Ver el código de «UIT-R BT.601-7»

La Recomendación '''UIT-R BT.601-7''', antiguamente denominada '''CCIR 601''', es la primera recomendación sobre [[televisión digital]], realizada por el antiguo CCIR (actualmente denominado como [[Sector de Radiocomunicaciones de la UIT|ITU-R: Sector de Radiocomunicaciones]]) de la [[Unión Internacional de Telecomunicaciones|Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)]] que se refiere al muestreo de las señales de vídeo y audio. Se aplica solamente en los estudios de televisión, sin llevar a cabo ningún tipo de compresión. Dicha norma ha ido evolucionando desde que fue creada, en los años 80, lo que hace imprescindible especificar la familia de parámetros a los cuales hace referencia, como la [[relación de aspecto]] (4:3 o 16:9) hasta el [[Submuestreo de crominancia|submuestreo]] de las componentes de color que se aplica.

UIT recomienda que este documento sea usado como base para los estándares de [[Codificación digital|codificación]] [[señal digital|digital]], en los estudios de televisión en países que utilicen sistemas de 525 y 625 líneas, además de que especifica métodos para la codificación digital de señales de vídeo. Incluye una relación de la [[frecuencia de muestreo]] de 13,5 [[MHz]] para la señal componente de [[luminancia]], con una relación de aspecto de 4:3 y 16:9. Para sistemas que requieren una resolución horizontal mayor, hay una alternativa cuya frecuencia de muestreo es de 18 MHz para una relación de aspecto de 16:9.

== Definición de las señales digitales de luminancia y crominancia a partir de las analógicas ==

Para definir las señales digitales de luminancia y de diferencia de color denotadas como <math>Y</math>, <math>C_R</math> y <math>C_B</math>, se debe partir de las señales analógicas primarias con [[corrección gamma]] previamente denotadas como <math>E'_R</math>, <math>E'_G</math> y <math>E'_B</math>, que indican los componentes de los colores primarios de luz (RGB). Estas señales son combinadas como se explica a continuación.<ref name=uit>{{cita web|título=Recomendación UIT-R BT.601-7|url=http://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.601-7-201103-I!!PDF-S.pdf|fechaacceso=25 de septiembre de 2013|fecha=8 de noviembre de 2012|editor=Unión Internacional de Telecomunicaciones}}</ref> 

=== Construcción de las señales de luminancia y de diferencia de color ===
La señal de luminancia analógica, a partir de los componentes con corrección gamma, se obtiene mediante la fórmula:<ref name=uit/>

<center><math>E_Y' =  0.299 E_R' + 0.587 E_G' + 0.114 E_B</math></center>

Posteriormente, las señales de diferencia de color analógicas, son obtenidas mediante la diferencia algebraica de los componentes de color rojo y azul con la luminancia:

<center>
<math>
\left \{
 \begin{align}
            E'_R- E'_Y & = E'_R - (0.299 E'_R + 0.587 E'_G + 0.114 E'_B) \\
            & = 0,701 E'_R - 0,587 E'_G - 0,114 E'_B\\
            \\
            E'_B-E'_Y & = E'_B - (0.299 E'_R + 0.587 E'_G + 0.114 E'_B) \\
            & = -0.299 E'_R - 0.587 E'_G + 0.866 E'_B
 \end{align}
\right .
</math>
</center>

Haciendo la suposición de que los valores de las señales están normalizados a la unidad (nivel máximo de 1,0 V), los valores que se obtienen para los colores blanco, negro, los colores primarios saturados y sus complementarios se muestran en la tabla:

{| border="0" style="background:#ffffff" align="top" class="wikitable"
|+ align="center" style="background:DarkSlateBlue; color:white"|'''Valores Normalizados de las señales'''
! width="100 px" style="background:Lavender; color:Black"|Color
! width="80 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_R</math>
! width="80 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_G</math>
! width="80 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_B</math>
! width="80 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_Y</math>
! width="100 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_R-E'_Y</math>
! width="100 px" style="background:Lavender; color:Black"|<math>E'_B-E'_Y</math>
|-align="center"
| Blanco || 1,0 || 1,0 || 1,0 || 1,0 || 0 || 0
|-align="center"
| Negro || 0 || 0 || 0 || 0 || 0 || 0 
|-align="center"
| Rojo || 1,0 || 0 || 0 || 0,299 || 0,701 || -0,299 
|-align="center"
| Verde || 0 || 1,0 || 0 || 0,587 || -0,587 || -0,587
|-align="center"
| Azul || 0 || 0 || 1,0 || 0,114 || -0,114 || 0,886 
|-align="center"
| Amarillo || 1,0 || 1,0 || 0 ||0,886 || 0,114 || -0,886 
|-align="center"
| Cian || 0 || 1,0 || 1,0 ||0,701 || -0,701 || 0,299 
|-align="center"
| Magenta || 1,0 || 0 || 1,0 ||0,413 || 0,587 || -0,587 
|-
|}

=== Construcción de señales de diferencia de color renormalizadas ===
Aunque los valores de <math>\scriptstyle E_Y'</math> están en el rango de 1 a 0 V, la señal <math>\scriptstyle (E'_R-E'_Y)</math> tiene un rango que va de -0,701 a +0,701 V y la señal restante de color <math>\scriptstyle (E'_B-E'_Y)</math> oscila entre -0,886 y +0,886. Para hacer que estas señales de crominancia oscilen entre -0,5 y +0,5 V, las señales de diferencia de color renormalizadas <math>\scriptstyle E'_{C_R}</math> y <math>\scriptstyle E'_{C_B}</math> deben definirse como sigue:<ref name=uit/>

<center>
<math>
\left \{
\begin{align}
      E'_{C_R}  =  \cfrac{E'_R - E'_Y}{1,402} \\
       \\
      E'_{C_B}  =  \cfrac{E'_B - E'_Y}{1,772}
\end{align}
\right .
</math>
</center>

=== Conversión A/D (Analógica/Digital) ===
Los componentes cromáticos de la imagen, provenientes de la cámara de televisión son matrizados como se explicó previamente. El ancho de banda de la señal de luminancia es limitado a 5,75 MHz mediante [[Filtro paso bajo|filtros paso-bajo]] y las señales de crominancia se limitan a 2,75 MHz. Las señales filtradas son muestreadas mediante [[Convertidor analógico digital|convertidores A/D]]. La frecuencia de muestreo para la luminancia es de 13,5 MHz y las señales de crominancia a la mitad de esta frecuencia: 6,75 MHz. Los convertidores pueden tener una resolución de 8 o 10 bits. En este último caso, la velocidad de datos es 270 [[Mbps]], conveniente para su distribución en el estudio de televisión, pero demasiado para su transmisión mediante las tecnologías existentes. Las muestras son multiplexadas alternando las muestras de la señal de luminancia y una de las dos de crominancia. A este muestreo se llama resolución o submuestreo 4:2:2, en comparación con el que existe a la salida de la cámara de televisión, después del matrizado, que es 4:4:4.

Dentro del tren de datos, el inicio y fin de la señal de vídeo activo están señalados por las marcas SAV (''Start of active video'', Inicio de vídeo activo) y EAV (''End of active video'', Fin del vídeo activo). Entre una marca EAV, al final de una trama de datos y la SAV, al inicio de la siguiente, solo existe el intervalo de borrado horizontal y no hay pulsos de sincronismo en los datos de vídeo, por lo que se pueden transmitir señales adicionales entre las dos marcas, como audio incorporado.<ref>{{cita libro|apellidos=Fischer|nombre=Walter|título=Tecnologías para la Radiodifusión Digital de Video y Audio: Una Guía Práctica para Ingenieros.|año=2009|editorial=Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG|isbn=978-3-939837-10-7|ubicación=|url=|página=78 (4-3)|idioma=|capítulo=Video Digital según la Norma ITU-BT.R.601 (CCIR 601)}}</ref>

=== [[Cuantificación]] ===
En el caso de cuantificación de 8 o 10 bits, para niveles iguales de cuantificación, obtenemos un rango 256 o 1024 niveles. En el caso de sistemas 4:2:2, el nivel 0 y el 255 están reservados para datos de sincronismo, mientras que los niveles 1 al 254 están disponibles para vídeo. Dado que la señal de luminancia ocupa únicamente 220 niveles (8 bits) u 877 (10 bits), para proveer de márgenes de trabajo, y que el nivel negro se encuentre en el nivel 16, el valor decimal de la señal de luminancia cuantificada, <math>\scriptstyle Y</math> es:


:::<math>Y = \dfrac{ENTERO\{(219*E'_Y + 16) * D\}}{D}</math>


donde D puede valer 1 o 4, según si la cuantificación es de 8 o 10 bits. La función ENTERO{} extrae el valor entero del número calculado entre corchetes. 
De forma similar, dado que la señal diferencia de color ocupa 225 (8 bits) o 897 (10 bits) niveles y que el nivel 0 se convierte en el nivel 128, los valores decimales de las señales cuantificadas de diferencia de color, <math>\scriptstyle C_R</math> y <math>\scriptstyle C_B</math> son:


:::<math>
\left \{
\begin{align}
       C_R = \dfrac{ENTERO\{(224*(E'_{C_R})+128)*D\}}{D} \\
       \\
       C_B = \dfrac{ENTERO\{(224*(E'_{C_B}) + 128)*D\}}{D}
\end{align}
\right .
</math>


Debido a la necesidad de crear márgenes de seguridad para las señales <math>\scriptstyle Y</math>, <math>\scriptstyle C_B</math>, <math>\scriptstyle C_R</math>, y que estas tienen una rango de valores de 220 y 225 (para las dos señales de color) respectivamente, se concluye que el número de colores <math>\scriptstyle N</math> representados en el [[espacio de color]] [[YCbCr]] es menor que el de [[RGB]]. Este es el cálculo en cada espacio de color, para 8 bits. 


:::<math>
\left \{
\begin{align}
       N_{RGB} = 256*256*256 = 16.777.216 \\ \\
       N_{YC_{B}C_{R}} = 220*225*225 = 11.137.500 
\end{align}
\right .
</math>


Hay que tener en cuenta que no todos los 11 millones de valores son válidos, ya que se pueden obtener valores negativos de R, G y B. A este efecto se le denomina error de Gamut en RGB.

=== Construcción de las señales digitales ===

En el caso donde las componentes son directamente derivadas de las componentes de señal gamma pre-corregidas <math>\scriptstyle E'_R</math>, <math>\scriptstyle E'_G</math> y <math>\scriptstyle E'_B</math>, o directamente generadas de forma digital, entonces la cuantificación y codificación deben ser equivalentes a:

:::<math>
\left \{
\begin{array}{rcr}
       E'_{R_D} &=& \dfrac{ENTERO\{(219*E'_R +16)*D \}}{D} \\
       & & \\
       E'_{G_D} &=& \dfrac{ENTERO\{(219*E'_G +16)*D \}}{D} \\
       & & \\
       E'_{B_D} &=& \dfrac{ENTERO\{(219*E'_B +16)*D \}}{D}
\end{array}
\right .
</math>

Entonces:
:::<math>
\left \{
\begin{array}{lcr}
       Y   = \cfrac{77}{256}*E'_{R_D} + \cfrac{150}{256}*E'_{G_D} + \cfrac{29}{256}*E'_{B_D} \\
       & & \\
       C_R = \cfrac{131}{256}*E'_{R_D} - \cfrac{110}{256}*E'_{G_D} - \cfrac{21}{256}*E'_{B_D} + 128 \\
       & & \\
       C_B = -\cfrac{44}{256}*E'_{R_D} - \cfrac{87}{256}*E'_{G_D} + \cfrac{131}{256}*E'_{B_D} + 128
\end{array}
\right .
</math>


tomando los coeficientes enteros más cercanos, sobre la base de 8 bits. Para obtener las componentes <math>\scriptstyle Y</math>, <math>\scriptstyle C_R</math> y <math>\scriptstyle C_B</math> por submuestreo de 4:2:2 (muestreo de los dos componentes de crominancia a la mitad de la velocidad de luminancia), se debe realizarse el filtrando de paso-bajo y sub-muestrear las señales <math>\scriptstyle C_R</math> y <math>\scriptstyle C_B</math> de submuestreo de 4:4:4 (muestreo de los componentes a la misma velocidad).

=== Limitando las señales de luminancia y crominancia ===

La codificación digital en forma de señales <math>\scriptstyle Y</math>, <math>\scriptstyle C_R</math> y <math>\scriptstyle C_B</math>, pueden representar una gama de valores mayor de las que pueden ser soportadas por los correspondientes rangos de señales R, G y B. De esta forma, cuando la señal es convertida a RGB, puede resultar con valores fuera del rango de definición. Entonces resulta conveniente limitar los valores de <math>\scriptstyle Y</math>, <math>\scriptstyle C_R</math> y <math>\scriptstyle C_B</math> para evitar dicho problema.

== Referencias ==
{{listaref}}

{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Recomendaciones UIT-R]]
[[Categoría:Televisión digital]]
[[Categoría:Tecnología de video y cine]]