Sistema ntsc

1.
Características principales del sistema
NTSC

3.
Señales I y Q
4. Ecuación fundamental de la
luminancia
5. Obtención de las diferencias de
color
6. Determinación de la frecuencia de
subportadora color
7. Análisis en el circulo
cromático

1. Características principales del sistema
NTSC

• La señal Y se trasmite por modulación
  de amplitud con banda lateral vestigial, sobre una portadora de
  R.F. correspondiente al canal utilizado.
• Cb (diferencia al azul) modula en amplitud a una
  subportadora de valor
  fsp=3.58MHz.
• Cr (diferencia al rojo) también modula la
  misma portadora de 3.58MHz, pero tras haber sido adelantada en
  90 grados.
• Esta modulación de la croma, recibe el nombre
  de modulación en cuadratura, y permite que ambas
  componentes de color puedan
  modular a la subportadora y luego ser recuperadas en el
  receptor.
• La modulación del croma se realiza con
  circuitos
  del tipo modulador balanceado, lo que significa que no se
  trasmite la subportadora, pues afectaría la luma y por
  ende la imagen.
• En el receptor se genera la subportadora en forma
  local, con un cristal de 3.58MHz.
• La fase de la subportadora es esencial para el
  funcionamiento correcto del sistema, por lo que esta fase se
  toma de la señal de burst (ciclos de subportadora) que
  se envían en el pórtico posterior de borrado,
  tras el impulso de sincronismo horizontal.
• Al adicionar la croma a la luma, se encuentra que tal
  como se estableció hasta ahora para algunos colores, se
  produce sobremodulacion, por lo que se hace necesario reducir
  en amplitud las señales de diferencia de color en 2.03 y
  1.14.Tras esto, se aplican las señales Cb y Cr a los
  moduladores balanceados.

2. Señal de prueba de
barras de color

Se trata de una señal constitutiva de 8 barras
verticales adyacentes que presenta los 3 colores primarios (rojo,
verde y azul), sus respectivos complementarios (ciano,
púrpura y amarillo) y además el blanco y el negro.
La suelen trasmitir las emisoras previo al comienzo de la
programación y sirve al usuario para
corregir si es necesario los matices de su receptor. El arreglo
de colores no es arbitrario, sino empieza por el de mayor
luminancia (el blanco) y termina en el extremo derecho con el
negro (luminancia nula). Por lo tanto, la secuencia de colores
es: blanco, amarillo, ciano, verde, magenta, rojo, azul y
negro.

3. Señales I y
Q

En el sistema NTSC, a diferencia del PAL y el SECAM, en
lugar de modular la crominancia según sus coordenadas Cb y
Cr, se rotaron los ejes hacia 33 grados, a los que se llamo eje Q
y 123 grados, al que se llamo I. Estos ejes se eligieron
así, pensando que el eje I era el de la zona de mejor
resolución del ojo; y que el Q era el de menor
resolución del mismo. Luego, se asigna a la señal Q
un ancho de banda de 500KHz y al eje I, un ancho de banda de
1.5Mhz, finalmente para detalles más finos, se admite que
el ojo no percibe color y solo resuelve brillo.

Posteriormente se descubrió que estas supuestas
ventajas de I y Q sobre Cb y Cr eran inexistentes.

Para la demodulacion, el sistema NTSC, podría ser
demodulado sobre los ejes I y Q o sobre Cb y Cr, dependiendo de
las fases con que se alimente a los demoduladores.

La frecuencia exacta de la subportadora es
fsp=3.579545MHz.

El burst se trasmite, en NTSC, con fase de 180
grados.

La señal C debe ir incluida dentro del canal
asignado, pero sin interferir en lo posible a la señal Y,
para ello, se partió de los estudios de Mertz y Gray que
observaron que el espectro de luminancia, y también el de
crominancia, es discreto, esto es, la energía viene en
paquetes y no diseminada en un continuo. Así, se
aprovecharon los huecos, para intercalar la señal ce
crominancia, a partir de elegir una frecuencia de subportadora
situada entre 2 armónicos de la Y (entre 227 y 228).
Además, la energía de la Y en esta zona es muy
inferior a la del resto del canal, por lo cual no se
produciría gran interferencia.

4. Ecuacion fundamental de la
luminancia

Recordando que la teoría
de los 3 colores establece que alcanzan 3 colores primarios para
definir un color dado, y además teniendo en cuenta la
curva de sensibilidad del ojo, donde las abscisas
correspondientes a los 3 colores primarios seleccionados, tienen
como ordenadas 0.47 (rojo), 0.92 (verde) y 0.17 (azul), se
podría plantear que estos fueran los coeficientes
tricromaticos para obtener Y=f(R,G,B) pero esta el inconveniente
que la suma de los 3 coeficientes es igual a 1.56, y para
establecer un estándar de televisión
se necesitan normalizar estos coeficientes de manera que se
cumpla :

Vy = Kr . Vr + Kg . Vg + Kb . Vb

Con 0 < Vi < 1volt siendo Vi las tensiones de rojo
,verde, azul y luminancia.

De esta manera, para obtener la normalización, se hace que el coeficiente
del rojo, Kr sea igual a la ordenada de la curva de sensibilidad
(0.47) dividido la suma de las 3 ordenadas (1.56)
obteniéndose Kr ≅ 0.30 . De manera similar se
obtienen Kg ≅ 0.59 y Kb ≅ 0.11. Esto significa que el
verde es color de mayor brillo, contribuyendo a la luminancia con
un 59%, el rojo lo hace con un 30% y el azul con un 11% que
escrito anliticamente es:

Vy = 0.30 . Vr + 0.59 . Vg + 0.11 . Vb

Esta deducción supone una relacion lineal entre
brillo y su correspondiente tensión, lo cual no es del
todo cierto, por lo cual existe la corrección
Gamma.

5. Obtencion de las
diferencias de color

A partir de la ecuación fundamental de la
luminancia, la obtención de las diferencias de color es
inmediata:

Vr – Vy = 0.70 . Vr – 0.59 . Vg – 0.11
. Vb

Vg –Vy = -0.30 . Vr +0.41 . Vg – 0.11 .
Vb

Vb – Vy =-0.30 . Vr –0.59 . Vg + 0.89 .
V

Las señales que se trasmiten, además de Vy
son Vr-Vy y Vb-Vy por lo cual se las suele definir como V y U
respectivamente.

La diferencia al verde se obtiene en el receptor, a
partir de U y V. Esto, analíticamente se logra de la
siguiente manera:

Vy = 0.30 . Vr +0.59 . Vg + 0.11 . Vb

Vy = 0.30 . Vy +0.59 . Vy + 0.11 . Vy

Restando miembro a miembro y despejando la diferencia al
verde queda:

(Vg – Vy) = -0.51. (Vr-Vy) –0.19 .
(Vb-Vy)

Sobremodulacion de la señal compuesta y factores
de reducción

Se deduce a partir de la señal de prueba
básica, con las barras de colores, que ocurre
sobremodulacion, tanto por arriba del pico de 1volt de la
señal de luma como por debajo del nivel de sincronismo, al
quererse trasmitir los colores saturados como amarillo, ciano,
etc.

Se hace necesario la reducción de la señal
de crominancia, y como un compromiso entre sobremodulacion y la
degradación de relacion S/N, se permitió solo un
exceso de modulación de hasta 33% en ambos sentidos,
teniendo en consideración que los colores totalmente
saturados no se podrán reproducir y tampoco suelen
aparecer en la naturaleza. A
partir de este valor de 33%, se obtiene que los factores de
reducción son los siguientes, obteniéndose las
llamadas señales diferencia de color reducidas.

• 0.49 para la señal de diferencia al azul,
  (B-Y)
• 0.88 para la señal de diferencia al rojo,
  (R-Y)

6. Determinación de
la frecuencia de la subportadora de color

En el caso del sistema NTSC, se busca un entrelazado
simétrico y teniendo en cuenta que tanto la luminancia
como la crominancia tiene espectros discretos con frecuencia
fundamental igual a fh, entonces la frecuencia de la subportadora
debe ser un numero múltiplo impar de la semifrecuencia de
línea:

Así se tiene fsp=(2n+1).(fh/2)

Obteniéndose así, un desplazamiento u
offset de media línea.

Esto se complementa eligiendo un n tal que la
subportadora se ubique lo mas alto posible dentro del canal, sin
perturbar otras señales como sonido,
etc.

Con n=283 y fh=15625Hz se tiene una
fsp≅4.4MHz

En NTSC norma B del CCIR la frecuencia de subportadora
se fijo en 4.4296875MHz.

7. Análisis en el circulo
cromático

Dejando de lado la luminancia, se puede representar un
color dentro del llamado circulo cromático por medio de un
vector crominancia.

Los ejes cartesianos corresponden a: la diferencia al
azul, para el eje de abscisas y la diferencia al rojo para el eje
de ordenadas.

Entonces, el matiz vendrá dado por el
ángulo formado por el vector respecto del semieje positivo
(B-Y) y la saturación dependerá del modulo
(longitud) de dicho vector. O sea, para pasar de diferencias de
color a matiz y saturación, resulta igual que pasar de
coordenadas cartesianas a polares.

En realidad la longitud del vector depende de la
saturación y brillo.

Se ha establecido que la señal de crominancia
esta compuesta por 2 señales diferencia de color azul y
rojo que complementan a la señal de luminancia para
caracterizar totalmente una imagen (brillo + colores). La
señal diferencia al azul se suele denotar U y en el
gráfico de circulo cromático se representa con el
eje de abscisas. La señal diferencia al rojo se simboliza
con V y en el mismo gráfico anterior, se representa con el
eje de ordenadas.

Interesa conocer la expresión de las
señales U y V en función de las 3 componentes de
señal o tensiones de rojo, verde y azul. Para conseguir
esto, se parte de la ecuación fundamental de la luminancia
y se opera algebraicamente hacia la diferencia de la
tensión de rojo menos la luminancia en función de
los 3 primarios. Lo mismo se hace con el azul. Lo que resulta
en:

Calculo de U y V para el amarillo saturado

En este caso se tiene, que el amarillo se forma con un
volt de tensión de rojo y un volt de tensión de
verde, además de 0 volt de azul. Entonces:

Calculo para los demás colores

En el caso del negro, lo que se tiene es la ausencia
completa de tensiones.

En el caso del blanco se tiene que cada una de las
tensiones de colores es igual a 1v. La luminancia es 1v y las
diferencias U y V valen 0v (condición de compatibilidad)
es decir que con el blanco se tiene luma pero no
Croma.

Con respecto al verde, se pueden realizar los mismos
cálculos, obteniéndose un factor de pureza, r =0.84
y un ángulo de fase de 225 grados.

Para el ciano, las cuentas dan r
=0.77 y ángulo de fase de 293 grados.

Lo mismo se puede hacer para los 3 colores que faltan:
rojo, azul y magenta, pero observando que estos 3 colores que
faltan son los complementarios de ciano, amarillo y verde, se
puede concluir (y también calcular) que tienen igual
modulo (saturación) y un ángulo de desfase de 180
grados(matiz), quedando entonces que el rojo tiene r =0.77 y
fase=113grados; el azul tiene r =0.90 y fase=7grados y finalmente
el magenta o púrpura un modulo de 0.84 y una fase de
45grados.

Tabla de valores de la
señal barra de prueba

Señales diferencia de color reducidas

Para la mejor solucion, las investigaciones
arrojaron el resultado que el valor mas favorable de
sobremodulacion permisible era del 33% sobre el nivel del negro.
Como Uyrojo=0.30 y Uyazul=0.11 para llegar a una sobre modulacion del
33% debe ser Ucrojo=-0.63 y Ucazul=-0.44. Sean los factores de
correccion ku y kv entonces:

resolviendo las ecuaciones
cuadraticas se obtiene que ku=0.49 y kv=0.88.

grafico de los espectros de I y Q dentro del canal de
television

Obtención de la relacion entre las coordenadas IQ
y las VU.

El vector C representa un color genérico, cuyas
coordenadas serán (Uc,Vc) o (Qc,Ic) según el
sistema de ejes que se considere. También considerar que
el ángulo formado entre los ejes U y Q es igual a
α.

La relacion entre las coordenadas UV y QI vendar dada
por la rotación de un ángulo α, lo que
algebraicamente se expresa por la matriz de
rotación:

Entonces, a través de la matriz inversa se tiene
la relacion entre las coordenadas IQ y las VU, que para el
ángulo de rotación de 33% (sistema NTSC)
queda:

I=(-sen33°).U+(cos33°).V

Q=(cos33°).U+( sen33°).V

Pero todavía resta corregir las diferencias de
color, para que no haya sobremodulacion, para ello se debe
multiplicar la diferencia al azul por 0.49 y la diferencia al
rojo por 0.88, quedando en definitiva:

I=(-0.27).U+(0.74).V

Q=(0.41).U+(0.48).V

Categoría: tecnología

Título: sistema de televisión
color

Comentarios:

Explicación del pasaje de la television
monocromatica a la de color. La compatibilidad exigida.
Inserción 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