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Más sobre este recurso: Catalogado en base de datos como: Tecnicas clasicas de television: Los fundamentos de la television, tal como la conocemos hoy en dia. Transmision de la señal de video y la señal de sonido. Evolucion historica desde los inicios hasta la creacion de las normas actualmente vigentes. Imagenes monocromaticas, numero de linea Agregado: 01 de OCTUBRE de 2000 | Palabras: 3034 | Votar! | 2 votos | Promedio:  (9 / 10) | Sin comentarios | Agregar ComentarioCategoría: Apuntes y Monografías > Ciencia y tecnología > |
Introducción
Numero de líneas en la pantalla
Velocidad de repetición de las imágenes
Relación de aspecto
Señal de video compuesta
Transmisión del video - modulación
Transmisión del sonido
Evolución histórica
En sus orígenes históricos y técnicos, la televisión
comienza con la transmisión y recepción de imágenes en blanco y negro, es
decir, la información de brillo de la imagen.
El principio de transmisión de TV consiste en dividir en pequeños elementos la imagen. Un
conversor electroóptico, generalmente una cámara, transforma sucesivamente cada
uno de los elementos individuales en señales eléctricas de magnitud
proporcional a su brillo. Posteriormente esta señal es transmitida en su frecuencia
original o modulando una portadora de R.F. Después del procesamiento adecuado
en el extremo receptor, la citada información
se aplica a otro conversor
electrooptico pero a la inversa, y reproduce la distribución de brillo
de la imagen original sobre una pantalla.
La sensación de continuidad se consigue con la generación de
un determinado numero de cuadros por
segundo en forma similar al método
utilizado en cinematografía.
La imagen a trasmitir se divide en un numero de líneas que
son barridas de izquierda a derecha y de arriba abajo. A tal fin, el haz de
barrido es desviado horizontal y verticalmente. Para asegurar que los haces de
lectura y escritura se mantengan en fase, barriendo elementos de imagen que se
correspondan entre sí, se trasmiten pulsos de sincronismo.
La calidad de la imagen reproducida quedara determinada por
la definición (capacidad de reproducir detalles finos), que será tanto
mejor cuanto mayor sea el numero de líneas, requiriéndose un numero mínimo para que la trama no moleste al espectador.
Sobre este aspecto, hay que considerar
tanto la distancia del observador a la
pantalla como la agudeza visual del ojo.
De acuerdo a las normas N y B, la trama
completa se divide en 625 líneas de las cuales son visibles 575.
En la norma M (E.E.U.U.) se estipula un total de 525
líneas con 475 activas (visibles). Según esto, la norma N especifica imágenes
de mejor definición que la norma M.
Para establecer
el numero de líneas mínimo se parte de
considerar que la distancia de observación debe ser de 5 veces el alto de la
pantalla y que en condiciones
normales el ángulo limite es de 1.5°.
(Ver figura)
El
despeje matemático conduce a la siguiente expresión:
Donde, remplazando valores se obtiene un numero de líneas
mínimo de 500.
Este simple calculo no contempla varios factores que se
presentan en la realidad, pero como idea aproximada, se compadece con la
practica.
Para reproducir un movimiento continuo y rápido es necesaria
una frecuencia mínima de repetición de la imagen de modo de evitar parpadeo y
discontinuidades.
En el cine se tomo una frecuencia de 24Hz. En televisión,
considerando su relacion con la frecuencia de la red de alimentación de C.A. ,
se adopto como frecuencia de repetición de imagen, 25Hz para el caso de redes
de 50Hz; y 30Hz en países como EE.UU. y Japón donde se dispone de 60Hz.
Sin embargo unos 25Hz no son suficientes para evitar el
parpadeo luminoso (Flicker).
En el cine se
recurrió a un obturador (shutter)
de parpadeo que da la sensación que la frecuencia de repetición es el doble.
En televisión se
recurrió a los barridos entrelazados. Las líneas de las tramas se
dividen en 2 campos (2 semimagenes) que se entrelazan y transmiten en
forma consecutiva. Cada campo contiene L/2 líneas y es barrido durante un intervalo de 1/50 seg (en norma
N). Asi, las líneas 1,3,5,... pertenecen al primer campo y las líneas 2,4,6,...
pertenecen al segundo campo.
De esta forma, en norma N, se trasmiten 50 campos de 312½
líneas en lugar de 25 cuadros de 625. Al ser el numero de líneas impar, la
transición entre el primer y segundo campo se produce luego de la primera mitad de la ultima línea del primer campo, por lo que no se requiere
señal auxiliar para la separación de los 2 campos que forman una misma imagen.
La frecuencia de
campo o frecuencia vertical es, entonces, fv=50Hz.
La frecuencia de línea o frecuencia horizontal fh indica la
cantidad de líneas por segundo que son trasmitidas. En ese mismo lapso de
tiempo, se tienen 50 campos, y cada campo tiene 312½ líneas. Entonces:
1seg____fv campos______fh líneas
1 campo = (L/2) líneas ⇨ fv
campos = fv.(L/2) líneas
Entonces fh = fv.(L/2)
Para el caso de L=625 y fv=50Hz se deduce fh=15625Hz
Esto es valido para sistemas entrelazados, no de barrido
progresivo.
Se dedujo que la frecuencia de línea, en el caso de norma N,
es fh=15625HZ.
También, aplicando inversas, se tiene que el periodo de
deflexión horizontal es Th=64ms y
el de deflexión vertical de Tv=20ms.
Las frecuencias vertical y horizontal deben estar
enganchadas en fase, lo que se consigue a partir de un único oscilador con el
doble de la frecuencia horizontal y circuitos divisores de frecuencia.
Los periodos horizontal y vertical, analíticamente
corresponden a los recíprocos de fh y fv. Conceptualmente el tiempo Th es el
necesario para barrer una línea y el tiempo Tv el requerido para generar un
campo.
Pero no todo este tiempo es aprovechado para lo antes dicho.
El haz al llegar al extremo derecho de la pantalla, debe regresar hacia el
extremo izquierdo par barrer la siguiente línea, y esto lo hace en un tiempo
finito. Idénticamente al terminar el campo, para comenzar el segundo, el haz
debe regresar desde abajo hacia arriba.
Estos tiempos hay que considerarlos dentro de los ya
descriptos, y la norma establece que estos tiempos, llamados de retrazado
horizontal y vertical valen:
Tfh=0.18 . Th= 11.52 ms.
Tfv=0.08 . Tv= 1.6ms.
Durante estos lapsos de tiempo se debe borrar el haz, para
no distorsionar la imagen. Por lo tanto, estos tiempos deben ser deducidos de
los de Th y Tv, quedando entonces los tiempos activos (con el haz encendido)
iguales a:
Tact h= Th - Tfh = Th.(1-0.18)= 52.48ms.
Tact v= Tv – Tfv = Tv.(1-0.08)= 18.4ms.
Una cosa similar ocurre con las líneas barridas, un 8% no serán vistas, quedando,
como líneas activas:
L’’=L(1-0.08)= 575 líneas
Una aclaración final: estos cálculos son validos para la
norma N, para el caso de norma M, con frecuencias de campo de 60 hz, se hacen
cálculos similares, pero los números cambian.
Se llama así a la relacion por cociente del ancho de la
pantalla y el alto de la misma. Siempre será mayor el ancho.
Para el caso de la televisión clásica, por razones de óptica
y de estética se eligió una relacion de aspecto de 4:3, lo que significa
que por 4 unidades de ancho, hay 3 unidades de alto de la pantalla.
Para la obtención de la cantidad de elementos de imágenes o pixeles,
viene bien hacer el siguiente razonamiento:
Se sabe que la relacion ancho-alto es de 4/3 .También se
admite que hay igual definición vertical que horizontal, lo que significa que
si a es el ancho de un elemento de imagen (pixel) también su alto
es igual a a.
La cantidad de pixeles por imagen será igual a la superficie
de una imagen dividida por la superficie de un pixel :
Cant. Pixeles=(Superficie de la imagen /
Superficie de un pixel )
Se tiene:
Superficie de la imagen = Ancho . Alto = (4/3).a.L” . a.L’’
Superficie pixel= a2
Quedando entonces, considerando L’’=L.(1-0.08) (numero
visible de lineas)
Cant pixeles= (4/3).L2.(1-0.08)2
Siendo para el caso de 625 líneas, igual a 440833 pixeles.
Claro que estos cálculos son simples y no contemplan
imperfecciones presentes en la practica, pero da una idea bastante aproximada
de una cota mínima de pixeles necesarios sobre la pantalla.
Para obtener el Ancho de banda necesario hay que considerar
que la frecuencia mas elevada se producirá cuando la imagen sea una sucesión de
puntos blancos y negros alternados dentro de una misma línea. Siendo este el
caso el periodo de dicha frecuencia será igual al doble del periodo de un
pixel, o sea unos 0.137ms.
Ahora, como el diámetro del haz es finito, bastara enviar la
fundamental de la onda cuadrada, quedando fmax= 7.3 MHz.
Aun así, por lo finito del haz, hay que recurrir a la
corrección introducida por Kell de alrededor de 2/3.
La C.C.I.R estableció un ancho de banda de video
monocromatico de 5MHz. En Argentina se establecio en 4.2Mhz.
Recibe este nombre
la señal completa de televisión
monocromática compuesta por la imagen recibida, el borrado y los componentes de
sincronismo.
Durante el retrazado horizontal y vertical, la imagen
barrida se interrumpe o lo que es lo mismo se interrumpe el haz. La SVC
mantiene un nivel de borrado constante muy próximo al nivel de negro, o como es
actualmente, igual al nivel de negro.
Como ya se comento anteriormente, los pulsos de borrado
horizontal y los de vertical duran un tiempo igual a:
Tbh= 0.18 . Th
Tbv= 0.08 . Tv
Los pulsos de sincronismo son necesarios para que líneas y
campos que se están reproduciendo en el receptor, mantengan la fase con
respecto a lo que se esta generando en el transmisor.
El nivel de los pulsos de sincronismo es mas bajo que el de
borrado (zona mas negro que el negro).
Como los pulsos H actúan sobre distintos circuitos que los
pulsos V, deben poder ser discriminados en el receptor. A tal fin se usan
distintos anchos de pulsos.
Para extraer el pulso de sincronismo horizontal se usa una
red diferenciadora. El borde anterior del pulso determina el comienzo de la
sincronización (retorno del haz). Este pulso dura de 4.5 a 5 ms.
El pórtico trasero es nivel de referencia.
El pulso de sincronismo vertical se trasmite durante el
intervalo de borrado vertical con duración de 2.5 Th, mucho mayor que el
de sincronismo horizontal.
El pulso de sincronismo vertical se extrae del conjunto por
integración. Para tener iguales condiciones iniciales de los campos, se agregan
pulsos de preigualacion y pulsos de posigualacion.
Para trasmitir mas de un programa (mas de un canal) se
recurre a la modulación de una portadora para enviar la información. La manera
más sencilla y con menor ancho de banda, es la modulación de amplitud con banda
lateral única BLU. Pero en el caso de señales de televisión, al alcanzar
estas frecuencias muy bajas, resulta imposible la eliminación completa de una
de las 2 bandas, pues no se consigue un filtro de corte tan abrupto. Por lo
tanto se recurre a la modulación con banda lateral vestigial. En el
receptor se debe prever la aparición de
doble amplitud en la zona de doble
banda lateral, por lo que se recurre a
la llamada pendiente de Nyquist.
Según el CCIR, en
norma B, se dispone de i
Un ancho de banda de 7MHz y en norma G, de 8MHz (UHF).
En la demodulación se recurre al método de frecuencia
intermedia, siendo esta de 38.9MHz (en Argentina de 45.75MHz).
Para conseguir la señal de video modulada en amplitud con
banda lateral vestigial, se filtra luego de modulada la señal, la banda lateral
inferior hasta un cierto resto (este filtrado de la banda lateral inferior
obedece a razones históricas, cuando los filtros existentes estaban así
diseñados, hoy es posible implementar filtros con idéntica facilidad para
filtrar cualquiera de las 2 bandas).
La polaridad de la modulación es negativa, lo que significa
que los puntos más brillantes corresponden
a valores bajos de amplitud de portadora y los picos de sincronismo a
los valores de mayor amplitud de la misma. De esta manera se consigue optimizar
el uso del transmisor, requiriendo máxima potencia solo por breves periodos de
tiempo.
La señal de sonido se trasmite por medio de modulación de
frecuencia de una portadora de R.F. La
desviación de frecuencia es de 50Khz.
En la mayoría de los televisores, para recuperar el sonido
se usa el método de interportadopra, esto es,
a partir de la diferencia entre portadoras de video y sonido que es de
5.5MHz (4.5Mhz en Argentina). Esta señal es de frecuencia constante y no es
afectada por los errores de sintonía o las variaciones del oscilador local.
Previo a la instauración del sistema NTSC, el primero de los
sistemas de televisión en color de difusión comercial, se intentaron, en los
mismos Estados Unidos, otros sistemas que no lograron alcanzar el objetivo de
convertirse en estándar. La cronología es la siguiente:
Sistema de Baird (1928)
Fue un sistema mecánico, ampliación de uno similar monocromático, donde el análisis de los
cuadros rojo, verde y azul se realizaba en forma secuencial y el ojo observador
debía integrar los componentes primarios para obtener la sensación de color.
Sistema secuencial de cuadros de la CBS (1940)
Presentaban 3 imágenes parciales correspondientes a cada uno
de los colores primarios. En el extremo emisor se coloca delante de la cámara
tomavistas un disco giratorio formado por sectores provistos de filtros
coloreados R G B R.. Etc. En el extremo receptor se disponía de un disco
similar delante de un tubo de imagen en blanco y negro. Este disco debía estar
sincronizado y en fase con el primero. La frecuencia de cuadro era de 120Hz. Se
entrelazaban 2 cuadros sucesivos para dar un conjunto de 343 líneas. Se
obtenían cuadros imágenes completas a razón de 20 imágenes por segundo con una
frecuencia de línea de
343x20x3=20580Hz. La banda de video era de 4.5MHz y el canal de 6MHz,
muy parecido al de blanco y negro.
Este sistema no era compatible, no podía ser recibido por un
receptor monocromático. La frecuencia de cuadro era de 120Hz frente a los 60Hz
del blanco y negro y la frecuencia de línea bastante mayor que el caso
monocromático (15750Hz). Los receptores eran ruidosos, voluminosos y con poca
definición en sentido vertical (343 líneas).
Sistema secuencial mejorado de la CBS (1946)
La Columbia Broadcasting System mejoro su sistema en
cantidad de líneas (525) y logro 24 imágenes completas por segundo; pero no era
compatible, la cadencia de transmisión no era igual al sistema monocromático y
el ancho de banda muy diferente (16MHz en lugar de 6MHz). La presencia del
disco giratorio necesitaba dispositivos
mecánicos en sincronismo y fase. Los colores eran bien logrados, por lo
que se utilizo este sistema en el sector de televisión en color industrial,
remplazando el disco por un cilindro adosado al tubo, pero fue abandonado en el
ramo comercial por su incompatibilidad hacia los receptores monocromáticos existentes.
Sistema RCA con 3 tubos de imagen (1945)
La Radio Corporation of America creo un sistema donde la
cámara estaba provista de 3 tubos tomavistas, cada uno impresionado únicamente
por su respectivo color primario R, G y B, gracias a un juego de espejos
dicroicos. Los 3 movimientos de
exploración eléctricos estaban en fase. Cada una de las 3 señales de video
obtenidas y luego amplificadas, modulaban portadoras diferentes. La banda de
frecuencia se componía de 3 canales consecutivos con orden G, R y B. La imagen
se componía de 525 líneas para cada color primario y se analizaban a razón de
60 cuadros por segundo entrelazados igual que en blanco y negro. La estructura
de la banda de frecuencias, permitía a los receptores monocromáticos recibir la
señal G (trasmitidas con las normas de blanco y negro pero con un 59% de
brillo), representando así una compatibilidad parcial.
Los defectos de este sistema eran su excesivo volumen por el
uso de 3 tubos, y gran ancho de banda exigiendo portadoras de muy alta frecuencias
pues el espectro de ondas métricas ya estaba lleno de canales.
Sistema de altas
frecuencias mezcladas RCA (Mixed Highs) (1949)
Este sistema reducía el ancho de banda respecto del anterior
a 12MHz, donde el ancho de banda de cada color era separado en sus bajas
frecuencias (0-2MHz) se modulaban con portadoras distintas, y las altas
frecuencias (2-4MHz) del rojo y azul se mezclaban con las altas frecuencias del
verde. Seguía siendo compatible con respecto al monocromático pero tenia
todavía el problema del gran ancho de banda, el doble del sistema blanco y
negro.
Sistema de puntos intercalados RCA (Interlaced Dot System)
(1949)
En esta nueva mejora
se logro llevar el ancho de banda a 6MHz. Las bajas frecuencias, entre 0 y 2
MHz se mezclan entre sí, pero sucesivamente y siguiendo un orden determinado
(sistema secuencial y simultaneo a la vez).
Los defectos que tenia eran que, aunque compatible y
retrocompatible, la imagen adoptaba una estructura granular debido al
entrelazado de los puntos en la frecuencia de 3MHz, además, la superposición de
las 3 imágenes coloreadas eran difíciles de obtener, con la precisión
requerida.
Sistema NTSC (1953)
Las empresas Americanas del ramo, se nuclean en el National
Television System Commitee, estableciendo las normas a cumplir, resultando
luego en el primer sistema de Television color en desarrollarse en Norteamérica
y otros piases.
Con posterioridad al NTSC, en Europa se logran 2 sistemas,
cuyo objetivo principal era eliminar las falencias que adolecía el sistema
americano.
Así nace en Alemania el sistema PAL y en Francia el sistema SECAM.
El sistema SECAM se implemento en Rusia y Francia, mientras
el PAL alcanzo a la mayoría de los países Europeos.
En Latinoamérica, inclusive la Argentina, se implemento el
sistema PAL.
Trabajo de investigación de:
Ing. R. G. Bosco
Buenos Aires
Argentina
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