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Técnicas clásicas de televisión

 

Introducción

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.

Número de lineas

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.

3. Velocidad de repeticion de las imagenes

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=64m s 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 m s.

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)= 52.48m s.

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.

Relación de aspecto

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.

Ancho de Banda de video

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 0.137m s.

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.

Señal de video compuesta – SVC

Recibe este nombre la señal completa de televisión monocromática compuesta por la imagen recibida, el borrado y los componentes de sincronismo.

Señal de Borrado

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

Señal de Sincronismo

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 m s. 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.

Transmision del video- modulacion

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.

Transmision del sonido

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.

Tv color-evolucion historica

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.

Categoria: tecnologia
titulo: tecnicas clasicas de television
archivo: tecnicasclasicas.zip
comentarios:

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.

palabras claves:

Imagenes monocromaticas, numero de lineas, fercuencia de repeticion, parpadeo, relacion de aspecto. video, sonido, borrado, sincronismo. evolucion historica.

Trabajo enviado y realizado por:
Ing. R. G. Bosco

Buenos Aires
Argentina

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