Televisión en color

Electrónica. Imagen. Codificación de componentes del color. Señales sistema PAL (Programmable Array Logic). Luminancia. Crominancia. Sincronización módem. Saturación. Oscilaciones. Oscilador de subportadora

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CONCEPTOS GENERALES SOBRE TELEVISIÓN EN COLOR

  • INTRODUCCIÓN

  • Como hemos visto en colorimetría, para que en un monitor de TV se reproduzca el mismo color que fue captado por la cámara, es necesario enviar hacia el tubo de imagen las tres tensiones representativas del color (las informaciones de rojo, verde y azul).

    Estas tres tensiones serán aplicadas a los tres cañones del tubo de imagen, de forma que cada uno de ellos provocará la excitación del luminóforo correspondiente.

  • CODIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES DEL COLOR

  • Al pasar a la TVC, se pensaron en diversos modos de envío de la información de color, hasta que se logró el funcionamiento correcto de los televisores, tanto monocromo como en color.

    La evolución de las ideas fue más o menos así…

  • Transmisión directa sin codificación

  • Implica la transmisión de los valores de R, G y B.

    Problema: las TV monocromo trabajan con luminancia solamente, por lo que estas tres señales no le dicen nada, no se preserva la compatibilidad directa.

    Compatibilidad directa imagen grabada en color se ve correcta en televisión blanco y negro.

  • Transmisión de la luminancia y dos componentes cualquiera

  • Debido al problema anterior, se pensó en enviar la Y,R,G,B; manejándose cuatro señales, pero esta información es redundante, con dos componentes y la Y tengo toda la información (de la Y puedo despejar la que falta), por ejemplo, Y, R y B.

    Problema: aunque cumple la compatibilidad directa, no cumple la inversa, se ve la imagen azul.

    Compatibilidad inversa imagen grabada en b&n, se ve correctamente en blanco y negro en una televisión en color.

  • Transmisión de Y+2 señales diferencia de color

  • Señales diferencia de color son: (R-Y),(B-Y) y (G-Y).

    Se eligieron (R-Y) y (B-Y) porque:

    • (G-Y) es siempre menor que las otras 2, por lo que empeoraría la relación señal/ruido (cuanto más potentes sean las señales, mejor).

    • Para obtener (R-Y) o (B-Y) a partir de (G-Y) hay que amplificar, mientras que (G-Y) se consigue con elementos pasivos (se atenúa).

    Ésta es la opción válida, son las señales que se envían en la actualidad; cumplen las dos compatibilidades (directa e inversa).

  • SEÑALES DIFERENCIA DE COLOR PARA LOS SISTEMAS DE TVC

  • 3.1 Introducción

    En la actualidad son varios los Sistemas de Televisión en color que se encuentran implantados, pero todos ellos utilizan las señales diferencia de color que se han venido explicando, modificadas ligeramente para cada Sistema, es decir, por distintas causas, no se usan las señales diferencia de color como tal.

  • Señales Utilizadas En Los Distintos Sistemas

  • Sistema PAL

    U = 0'493 (B-Y) V = 0'877 (R-Y)

    Sistemas NTSC

    I = 0'783 (R-Y) - 0'269 (B-Y) Q = 0'478 (R-Y) + 0'414 (B-Y)

    Sistema SECAM

    DR = -1,9 (R-Y) DB = 1,5 (B-Y)

    Sistema MAC, ideado para radiodifusión de TV satélite

    EDR = 0'927 (R-Y) EDB = 0'733 (B-Y)

    Sistemas de TV digital

    ECR = 0'713 (R-Y) ECB = 0'564 (B-Y)

  • Señales Utilizadas En Sistema PAL

  • Del único sistema que nos vamos a ocupar es del PAL, por lo tanto, las únicas señales que tenemos que tener en cuenta son U y V, que van a ser nuestras señales `crominancia'.

    Hemos visto que las señales son las señales diferencia de color pero multiplicadas por unos coeficientes ponderadores.

    ¿Por qué se ponderan las señales diferencia de color, por qué no trabajamos directamente con (R-Y) y (B-Y)?

    En colores muy saturados y con mucha amplitud, al superponer la señal de crominancia sobre la luminancia se sobrepasa el nivel de blanco, o se superan los niveles de sincronismos (se mete en la zona de ultranegro).

    Ya que los márgenes de vídeo venían impuestos por la TV monocromo, al añadir superpuesta, una señal nueva, hay casos en los que los márgenes son sobrepasados.

    Esto puede provocar errores al leer la señal.

  • Por la parte del blanco, el color problemático es el amarillo.

  • Por la parte del negro, el color problemático es el azul.

  • Buscamos que la señal compuesta de vídeo se mantenga en los márgenes de vídeo, entre blanco y negro.

    Solución: se atenúan (R-Y) y (B-Y) antes de ser moduladas y añadidas a la señal de luminancia (proceso que veremos a continuación).

    U = 0'493 (B-Y) V=0'877 (R-Y)

  • MODULACIÓN EN CUADRATURA DE LAS SEÑALES U Y V:

  • SEÑAL DE CROMINANCIA

    4.1 Introducción

    A la hora de enviar la información de color, se pretende que toda la información vaya en la misma señal, esto es lógico, ya que queremos seguir manteniendo la anterior configuración de un solo cable, que existía para televisión monocromo.

    Ya hemos visto que las señales que deben de ir por ese único canal de transmisión son tres, por lo que hay que realizar alguna operación previa sobre las señales, para que no se mezclen, para que sea posible recuperar los niveles de cada señal por separado.

    4.2 Envío De La Luminancia

    Como ya explicamos, la luminancia del punto ha de ser enviada tal cual, para que se siga cumpliendo la compatibilidad con el b&n, por lo que esa señal se será transmitida al receptor tal cual (en banda base), una señal de niveles cambiantes según el brillo del punto.

    Recuerda: la luminancia de un punto de color es

    Y = 0'3 · R + 0'59 · G + 0'11·B

    4.3 Envío De Las Señales Diferencia De Color

    Visto que la luminancia no puede ser modificada, los cambios deben ser aplicados sobres las otras dos señales.

    La solución es efectuar una modulación, por lo que inicialmente parece que será necesario realizar dos modulaciones sobre dos portadoras distintas para que el resultado sea útil, pero se encontró una solución mejor.

    Se utiliza un tipo de modulación, llamada modulación en cuadratura, que consigue que a partir de las 2 señales diferencia de color se obtenga una única señal conjunta, a la que llamaremos, señal de crominancia.

    La modulación se realiza sobre una portadora de frecuencia fija, a la que se llama subportadora de color; se le llama así porque se llama portadora a la portadora de vídeo, pero no es algo nuevo, es una portadora, una señal de frecuencia generalmente alta, en la que 'nos apoyamos' para enviar información.

    Descripción matemática de la modulación en cuadratura.

    sen (2ðfp + arc tg S1 / S2)

    Esta señal viene realmente de hacer S1 · sen ðt + S2 · cos ðt, en lo que vemos de forma más clara, que se trata de construir una señal con dos de partida.

    Como se ve, es una señal de tipo seno A · sen (2ðf + fase)

    Por lo que tiene este aspecto:

    A

    Frecuencia ( f ) es el nº de ciclos/s

    Y la fase es el desplazamiento en grados, del seno respecto al origen.

    Las señales S1 y S2 (señal uno y señal dos) serán, en el PAL, U y V respectivamente.

    Y la frecuencia suportadora de color toma, en el PAL, el valor aproximado de 4'43 MHz.

    4.4 Señal De Vídeo Compuesto

    La señal de vídeo compuesto contiene la información de luminancia y la de crominancia superpuestas, esta es la señal que llega al transmisor: al venir la señal de crominancia modulada, puede recuperarla fácilmente, y la luminancia es recuperada directamente.

    Un televisor b&n maneja solo la luminancia, despreciando la señal que va montada encima.

    4.5 Ejemplo De Señal De Vídeo Compuesto

    Para una mejor comprensión, vamos a ver que señal de vídeo le correspondería a un punto de color turquesa.

    Los componentes de color del turquesa son:

    TURQUESA R=0 G=1 B=1

    · Calculamos su luminancia Y=0'3 · 0 + 0'59 · 1 + 0'11 · 1 = 0'7

    · Calculamos la señal de crominancia asociada al turquesa

    (R-Y) = 0 - 0'7 = -0'7 (B-Y) = 1 - 0'7 = 0'3

    V = 0'877 (R-Y) = -0'6139 U =0'493 (B-Y) = 0'1479

    amplitud A = = [(0'1479)2 + (-0'16139)2]1/2 = 0'72

    fase arc tg (0'1479/ -0'6139) = - 13'54º

    · Señal de vídeo compuesto

    VIDEO turquesa = 0'7 + 0'72 sen (2ðfp +-13'54º)

    Como vemos, el vídeo en todo momento se compone de la señal de Y (la que estudiamos en la señal de TV) y una señal superpuesta (color, la crominancia Cr)

  • SINCRONIZACIÓN MODULADOR / DEMODULADOR

  • 5.1 Introducción

    Un concepto muy importante de la modulación, es que para deshacer una modulación, es preciso tener, en el modulador, la misma frecuencia de portadora sobre la que se envió la información.

    Para que la demodulación sea correcta necesitamos tener esta señal con mucha precisión.

    De aquí surge la cuestión de cómo realizar esto de forma realmente precisa; una idea inicial sería que los moduladores y los demoduladores de los elementos transmisores y del receptor de tv vinieran ya `colocados en la frecuencia correcta' ya de fábrica, pero esto implicaría que un pequeño desfase en alguno de los dos componentes, el modulador y el demodulador impediría la correcta obtención de la señal, por lo que se optó por otro método.

    5.2 Salva Para Sincronizar Al Oscilador De Subportadora

    Debido a lo comentado antes, a la necesidad de asegurar la correcta sincronización emisor - receptor, se introduce un elemento nuevo en la señal de vídeo compuesto, la salva.

    ¿ Qué es la salva?

    • Def: son unos cuantos ciclos de señal de subportadora que se utiliza para modular.

    • Características:

    Dura 2'25 ðsg y tiene una amplitud pico a pico igual a la amplitud del

    impulso de sincronismo.

    • Colocación:

    Colocada 5'6 ðsg después del flanco anterior del ISH, es decir en el pórtico posterior.

    • Misión:

    Engancha en frecuencia y fase al decodificador.

    El aparato que 'creo' la señal de Cr, utilizó como sabemos, una frecuencia de subportadora. Para que el decodificador 'deshaga' esta señal, es decir, vuelva a extraer (R-Y) y (B-Y), tiene que utilizar una señal igual a la subportadora, de igual frecuencia y fase.

    El receptor busca la subportadora, los datos sobre la misma (frec y fase) para poder demodular correctamente la señal de crominancia, la mayoría de los receptores utilizan un único oscilador para varias funciones, por lo que no sabe donde va colocada la subportadora de color, también hay aparatos que inicialmente vienen con un oscilador de subportadora, pero que también necesitan la salva, para comprobar periódicamente que su frecuencia y fase son las correctas.

  • NOTAS SOBRE TVC

  • Es muy importante no perder la noción de para qué sirven estos procesos; aunque las dos señales que forman el vídeo compuesto tomen los nombres de señal luminancia y señal crominancia, nunca debemos pensar que la información que necesitamos de un punto de color es precisamente esa: el tono y lo brillante que está, esto no es así ya que el receptor no entiende de tonos, lo único que necesita son las tensiones R G y B para saber qué aplicar a cada cañón.

    Es un proceso complejo debido a que hay que mantener las compatibilidades con el sistema existente, si directamente se hubiera implementado el sistema de televisión en color, ninguna de estas señales intermedias, luminancia ni crominancia, serían necesarias, sólo son parte de una forma de envío que funciona.

  • OTROS CONCEPTOS SOBRE TELEVISIÓN EN COLOR

  • 7.1 Ancho De Banda De Crominancia

    Debido a que el ojo humano tiene menos agudeza visual para colores que para brillo, no hace falta tanto ancho de banda. Nos cuesta más distinguir una cambio de tono que un cambio de brillo.

    En el sistema PAL, U y V están limitadas a 1'3 MHz.

    7.2 Saturación De Un Color En Función De Sus Componentes

    · Def: la saturación se define como

    Saturación = (Componente mayor - Componente menor)/ Componente mayor

    Ej: si tengo un color con R=1 G=0'5 y B=0'5

    Saturación es del 50% (0'5).

    Saturar más un color no implica cambiar el tono del color (el color es el mismo).