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Sistemas de televisión color




Enviado por rgbosco




    1.
    Introducción

    2. Sistemas de exploración y sistemas de
    color


    4. La cámara de
    color

    5. Corrección de
    Gamma

    6. Inserción de la crominancia en la
    señal de video

    7. Fundamentos del sistema
    NTSC

    8.
    Síntesis

    1.
    Introducción

    En la década del 40 solo existía televisión
    monocromática o blanco y negro, es decir, que la
    señal de video transmitida
    por las estaciones existentes, solo incluían la información de brillo de la imagen, la cual
    era representada en la pantalla del receptor como una
    sucesión de puntos con mayor o menor intensidad (tonos de
    grises).

    Si bien hoy en día, ver imágenes
    en blanco y negro pueden no resultan atractivas, esta modalidad
    de transmisión logra cumplir con un objetivo muy
    necesario: dotar a la imagen
    reproducida de definición suficiente para que el
    espectador pueda discriminar dentro de la imagen, las formas, y
    tamaños relativos de los componentes de la
    escena.

    Cuando la tecnología pudo
    agregarle color a la
    imagen, hubo que analizar la forma de incluir dentro del canal de
    televisión, la información de color
    (crominancia), sin detrimento de la información de brillo
    (luminancia), ya existente.

    2. Sistemas de
    exploracion y sistemas de
    color

    Conviene hacer una aclaración importante: hay que
    poder
    discernir entre 2 conceptos distintos, que en la practica se
    suelen tratar indistintamente.

    Los sistemas de exploración de imágenes
    de televisión, se refieren a la manera en que la imagen es
    barrida por el haz, la cantidad de líneas de
    definición, las frecuencias vertical y horizontal, y otras
    características. Así, existen
    normas como la
    M en EE.UU., Brasil,
    Japón, la norma N de Argentina, La
    norma B en Europa,
    etc.

    Los sistemas de codificación de color de
    imágenes de televisión, se refieren a la manera en
    que se agrega la información de color a la imagen.
    Así, existen 3 sistemas clásicos que se
    implementaron en el mundo: NTSC, PAL y SECAM.

    3. Compatibilidad y
    retrocompatibilidad

    Se hace necesario agregarle a la señal
    monocromática de luminancia, la señal de
    crominancia. Para conseguir esto se debe mantener 2 condiciones
    importantes:

    Compatibilidad

    Es la propiedad de
    un sistema de
    televisión color que permite la reproducción de las
    emisiones a color, en los receptores monocromáticos
    existentes (por supuesto se verán las imágenes en
    blanco y negro, aunque se hayan generado en el transmisor a
    color).

    Retrocompatibilidad o compatibilidad inversa

    Es la propiedad de
    un sistema de
    televisión en colores que
    permite a los receptores de televisión en colores,
    reproducir en blanco y negro, las emisiones de un sistema
    existente en blanco y negro.

    En ambos casos, las imágenes deben ser de buena
    calidad, por
    lo que la emisión en colores debe mantenerse dentro del
    canal de frecuencias previsto para blanco y negro, sin invadir
    canales adyacentes.

    4. La cámara de
    color

    Básicamente será igual a la
    monocromática, pero deberá tener algún
    agregado que le permita discriminar entre los 3 colores primarios
    que componen la imagen de toma, separarlos y obtener sendas
    señales de R, G y B. Esto se consigue con la
    inclusión dentro de la cámara de espejos muy
    especiales que en lugar de reflejar toda la radiación
    incidente, solo lo hacen con una pequeña banda de la
    misma, permitiendo que el resto de la radiación sea
    atravesada. Estos espejos se llaman dicroicos.

    Entonces, con un juego de 2
    espejos dicroicos y otro espejo normal se consigue separar la
    onda incidente en la cámara en sus 3 componentes
    primarias.

    Con estos 3 colores se podrán reproducir la
    mayoría de los colores existentes en la naturaleza, por
    lo tanto, si se transmitieran estas 3 señales se
    podrían reproducir en un receptor destinado para este fin;
    sin embargo un televisor monocromático pre-existente no
    esta preparado para recibir estas 3 señales, sino solo la
    Y.

    Se deduce, de la colorimetría, que la relacion
    entre Y los 3 colores primarios esta establecida por la llamada
    ecuación fundamental de la Luminancia:

    Y= 0.30.R + 0.59.G + 0.11.B

    Conocido el hecho que se necesitan 3 señales para
    reproducir una imagen coloreada y una de las señales a
    trasmitir es Y, resta todavía obtener 2 señales
    mas, que conformaran la señal vectorial de crominancia.
    Estas 2 señales deberán tener la particularidad de
    anularse en caso de tratarse de una imagen monocromática
    (solo brillo). Este hecho, al igual que el anterior son
    necesarios en relación a las 2 premisas anteriormente
    nombradas, compatibilidad y retrocompatibilidad. Observando que
    el blanco se obtiene con iguales cantidades de los 3 primarios,
    por ejemplo el blanco de máximo brillo se obtiene con
    señales normalizadas con R=G=B= 1v, se comprueba que Y=1v
    también. Por lo tanto la señal de crominancia
    estará formada por 2 de las 3 señales diferencia de
    color R-Y, G-Y, B-Y. Solo será necesario enviar 2
    señales, además de Y, dado que la tercera es
    combinación lineal de las otras. En el receptor, de igual
    manera se podrán recuperar las componentes R, G y B a
    partir de Y y C, donde C es la señal vectorial de
    crominancia formada por 2 señales de diferencia de color.
    Al deducir la expresión analítica de las
    diferencias de color, se comprueba que la diferencia al verde G-Y
    es la que tiene coeficientes menores y por ende menor potencia por lo
    que será más susceptible al ruido. Por lo
    tanto la señal de crominancia C estará compuesta
    por la diferencia al rojo y diferencia al azul, también
    simbolizadas Cr y Cb.

    5. Corrección de
    gamma

    El brillo de una pantalla de un Tubo de Rayos
    catódicos TRC no guarda relacion lineal con respecto a la
    intensidad del haz, sino más bien es una relacion de
    cuadratica a cubica. Debido a esto se hace necesario una
    corrección de Gamma en estudio, siendo Gamma ( γ) el
    exponente de la intensidad I cuando se cumple la ecuación
    L=k.I γ . La
    condición ideal seria un Gamma igual a 1.

    6. Inserción de la
    crominancia en la señal de video

    Se comprueba experimentalmente que la crominancia
    requiere un ancho de banda menor que el de luminancia, pero aun
    así, necesitan ubicarse ambas señales dentro del
    mismo canal de frecuencia, para cumplir la compatibilidad
    exigida. Para lograr esto hay que notar que el espectro de
    luminancia como el que se obtiene de crominancia, tienen la
    particularidad de ser discretos, es decir, están
    compuestos por rayas espectrales y no por una banda continua de
    frecuencias. La razón de esto hay que buscarla en el mismo
    proceso de
    generación de la imagen: a partir de la exploración
    punto a punto, lo que lo hace discretos.

    Entonces, la solución se basa en intercalar ambos
    espectros, el de Y y el de C de manera de conseguir en el
    receptor una fácil separación de ambos. Esto se
    logra premodulando la croma con una frecuencia de subportadora
    color, que cambia según el sistema o la norma, pero que en
    todos los casos persigue un mismo objetivo,
    ubicar la porción de mayor potencia del
    espectro de croma en una zona donde el espectro de luma sea
    notoriamente inferior, admitiendo un posible caso que la
    separación de ambos espectros no se pueda conseguir con
    absoluta eficacia. Aunque
    este sea el caso, de todas formas se contribuye a la
    compatibilidad y las imagenes recibidas seguirán siendo de
    buena calidad, aunque
    se vea afectada una pequeña porción de
    espectro.

    7. Fundamentos del sistema
    ntsc

    En el comité NTSC, por el año 1953, se
    sentaron las bases que debía cumplir el futuro sistema de
    televisión para un servicio
    publico. Entre muchas características se pueden destacar las
    siguientes:

    1. La transmisión de luminancia se debe limitar
      al mismo espectro que sé venia empleando para
      transmisiones en blanco y negro. Ya estaban definidos los
      canales de 6MHz cada uno, el nuevo servicio
      debía hacer uso de estos mismos canales ya establecidos.
      En este tiempo ya era
      conocida la curva de sensibilidad del ojo y otros estudios
      sobre tricromia y colorimetría, también se
      conocía la relacion entre luminancia y los 3 colores
      primarios: Y=0.30R+0.59G+0.11B.
    2. Además de la luminancia, obtenida según
      (a), se debían trasmitir 2 señales mas para
      caracterizar completamente una imagen coloreada. Se
      conocía bien la teoría de los 3 colores, y estaban
      convencidos que eran 3 señales las que se debían
      trasmitir; como por compatibilidad, una de estas señales
      debía ser obligatoriamente Y, quedaba por definir las
      otras 2. Se observo que en caso de una imagen no coloreada
      (negra, gris o blanca), se cumplía una relacion muy
      particular entre los 3 colores primarios: kR=kG=kB con 0 ≤ k
      ≤ 1, entonces se dedujo que las señales (kR-kY),
      (kG-kY), (kB-kY) eran señales que definían solo
      el colorido de la imagen, pues en caso de negro, gris o blanco
      se anulaban, esto es no llevan información de brillo y
      cumplen con la compatibilidad exigida. Por lo tanto se
      decidió con buen criterio, enviar junto con la
      señal Y, las señales (kR-kY) y (kB-kY)
      obteniéndose la restante en el receptor. Estas 2
      señales se llamaron diferencia al rojo y diferencia al
      azul y son las componentes de la señal de crominancia.
      También se descubrió que estas señales
      debían ser corregidas por alinealidades en la cadena de
      transmisión y en el tubo del receptor.
    3. Representación gráfica en el circulo
      cromático. Así se destacan las señales en
      las respectivas normas, donde
      en un sistema de ejes cartesianos, se grafica la crominancia de
      cada color obtenible en la imagen, llevando el eje de abscisas
      la diferencia al azul y el eje de ordenadas la diferencia al
      rojo. También se puede referir un color dado en este
      mismo diagrama
      determinado por su matiz y su saturación, haciendo un
      cambio de
      coordenadas cartesianas a polares. El modulo representa la
      saturación y el ángulo formado por el vector
      representativo del color y el semieje positivo de abscisas
      representa el matiz.
    4. Debe poderse introducir dentro del mismo canal de 6
      MHz, y compartiendo banda con el espectro de luminancia, el
      correspondiente a la crominancia, sin perturbar, o en su
      defecto, perturbando lo menos posible al primero. Para lograr
      este objetivo se basaron en estudios ópticos, donde se
      establecía que el ojo es más sensible a
      diferencias de brillo sobre pequeñas superficies, que al
      color sobre idénticas superficies, concluyéndose
      que el ancho de banda de croma debía ser menor que el de
      luma. También se observo que los espectros
      contenían energía en paquetes, perfectamente
      ubicables dentro del canal, pues eran múltiplos de la
      frecuencia de línea o frecuencia horizontal. Se
      determino que el espectro de croma debía ubicarse en la
      zona de altas frecuencias de la luma, donde esta tenia paquetes
      de menor energía, por lo tanto, interferiría
      menos en esta zona.
    5. Modulación de la subportadora. Para conseguir
      llevar el espectro de croma a la zona de alta frecuencia de la
      luma era necesario modular las señales de diferencia de
      color con una portadora que se denomino subportadora color.
      Como ambas señales diferencia de color debían
      trasmitirse simultáneamente sobre la misma portadora se
      recurrió a la modulación de amplitud en
      cuadratura, donde la modulación sobre la subportadora se
      hace con un corrimiento de fase de 90 grados,
      obteniéndose en definitiva una modulación en
      amplitud y fase. La determinación del valor de la
      subportadora se baso en el hecho que para intercalar ambos
      espectros de rayas, la subportadora debía ser un
      múltiplo de la semifrecuencia de línea, donde la
      luma dejaba huecos sin energía. Así se
      eligió un valor de
      fsc=3.579545MHz.
    6. Sustitución de las señales diferencia
      de color. Sobre la base de estudios (elipses de Mac-Adam) y a
      las características fisiológicas del ojo, en el
      sistema NTSC se decidió correr los ejes de
      modulación que hasta entonces eran (B-Y) y (R-Y) por los
      definidos por una rotación de 33%, donde se creía
      se podían conseguir 2 ejes, uno con máxima
      sensibilidad, llamado I, al que se le asigna un gran ancho de
      banda, y otro eje de mínima resolución, llamado
      Q, al que se le asigna un menor ancho de banda. Esto solo fue
      una transformación lineal que no altero el principio de
      funcionamiento ni el tipo de modulación.
    7. Primarios reales y blanco de referencia real para TV
      color. Conocido entonces era el diagrama de
      la ICI, y se definieron las coordenadas xy de los 3 primarios
      seleccionados y el blanco de referencia, que se aproximaron
      bastante a los teóricos.
    8. Funcionamiento con la portadora suprimida. Se hizo
      necesario para la transmisión de la crominancia
      eliminarle la subportadora luego de la modulación, para
      la compatibilidad en receptores monocromáticos. Esta
      portadora color se regenera en el receptor a partir de un
      oscilador a cristal, pero hace falta que esta portadora en el
      receptor este sincronizada y en fase con la del emisor, por lo
      cual se agrega a la señal compuesta (luma, croma,
      sincronismos y borrados) unos ciclos de portadora color (entre
      8 y 12) que el receptor utilizara en detectores
      síncronos. Esta señal auxiliar se denomina Burst
      o ráfaga de color (así mencionada en las
      normas).

    8.
    Síntesis

    Resumiendo lo expuesto hasta ahora, se puede decir que
    el agregado de información de color a la imagen
    monocromática, se hizo de manera de mantener la
    compatibilidad con los equipos receptores de televisión
    pre-existentes a la mejora que significo la coloración de
    las imágenes.

    Según predice la colorimetría, se
    necesitan 3 señales para definir una imagen coloreada:
    estas 3 señales podrían ser las correspondientes a
    los colores primarios, R , G y B ; también podrían
    ser el brillo, el matiz y la saturación, pero el hecho que
    la señal Y (luminancia) se utilizaba con anterioridad a la
    mejora, se hizo necesario que una de las 3 señales a
    transmitir en TV color, fuera , precisamente , Y. Las otras 2
    señales adoptadas fueron las diferencias al rojo y al azul
    , R-Y y B-Y lo que significo cumplir con la
    retrocompatibilidad.

    Para cumplir con la compatibilidad exigida, se inserto
    la señal de crominancia en una porción del canal de
    televisión donde molestara lo menos posible (las altas
    frecuencias de Luminancia), consiguiéndose esto con la
    ayuda de una portadora de color.

    A la vez, se aprovecho la característica discreta
    del espectro de luminancia y crominancia, para intercalar
    componentes del espectro, sin producir solapamientos.

    La señal de luminancia es la que contiene la
    información de brillo de la escena, existía en
    televisión monocromática, y continuo existiendo en
    televisión color

    La señal de crominancia esta compuesta por 2
    señales diferencia de color, al rojo y al azul. Esta
    señal de 2 componentes contiene la información de
    color necesaria, que una vez procesada en el receptor, permite
    obtener las 3 componentes primarias R, G y B, y a partir de
    estas, la reproducción de la mayoría de los colores
    existentes.

    El primer sistema estándar de codificación
    de color fue el NTSC, originario en EE.UU. en 1953.
    Posteriormente, en Europa se
    desarrollaron 2 sistemas mas, (PAL y SECAM) con el objeto de
    brindar señales de televisión al continente
    Europeo, pero sin las fallas inherentes del sistema
    americano.

    Categoría: tecnología

    Titulo: sistema de televisión color

    Resumen:
    Explicacion del pasaje de la television monocromatica a la de
    color. La compatibilidad exigida. Insercion de la señal de
    crominancia dentro del canal de television
    pre-existente.

    Palabras claves:
    compatibilidad, retrocompatibilidad, correccion de gamma, sistema
    de exploracion, sistema de codificacion del color, fundamentos
    del sistema NTSC.

    Trabajo enviado y realizado por:
    R.G. Bosco

    Ing. Electrónico
    Buenos Aires
    Argentina

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