Analisis De Seales De Video

Análisis de señales de video en banda base.

1.1. Fundamentos de video en banda base. Barrido. (scanning) El barrido es usado en todos lo sistemas de televisión para convertir una imagen bi-dimensional óptica en señales eléctricas. El concepto de barrido es ilustrado en la figura 1.1. La imagen óptica de la escena que esta tomando una cámara de televisión es “rastreada” en forma vertical y horizontal, de manera que las variaciones de brillantez y color de la escena son convertidas en señales eléctricas, el barrido empieza de la izquierda hacia la derecha y de arriba hacia debajo de la imagen. Se rastrea una línea horizontal después de otra hasta completar la imagen en forma rectangular y luego se empieza de nuevo en la parte superior y así sucesivamente. El barrido es una forma de muestreo, es decir, un proceso mediante el cual una señal continua es convertida en muestras medidas a intervalos regulares. En el receptor estas muestras son convertidas de nuevo en señales continuas por medios electrónicos y por medio de la retención del ojo humano. Hay dos formas de muestreo en el barrido de televisión; Variaciones en brillantez vertical son muestreadas en las líneas de barrido y las posiciones de los objetos en la imagen son muestreadas por el barrido de la imagen entera repetidamente..

Punto de inicio

Pixeles Figura 1.1 El principio de barrido.

Como resultado del proceso de barrido, la imagen es representada por un mosaico rectangular de elementos de pantalla o pixeles. Ver figura 1.1. Un píxel esta definido como el área más pequeña de una imagen de televisión que se puede transmitir dentro de los parámetros del sistema El proceso de transmisión de señal de televisión se lleva a cabo por medio del siguiente proceso: • Se analiza la imagen óptica con un dispositivo fotoeléctrico en una secuencia de barridos horizontales de la parte superior a la inferior de la pantalla, para producir una señal eléctrica en la cual los valores de brillantez y color de los elementos individuales de la pantalla son representados como niveles de voltaje de una forma de onda de video. • Se transmiten los valores de los elementos de pantalla en secuencia como valores de voltaje de una señal de video. • Se reproduce la imagen óptica original en una pantalla de video mostrando las líneas de barrido paralelo en la pantalla. Al final de cada línea de barrido horizontal, la señal es ‘escondida’ (blanked) mientras el rayo de barrido regresa a la parte izquierda de la pantalla. Este proceso continua hasta que la imagen es barrida de arriba abajo hasta completar lo que se conoce como ‘campo’. (field) o sea toda la pantalla. Entrelazado de campos de barrido. El barrido de la pantalla no se hace de una forma continua, sino que se barren primero las líneas horizontales pares y luego se barren las líneas horizontales nones, como lo muestra la figura 1.2. De manera que existe un campo

Dr. Víctor Hinostroza

2

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales con las líneas pares y un campo con las líneas nones. Estos dos campos están entrelazados (interlaced) y forman un cuadro de imagen (frame)

Línea 1 Campo 1

Línea 284 Campo 2

Línea 2 Campo 1

Línea 285 Campo 2

Línea 263 Campo 1

Retraso vertical de campo 1 a campo 2, 20 líneas

Figura 1.2 Patrón de barrido entrelazado para señales de televisión. Estándares para transmisión de señal de televisión. Existen cuatro estándares en el mundo para transmitir señales de televisión, las características de estos estándares están resumidos en la tabla 1. El sistema NTSC (National Television Standars Committee) se usa en USA, Japón, México y otros países. El sistema PAL (Phase Alternate each Line) se usa en la mayoría de Europa y China. El sistema SECAM (Sequencial Color with [Avec] Memory) se usa en Francia y las antiguos republicas soviéticas. Se espera que el estándar de HDTV (High Definition Television) sea uno solo. Los primeros tres estándares son incompatibles por muchas razones. Hay muchas maneras de transportar la información de color de una imagen, una de ellas usada por los sistemas de televisión es generar un amplio espectro de colores con solo tres colores básicos, llamados Dr. Víctor Hinostroza

3

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales Green y Blue) o como mejor se le conoce a este sistema, el sistema RGB. Es decir, toda la información de color de una imagen puede estar representada por tres señales. De hecho en es sistema NTSC, se usan tres señales estas son: Tabla 1. Estándares de sistemas de transmisión de televisión. Estándar NTSC PAL SECAM HDTV Campos por Segundo 59.94 50 50 60 Cuadros por segundo 29.97 25 25 30 Líneas por cuadro 525 625 625 1125 Líneas por segundo 15734 15625 15625 33750

Luminancia. La señal de luminancia se parece mucho a una señal de televisión de blanco y negro, contiene información sobre la cantidad de luz en cada elemento de pantalla. La señal de luminancia es producida por la suma de las tres señales primarias RGB en cierta proporción, de acuerdo a la siguiente formula:

Y = 0.59G + 0.30R + 0.11B Crominancia. Derivadas de la señal de luminancia se obtienen dos señales de diferencia de color que son: B – Y y R - Y. estas dos señales de diferencia son llamadas crominancia. Estas dos señales llamadas señales diferencia, son transmitidas como dos señales I y Q en cuadratura. Las tres señales Y, B – Y y R- Y, contienen toda la información de la imagen que se necesita. La figura 1.3 muestra la localización en un espectro de frecuencia de 6 MHz en un canal NTSC de estas señales

Dr. Víctor Hinostroza

4

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales

Portadora de luminancia

Sub-portadora de color

Portadora de Audio

1.25 MHz

3.58 MHz 4.5 MHz 6 MHz

Figura 1.3 Un canal de televisión NTSC estándar. Vídeo compuesto. Él termino de video compuesto se usa para definir una señal de video que contiene las siguientes partes: • • Información de luminancia y crominancia de una imagen. Información de sincronía para sincronización de circuitos de procesamiento de señales de color y barrido Una señal de video compuesto se muestra en las figuras 1.4 y 1.5. En la figura 1.4 se puede observar que la señal de crominancia esta superpuesta en la señal de Luminancia y las variaciones de amplitud de la señal de Luminancia es mayor que las de crominancia. En la figura 1.5 la parte negativa de la señal de video compuesto es usada para transmitir información de sincronía para los circuitos de barrido. La parte positiva de la forma de onda, se usa para transmitir información de luminancia y crominancia.

Dr. Víctor Hinostroza

5

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales

Luminancia

Figura 1.4 Señales de video compuesto

Luminancia + Crominancia

Pulsos de ecualización. Estos pulsos son necesarios en cuanto a que evitan que se sobrepongan las líneas pares e impares del barrido de los dos campos. Después de completar cada línea de barrido en el receptor, un pulso de sincronización horizontal (H-sync) en la señal de video compuesto dispara a los circuitos de barrido para regresar el rayo a la parte izquierda de la pantalla para el inicio de la siguiente línea de barrido. Durante el tiempo de regreso, una señal de obstrucción de la señal (blanking) es generada, esta señal es de un nivel mas bajo que el negro de la señal de video compuesto para evitar que se vea la señal de retraso en la pantalla. De una manera similar, cuando se termina de barrer un campo, una señal de blanqueo vertical es generada para permitir al rayo regresar ala parte alta de la pantalla sin que se vea. Esta señal dura el equivalente a 20 líneas de barrido horizontal.

Dr. Víctor Hinostroza

6

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales

Intervalo de blanqueo vertical = 20 H Ecualización =3H Ecualización =3H

Sincronía Vídeo

Pulsos de sincronía vertical =3H

Referencia de color negro

Información de video Ciclo de sincronía horizontal = H Figura 1.5 Señal NTSC de televisión de color. Las unidades de medida de nivel de video y sincronía fueron especificadas por el IRE (Institute of Radio Engineers), en la tabla 2 se muestran algunos valores de video y sincronía en niveles IRE.

Dr. Víctor Hinostroza

7

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales

Tabla 2. Ejemplos de niveles de señales de video. Nivel de la señal Blanco de referencia Picos de la onda seno de la ráfaga de color Negro de referencia Blanqueo (blanking) Nivel de pulso de sincronía Nivel IRE 100 +20 a –20 7.5 0 -40

Figura 1.6 Funcionamiento de un tubo de rayos catódicos

Dr. Víctor Hinostroza

8

Convenio UACJ – SA Comunicaciones análogas y digitales La figura 1.6 muestra un corte transversal de un tubo de rayos catódicos. El funcionamiento de este tubo es el siguiente: El cátodo en combinación con la rejilla y los ánodos de enfoque, forman un haz de electrones que se va a impactar en la parte frontal de la pantalla, la cual esta recubierta de un fósforo especial

...