MUSE ( Codificación de muestreo sub-Nyquist múltiple ), [1] conocido comercialmente como Hi-Vision (una contracción de tele VISION de alta definición ) [1] era un sistema de televisión analógico japonés de alta definición , cuyos esfuerzos de diseño se remontaban a 1979. [ 2]
Utilizó entrelazado de puntos y compresión de vídeo digital para entregar señales de 1125 líneas y 60 campos por segundo (1125i60) [2] al hogar. El sistema fue estandarizado según la recomendación ITU -R BO.786 [3] y especificado por SMPTE 260M, [4] utilizando una matriz de colorimetría especificada por SMPTE 240M. [5] Como ocurre con otros sistemas analógicos, no todas las líneas llevan información visible. En MUSE hay 1035 líneas entrelazadas activas , por lo que a veces este sistema también se menciona como 1035i . [6] Empleó filtrado bidimensional, entrelazado de puntos, compensación de vector de movimiento y codificación de color secuencial de líneas con compresión de tiempo para "doblar" una señal fuente de ancho de banda original de 20 MHz en sólo 8,1 MHz.
Japón comenzó a transmitir señales HDTV analógicas de banda ancha en diciembre de 1988, [7] inicialmente con una relación de aspecto de 2:1. Se utilizó el sistema de vídeo de alta definición HDVS de Sony para crear contenido para el sistema MUSE. [2] En el momento de su lanzamiento comercial en 1991, la HDTV digital ya estaba en desarrollo en los Estados Unidos . Hi-Vision fue transmitido principalmente por NHK a través de su canal de televisión por satélite BShi .
El 20 de mayo de 1994, Panasonic lanzó el primer reproductor MUSE LaserDisc . [8] También había varios reproductores disponibles de otras marcas como Pioneer y Sony.
Hi-Vision continuó transmitiendo en analógico hasta 2007.
MUSE fue desarrollado por los Laboratorios de Investigación de Ciencia y Tecnología de NHK en la década de 1980 como un sistema de compresión para señales HDTV de alta visión.
Las "1125 líneas" de MUSE son una medición analógica, que incluye líneas de escaneo sin video que tienen lugar mientras el haz de electrones de un CRT regresa a la parte superior de la pantalla para comenzar a escanear el siguiente campo. Sólo 1035 líneas tienen información de imagen. Las señales digitales cuentan sólo las líneas (filas de píxeles) que tienen detalles reales, por lo que las 525 líneas de NTSC se convierten en 486i (redondeadas a 480 para ser compatibles con MPEG), las 625 líneas de PAL se convierten en 576i y MUSE serían 1035i. Para convertir el ancho de banda de Hi-Vision MUSE en líneas de resolución horizontal "convencionales" (como se usa en el mundo NTSC), multiplique 29,9 líneas por MHz de ancho de banda. (NTSC y PAL/SECAM son 79,9 líneas por MHz): este cálculo de 29,9 líneas funciona para todos los sistemas HD actuales, incluidos Blu-ray y HD-DVD. Entonces, para MUSE, durante una imagen fija, las líneas de resolución serían: 598 líneas de resolución de luminancia por altura de imagen. La resolución cromática es: 209 líneas. La medición de luminancia horizontal coincide aproximadamente con la resolución vertical de una imagen entrelazada de 1080 cuando se tienen en cuenta el factor Kell y el factor entrelazado.
Características clave del sistema MUSE:
La señal de luminancia MUSE codifica , especificada como la siguiente mezcla de los canales de color RGB originales: [3]
La señal de crominancia codifica y diferencia señales. Al utilizar estas tres señales ( , y ), un receptor MUSE puede recuperar los componentes de color RGB originales utilizando la siguiente matriz: [3]
El sistema utilizó una matriz de colorimetría especificada por SMPTE 240M [5] [15] [16] (con coeficientes correspondientes a los primarios SMPTE RP 145, también conocidos como SMPTE-C , en uso en el momento en que se creó el estándar). [17] La cromaticidad de los colores primarios y el punto blanco son: [16] [5]
La función luma ( ) se especifica como: [5]
La diferencia de color azul ( ) tiene una escala de amplitud ( ), según: [5]
La diferencia de color rojo ( ) tiene una escala de amplitud ( ), según: [5]
MUSE es un sistema de 1125 líneas (1035 visibles) y no es compatible con pulsos ni sincronización con el sistema digital de 1080 líneas utilizado por los HDTV modernos. Originalmente, era un sistema de 1125 líneas, entrelazadas, 60 Hz, con una relación de aspecto de 5/3 (1,66:1) y una distancia de visualización óptima de aproximadamente 3,3 H.
Para la transmisión MUSE terrestre se ideó un sistema FM con ancho de banda limitado. Un sistema de transmisión por satélite utiliza FM sin comprimir.
El ancho de banda de precompresión es de 20 MHz y el ancho de banda de precompresión para la crominancia es una portadora de 7,425 MHz.
Los japoneses inicialmente exploraron la idea de la modulación de frecuencia de una señal compuesta construida convencionalmente. Esto crearía una señal similar en estructura a la señal de video compuesto NTSC, con ( luminancia ) en las frecuencias más bajas y ( crominancia ) arriba. Se necesitarían aproximadamente 3 kW de potencia para obtener 40 dB de relación señal-ruido para una señal FM compuesta en la banda de 22 GHz. Esto era incompatible con las técnicas de transmisión por satélite y el ancho de banda.
Para superar esta limitación, se decidió utilizar una transmisión separada de y . Esto reduce el rango de frecuencia efectivo y reduce la potencia requerida. Se necesitarían aproximadamente 570 W (360 para y 210 para ) para obtener una relación señal-ruido de 40 dB para una señal de FM independiente en la banda de satélite de 22 GHz. Esto era factible.
Hay un ahorro de energía más que surge del carácter del ojo humano. La falta de respuesta visual al ruido de baja frecuencia permite una reducción significativa en la potencia del transpondedor si las frecuencias de video más altas se enfatizan antes de la modulación en el transmisor y luego se restan importancia en el receptor. Se adoptó este método, con frecuencias de cruce para el énfasis/desénfasis de 5,2 MHz para y 1,6 MHz para . Con esto en marcha, los requisitos de energía bajan a 260 W de potencia (190 para y 69 para ).
El submuestreo en un sistema de vídeo suele expresarse como una relación de tres partes. Los tres términos de la relación son: el número de muestras de brillo (luma) , seguido del número de muestras de los dos componentes de color (croma) y , para cada área de muestra completa. Tradicionalmente, el valor de brillo es siempre 4, y el resto de los valores se escalan en consecuencia.
Un muestreo de 4:4:4 indica que los tres componentes están completamente muestreados. Un muestreo de 4:2:0, por ejemplo, indicó que los dos componentes cromáticos se muestrean a la mitad de la frecuencia de muestreo horizontal de luma: la resolución cromática horizontal se reduce a la mitad. Esto reduce el ancho de banda de una señal de vídeo sin comprimir en un tercio.
MUSE implementa un sistema similar como medio para reducir el ancho de banda, pero en lugar de muestreo estático, la proporción real varía según la cantidad de movimiento en la pantalla. En la práctica, el muestreo de MUSE variará de aproximadamente 4:2:1 a 4:0,5:0,25, dependiendo de la cantidad de movimiento. Así, el componente croma rojo-verde tiene entre la mitad y un octavo de la resolución de muestreo del componente luma , y el croma azul-amarillo tiene la mitad de la resolución del rojo-verde.
MUSE tenía un sistema de audio digital discreto de 2 o 4 canales llamado " DANCE ", que significaba Compresión y Expansión Casi Instantánea de Audio Digital .
Utilizaba transmisión de audio diferencial ( modulación diferencial de código de pulso ) que no estaba basada en psicoacústica como MPEG-1 Layer II . Utilizaba una velocidad de transmisión fija de 1350 kbp/s. Al igual que el sistema estéreo PAL NICAM , utilizaba compresión casi instantánea (a diferencia de la compresión silábica como utiliza el sistema dbx ) y codificación digital no lineal de 13 bits a una frecuencia de muestreo de 32 kHz .
También podría funcionar en modo de 48 kHz y 16 bits. El sistema DANCE estaba bien documentado en numerosos artículos técnicos de la NHK y en un libro publicado por la NHK en los EE. UU. llamado Hi-Vision Technology . [18]
El códec de audio DANCE fue reemplazado por Dolby AC-3 (también conocido como Dolby Digital ), DTS Coherent Acoustics (también conocido como DTS Zeta 6x20 o ARTEC), MPEG-1 Layer III (también conocido como MP3), MPEG-2 Layer I, MPEG-4 AAC y muchos otros codificadores de audio. Los métodos de este códec se describen en el artículo de IEEE: [19]
MUSE tenía un ciclo de entrelazado de puntos de cuatro campos, lo que significa que se necesitaban cuatro campos para completar un solo cuadro de MUSE. Por lo tanto, sólo se transmitieron imágenes estacionarias a máxima resolución. Sin embargo, como MUSE reduce la resolución horizontal y vertical del material, que varía mucho de un cuadro a otro, las imágenes en movimiento se veían borrosas. Debido a que MUSE usó compensación de movimiento, los movimientos panorámicos de la cámara entera mantuvieron la resolución completa, pero los elementos móviles individuales se pudieron reducir a solo una cuarta parte de la resolución de fotograma completo. Debido a que la combinación entre movimiento y no movimiento estaba codificada píxel por píxel, no era tan visible como la mayoría podría pensar. Más tarde, NHK ideó métodos compatibles con versiones anteriores de codificación/decodificación MUSE que aumentaban considerablemente la resolución en áreas en movimiento de la imagen, además de aumentar la resolución cromática durante el movimiento. Este sistema llamado MUSE-III se utilizó para transmisiones a partir de 1995 y muy pocos de los últimos discos láser MUSE de alta visión lo usaron ( A River Runs Through It es un LD de alta visión que lo usó). Durante las primeras demostraciones del sistema MUSE, fueron comunes las quejas sobre el gran tamaño del decodificador, lo que llevó a la creación de un decodificador miniaturizado. [1]
Las sombras y los trayectos múltiples todavía plagan este modo de transmisión de frecuencia analógica modulada.
Desde entonces, Japón ha cambiado a un sistema HDTV digital basado en ISDB , pero el canal 9 BS Satellite original basado en MUSE (NHK BS Hi-vision) se transmitió hasta el 30 de septiembre de 2007.
MUSE, tal como la conoció el público estadounidense, apareció inicialmente en la revista Popular Science a mediados de los años 1980. Las cadenas de televisión estadounidenses no proporcionaron mucha cobertura de MUSE hasta finales de los años 1980, ya que hubo pocas demostraciones públicas del sistema fuera de Japón.
Debido a que Japón tenía sus propias tablas nacionales de asignación de frecuencias (que estaban más abiertas al despliegue de MUSE) , a finales de la década de 1980 fue posible que este sistema de televisión fuera transmitido mediante tecnología satelital de Banda Ku .
A finales de la década de 1980, la FCC de EE. UU. comenzó a emitir directivas que permitirían probar MUSE en los EE. UU., siempre que pudiera encajar en un canal System-M de 6 MHz.
Los europeos (en la forma de la Unión Europea de Radiodifusión (UER)) quedaron impresionados con MUSE, pero nunca pudieron adoptarlo porque es un sistema de televisión de 60 Hz, no un sistema de 50 Hz que es estándar en Europa y el resto del mundo. (fuera de América y Japón).
El desarrollo y la implementación por parte de la EBU de B-MAC , D-MAC y mucho más tarde HD-MAC fueron posibles gracias al éxito técnico de Hi-Vision. En muchos sentidos, los sistemas de transmisión MAC son mejores que MUSE debido a la separación total del color del brillo en el dominio del tiempo dentro de la estructura de la señal MAC.
Al igual que Hi-Vision, HD-MAC no se podía transmitir en canales de 8 MHz sin modificaciones sustanciales y una grave pérdida de calidad y velocidad de fotogramas. En los EE. UU. se experimentó con una versión Hi-Vision de 6 MHz, [7] pero también tenía graves problemas de calidad, por lo que la FCC nunca sancionó completamente su uso como estándar nacional de transmisión de televisión terrestre.
El grupo de trabajo ATSC de EE. UU. que había llevado a la creación del NTSC en la década de 1950 se reactivó a principios de la década de 1990 debido al éxito de Hi-Vision. Muchos aspectos del estándar DVB se basan en el trabajo realizado por el grupo de trabajo ATSC; sin embargo, la mayor parte del impacto está en el soporte de 60 Hz (así como 24 Hz para la transmisión de películas) y velocidades de muestreo uniformes y tamaños de pantalla interoperables.
El 20 de mayo de 1994, Panasonic lanzó el primer reproductor MUSE LaserDisc. [8] Había varios reproductores MUSE LaserDisc disponibles en Japón: Pioneer HLD-XØ, HLD-X9, HLD-1000, HLD-V500, HLD-V700; Sony HIL-1000, HIL-C1 y HIL-C2EX; los dos últimos tienen versiones OEM fabricadas por Panasonic, LX-HD10 y LX-HD20. Los reproductores también admitían discos láser NTSC estándar. Los discos láser de alta visión son extremadamente raros y caros. [7]
La grabadora de vídeo en disco HDL-5800 grababa imágenes fijas de alta definición y vídeo continuo en un disco óptico y formaba parte del primer sistema de vídeo de alta definición HDVS de banda ancha analógica de Sony que admitía el sistema MUSE. Capaz de grabar imágenes fijas y videos en HD en el disco óptico WHD-3AL0 o WHD-33A0; WHD-3Al0 para modo CLV (hasta 10 minutos de vídeo o 18.000 fotogramas por cara); WHD-33A0 para modo CAV (hasta 3 minutos de vídeo o 5400 fotogramas por cara).
El HDL-2000 era un reproductor de discos de vídeo de alta definición de banda completa. [7]
W-VHS permitió la grabación casera de programas de alta visión.
Los sistemas de televisión analógica que estos sistemas debían reemplazar:
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