Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco

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1 Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco TV Analógica e Digital O sistema de TV em preto-e-branco Prof. Márcio Lima marcio.lima@upe.poli.br Site: marcio.lima.poli.br

2 Radiodifusão de Televisão Entende-se por difusão o envio em todas as direções. Antena Tubo da camera Amplificador De Vídeo Transmisor Do sinal De Imagem PV Varredura e Sincronismo Microfone Amplificador De Áudio Transmissor Do sinal De Som Figura 01 Diagrama de blocos de um sistema de televisão - Transmissor 2

3 Radiodifusão de Televisão Entende-se por difusão o envio em todas as direções. Antena Amplificador De Vídeo Tubo de Imagem Circuito de Som e Imagem Varredura e Sincronismo Amplificador De Áudio Alto-falante Figura 01 Diagrama de blocos de um sistema de televisão - Receptor 3

4 Olho Humano Os Cones são as células do olho humano que tem a capacidade de reconhecer as cores. Já os bastonetes, outro tipo de célula do olho humano, tem a capacidade de reconhecer a luminosidade. 4

5 Olho Humano 5

6 A TV em preto-e-branco só foi possível graças à curva de luminosidade relativa do olho humano (Figura 3). A resposta visual humana está restrita a uma pequena faixa do espectro das radiações eletromagnéticas. Figura 3 Curva de luminosidade relativa do olho humano. 6

7 Esta faixa do espectro está situada entre 380 e 770 nm, dependendo do observador. Assim sendo, na câmera da TV em preto-e-branco, um feixe elétrico enxerga a imagem conforme essa curva e cria um sinal conhecido pelo nome de luminância. No receptor, o sinal luminância superposto a um feixe eletrônico faz com que sejam reproduzidas, em uma tela luminescente, as sensações de escuro e claro que foram captadas pela câmera. Figura 4 Curva de luminosidade relativa do olho humano. 7

8 Olho Humano 8

9 As primeiras transmissões de TV basearam-se no antigo cinema em preto-e-branco. No padrão norte-americano, também adotado no Brasil, a relação de aspecto da imagem (largura/altura) é 4:3, usam-se 525 linhas por quadro e são transmitidos 30 quadros por segundo. Cada quadro é constituído por linhas intercaladas de dois campos consecutivos, ou seja, existem 60 campos por segundo. 9

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12 Quase todas as TVs em uso atualmente contam com um aparelho conhecido como tubo de raio catódico, ou CRT, para exibir suas imagens. LCDs e telas de plasma também são usadas, e cada vez mais são encontradas no lares, sendo possível, também, fazer uma tela de televisão com milhares de lâmpadas comuns de 60 watts. Fósforo: é um material que, quando exposto à radiação, emite luz visível. A radiação deve ser de luz ultravioleta ou um feixe de elétrons. Qualquer cor fluorescente é, na realidade, fósforo - as cores fluorescentes absorvem a luz ultravioleta invisível e emitem luz visível em uma cor característica. Essa tela é revestida de fósforo e brilha quando atingida pelo feixe. 12

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14 A imagem na TV é resultado da varredura de uma série de linhas horizontais, uma sobre a outra, como mostra a Figura 4. Figura 5 Informação no sinal de vídeo para uma linha de varredura.. Linhas por quadro: o número de linhas em uma imagem deve ser grande, para que se tenha um grande número de elementos de imagem e, portanto, maiores detalhes. Entretanto, outros fatores limitam a escolha e foi fixado em 525 linhas para um quadro, no sistema de TV preto e branco. Este é um número ideal para a largura de 6MHz de um canal de radiodifusão de televisão. Quadros por segundo: O movimento vertical é necessário para que haja a separação entre as linhas horizontais. O tempo para a varredura completa de um quadro de 525 linhas é 1/30s. Logo, as imagens são repetidas com a freqüência de 30 quadros por segundo. 14

15 A Figura 2 mostra o princípio da varredura intercalada. Figura 6 O princípio da varredura intercalada. No primeiro campo, admitindo-se que no início o feixe eletrônico está na parte inferior à direita da tela. O tempo correspondente a essas 20 linhas é conhecido como Retorno do Primeiro Campo. A seguir, inicia-se a varredura efetiva do primeiro campo: o feixe traça linhas desde a linha 21 até a metade da linha 263, quando se atinge o centro da borda inferir da tela e se inicia o retorno do segundo campo, que também corresponde a 20 linhas. 15

16 Assim, na metade da linha 283, o feixe está no centro da borda superior da tela e inicia-se a varredura efetiva do segundo campo, de tal modo que no fim da linha 525 o feixe volte ao canto inferior à direita da tela. Como se pode observar, a informação completa de um quadro é obtida pelo intercalamento das linhas de dois campos. Figura 6 O princípio da varredura intercalada. 16

17 Freqüência de Varredura: A freqüência de varredura vertical é de 60Hz, ou seja, com essa freqüência o feixe de elétrons completa seu ciclo de movimento vertical, desde cima até embaixo e retorna para cima. Assim, o tempo para varredura vertical é de 1/60s. Figura 7 Informação no sinal de vídeo para uma linha de varredura.. O número de linhas horizontais varridas em um campo vertical é metade das 525 linhas, ou seja temos 262,5 x 60 = linhas/s. Assim, o circuito de deflexão horizontal dos tubos de imagem e de câmera operam a Hz. 17

18 Como foi visto, conclui-se que a imagem de televisão é o resultado de dois sistemas de deflexão: Resumo Fonte: Deflexão vertical É o movimento do feixe de cima para baixo, com posterior retorno para cima. Como este movimento corresponde a um campo, conclui-se que a freqüência de deflexão vertical é f V = 60Hz. Assim sendo, o período da deflexão vertical é T V = 16,67ms, sendo que o tempo correspondente ao retorno (20 linhas) é de 1,27ms. Deflexão horizontal É o movimento do feixe da esquerda para a direita, com posterior retorno para a esquerda. Como um quadro possui 525 linhas e tem-se 30 quadros por segundo, conclui-se que a freqüência de deflexão horizontal é f H = 525 x 30 = 15750Hz. Assim sendo, o período da deflexão horizontal é T H = 63,5μs. A norma prevê 16% de T H para o tempo de retorno horizontal, ou seja: 10,16μs. 18

19 Resumo Fonte: Dependendo se o sistema de deflexão é eletrostático ou eletromagnético, pode-se associar ao movimento de varredura uma forma de onda dente de serra de tensão ou de corrente. As figuras 3a e 3b mostram os dentes de serra correspondentes, respectivamente, à deflexão horizontal e à deflexão vertical. Figura 8 Deflexão horizontal e vertivcal. 19

20 Resumo Quando um canal de televisão quer transmitir um sinal para sua TV ou quando seu videocassete quer exibir o filme da fita em sua TV, o sinal precisa se compor com os dispositivos eletrônicos que controlam os feixes para que a TV possa pintar precisamente a imagem que o canal de TV ou o videocassete envia. Depois, o canal de TV ou o videocassete envia um sinal bem conhecido para a TV que contém três partes diferentes: Informação de intensidade para o feixeo pintar cada linha; Sinais de resolução horizontal para informar à TV quando movimentar o feixe de volta para o final de cada linha; Sinais de resolução vertical 60 vezes por segundo para mover o feixe do canto inferior direito para o esquerdo superior. 20

21 Um sinal que contém esses três componentes - informação de intensidade, resolução vertical e resolução horizontal - é chamado de sinal de composição de vídeo. Uma linha de um sinal de composição de vídeo comum é parecida com isto: Um pulso de resolução vertical é similar ao pulso horizontal, mas dura de 400 a 500 microssegundos. O pulso de resolução vertical é serrilhado com pulsos de resolução horizontal para manter o circuito de resolução horizontal na TV sincronizado. Figura 5 Informação no sinal de vídeo para uma linha de varredura.. 21

22 Os sinais de resolução horizontal são pulsos de 5 microssegundos (abreviado como "μs" na figura) a zero volt. A eletrônica dentro da TV pode detectar esses pulsos e usá-los para disparar a resolução horizontal do feixe. O sinal real para a linha é uma onda que varia entre 0,5 volts e 2,0 volts, com 0,5 volts representando o preto e 2 volts representando o branco. Este sinal controla o circuito de intensidade para um feixe de elétron. Em uma TV preto e branco, esse sinal pode ocupar cerca de 3,5 MegaHertz (MHz) da largura de banda, ao passo que em um aparelho colorido o limite é de cerca de 3,0 MHz. 22

23 Qualidade de Imagem Supondo que a imagem reproduzida foi sincronizada para permanecer estável, ela também deve apresentar alto brilho, forte contraste, detalhes nítidos e proporções corretas de largura e altura, sendo requisitos para aparelhos monocromáticos e a cores. A imagem em cores deve apresentar corres fortes, ou saturação, como as tonalidades ou matrizes de cores. Brilho: é a intensidade média ou geral de iluminação na imagem reproduzida. Contraste: é a diferença de intercedida entre as partes pretas e bancas na imagem reproduzida. O sinal de vídeo é que determina o controle da imagem. 23

24 Qualidade de Imagem Detalhe: a qualidade dos detalhes, também chamada resolução ou definição, depende do número de elementos de imagem que podem ser reproduzidos. Os sistemas comerciais apresentam no máximo 150 mil elementos de imagem (TV A). Todos os sistemas reprodutores de imagem possuem limitações. O menor detalhe capaz de ser reproduzido por um determinado sistema é denominado elemento de imagem, ou pixel (picture element). A resolução de um sistema é especificada pelo número de pixels que ele reproduz. Por exemplo, o antigo cinema de 16mm, do qual se originou a TV em preto-e-branco, possui uma resolução de 125 mil pixels. 24

25 Qualidade de Imagem 25

26 Característica impressionante do cérebro humano em relação à televisão se você dividir a imagem parada em uma coleção de pequenos pontos coloridos, o cérebro vai reagrupar os pontos em uma imagem significativa Se você ficar de 3 a 4,5 metros de distância de seu monitor, entretanto, seu cérebro será capaz de reunir os pontos na imagem e você verá claramente que é a carinha do bebê. Ficando à distância, os pontos ficam pequenos o suficiente para que seu cérebro possa integrá-los, formando uma imagem reconhecível. 26

27 Característica impressionante do cérebro humano em relação à televisão Se você divide uma cena em movimento em uma seqüência de imagens paradas e mostra a imagem parada em uma rápida sucessão, o cérebro vai reagrupar as imagens paradas em uma única cena em movimento. Juntando habilmente 15 ou mais diferentes quadros por segundo, o cérebro os integra em uma cena em movimento. 27

28 Qualidade de Imagem No caso da televisão, o menor detalhe capaz de ser reproduzido na vertical seria correspondente à espessura de uma linha. Fator de Kell, que estabelece o número efetivo de linhas na vertical, o seu valor é K = 0,65. Exemplo: Um quadro de televisão possui efetivamente 485 linhas, pois 40 são perdidas durante o retorno dos dois campos. Então, o número efetivo de pixels na vertical é conseguido pela equação 0,65 x 485 = 315. Admitindo-se pixel quadrado, conclui-se que o número total de pixels na horizontal seria 315 x (4/3) = 420. Finalmente, pode-se concluir que a resolução da televisão é 315 x 420 = pixels, ou seja, é praticamente idêntica à resolução do antigo cinema de 16mm. 28

29 Qualidade de Imagem Nível de Cor: A informação de cor é, na realidade, superposta à imagem monocromática, em quantidades determinadas pela amplitude do sinal de crominância de 3,58MHz, como será visto. Figura 9 Resoluções disponíveis comercialmente. 29

30 Os canais de TV do padrão M A faixa de freqüência alocada a uma estação para transmissão é chamada de canal. Cada estação (nos sistemas NTSC ou PAL-M) possui um canal de 6MHz alocado em uma das seguintes bandas: 1. Canais baixos de VHF (2 a 6), de 54 a 88 MHz 2. Canais altos de VHF (7 a 13). De 174 a 216 MHz 3. Canais de UHF (14 a 83), de 470 a 890 MHz 30

31 Os canais de TV do padrão M No padrão M, estabeleceu-se para cada canal de transmissão uma banda de 6MHz. A Tabela 1 mostra a distribuição dos canais aéreos e a respectiva nomenclatura nas faixas de VHF e UHF. 31

32 Os canais de TV do padrão M O sinal de vídeo modula em AM (amplitude modulada) uma portadora de vídeo (f PV ) localizada a 1,25MHz do início do canal. A modulação é do tipo AM-VSB ( vestigial side band ou banda lateral vestigial): a banda lateral superior é completa e transmite-se apenas 0,75MHz da banda lateral inferior A informação de vídeo ocupa uma largura de faixa de 4,2MHz. Para uma modulação AM DSB seria inviável pois a banda modulada seria de 8,4MHz. Uma transmissão em AM SSB seria inviável na construção filtros que produzem distorções nas fases de baixas frequências. 0,75 LSB P v 3,58 4,0 USB 4,5 SC P a 0: ínicio do canal 1,25: portadora de vídeo 4,83: sub-portadora de croma 5,75: portadora de áudio 6: fim do canal A transmissão em AM VSB consiste em transmitir a banda superior (USB) por completa e um vestígio da banda inferior (LSB) de aproximadamente 0,75MHz. 0 0,5 1,25 4,83 5,75 6 MHz Figura 10 Distribuição de freqüências em um canal do padrão M 32

33 Os canais de TV do padrão M P v P a 0,75 3,58 4,5 SC 4,0 LSB USB 0 0,5 1,25 4,83 5,75 6 MHz Figura 10 Distribuição de freqüências em um canal do padrão M Para a transmissão do sinal de áudio, utiliza-se uma portadora (f PS ) localizada 4,5MHz acima da portadora de vídeo. O sinal de áudio modula a portadora de som em FM (freqüência modulada) com desvio de freqüência de 25kHz. Note-se que, no receptor de TV, a informação de áudio é obtida através de uma interportadora de som de 4,5MHz gerada pela diferença entre f PV e f PS. 33

34 Os canais de TV do padrão M 10 db Ma máx = 87,5 % ou 18dB 10 db 55,25 MHz Portadora de Video 4,5 MHz 59,75 MHz Portadora de Audio Figura 12 Portadoras De Áudio E Vídeo Em Canal De TV Sem Modulação 4,5 MHz 3,58 MHz 55,25 MHz Portadora de Vídeo AM - Ma 87,5% ou 18dB 58,83 MHz Sub-portadora de croma 59,75 MHz Portadora de Audio FM - 25KHz desvio Figura 13 Portadoras De Áudio E Vídeo Em Canal De TV Com Modulação 34

35 Figura 13 Aspecto da portadora de vídeo (f PV ) modulada pelo sinal de vídeo. 35

36 PA Características PV Principais PV PA Os canais de TV PV-4,5MHZ do padrão PA+4,5MHZ M PV-9MHZ PV-13,5MHZ PA PA+9MHZ PA+13,5MHZ PV-9MHZ PV-13,5MHZ PV PV-4,5MHZ PA+4,5MHZ PA+9MHZ PA+13,5MHZ PV PA ESTÁGIO DE EXCITAÇÃO ESTÁGIO DE POTÊNCIA FILTRO DE SAÍDA SAÍDA DE RF PARA ANTENA VHF / UHF (SINTONIA - BANDA) (SINTONIA - BANDA) PA PV (SINTONIA - CANAL) OL - FI FILTRO PASSA BANDA (SINTONIA - CANAL) FI OL FI + OL OL - FI RF MISTURADOR OL 41,25 45,75 FI FI FI MODULADOR AV / FI V A ENTRADA DE VIDEO 1Vpp / 75Ω ENTRADA DE AUDIO 0dBM / 600Ω BALANCEADO OSCILADOR LOCAL (SINTONIA - CANAL) PA: PORTADORA DE ÁUDIO (ex. CH02: 59,75MHz) PV: PORTADORA DE VÍDEO (ex. CH02: 55,25MHz) FI: FREQUÊNCIA INTERMEDIÁRIA OL: FREQUÊNCIA DE OSCILADOR LOCAL (ex. CH02: 101MHz) Figura 14 Transmissor de TV Básico 36

37 PV PA Os canais de TV do padrão M PV PA Figura 15 Receptor de TV Básico AMPLIFICADOR DE RF (VHF / UHF) FILTRO PASSA BANDA (SINTONIA - CANAL) PV PA AMPLIFICADOR DE RF (VHF / UHF) ENTRADA DE RF DA ANTENA VHF / UHF RF MISTURADOR OL S RF OL RF + OL OL - RF FILTRO PASSA BANDA (SINTONIA - FI) 41,25 45,75 DEMODULADOR FI / AV FI V A SAÍDA DE VIDEO SAÍDA DE AUDIO FI OL - RF OSCILADOR LOCAL (SINTONIA - CANAL) PA: PORTADORA DE ÁUDIO (ex. CH02: 59,75MHz) PV: PORTADORA DE VÍDEO (ex. CH02: 55,25MHz) FI: FREQUÊNCIA INTERMEDIÁRIA OL: FREQUÊNCIA DE OSCILADOR LOCAL (ex. CH02: 101MHz) 37

38 Curiosidade: 38

39 Curiosidade: Imagem 1 Imagem 2 Imagem 3 39