Mod. 1 – L’analogico

Presentazione UFB Indice Unità Formative di Base UFB 1 (L’analogico) UFB 2 (Dall’analogico al digitale) UFB 3 (formati e compressione) UFB 4 (La compressione Lossy e altre cose da sapere) UFB 5 (Virtual set)

UFB 1 - Obiettivi e risultati attesi Fornire elementi generali di video analogico Non perdere conoscenze relative all’analogico

UFB n. 1 –”____________________” La televisione è una azienda fatta da poche persone che si rivolge a un pubblico vastissimo. La competenza dei professionisti coinvolti necessita di elevata professionalità, aggiornamento e coordinamento.

Significato del termine analogico   Il termine Analogico deriva dal greco e significa discorso simile o parola uguale o equivalente. . UFB 1

Definizione di analogico E’ analogico ciò che può assumere infiniti valori nel campo di variabilità del segnale stesso e la riproduzione di un’immagine o di un suono equivale al processo di generazione degli stessi. UFB 1

Apparecchiature analogiche L’esempio comune del variare della temperatura con il variare dell’altezza del mercurio nell’anima del termometro mostra una apparecchiatura analogica chè è tale perchè registra il variare di un fenomeno fisico mediante un modello analogo di grandezze. UFB 1

Il segnale analogico I segnali analogici riproducono un suono o un’immagine seguendo l’andamento di quest’ultimi, ovvero « in analogia » con essi

Apparecchio analogico Un apparecchio analogico restituisce il valore assoluto di ciò che si misura: l’indicatore si ferma in un punto e quello è esattamente il valore misurato, senza che si debba usare un codice di lettura, il dato arriva e si riproduce per analogia. UFB 1

Esempi di apparecchiatura analogica Nei vecchi dischi di vinile la profondità dei solchi seguiva le modulazioni del suono. Il termometro a mercurio è un’apparecchio analogico perché al variare della temperatura varia l’altezza del mercurio,infatti registra il variare di un fenomeno fisico mediante un modello analogo di grandezze UFB 1

TV analogica Nella tv analogica i segnali luminosi e sonori producono segnali elettrici di frequenza e ampiezza variabile che vengono trasmessi nell'etere. L'apparecchio ricevente riesce a trasformare, per semplice analogia, i segnali elettrici di nuovo in segnali audio e video. UFB 1

Parametri tecnici immagine televisiva I parametri tecnici più significativi di un’immagine televisiva sono: il rapporto d’aspetto, la forma geometrica, la continuità, il contrasto e la risoluzione degli elementi d’immagine. UFB 1

Il rapporto d’aspetto è il rapporto tra la larghezza W e l’altezza H dell’immagine. Per l’immagine televisiva, si è adottato un formato rettangolare con W >H. UFB 1

Valore del rapporto d’aspetto 1 Le norme CCIR - sin dall’inizio della televisione - hanno fissato per il rapporto d’aspetto il valore 4/3 (=1,33:1), valore abbastanza vicino a quelli delle pellicole cinematografiche di 16 e 35 millimetri (che erano rispettivamente 1,3:1 e 1,4:1). UFB 1

Valore del rapporto d’aspetto 2 A partire dagli anni ’80, per la televisione ad alta definizione si è adottato il rapporto d’aspetto 16/9 (1,8:1), valore abbastanza vicino al formato adottato dalla cinematografia in cinemascope (2:1) UFB 1

La forma geometrica La forma geometrica esprime l’attitudine del sistema televisivo a conservare la forma dell’oggetto ripreso nell’immagine riprodotta; pertanto si richiede che il processo di analisi in ripresa e il processo di sintesi in riproduzione siano tra loro sincroni e congruenti UFB 1

La continuità dell’immagine esprime l’attitudine dell’immagine a fornire la continuità del movimento, dipende dalla frequenza con la quale viene ripetuto il quadro. La frequenza di ripetizione è scelta in modo da soddisfare sia la continuità apparente del movimento sia l’assenza dello sfarfallamento (flicker). Il flicker è la sensazione di fluttuazione di brillanza o di colore che l’occhio percepisce quando la frequenza di ripetizione è compresa tra pochi Hz e una frequenza critica alla quale l’effetto scompare. UFB 1

Il contrasto e la risoluzione degli elementi d’immagine Il contrasto indica la differenza, opportunamente normalizzata, d’intensità luminosa tra le parti chiare e quelle scure dell’immagine riprodotta. La risoluzione degli elementi d’immagine (o potere risolvente) indica l’abilità di un sistema riproduttore d’immagine a rappresentare la struttura fine di un oggetto. . UFB 1

Risoluzione orizzontale e verticale La risoluzione orizzontale, è il numero di linee verticali che compongono il fotogramma. La risoluzione verticale, è il numero di linee orizzontali che compongono il fotogramma.                     UFB 1

Montaggio lineare Il montaggio lineare utilizza supporti analogici. Effettuare quindi un montaggio video lineare significa creare una sequenza video  operando direttamente sul supporto originario, in genere una pellicola o film. Fino a poco tempo fa questa era l’unica tecnica di post produzione utilizzata nel mondo del cinema. Ma il cinema non si è liberato di questo prezioso patrimonio: oggi questa tecnica viene spesso utilizzata per creare molti di quegli effetti vintage  UFB 1

Mod. 2 – dall’analogico al digitale

Definizione di digitale Il termine digitale deriva da digit che significa “cifra”. Il termine è riferito ai primi display costituiti da 7 segmenti che diversamente associati formavano numeri da 0 a 9.  UFB 1

Il formato digitale Per il formato digitale è indispensabile una trasformazione dei dati ricevuti, che vanno trasposti nel formato digitale che li rende comprensibili ma anche meno precisi rispetto a quelli analogici, perché la sua precisione derivava dal numero di digit. UFB 1

Segnale video digitale Il segnale video digitale viene ottenuto per codifica da quello analogico di cui ne rispetta la generale struttura UFB 1

I formati del segnale video In una ripresa video a colori la telecamera riconduce tutti i colori reali dell’immagine inquadrata ai tre colori di base o primari : Red (rosso) Green (verde) Blu. Questo processo viene effettuato dal dispositivo ottico chiamato Discriminatore che si trova a contatto con l’obiettivo UFB 1

Disposizione del gruppo dicroico discriminatore RGB e dei tre tubi catodici in una telecamera tritubo Pixel UFB 1

Formato RGB Il segnale rimane nel suo aspetto originale, costituito dai 3 segnali corrispondenti ai tre colori primari. I tre segnali RGB, in uscita dalla telecamera, fanno capo ad altrettanti connettori. Questo formato garantisce le migliori rese d’immagine UFB 1

Formato in componenti I tre segnali RGB vengono combinati in modo da generare il segnale di luminanza e di crominanza. Segnale di luminanza è corrispondente a quello richiesto per far funzionare televisori e monitor in bianco e nero. Segnale di crominanza aggiunge le informazioni di colore. I due segnali fanno capo ad altrettanti connettori d’uscita. UFB 1

Formato composito Il segnale di luminanza e crominanza vengono tra loro integrati e il segnale video viene reso disponibile su un unico canale e un unico connettore d’uscita.   UFB 1

Caratteristiche del digitale Rendere digitale un fenomeno naturale significa in sostanza ‘convertirlo in simboli’. Attualmente la codifica digitale utilizzata è quella binaria, quindi convertire un fenomeno naturale in digitale significa convertirlo in una sequenza di bit. UFB 1

Codifica digitale La codifica digitale di un segnale video o audio è la trasformazione da formato analogo alla realtà (analogico e con andamento continuo) a formato numerico (digitale con andamento basato sui due valori 0 e1) La codifica avviene tramite due processi: il campionamento e la quantizzazione UFB 1

Il campionamento Il campionamento consiste nella scelta, a intervalli regolari di tempo, di valori rappresentativi o “campioni” del segnale da codificare. Il campionamento consiste nel “leggere” il valore del segnale ad istanti di tempo equispaziati. UFB 1

Campionatore Un sistema che realizza l’operazione di campionamento viene chiamato campionatore. Campionare un segnale a tempo continuo significa rilevare le ampiezze del segnale su un insieme discreto di tempi: i“frames” catturati da una telecamera che inquadra una scena reale, ne costituiscono un esempio. UFB 1

La frequenza di campionamento La frequenza di campionamento è la misura del numero di volte al secondo in cui un segnale analogico è misurato e memorizzato in forma digitale. Tale misura è espressa in hertz UFB 1

La frequenza -1 Il segnale video analogico ha la capacità di modificarsi repentinamente. Il parametro che misura questa capacità di variazione è la frequenza. La scelta dei campioni del segnale analogico da codificare è legata alla frequenza. UFB 1

La frequenza -2 Se i campioni sono troppo distanti tra loro, frequenza troppo bassa, non sono in grado di rappresentare il segnale in modo significativo. Se i campioni sono troppo ravvicinati, frequenza troppo alta, risulteranno ridondanti e necesiterranno di una elaborazione più “pesante”. UFB 1

Il teorema di Shannon “Un segnale analogico può essere completamente definito nella sua versione campionata, purché la frequenza del campionamento sia almeno il doppio della massima frequenza contenuta nello stesso segnale”. Se la massima frequenza del segnale video è di 5 MHz la frequenza di campionamento deve essere di almeno 10MHz. UFB 1

Frequenza 13,5 Mhz Fin dal 1982 si è fissata a 13,5 MHz la frequenza di campionamento. Oltre a soddisfare il teorema di Shannon genera un numero intero di campioni per ogni riga di scansione, sia nello standard americano NTSC che in quello europeo PAL/SECAM. Tale frequenza ha avuto un ruolo importante verso la compatibilità degli standard. UFB 1

Profondità di pixel Profondità di pixel (pixel depth) Con questo termine si indica il numero di bit di informazione associati ad ogni pixel. Quando un segnale analogico viene convertito in un segnale digitale esso viene quantizzato. UFB 1

La quantizzazione -1 La quantizzazione consiste nel codificare i valori assegnando ad ognuno di essi un valore discreto. La quantizzazione permette di trasformare un segnale a valori continui in un segnale a valori su un insieme finito. UFB 1

La quantizzazione -2 La quantizzazione in generale introduce un errore irreversibile nel segnale quantizzato: dato il segnale quantizzato, non è in generale possibile ricostruire il segnale originale. UFB 1

Mod. 3 – Formati e compressione

Struttura del segnale Formato Pal PAL (Phase Alternating Line) PAL E’il formato televisivo a colori usato in Europa, Cina,Malesia,Australia, Nuova Zelanda,Medio Oriente e parte dell’Africa. Ha come caratteristiche 625 linee per frame e un framerate di 25 fps (50 field al secondo) UFB 1

Struttura del segnale Formato NTSC NTSC (National TelevisionSystem Committee). Viene usato in Nord America, Giappone e parte del Sud America. E’caratterizzato da 525 linee per frame e da un frame rate di 30 fps (60 field al secondo). UFB 1

Struttura del segnale Formato ITU-R-601 Noto anche come CCIR 601 è lo standard internazionale per il passaggio da video analogico a video digitale. Specifica un frame di dimensioni 720x480 per NTSC e di720x576 per PAL, con un frame rate variabile a seconda delle esigenze. UFB 1

Standard Definition Nella Standard Definition (che corrisponde a tutti i formati 720X576 per il PAL) ritroviamo flussi video, nei quali possono esser compresi dei file generati dal pc (file avi, dvd etc). UFB 1

High Definition La High Definition ha un formato 1920X1080, e la si può trovare in riproduzioni televisive, satellitari. UFB 1

High Definition Video Il formato HDV (ha formato 1440X1080) è un formato intermedio. Tutti gli standard HDTV prevedono un unico rapporto dimensionale d’immagine pari a 16:9. UFB 1

Pixel quadrati Per favorire la compatibilità tra computer e televisione, per tutti gli standard HDTV i pixel sono quadrati (infatti il rapporto 1920:1080 corrisponde a quello 16:9); di conseguenza, quando si effettuano conversioni fra HDTV e SDTV, occorre tener conto del diverso aspetto fra elemento d’immagine e pixel. UFB 1

Formato di campionamento 4:4:4 Il formato 4:4:4 si riferisce al campionamento diretto dei segnali RGB o YUV a banda piena. E’ usato per campionare le componenti di luminanza e differenza di colore di un segnale video destinato alla produzione e post produzione di tipo cinematografico. Tutte le componenti hanno ugual numero di campioni. Premiere e After Effects lavorano in 4:4:4 . UFB 1

Formato di campionamento 4:4:4:4 Il formato 4:4:4:4 è caratterizzato dall’aggiunta di un quarto componente denominato anche alpha channel, anch’esso campionato a 13,5 MHz. UFB 1

Formato di campionamento 4:2:2 Il formato 4:2:2 è un un sistema di campionamento usato nella produzione TV. E’ usato da: D1 Digital Betacam DVCPRO 50 UFB 1

Formato di campionamento 4:2:2:4 Il formato 4:2:2:4 è caratterizzato dall’aggiunta di un segnale chiave, campionato a 13,5 MHz. UFB 1

Necessità della compressione Il successo e la conseguente diffusione del video digitale sono strettamente legati alle tecniche di compressione che vengono applicate al segnale video dopo che è stato digitalizzato. UFB 1

La compressione La compressione ha lo scopo di ridurre il numero di bit necessario a rappresentare una informazione. Questa è una necessità fondamentale quando si devono usare canali dotati di banda passante insufficiente. La fibra ottica e la gestione razionale delle bande di frequenza disponibili potrebbero ridurre tale necessità. UFB 1

Ridondanza Ogni messaggio contiene una certa quantità di informazione ridondante, cioè ripetuta che aiuta a ridurre gli errori che si verificano nel trasferimento dalla sorgente al destinatario ma al tempo stesso aumenta le dimensioni del messaggio. Le tecniche di compressione mirano invece a ridurre la ridondanza riducendo i bit necessari a rappresentare l’informazione. UFB 1

Ridondanza spaziale La ridondanza spaziale è riferita all’informazione presente all’interno di una stessa immagine, che può presentare caratteristiche di omogeneità tali da renderne inutile la codifica completa, per cui, generalmente tramite tecniche dette “trasformate”, si codifica solo l’informazione necessaria. UFB 1

Ridondanza temporale La ridondanza temporale riguarda l’informazione tra frames differenti. Due frames consecutivi tra i quali non c’è variazione (ad esempio non c’è movimento) nella scena, sono ridondanti, per cui è sufficiente codificarne solo uno. Le tecniche che sfruttano la ridondanza temporale fanno uso di algoritmi di stima e compensazione del movimento che operano una preliminare suddivisione di un frame in unità più piccole dette blocchi. UFB 1

Classi di compressione Da una parte con la compressione riduciamo il numero di bit da trattare, ma inseriamo subito dopo una certa quantità di dati aggiuntivi per essere certi che il massaggio arrivi a destinazione. In base al tipo di ridondanza sulla quale si agisce avremo due classi di tecniche di compressione: Compressione lossless( senza perdita) Compressione lossy (con perdita) UFB 1

Mod. 4 – Le compressioni Lossy, Lossless e altre cose da sapere

Algoritmi Le operazioni di compressione/decompressione vengono attivate da specifici strumenti detti algoritmi. Un algoritmo consiste nella soluzione di un problema più o meno complesso, seguendo successioni finite di istruzioni sequenziali preordinate, rappresentate sotto forma di diagramma o di pseudocodifica e applicabili ad ogni linguaggio di programmazione. Gli algoritmi di compressione si basano sul presupposto che in qualsiasi tipo di file ci siano dei dati ridondanti, superflui o mal disposti. UFB 1

La compressione statica La compressione statica (lossless) può essere paragonata alla stenografia: le informazioni sono tutte presenti, però si usano, per rappresentarle, segni più compatti e veloci da scrivere, saltando le parti ovvie del testo. Si agisce sulla forma della codifica lasciando inalterata la sostanza. UFB 1

Tipi di frame utizzati per la riduzione della ridondanza temporale. I principali schemi di codifica e compressione video, riguardo alla riduzione della ridondanza temporale, utilizzano tre tipi di frame: I-frame: Intra-coded frame, è codificato indipendentemente da tutti gli altri frames. P-frame: Predictively-coded frame, è codificato in base al frame codificato in precedenza. B-frame: Bi-directionally predicted frame, è codificato in base sia ai frames precedenti che a quelli successivi. UFB 1

Alcune codifiche La codifica RLE ( Run Lenght Encoding) è usata per la compressione di file grafici(BMP, TIFF,PDF) e come fase intermedia nelle codifiche JPEG e MPEG La codifica di Huffman è un algoritmo di codifica inventato da David A. Huffman. Alla base dell’algoritmo di compressione c’`e la costruzione di un albero binario che serve per ricavare il codice stesso. La codifica LZW si fonda sulla ripetizione di stringhe di simboli. UFB 1

Compressione lossy I dati vengono compressi attraverso un processo con perdita d’informazione che sfrutta gli elementi superflui nell’utilizzo dei dati. Gli algoritmi di compressione lossy quindi, sacrificano parte dei dettagli contenuti, ad esempio in un'immagine, in favore di un maggiore rapporto di compressione. UFB 1

Compressione lossy JPEG Sono stati sviluppati diversi schemi di compressione, ma i più importanti sono sicuramente la famiglia degli MPEG , che possono essere sia flussi di dati che files. UFB 1

Motion JPEG o M-JPEG Motion JPEG o M-JPEG E’ una sequenza video digitale composta da una serie di singole immagini JPEG. Uno dei vantaggi dello standard Motion JPEG risiede nel fatto che le varie immagini di una sequenza video possono avere la stessa qualità, che varia a seconda del livello di compressione scelto per la telecamera di rete o per il codificatore video. Maggiore è il livello di compressione, minore è la qualità delle immagini e la dimensione file. UFB 1

Standard MPEG I vari standard MPEG non si occupano solo della codifica audio/video vera e propria, ma anche dell’organizzazione delle informazioni ausiliarie per la sincronizzazione di diversi contenuti, la gestione di stream multipli quali diverse tracce audio, le EPG (guide elettroniche), ecc..

Caratteristica dello standard MPEG Caratteristica peculiare di questi standard è quella di non definire il processo di codifica ma specificare quello di decodifica. In questo modo ciascun costruttore che voglia realizzare un encoder MPEG ha la libertà di applicare i meccanismi definiti dallo standard in vari modi, purchè lo stream prodotto rispetti la sintassi ufficiale e risulti quindi decodificabile da un decoder standard

MPEG-1 MPEG-1(ISO/IEC 11172) E' stato il primo, rilasciato nel 1993, dopo 4 anni di lavoro e adottato come formato di compressione nei VideoCD. I bitrate tipici sono relativamente bassi e forniscono una qualità paragonabile al VHS. Prevede la multiplazione di audio e video insieme, ma un data stream MPEG-1 supporta solamente uno stream video e non è quindi adatto per le trasmissioni satellitari multiprogramma.

MPEG-2 MPEG-2 (ISO/IEC 13818) Rilasciato, nel 1996. I principi di codifica audio e video sono circa gli stessi dell' MPEG-1, ma con differenti risoluzioni (tipicamente 720x576 pixel) e rate supportati (al di sopra dei 5 Mbps). A differenza del precedente MPEG-1 introduce un' architettura di base per integrare video, audio e servizi dati. Per la sua struttura è molto adatto al broadcast di flussi multiplexati di qualità su network.

MPEG-4 MPEG-4 (ISO/IEC 14496) Rilasciato nel 1998 introduce significative novità, quale il concetto di oggetto (AVO, Audio Visual Object), che può definire sia flussi audio video (elementary stream simili a quelli dell'MPEG-1 e 2) che oggetti sintetici descritti con un linguaggio simile al VRML (Virtual Reality Modeling Language), ed anche quello di scena con cui si descrive il contesto di tali oggetti.

MPEG-7 MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface) Definisce un’interfaccia per la descrizione di contenuti multimediali attraverso meta-dati.

MPEG-21 MPEG-21 (ISO/IEC 21000) E' un progetto che mira alla realizzazione di un’architettura generica (framework) per la creazione, produzione, trasferimento e commercializzazione di contenuti digitali multimediali, integrando gli standard precedenti.

H.264/MPEG-4 'H.264/MPEG-4 Part 10 o AVC (da Advanced Video Coding, "codifica video avanzata"), è un formato standard di compressione video digitale con perdita per video ad alta qualità, ed è utilizzato da varie periferiche: per esempio dai televisori ad alta definizione HDTVe DVD o dai telefoni cellulari 3G. I servizi di broadcast basati sullo standard H.264 occupano una banda inferiore rispetto al diffuso schema di codifica MPEG-2, con una frequenza di trasmissione dei bit decisamente inferiore. Gli operatori di broadcasting possono quindi trasmettere in modo relativamente economico un numero maggiore di programmi ad alta definizione. UFB 1

Bit Binary Digit E' la più piccola unità di dati in un computer. In qualità di cifra binaria un Bit può avere 2 valori: 0 oppure 1. Nel computer, i bit sono utilizzati in gruppi denominati Word, che hanno lunghezza differente a seconda dell'architettura del sistema. Gli elaboratori di prima generazione avevano architettura a 4 oppure ad 8 bit: potevano quindi manipolare 4 oppure 8 bit contemporaneamente. L'evoluzione tecnologica ha portato alla costruzione di sistemi in grado di utilizzare 16, 32, 64,128,256 bit. UFB 1

Byte Un raggruppamento di 8 bit si chiama byte. Tutte le istruzioni interpretate dal processore di un computer sono codificate in byte. Un carattere digitato sulla tastiera del computer occupa un byte di memoria.   . UFB 1

Equivalenze di Byte   . UFB 1

Decibel Il decibel, abbreviato dB, che viene usato spesso in acustica e in elettronica, non è una unità di misura assoluta come lo sono ad esempio il Volt, il Watt, l'Hertz ecc, bensì una scala di misurazione che può essere utilizzata per diverse grandezze.   . UFB 1

Timecode Timecode è una sequenza di codici numerici generata a intervalli regolari da un sistema temporizzato. Si tratta di un segnale di ampio utilizzo in diversi ambiti per la sincronizzazione di segnali e per la scalettatura del materiale registrato su supporti audio/video. L'invenzione del timecode ha reso possibile il montaggio lineare su nastro, ed è alla base del moderno montaggio non lineare. .   UFB 1

FullHD Il fullHD è una combinazione di pixel che forma un video di 1920 pixel in larghezza x 1080 pixel in lunghezza. E’ fondamentale verificare come si creano e si campionano queste informazioni, perchè la maggioranza dei sensori delle camere (anche molte pro) non hanno neanche un numero sufficiente di pixel per coprire quel numero di pixel e vengono raggiunti con “trucchi tecnici” come il pixel shifting, il sovracampionamento etc etc UFB 1

DSLR DSLR sono le macchine fotografiche digitali ad obiettivi intercambiabili (Single Lens Reflex) capaci di girare video in Full HD di altissima qualità. Le Digital Single Lens Reflex sono l’evoluzione delle macchine fotografiche con gli obiettivi intercambiabili nel formato digitale, senza pellicola. Sono dotate sensori più grandi delle classiche telecamere, quindi offrono immagini più luminose a parità di lente, DOF più comprimibile per staccare i soggetti dallo sfondo, un contrasto minore che aiuta la postproduzione. DOF:Depth of field UFB 1

Bilanciamento del bianco E' un'operazione che deve essere eseguita prima di iniziare una nuova ripresa sotto nuove condizioni di luce. Consiste nel puntare la videocamera su una superficie bianca ben illuminata e tenere premuto un apposito pulsante finché non compare sul display un segnale di consenso. La necessità di questa operazione deriva dal fatto che la luce che illumina una scena non ha mai le stesse caratteristiche cromatiche. Ad esempio la luce delle lampade a incandescenza ha molto più rosso di quella del sole, i tubi fluorescenti hanno una forte componente di verde, un cielo limpido ha una dominante blu. UFB 1

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