Proporção de pixel - Pixel aspect ratio

Proporção de pixel 1: 1
Proporção de pixel 2: 1

A proporção do pixel (frequentemente abreviada como PAR ) é uma proporção matemática que descreve como a largura de um pixel em uma imagem digital se compara à altura desse pixel.

A maioria dos sistemas de imagem digital exibe uma imagem como uma grade de minúsculos pixels quadrados. No entanto, alguns sistemas de imagem, especialmente aqueles que devem ser compatíveis com filmes de televisão de definição padrão , exibem uma imagem como uma grade de pixels retangulares, em que a largura e a altura dos pixels são diferentes. A proporção de pixel descreve essa diferença.

O uso da proporção de pixel envolve principalmente imagens pertencentes a televisão de definição padrão e alguns outros casos excepcionais. A maioria dos outros sistemas de imagem, incluindo aqueles que estão em conformidade com os padrões e práticas SMPTE , usam pixels quadrados.

Introdução

A relação entre a largura e a altura de uma imagem é conhecida como relação de aspecto ou, mais precisamente , relação de aspecto de exibição (DAR) - a relação de aspecto da imagem conforme exibida; para TV, o DAR era tradicionalmente 4: 3 (também conhecido como tela inteira), com 16: 9 (também conhecido como tela ampla) agora o padrão para HDTV. Em imagens digitais , há uma distinção com a proporção de aspecto de armazenamento (SAR), que é a proporção das dimensões em pixels . Se uma imagem for exibida com pixels quadrados, essas proporções serão concordantes; caso contrário, são usados ​​pixels não quadrados e "retangulares", e essas proporções são discordantes. A proporção dos próprios pixels é conhecida como proporção de pixel (PAR) - para pixels quadrados é 1: 1 - e estão relacionados pela identidade:

SAR × PAR = DAR.

Reorganizar (resolver para PAR) produz:

PAR = DAR / SAR.

Por exemplo, uma imagem VGA de 640 × 480 tem um SAR de 640/480 = 4: 3 e, se exibida em uma tela 4: 3 (DAR = 4: 3), tem pixels quadrados, portanto, um PAR de 1: 1. Por outro lado, uma imagem 720 × 576 D-1 PAL tem um SAR de 720/576 = 5: 4, mas é exibida em uma tela 4: 3 (DAR = 4: 3).

Em imagens analógicas, como filme, não há noção de pixel, nem noção de SAR ou PAR, mas na digitalização de imagens analógicas a imagem digital resultante tem pixels, portanto SAR (e consequentemente PAR, se exibida na mesma proporção que o original).

Pixels não quadrados surgem frequentemente nos primeiros padrões de TV digital, relacionados à digitalização de sinais de TV analógicos - cujas resoluções verticais e horizontais "eficazes" diferem e são, portanto, melhor descritos por pixels não quadrados - e também em algumas câmeras de vídeo digitais e monitores de computador modos , como Adaptador gráfico de cores (CGA). Hoje eles surgem também na transcodificação entre resoluções com SARs diferentes.

Os monitores reais geralmente não têm pixels não quadrados, embora os sensores digitais possam; eles são mais uma abstração matemática usada na reamostragem de imagens para converter entre resoluções.

Existem vários fatores complicadores na compreensão do PAR, particularmente no que se refere à digitalização de vídeo analógico:

  • Em primeiro lugar, o vídeo analógico não possui pixels, mas sim uma varredura raster e, portanto, tem uma resolução vertical bem definida (as linhas do raster), mas não uma resolução horizontal bem definida , já que cada linha é um sinal analógico. No entanto, por uma taxa de amostragem padronizada, a resolução horizontal efetiva pode ser determinada pelo teorema de amostragem , como é feito abaixo.
  • Em segundo lugar, devido ao overscan , algumas das linhas na parte superior e inferior do raster não são visíveis, assim como algumas das possíveis imagens à esquerda e à direita - consulte Overscan: Problemas de resolução analógica para digital . Além disso, a resolução pode ser arredondada (DV NTSC usa 480 linhas, em vez das 486 que são possíveis).
  • Terceiro, os sinais de vídeo analógico são entrelaçados - cada imagem (quadro) é enviada como dois "campos", cada um com metade das linhas. Portanto, os pixels têm o dobro da altura que teriam sem o entrelaçamento ou a imagem está desentrelaçada.

Fundo

O vídeo é apresentado como uma série sequencial de imagens chamadas quadros de vídeo. Historicamente, os quadros de vídeo foram criados e gravados de forma analógica. Como a tecnologia de exibição digital, a tecnologia de transmissão digital e a compactação de vídeo digital evoluíram separadamente, isso resultou em diferenças de quadro de vídeo que devem ser tratadas usando a proporção de pixel. Os quadros de vídeo digital são geralmente definidos como uma grade de pixels usada para apresentar cada imagem sequencial. O componente horizontal é definido por pixels (ou amostras) e é conhecido como linha de vídeo. O componente vertical é definido pelo número de linhas, como em 480 linhas.

Padrões e práticas de televisão de definição padrão foram desenvolvidos como tecnologias de transmissão e destinados à transmissão terrestre e, portanto, não foram projetados para apresentação de vídeo digital. Tais padrões definem uma imagem como uma matriz de " Linhas " horizontais bem definidas, " Duração da Linha " vertical bem definida e um centro de imagem bem definido. No entanto, não existe um padrão de televisão de definição padrão que defina adequadamente as bordas da imagem ou exija explicitamente um certo número de elementos de imagem por linha. Além disso, sistemas de vídeo analógico como NTSC 480i e PAL 576i , em vez de empregar quadros exibidos progressivamente, empregam campos ou meios-quadros entrelaçados exibidos de uma maneira entrelaçada para reduzir a tremulação e dobrar a taxa de imagem para um movimento mais suave.

Conversão analógico para digital

Como os computadores se tornaram poderosos o suficiente para servir como ferramentas de edição de vídeo , conversores de vídeo digital para analógico e analógico para digital foram feitos para superar essa incompatibilidade. Para converter as linhas de vídeo analógico em uma série de pixels quadrados, a indústria adotou uma taxa de amostragem padrão na qual os valores de luma eram extraídos em pixels. A taxa de amostragem de luma para fotos 480i foi de 12   3 11  MHz e para imagens 576i era 14  3 4  MHz .

O termo proporção de aspecto de pixel foi cunhado pela primeira vez quando ITU-R BT.601 (comumente conhecido como " Rec. 601 ") especificou que as imagens de televisão de definição padrão são feitas de linhas de exatamente 720 pixels não quadrados. ITU-R BT.601 não define a proporção de pixel exata, mas não forneceu informações suficientes para calcular a proporção de pixel exata com base nas práticas da indústria: a taxa de amostragem luma padrão de precisamente 13   1 2  MHz. Com base nesta informação:

  • A proporção de pixel para 480i seria 10:11 como:
  • A proporção do pixel para 576i seria 59:54 como:

O SMPTE RP 187 ainda tentou padronizar os valores da razão de aspecto do pixel para 480i e 576i . Ele designou 177: 160 para 480i ou 1035: 1132 para 576i . No entanto, devido à diferença significativa com as práticas em vigor pela indústria e a carga computacional que impôs ao hardware envolvido, o SMPTE RP 187 foi simplesmente ignorado. O anexo A.4 de informações do SMPTE RP 187 sugeriu ainda o uso de 10:11 para 480i .

No momento em que este artigo foi escrito, ITU-R BT.601-6, que é a última edição do ITU-R BT.601, ainda implica que as relações de aspecto de pixel mencionadas acima estão corretas.

Processamento de vídeo digital

Como afirmado acima, ITU-R BT.601 especificou que as imagens de televisão de definição padrão são feitas de linhas de 720 pixels não quadrados, amostrados com uma taxa de amostragem precisamente especificada. Um cálculo matemático simples revela que uma largura de 704 pixels seria suficiente para conter uma imagem 4: 3 padrão 480i ou 576i :

  • Uma imagem 4: 3 de 480 linhas, digitalizada com o Rec. A taxa de amostragem recomendada por 601 seria de 704 pixels não quadrados de largura.
  • Uma imagem de 4: 3 576 linhas, digitalizada com o Rec. A taxa de amostragem recomendada por 601 seria de 702,915254 pixels não quadrados de largura.

Infelizmente, nem todas as imagens de TV padrão são exatamente 4: 3: como mencionado anteriormente, no vídeo analógico, o centro de uma imagem é bem definido, mas as bordas da imagem não são padronizadas. Como resultado, alguns dispositivos analógicos (principalmente dispositivos PAL, mas também alguns dispositivos NTSC) geraram imagens em movimento horizontalmente (ligeiramente) mais largas. Isso também se aplica proporcionalmente a imagens widescreen anamórficas (16: 9). Portanto, para manter uma margem de erro segura, o ITU-R BT.601 exigiu a amostragem de mais 16 pixels não quadrados por linha (mais 8 em cada borda) para garantir o salvamento de todos os dados de vídeo perto das margens.

Este requisito, no entanto, teve implicações para os filmes PAL. As relações de aspecto do pixel PAL para tela ampla padrão (4: 3) e anamórfica (16: 9), respectivamente 59:54 e 118: 81, eram inadequadas para o processamento de imagem digital, especialmente para a mistura de clipes de vídeo PAL e NTSC. Portanto, os produtos de edição de vídeo escolheram os valores quase equivalentes, respectivamente 12:11 e 16:11, que eram mais elegantes e podiam criar imagens digitais PAL com exatamente 704 pixels de largura, conforme ilustrado:

  • Para PAL 4: 3:
  • Para PAL 16: 9:

Inconsistência nos valores de proporção de pixel definidos

Comumente encontradas na Internet e em várias outras mídias publicadas, estão inúmeras fontes que apresentam valores diferentes e altamente incompatíveis, como as proporções de pixel de várias imagens de vídeo e sistemas de vídeo. (Consulte a seção de fontes suplementares .)

Para julgar de forma neutra a precisão e / ou viabilidade dessas fontes, observe que, como o filme digital foi inventado anos depois do filme tradicional, todas as imagens de vídeo direcionadas para televisão de definição padrão e mídia compatível, digital ou não, têm (e devem têm) especificações compatíveis com televisão de definição padrão. Portanto, a proporção de aspecto de pixel do vídeo digital deve ser calculada a partir da especificação do equipamento tradicional comum, em vez das especificações do vídeo digital. Caso contrário, qualquer proporção de aspecto de pixel calculada a partir de uma fonte de vídeo digital só pode ser usada em certos casos para o mesmo tipo de fontes de vídeo e não pode ser considerada / usada como uma proporção de aspecto de pixel geral de qualquer sistema de televisão de definição padrão.

Além disso, ao contrário do vídeo digital que possui bordas de imagem bem definidas, os sistemas de vídeo tradicionais nunca padronizaram uma borda bem definida para a imagem. Portanto, a proporção de aspecto de pixel de sistemas de televisão padrão comuns não pode ser calculada com base nas bordas das imagens. Esse valor de proporção de aspecto calculado não seria totalmente errado, mas também não pode ser considerado como a proporção de aspecto de pixel geral de qualquer sistema de vídeo específico. O uso de tais valores seria restrito apenas a alguns casos.

Padrões e práticas modernas

Em modernos sistemas de imagem digital e televisores de alta definição , especialmente aqueles que estão em conformidade com os padrões e práticas SMPTE, apenas pixels quadrados são usados ​​para transmissão e exibição. No entanto, alguns formatos (ex., HDV , DVCPRO HD ) usam pixels não quadrados internamente para armazenamento de imagens, como forma de reduzir a quantidade de dados que devem ser processados, limitando assim as taxas de transferência necessárias e mantendo a compatibilidade com as interfaces existentes.

Problemas de pixels não quadrados

O mapeamento direto de uma imagem com uma determinada proporção de pixel em um dispositivo cuja proporção de pixel é diferente faz com que a imagem pareça esticada ou comprimida de forma não natural na direção horizontal ou vertical. Por exemplo, um círculo gerado para uma tela de computador com pixels quadrados se parece com uma elipse vertical em uma televisão NTSC de definição padrão que usa pixels retangulares verticais. Esse problema é mais evidente em TVs widescreen.

A proporção de pixel deve ser levada em consideração por produtos de software de edição de vídeo que editam arquivos de vídeo com pixels não quadrados, especialmente ao misturar videoclipes com diferentes proporções de pixel. Esse seria o caso ao criar uma montagem de vídeo de várias câmeras que empregam diferentes padrões de vídeo (uma situação relativamente rara). Os produtos de software de efeitos especiais também devem levar em consideração a proporção do pixel, uma vez que alguns efeitos especiais requerem o cálculo das distâncias de um determinado ponto para que pareçam visualmente corretos. Um exemplo de tais efeitos seria desfoque radial, desfoque de movimento ou até mesmo uma simples rotação de imagem.

Uso de proporção de pixel

O valor da proporção do pixel é usado principalmente em software de vídeo digital, onde os filmes devem ser convertidos ou recondicionados para usar sistemas de vídeo diferentes do original. O software reprodutor de vídeo pode usar a proporção de pixel para renderizar o vídeo digital na tela de maneira adequada. O software de edição de vídeo usa a proporção de pixel para dimensionar e renderizar adequadamente um vídeo em um novo formato.

O suporte de proporção de pixel também é necessário para exibir, sem distorção, imagens digitais legadas de padrões de computador e videogames que existiam nos anos 80. Nessa geração, a produção de pixels quadrados era muito cara, então máquinas e placas de vídeo como SNES, CGA, EGA, Hercules, C64, MSX, PC-88, X68000 etc tinham pixels não quadrados.

Confusão com a proporção da tela

DVD Flick 1.3.0.7: Exemplo de um programa de computador que identificou incorretamente a proporção da imagem como proporção de pixel

A proporção do pixel é freqüentemente confundida com diferentes tipos de proporção da imagem; a proporção da largura e altura da imagem. Devido à falta de quadratura de pixels na TV de definição padrão, existem dois tipos de relações de aspecto: relação de aspecto de armazenamento ( SAR ) e relação de aspecto de exibição (abreviado DAR , também conhecido como relação de aspecto de imagem e relação de aspecto de imagem ). Observe a reutilização da abreviatura PAR . Este artigo usa apenas os termos relação de aspecto de pixel e relação de aspecto de exibição para evitar ambigüidade.

A proporção de armazenamento é a proporção entre a largura e a altura da imagem em pixels e pode ser facilmente calculada a partir do arquivo de vídeo. A proporção de exibição é a proporção entre a largura e a altura da imagem (em uma unidade de comprimento, como centímetros ou polegadas) quando exibida na tela e é calculada a partir da combinação da proporção de pixel e proporção de armazenamento.

No entanto, os usuários que conhecem a definição desses conceitos também podem ficar confusos. Interfaces de usuário mal elaboradas ou documentações mal escritas podem facilmente causar tal confusão: alguns aplicativos de software de edição de vídeo costumam pedir aos usuários que especifiquem uma "proporção" para seu arquivo de vídeo, apresentando a ele as opções de "4: 3" e "16: 9". Às vezes, essas opções podem ser "PAL 4: 3", "NTSC 4: 3", "PAL 16: 9" e "NTSC 16: 9". Em tais situações, o programa de edição de vídeo está solicitando implicitamente a relação de aspecto de pixel do arquivo de vídeo, solicitando informações sobre o sistema de vídeo do qual o arquivo de vídeo se originou. O programa então usa uma tabela (semelhante à abaixo) para determinar o valor correto da proporção do pixel.

De modo geral, para evitar confusão, pode-se presumir que os produtos de edição de vídeo nunca solicitam a relação de aspecto de armazenamento, pois podem recuperá-la ou calculá-la diretamente. Os aplicativos que não reconhecem pixels quadrados também precisam solicitar apenas a relação de aspecto de pixel ou a relação de aspecto de exibição, a partir de uma das quais podem calcular a outra.

Proporções de pixel de formatos de vídeo comuns

Os valores de proporção de pixel para formatos de vídeo de definição padrão comuns estão listados abaixo. Observe que para formatos de vídeo PAL, dois tipos diferentes de valores de proporção de pixel são listados:

  1. Rec.601 , um valor compatível com Rec.601, que é considerado a proporção de aspecto de pixel real de vídeo de definição padrão desse tipo.
  2. Digital , que é aproximadamente equivalente a Rec.601 e é mais adequado para uso em software de edição de vídeo digital.

Observe que as fontes diferem em PARs para formatos comuns - por exemplo, 576 linhas (PAL) exibidas em 4: 3 (DAR) correspondem a PAR de 12:11 (se 704 × 576, SAR = 11: 9) ou PAR de 16:15 (se 720 × 576, SAR = 5: 4). Consulte as referências de fontes que fornecem ambos, e SDTV: Resolução para uma tabela de armazenamento, tela e relações de aspecto de pixel. Observe também que as televisões CRT não têm pixels, mas sim linhas de varredura.


Proporções não quadradas de formatos de vídeo comuns
Sistema de vídeo DAR
Dimensões da imagem
( px × px )
SAR PAR PAR (decimal) Largura (px) Modelo
AMIGO 4∶3 704 × 576 72∶59 59∶54 1.0 925 769, 385 Rec.601
11∶9 12∶11 1. 09 768, 384 digital
720 × 576 5∶4 16∶15 1.0 6
16∶9 704 × 576 72∶59 118∶81 1. 456790123 1026, 513 Rec.601
11∶9 16∶11 1. 45 1024, 512 digital
720 × 576 5∶4 64∶45 1,4 2
NTSC 4∶3 704 × 480 22∶15 10∶11 0. 90 640, 320
16∶9 40∶33 1. 21 853, 427
HDV / HDCAM 16∶9 1440 × 1080 4∶3 4∶3 1. 3 1920
Proporções de amostra com indicadores predefinidos na família H.26x de codecs de vídeo
Índice Proporção da tela
0 não especificado
1 1∶1
2 12∶11
3 10∶11
4 16∶11
5 40∶33
6 24∶11
7 20∶11
8 32∶11
9 80∶33
10 18∶11
11 15∶11
12 64∶33
13 160∶99
14 4∶3
15 3∶2
16 2∶1
255 estendido

Referências

Principais fontes

  • União Internacional de Telecomunicações - Setor de Radiocomunicações (ITU-R) (janeiro de 2007). "Recomendação BT.601-6: Parâmetros de codificação de estúdio de televisão digital para relações de aspecto padrão 4: 3 e widescreen 16: 9" . Livraria online ITU . Recuperado em 1 de outubro de 2008 .
    Na data de recuperação, uma associação gratuita da Livraria Online ITU permitiria o download gratuito de até três Recomendações ITU-R.
  • Consumer Electronics Association (março de 2008). "Padrão CEA CEA-861-E: um perfil de DTV para interfaces digitais de alta velocidade não compactadas" . Arquivado do original em 7 de novembro de 2011 . Recuperado em 1 de setembro de 2009 .
    • Este padrão, que é a base para HDMI , especifica 16:15 (1,0666) como a proporção de pixel de 4: 3 576i / pe 8: 9 (0,888) como a proporção de pixel de 4: 3 480i / p.
  • Pirazzi, Chris. "Pixels quadrados e não quadrados" . Recuperado em 1 de outubro de 2008 .
  • Pirazzi, Chris. "Guia do Programador para Sistemas de Vídeo" . Recuperado em 1 de outubro de 2008 .
  • Poynton, Charles (2002). Vídeo Digital e HDTV: Algoritmos e Interfaces . São Francisco: Morgan Kaufmann Publishers. ISBN   1-55860-792-7 .
  • União Europeia de Radiodifusão (1999). "Recomendação Técnica R92-1999 da EBU: Área de imagem ativa e centralização da imagem em sistemas de televisão 625/50 analógicos e digitais" (PDF) . Recuperado em 12 de junho de 2011 .

Fontes suplementares

Notas

  1. ^ "Taxa de clock de pontos" . pineight.com . Página visitada em 23/09/2018 .

links externos