Campionamento e quantizzazione

Il primo passo nel processo di digitalizzazione è quello di "campionare" le continue variazioni del segnale analogico come mostrato nella figura 4.

Fig.4

Osservando il segnale analogico a intervalli di tempo discreti, si può ottenere una sequenza di campionatura di voltaggi che  possono essere memorizzati, manipolati e in seguito ricostruiti.

Per ricostruire accuratamente il segnale analogico la velocità di campionatura deve essere sufficientemente rapida per evitare la perdita di importanti informazioni. In genere questo richiede una frequenza di campionatura che sia almeno il doppio della più alta frequenza analogica da campionare. Nel mondo reale la frequenza è leggermente più alta del doppio (Il teorema di Nyquist dice che l'intervallo tra due campionature successive deve essere uguale o minore della metà del periodo della più alta frequenza presente nel segnale).

Il secondo passo nel digitalizzare il video è quello di "quantizzare" assegnando un numero digitale ai livelli di voltaggio del segnale analogico campionato:

       - 256 livelli per il video a 8 bit

       - 1024 livelli per il video a 10 bit

       - Sino a diverse migliaia di livelli per l'audio

Per ottenere i completi benefici del digitale si richiede una campionatura a 10 bit.

La specifica SMPTE 125M richiede una interfaccia a 10 bit mentre la maggior parte delle macchine attualmente esistenti sono a 8 bit. Il processare a meno di 8 bit può causare artifacts (difetti) di troncamento o arrotondamento specialmente su immagini generate elettronicamente.

Se la quantizzazione avviene con un numero di livelli troppo basso si osserveranno difetti visibili nell'immagine.

Questi difetti appaiono come un "contouring" (bordatura) dell'immagine. Tuttavia la notizia confortante è che il rumore casuale e il dettaglio dell'immagine che è presente nella maggior parte delle immagini "live" attualmente, aiuta a mascherare questo effetto di bordatura rendendolo casuale.

Qualche volta il numero dei livelli di quantizzazione deve essere ridotto, per esempio quando l'uscita di un processatore a 10 bit entra in un registratore a 8 bit. In questo caso l'effetto di bordatura viene minimizzato aggiungendo deliberatamente una piccola quantità di rumore casuale (dither) al segnale. Questa tecnica è conosciuta come "randomized rounding" (arrotondamento casuale).

Gli standards video digitali

Gli esperimenti con le tecnologie video digitali sono state basate in principio sulla campionatura di segnali compositi NTSC e PAL, ma se si volevano ottenere prestazioni elevate si dovevano usare segnali in componenti, non compositi.

Il primo standard digitale era in componenti. Un certo interesse verso il formato composito si ebbe quando Ampex e Sony annunciarono un formato di registrazione in digitale analogico (D-2). All'inizio queste macchine furono progettate come macchine a in/out  analogico per il loro uso negli esistenti ambienti PAL e NTSC; ingressi e uscite digitali erano disponibili per copia da macchina a macchina. Tuttavia il mondo della post produzione riconobbe che il grande vantaggio che si otteneva dalle possibilità di multi generazione sarebbe stato completo solo se queste macchine venivano usate in ambiente totalmente digitale.

CCIR 601

La CCIR 601 non è uno standard di interfacciamento video ma bensì uno standard di campionatura.

La raccomandazione CCIR 601 uscì da un gruppo di lavoro SMPTE/EBU determinato a definire i parametri di campionatura per il video digitale in componenti per i sistemi televisivi 525/59,94 e 625/50.

Questo lavoro culminò in una serie di test sponsorizzati dalla SMPTE nel 1981 e il risultato fu la nota raccomandazione CCIR 601.

Questo documento specifica il meccanismo di campionatura che deve essere usato sia per il segnale a 525 che a 625 linee. Esso specifica una campionatura ortogonale a 13.5 MHz per la luminanza e 6.75 MHz per i due segnali di differenza colore Cb e Cr che è una versione scalata dei segnali B-Y e R-Y.

La struttura di campionatura è nota come "4:2:2".

Questa nomenclatura è derivata dai giorni nei quali si considerarono dei multipli della sottoportante NTSC come frequenza di campionatura. Questo approccio fu abbandonato ma l'uso del "4" che rappresenta la frequenza di campionatura della luminanza fu mantenuto. Il gruppo di lavoro menzionato prima esaminò frequenze di campionatura da 12 a 14.3 MHz. Essi scelsero 13.5 MHz come un compromesso in quanto il sottomultiplo 2.25 MHz è un fattore comune ai sistemi sia a 525 che 625 linee.

Qualche sistema di TV migliorata usa un formato di risoluzione chiamato 8:4:4 che ha il doppio della larghezza di banda del 4:2:2.