PAL, SECAM e NTSC

NTSC

Nel mondo ci sono tre standard video principali. Il primo – e il più vecchio – l’NTSC (National Television System Committee), sviluppato negli USA fra il 1939 e il 1941 come sistema di trasmissione in bianco-e-nero e proposto come sistema a colori nel 1953.

L’NTSC ha un rapporto dello schermo (orizzontale/verticale) di 480 linee verticali e 720 linee orizzontali. Ciò significa che ci sono 240 linee verticali e 360 linee orizzontali scandite, con una frequenza video di of 29.97 immagini per secondo a 60Hz.

Il sistema NTSC è derivato da un vecchi sistema in bianco-nero e, a causa della mancanza di una stabile, affidabile e sicura codifica del colore è spesso soprannominato “Never The Same Colour” (mai lo stesso colore). In effetti, è il solo sistema video che permetta all’utente finale di modificare la tinta e la dominate di colore. Nei sistemi PAL questa regolazione era possibile solo nei sistemi di primissima generazione (1970)

Il parametro più determinate per il sistema NTSC è la frequenza video che è di 29.97 quadri (fotogrammi) al secondo; questo valore decimale e strano sarà causa di molti guai nella conversione si un film su pellicola in un video in standard NTSC.

Nazioni NTSC

Antigua

Cuba

Jamaica

Samoa

Bahamas

Curacao

Giappone

St. Kitts

Barbados

Dominican Republic

Korea, Sud

Suriname

Belize

Ecuador

Mexico

Taiwan

Bermuda

El Salvador

Antilles olandesi

Trinidad/Tobago

Bolivia

Groenlandia

Nicaragua

Stati Uniti

Burma

Guam

Panama

Venezuela

Canada

Guatemala

Peru

Vietnam

Cile

Guyana

Philippines

Virgin Islands

Colombia

Hawaii (USA)

Puerto Rico

 

Costa Rica

Honduras

Saipan (USA)

 

PAL

Il PAL (Phase Alternating Line) fu sviluppato da Walter Bruch per la Telefunken tedesca fra la fine degli anni ‘50 e l’inizio degli anni ‘60 e ufficializzato nel 1963. Il sistema PAL utilizza una banda più larga rispetto all’NTSC il che consente un codifica di tonalità (tinta) più stabile. Il PAL ha 625 linee orizzontali. 50 sono gli schermi visualizzati in un secondo poiché è un sistema a 25 fotogrammi per secondo.

Tutto ciò significa che ci sono 288 linee verticali e 360 orizzontali di scansione, con un quadro di 25 fotogrammi al secondo a 50Hz.

Nazioni PAL

Afghanistan

Finlandia

Malaysia

Singapore

Algeria

Germania

Malta

Sud Africa

Andorra

Ghana

Monaco

Spagna

Algeria

Gibilterra

Mozambico

Sri Lanka

Angola

Grecia

Paesi bassi

Sudan

Argentina

Hong Kong

New Guinea

Swaziland

Australia

Islanda

Nuova Zelanda

Svezia

Austria

India

Nigeria

Svizzera

Azzorre

Indonesia

Norvegia

Tanzania

Bahrain

Irlanda

Oman

Tailandia

Bangladesh

Israel

Pakistan

Turchia

Belgio

Italia

Paraguay

Uganda

Bosnia

Giordania

Polonia

United Arab Emirates

Brasile (Pal-M)

Kenya

Portogallo

Regno Unito

Camerun

Korea (Nord)

Qatar

Uruguay (Pal-M)

Canary Islands

Kuwait

Romania

Yemen (A.R.)

Cina (Repubb. Pop.)

Liberia

Saudi Arabia

Yugoslavia

Croazia

Macedonia

Serbia

Zambia

Cipro

Lussemburgo

Sierra Leone

Zimbabwe

Danimarca

 

 

 

SECAM

SECAM (SEquentiel Couleur Avec Mémoire) venne sviluppato dal PAL in Francia (prevalentemente per motivi politici fra i quali imporre all’Europa dell’est uno standard che non fosse quello statunitense né quello tedesco) ed è utilizzato in Francia, nei territori francesi, ex-URSS., gran parte dell’Europa dell’est, il Medio oriente, est e nord Africa. Il sistema utilizza la stessa risoluzione del PAL, 625 linee, e la stessa frequenza di quadro, 25 quadri al secondo, ma non è compatibile con il PAL. Il SECAM è un sistema solo per la trasmissione: cioè non esistono videocamere o DVD in formato SECAM.

Nazioni SECAM

Albania

Grecia

Mali

Senegal

Benin

Guadalupa

Martinica

Slovacchia

Bulgaria

Guyana

Mauritania

Siria

Burkina (Alto Volta)

Haiti

Mauritius

Tahiti

Burundi

Ungheria

Monaco

Togo

Congo (Repub. Pop.)

Iran

Mongolia

Tunisia

Ceca, Repubblica

Iraq

Morocco

Vietnam

Djibouti

Ivory Coast

New Caledonia

Russia

Egypt

Lebanon

Niger (Rep.)

Zaire

Francia

Libia

Reunion

 

Guaina Francese

Lussemburgo

Randa

 

Gabon

Madagascar

Saudi Arabia

 

Video interallacciato

NTSC, PAL e SECAM condividono la medesima tecnica di interallacciare i fotogrammi video. Interallacciare significa che ogni fotogramma (quadro) è suddiviso in due sequenze distinte: una contenente le linee dispari e l’altra quelle pari. Il risultato è che in una sequenza vengono visualizzate le linee numero 1, 3 ,5 ,7 ecc., e quindi quelle numero 2, 4, 6 ,8 ecc.; questi due gruppi spesso sono anche chiamati “top-frame” per le linee dispari e “bottom-frame” per le linee pari.

Noi percepiamo questi fotogrammi interallacciati come un singolo fotogramma video perché il nostro occhio non è in grado di distinguere variazioni luminose così rapide. Come accennato precedentemente i guai cominciano quando si inizia a convertire un film in un video (processo di “telecine”) perché nessuno dei tre standard ha la stessa frequenza di fotogrammi al secondo di un film su pellicola: 24 fotogrammi al secondo (24 fps).


Rappresentazione del colore

Nella trasmissione analogica l'immagine viene rappresentata da un'onda elettromagnetica opportunamente modulata. Non è di nostro interesse addentrarci nelle modalità di codifica dei sistemi PAL e NTSC né approfondire la parte di componentistica elettronica. Qui ci limitiamo a considerare come il colore venga rappresentato e come queste rappresentazioni sono effettivamente utilizzate.

Il segnale video può essere di tre tipi:

Nel video digitale il sistema più usato è l'RGB seguito dal YUV. In questo caso parliamo dei programmi per l'elaborazione video più che dei codec... Premiere, infatti, utilizza il formato RGB che è quello "nativo" dei monitor dei computer (anche se quasi tutte le migliori schede video gestiscono il formato YUV). Similmente Pinnacle Studio e Ulead Movie Factory e moltissimi strumenti considerati in questa guida (VirtualDub, ad esempio) utilizzano la codifica RGB; tipicamente  la RGB32 8 bit di gestione della trasparenza) alpha channel).

l sistema RGB è molto semplice: l'immagine a colori è suddivisa nei tre colori componenti: il rosso (R), il verde (G) e il blu (B). Questi, fra l'altro, sono i tre colori che compongono ogni video; televisore o monitor che sia.

Con i suoi 24 o 32 bit per punto, il colore RGB richiede un'enormità di spazio, se non viene adeguatamente compresso.

RGB Rosso RGB Verde RGB Blu

 

Gli altri due sistemi (YIQ e YUV) sono derivati dalla  codifica video dei primi sistemi televisivi: l'NTSC dovette fare i conti con  le centinaia di migliaia di televisori in bianco&nero che erano già in circolazione. Il segnale, quindi, è un compromesso per far sì che il segnale sia visibile sia a colori che su di un più vecchio televisore in bianco e nero. Lo stesso accade per il sistema PAL (e il derivato SECAM) che utilizzano una codifica modificata rispetto a quella monocromatica.

Il sistema utilizzato era relativamente semplice: al segnale di luminosità dei sistemi B&N venivano aggiunti due segnali in grado di definire il colore: i vecchi televisori utilizzavano solo la prima informazione, i TV-color le utilizzavano tutte.

Anche se il principio è il medesimo fra NTSC e PAL vi è una notevole differenza per quanto riguarda la codifica del colore. L'NTSC utilizza la codifica YIQ mentre il PAL quella YUV.  Non solo il sistema YUV necessita di maggior banda disponibile per la trasmissione del segnale, ma il principio alla base del sistema è legato alla percezione del colore nell'occhio umano.

Per entrambi i sistemi la luminosità è basata sulla capacità dell'occhio umano di percepire i colori. Poiché l'occhio é maggiormente sensibile al verde, questo colore viene utilizzato come la maggiore fonte di luminosità seguito dal rosso e dal blu. La medesima cosa accade nelle pellicole fotografiche.

Il sistema YUV, però, è più recente ed è maggiormente fedele alla curva di percezione dell'occhio umano. Per questo motivo nel video digitale viene utilizzato il sistema YUV (in alternativa all'RGB) mentre il YIQ è relegato al video analogico NTSC. Il sistema YUV, infatti, si basa sullo standard CIE (Commission Internationale de L'Eclairage) stabilito sin dal 1931.

In pratica il valore di Y è stabilito come:

Y = 0.299 Rosso + 0.587 Verde + 0.114 Blu

Se Y è la luminosità i valori U e V sono definiti sulla differenza della luminosità dal blu e dal rosso:

U = 0.492 (Blu - Y)
V = 0.877 (Rosso - Y)

Questi sono gli attuali valori realmente utilizzati dal sistema PAL e non quelli teorici.

Y U V

Il vantaggio della codifica di colore YUV rispetto alla RGB sta nel fatto che la prima può essere "sottocampionata" per ridurre le dimensioni del segnale necessario senza che vi sia una apprezzabile deterioramento della qualità dell'immagine. I due metodi di sottocampionamento più noti sono il 4:2:2 e il 4:1:1; un terzo metodo viene utilizzato per video a bassa risoluzione (poco meno di quella di un VHS) come le webcam: è il 4:2:0.

Se l'immagine "piena" è composta da punti formati dai valori Y, U e V, il sottocampionamento viene effettuato in blocchi di quattro punti; nel sottocampionamento 4:2:2 per ognuno dei quattro punti viene rilevata la luminanza (Y), ma solo ogni due punti vengono registrati sia i valori di colore U che V. Nel 4:1:1, invece, il segnale del colore viene ulteriormente ridotto e rilevato una sola volta ogni quattro punti. Evidentemente questi sottocampionamenti vengono utilizzati in sistemi differenti e per ottenere maggiori risoluzioni o minor ingombro del segnale (meno nastro magnetico o meno spazio su disco).

Quella che segue è una breve tabella che elenca i formati video digitali e le rispettive caratteristiche di codifica del colore e di "volume" di registrazione

D1 Formato "elitario" componente per grandi produzioni. Il video è in formato 4:2:2:4 dove l'ultimo campione è l'alfa (trasparenza). Senza compressione, con 8 o 10 bit per punto necessita di un flusso di 270 Mbps
D2 e D3 Formati in composito di alta qualità a 143 Mbps. Non sono formati puramente digitali e non sono compressi.
D5 Formato componente di nuova introduzione e non ancora totalmente accettato. Proposto per la HDTV, è un 4:2:2 a 170 Mbps senza compressione
Digital Betacam Introdotto da Sony è il formato più diffuso professionalmente per il basso costo e la qualità elevata. E' un 4:2:2 a 90 Mbps con compressione 2:1
DVCPRO50 Introdotto da Panasonic utilizza due codec DV raddoppiando il flusso a 50 Mbps con compressione3.3:1
DV o DV25 Lo standard video digitale amatoriale a 25 Mbps. Esistono diverse versioni di cui due "Pro": DVCAM e DVCPRO rispettivamente 4:2:0 e 4:1:1 per il video PAL e con compressione 5:1