
High-Definition TV (HDTV)
Aspect Ratio
Originally 16:9
Currently 4:3
Interlaced and/or progressive scanning formats
Conventional systems supported interlaced scanning formats
HDTV supports both.
Viewing Conditions
Screen area should be bigger than 8000cm2 for “real” scenes
21
DIGITIZATION OF VIDEO SIGNALS
Goes through Sampling, Quantization and Coding.
Just like audio
Composite Coding
Sample the entire analog signal
Simple but has many drawbacks
Depends on the TV standard used
Since luminance information is more important than chrominanceinformation, it takes more bandwidth.
Component Coding
Based on the separate digitization of the components
Luminance (Y) is sampled at 13.5 MHz whereas chrominancecomponents (U and V) are sampled at 6.75 MHz.
22
DIGITAL TELEVISION
DVB (Digital Video Broadcasting) started in Europe in the early 90s afterconsiderable progress in video compression techniques
More precisely DTVB (Digital TeleVision Broadcasting)
MPEG-2 for source coding of audio/video data
Satellite Connections, CATV networks and (S)MATV (Small) MasterAntenna TV systems were suitable for digital TV distribution
DVB-S (Satellite) and DVB-C (Cable) were adopted by the EuropeanTelecommunications Standards Institute ETSI as official standards.
Multichannel Microwave Distribution Systems (MMDS) are anotherpossibility.
23
DIGITAL TELEVISION
Advantages
Increased number of programs can be transmitted over TVchannel
Adaptable video/audio quality to each application
Exceptionally secure encryption systems for pay-per-view
Additional services (video on demand, data broadcast,...)
Computers and TV convergence
24