Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco

Transcrição

1 Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco TV Analógica e Digital O sistema de TV em cores Prof. Márcio Lima marcio.lima@poli.br

2 Características Principais A TV em cores só foi possível devido ao fato de que o olho humano possui sensores, conhecido como cones, predominantes para as cores: vermelho (R), verde (G) e azul (B), como estão representadas na Figura 2. As outras cores se formam na combinação de porcentagem de cada cor citada. Figura 2: Sensibilidade dos cones do olho humano. 2

3 Características Principais Figura 2: Sensibilidade dos cones do olho humano. 3

4 Características Principais Os raios luminosos incidem na córnea sendo então refratados. A seguir estes incidem sobre a lente que tem por objetivo projetá-los na retina. Figura 2: Olho Humano. 4

5 Características Principais Na retina encontram-se dois tipos de fotorreceptores os cones e os bastonetes, que convertem a intensidade e a cor da luz recebida em impulsos nervosos. Estes impulsos são enviados ao cérebro através do nervo ótico e então tem-se a percepção de uma cor. Os bastonetes por sua vez, embora sejam maioria absoluta, só conseguem captar a luminosidade da cor, ou seja, só respondem a um espectro e desta forma não diferenciam cores. Figura 3: Sensibilidade dos bastonetes do olho humano. 5

6 Características Principais Os fotorreceptores do olho humano apresentam características totalmente diferentes. Existem na verdade três tipos de cones que respondem a espectro de cores distintos (vermelho, verde e azul), como mostrado ao lado. Sendo assim, dizse que o sistema visual humano distingue as cores pelo processo da tricromacia. Nota-se que a eficiência do cone que responde a cor azul possui uma eficiência bem menor do que os outros dois tipos de cones. Figura 4: Sensibilidade dos cones do olho humano. 6

7 Características Principais Baseado neste princípio, a estação utiliza uma câmera tricromática com alguns filtros que analisam a imagem conforme as curvas. Criamse assim três sinais: R, G e B; vermelho (do inglês Red), verde (do inglês Green) e azul (do inglês Blue), respectivamente. A largura da banda (faixa) de transmissão é de 4 Mhz (megahertz), ou seja, 4 milhões de oscilações por segundo. No receptor usa-se uma tela luminescente com três feixes que, ao receberem o sinal R, G e B, excitam proporcionalmente as cores corretas e reproduzem assim a imagem original. 7

8 O processo de transmissão a cores é o mesmo utilizado pela TV monocromática, exceto que as informações de cor na cena também são utilizadas (vermelho, verde e azul). Quando a cena é varrida no tubo da câmera, sinais de vídeo separados são produzidos para uma dessas três cores. Na câmera, a separação é feita por filtros ópticos de cor. Uma TV preto e branco filtra e ignora o sinal de crominância. Uma TV em cores retira essa informação do sinal e decodifica a mesma, juntamente com o sinal de intensidade normal, para determinar como modular os três feixes coloridos. 8

9 Colorimetria Cores primárias: Em televisão são o vermelho, verde e azul (R, G, B). Cores complementares: São cores que combinadas com uma cor primária produz o branco. Luminânciaou Brilho Y: A luminânciaou intensidade de um objecto distribuído espacialmente com distribuição de luz I(x, y, λ) é definido como f x, y I x, y, V d I 0 enquanto o brilho depende da luminânciaabsoluta dos objectos em redor. Corresponde exactamente, ao nível de cinzento da cor numa reprodução a preto e branco. Matiz: Representa a cor ou a sua tonalidade cromática e está-lhe associado um comprimento de onda. Saturação: Mede a distância de uma cor relativamente à cor branca. Uma cor saturada é uma cor forte, sem branco. A cor rosa é obtida pela diluição do vermelho com o branco, isto é, matiz vermelho pouco saturado. Crominância C: Contém informação de matiz e saturação. Y + C forma uma imagem a cores. O sinal C é modulado com uma portadora de 3,5 MHz ou 4,43 MHz. 9

10 O Sinal de Cor de 3,58 MHz Para a transmissão em um canal de 6MHz, os sinais correspondes ao vermelho, ao verde e ao azul são combinados para gerar dos sinais distintos, uma para o brilho e outro para a cor. Especificamente, os dois sinais transmitidos são: Sinal de luminância. Contém somente as variações de brilho da imagem, incluindo detalhes, como no sinal de monocromático. É usado para reproduzir a imagem em preto e branco e é chamado sinal Y. Sinal de crominância. Contém as informações de cor, sendo transmitida modulado em uma subportadora. A freqüência da subportadora é de 3, MHz (NTSC) ou 3, MHz (PAL-M), ambos aproximadamente 3,58 MHz. O sinal de crominância é geralmente chamado de sinal U e Sinal V. 10

11 O Sinal Y OBS: NTSC - Um circuito matriz forma novas tensões de saída a partir do sinal de entrada, R, G e B. Logo, um sinal contêm o sinal de brilho e os outros dois sinais conterão a cor. Y 0,30R 0,59G 0,11B I 0,60R 0,28G 0,32B Q 0,21R 0,52G 0,31B Figura Modulação da cromatina com I e Q para produção do sinal C. 11

12 O Sinal Y BURST PARA SINCRONIZAÇÃO DE COR por se tratar de sinal AM com portadora suprimida, o receptor deve possuir um circuito oscilador de 3,58 MHz que gere o sinal da subportadora, para poder detectar o sinal de crominância; uma amostra do sinal da subportadora a 3,58 MHz será transmitido com o sinal C, como uma referência de fase para o oscilador de cor no receptor; na televisão em cores, o ângulo de fase representa o matiz; a sincronização de cores para os matizes corretos na imagem será conseguida pelo burst, ou salva; de 8 a 11 ciclos do sinal de subportadora de 3,58MHz no pórtico posterior de cada pulso de apagamento horizontal; este burst de sincronismo de cor controla a freqüência e fase do oscilador de 3,58 MHz do receptor; o burst é uma amostra do sinal da subportadora de 3,58 MHz do gerador de vídeo para o receptor. 12

13 O Sinal Y SINAL DE VÍDEO COMPOSTO o sinal C com a informação de cor e o sinal de luminância Y serão acoplados ao circuito somador, ou colorplexer. este estágio combina o sinal Y com o sinal C de 3,58 MHz para formar o sinal de vídeo completo. Este sinal é transmitido ao receptor pela modulação de amplitude da onda portadora de imagem do canal 6 MHz designado para a estação a modulação é um sinal composto de vídeo em cores, incluindo o sincronismo de deflexão e os pulsos de apagamento 13

14 DECODIFICAÇÃO DA INFORMAÇÃO DE IMAGEM começando com a antena de recepção, o sinal da portadora de imagem modulada do canal selecionado é amplificado nos estágios de RF e de freqüência intermediária (FI) a seguir, este sinal de imagem AM é demodulado no detector de vídeo o detector de vídeo terá na sua saída o sinal de vídeo composto, incluindo as componentes Y e C após o detector de vídeo, os sinais de vídeo são divididos em dois caminhos, como mostrado na figura. 14

15 DEMODULAÇÃO SÍNCRONA quando se transmite um sinal modulado sem sua portadora (ou subportadora), a onda portadora original deve ser reinserida no receptor para se detectar a modulação não somente a portadora é regenerada, mas também sua fase deverá ser sincronizada com a fase portadora na modulação original a demodulação síncrona refere-se ao processo de detecção de um sinal modulado quando o sinal da portadora for suprimido, através da recuperação da fase original da portadora 15

16 DEMODULADORES B-Y, R-Y muitos receptores decodificam o sinal de croma de 3,58 MHz em sinais de vídeo B-Y e R-Y, em vez de I e Q a largura de faixa de croma é geralmente limitada a 3,58 ±0,5 MHz; então, a largura de faixa do sinal I não é mesmo utilizada o sinal de vídeo B-Y é uma mistura de cores que está próxima do azul o ângulo de fase para o matiz B-Y será exatamente de 180o oposto à fase do burst de sincronismo de cor, no sistema NTSC; resulta ser relativamente simples manter o oscilador de cor de 3,58 MHz na fase B-Y o sinal de vídeo R-Y é uma mistura de cores próxima do vermelho o ângulo de fase para o matiz R-Y é exatamente de 90o da fase de B-Y estes ângulos de fase para matizes diferentes serão explicados em detalhe, posteriormente além disso, os sinais de vídeo B-Y e R-Y podem ser combinados para fornecer o sinal de vídeo G-Y, já que o sinal Y contém o verde os sinais R-Y, B-Y e G-Y são denominados sinais diferença de cor 16

17 TUBO DE IMAGEM COMO UM MISTURADOR quando a decodificação no receptor utiliza os sinais de vídeo R-Y, B-Y e G-Y, eles podem ser convertidos nos sinais R, G e B pela adição do sinal de vídeo +Y a adição algébrica para o vermelho, por exemplo, será (R - Y) + Y = R no vídeo a mesma idéia se aplica para os sinais de vídeo B e G em receptores antigos, com amplificadores à válvula, o método comum era utilizar o vídeo R-Y, B-Y e G-Y, para as três grades de controles, e o sinal (- Y), para os três catodos, o que resulta nos sinais de vídeo R, G e B para o tubo de imagem porque a componente (- Y) é cancelada por exemplo, para o vermelho: (R-Y) - (-Y) = R - Y + Y = R o sinal - Y é subtraído porque ele está no catodo 17

18 O Sinal Y Para satisfazer os receptores em preto-e-branco, a estação em cores deve transmitir o sinal de luminância (Y). Assim, os três sinais R, G e B que saem da câmera tricromática são combinados conforme os respectivos pesos no brilho da imagem obtidos a partir da curva de luminosidade relativa da Figura 2, ou seja, o sinal Y é obtido através da equação: O Sinal Diferença Y 0,30R 0,59G 0,11B Para transmitir (B-Y) e (R-Y), a estação de TV em cores cria dois sinais: U = 0,493(B-Y) e V = 0,877(R-Y). Os sinais U e V modulam uma subportadora com freqüência fsc 3,58MHz. O processo de modulação é AM-VSB/SC (amplitude modulada com banda lateral vestigial e portadora suprimida) de tal modo que o sinal U modula a portadora a zero grau e V modula a portadora a noventa graus. 18

19 O Sinal Y O sinal assim obtido, também conhecido pelo nome de sinal de crominância é superposto ao sinal Y. Figura Faixa de freqüências do sinal de crominância superposto ao sinal Y Quando se iniciaram as transmissões em cores, a faixa do sinal Y foi aumentada de 4MHz para 4,2 MHz. Pode-se observar que o sinal de crominância possui a banda lateral inferior completa (1,3MHz) e a banda lateral superior é vestigial ( 600kHz). 19

20 A Figura mostra o aspecto do sinal de vídeo composto de TV em cores para um padrão de barras coloridas. Como se pode observar, durante a varredura horizontal, o sinal de crominância fica superposto ao sinal Y. O valor exato da subportadora de cor f sc foi cuidadosamente escolhido para que o sinal de crominância ficasse com baixa visibilidade na imagem dos receptores em preto-e-branco Figura Sinal de vídeo composto de TV em cores. 20

21 Na Figura também se pode observar que no pórtico posterior ao pulso de sincronismo, a estação de TV em cores envia 9 ciclos de amostra da subportadora de cor (f sc ). Essa informação é conhecida como sincronismo de cor ou burst. A finalidade do burst é sincronizar o oscilador de 3,58MHz que é necessário no receptor para poder demodular corretamente os sinais U e V. Figura Sinal de vídeo composto de TV em cores. 21

22 O Sinal de Cor de 3,58 MHz Sinal de crominância. Contém as informações de cor, sendo transmitida modulado em uma subportadora. A freqüência da subportadora é de 3, MHz (NTSC) ou 3, MHz (PAL-M), ambos aproximadamente 3,58 MHz. O sinal de crominância é geralmente chamado de sinal C. Os sinais U e V são exatamente os mesmos tanto para o sistema norte americano NTSC como para o sistema PAL-M usado no Brasil. Cor explosão amarelo vermelho magenta azul ciano verde Fase 0 graus 15 graus 75 graus 135 graus 195 graus 255 graus 315 graus 22

23 O Sinal de Cor de 3,58 MHz 23

24 Video Composto 24

25 Tela de TV Colorida Adicionando Cor: Uma tela de TV colorida é diferente da tela preto e branco de devido a três motivos: 1. Há três feixes de elétrons que se movem simultaneamente pela tela, chamados de feixes vermelhos, verdes e azuis; 2. A tela não é revestida com uma simples folha de fósforo como na TV preto e branco. Ela é revestida com fósforos vermelho, verde e azul organizados em pontos e linhas. Se ligar a TV ou o monitor do computador e olhar bem de perto a tela com uma lupa, você vai poder ver os pontos e linhas; 3. Do lado de dentro do tubo, bem próximo ao revestimento de fósforo, há uma fina tela de metal chamada de máscara de sombra. Essa máscara é perfurada com furinhos bem pequenos, alinhados com os pontos (ou linhas) de fósforo na tela. 25

26 Tela de TV Colorida A figura a seguir mostra como a máscara de sombra funciona: Quando uma TV em cores precisa criar um ponto vermelho, ela dispara o feixe vermelho no fósforo vermelho. O mesmo acontece para os pontos verdes e azuis. Para criar um ponto branco, os feixes vermelho, verde e azul são disparados simultaneamente - as três cores se misturam para criar o branco. Para criar um ponto preto, todos os três feixes são desligados enquanto escaneiam o ponto. Todas as outras cores na tela da TV são combinações de vermelho, verde e azul. 26

27 Tela de TV Colorida A figura a seguir mostra como a máscara de sombra funciona: 27

28 Tela de TV Colorida 28