Sinais padrões de teste. Profº Cláudio Henrique Albuquerque Rodrigues

Transcrição

1 Sinais padrões de teste Profº Cláudio Henrique Albuquerque Rodrigues 1

2 Pulso seno-quadrado. 2

3 Teste com sinais seno-quadrado Esta forma de onda costuma acompanhar o sinal janela, aparecendo então como uma única linha branca vertical com a mesa altura da janela e normalmente posicionada à esquerda. Um osciloscópio ajustado para exibir uma linha horizontal do sinal de vídeo mostra que o sinal seno-quadrado corresponde ao pulso isolado no slide anterior. Seu pico positivo equipara-se ao nível de branco de 100 unidades IRE, enquanto o pulso negativo corresponde ao nível de apagamento. 3

4 Duração de meia amplitude Técnicas de pulsos são empregadas em todos os tipos de sistemas eletrônicos, para se verificar sua resposta em termos de tempo de subida, oscilações e defasagem. Entretanto, os pulsos quadrados de alta freqüência oriunda de um gerador convencional, vão exibir oscilações e outros efeitos, se suas harmônicas se estenderem fora da faixa de um típico sinal de vídeo. 4

5 Duração de meia amplitude Para que esses efeitos sejam relacionados com as distorções da imagem, é preciso dispor de um pulso cujo espectro de freqüência esteja situado dentro da faixa normal de vídeo (4,2 MHz). O sinal senoquadrado é útil devido ao fato que sua gama de freqüências, incluindo a fundamental e todas as suas harmônicas, são determinadas por um único fator denominado duração de meia amplitude (DMA), que é o tempo decorrido entre dois pontos, medido quando o pulso se encontra na metade de sua amplitude de pico. No slide anterior, o valor do DMA é 0,125μs 5

6 Pulso seno-quadrado T O valor de 0,125μs corresponde ao valor de T, este tempo é a DMA de um pulso T que fora escolhido por ser o tempo correspondente a um elemento de imagem. Corresponde a um sinal de vídeo de 4 MHz, com 426 elementos de imagem no tempo e varredura horizontal(não apagado) de 53,3μs. O pulso da figura 17 é um pulso seno-quadrado T, com DMA=o,125μs. Na pratica, este pulso é derivado de uma cosenóide de 4 MHz, com um componente DC que eleva os picos negativos até o nível nulo de apagamento. Os pulsos seno-quadrado T exibem uma resposta em freqüência que cai a 50% em 4MHz e já não tem energia alguma além dos 8MHz. Esses sinais são utilizados na avaliação de sistemas banda larga de vídeo. 6

7 Pulso seno-quadrado 2T Este tipo de pulso tem uma DMA de 0,250μs, equivalendo a dois elementos de imagem. Seu conteúdo harmônico cai pela metade em 2MHz, sendo nulo após os 4MHz. O pulso 2T mostra-se ideal na avaliação de sistemas de vídeo de 4MHz por assemelhar-se ao conteúdo de um típico sinal produzido por câmeras de TV. 7

8 Usando o pulso seno-quadrado Todo amplificador sem qualquer distorção de amplitude, freqüência ou fase, dentro da faixa de 4 MHz, reproduz o pulso 2T intacto, segundo o perfil tracejado no figura (a) do próximo slide. Sua amplitude de pico deve estar situada em 100 unidades IRE, ou seja, quase igual à parte plana do sinal janela. Os pulsos seno-quadrado são utilizados juntamente com este sinal, sob a forma de uma linha branca vertical posicionada à esquerda da janela. 8

9 Utilização do pulso seno-quadrado para se verificar as distorções de freqüência e fase. (a)menos largura de pulso, demonstra distorção de freqüência; (b) Inclinação que indica um adiantamento de fase; (c) A inclinação oposta significa um atraso de fase. 9

10 Teste com sinais seno-quadrado Distorções em freqüência provocadas por valores relativos incorretos das harmônicas de maior ordem dão origem à distorção representada pela linha continua da figura(a) do slide anterior. O pulso tem menos largura, mais continua sendo simétrico. Ele fica mais estreito devido a uma alteração na amplitude relativa de certas harmônicas. No caso da distorção de fase, ocorre uma inclinação ou assimetria, conforme mostrado na figura (b) e (c) do slide anterior. Os pequenos lóbulos que precedem e seguem o pulso são chamados de overshoots, quando são positivos, e undershoots, quando negativos. Ambos produzem múltiplos perfis na imagem. 10

11 Retícula K Para se analisar o pulso seno-quadrado quantitativamente, é usado uma retícula especial no monitor de formas de onda. Um modelo de retícula é mostrado no próximo slide. Tal retícula, chamada de fator K, assinala as fronteiras aceitáveis para o pulso e seus lóbulos menores. Os limites foram determinados por observadores, que designaram valores para a degradação de imagem produzida por sinais de eco gerados artificialmente. Os perfis múltiplos se parecem com os fantasmas da imagem, mais apenas para as linhas verticais. 11

12 Retícula do fator K 12

13 Teste com sinais seno-quadrado Na reticula K, a linha contínua representa um fator K de 4%, ao passo que a tracejada corresponde a 2%. Portanto, quando o pulso reproduzido cai dentro dos limites das linhas tracejadas, o fator K equivale a 2%. Este valor representa uma degradação praticamente invisível da imagem. A retícula K pode ser utilizada com os pulsos seno-quadrado T ou 2T, bastando alterar a base de tempo horizontal do monitor. 13

14 Teste com sinais seno-quadrado Os pulsos T e 2T foram desenvolvidos para sistemas monocromáticos. No caso de sinais em cores, a maior importância recai sobre a distorção apresentada pelas bandas laterais de subportadora de 3,58MHz. Por este motivo, foram desenvolvidos os pulsos 20T e 12,5T, que são mais amplos e modulados na subportadora de cor de 3,58MHz. No pulso 12,5T, com uma DMA = 1,56μs, este tempo corresponde a uma freqüência de vídeo de 640KHz, aproximadamente. Esse valor relativamente baixo está situado logo acima da faixa dos sinais de vídeo em cores, tais como R-Y, B-Y e G-Y. 14

15 Teste com sinais seno-quadrado Além disso, a modulação de 3,58MHz permite avaliar alterações nas amplitudes relativas luminância, crominância, assim como mudanças relativas de fase no sinal de croma. Os efeitos criados pela amplitude de croma alta e baixa podem ser vistos no próximo slide. O efeito de fase adiantada e atrasada de croma aparecem nas figuras (d) e (e) respectivamente. Estes dois últimos exemplos exibem certa inclinação nas formas de onda. 15

16 Utilização do pulso 12,5T modulado para se avaliar a amplitude e fase relativas de croma 16

17 Sinais de teste em degraus Enquanto os sinais seno-quadrado de teste foram concebidos para avaliar as distorções de freqüência e fase, o sinal em degraus é utilizado na avaliação da distorção de amplitude, ou seja, das não-linearidades do sistema. A escada de tensão é gerada eletronicamente e consiste em uma série de barras verticais que têm início no nível de apagamento ou margem do nível de preto e se tornam mais brilhantes em incrementos iguais, da esquerda para a direita. O número de degraus pode variar de uns poucos até o máximo de 10. É possível ver uma escada padronizada composta por seis degraus iguais situada entre o nível de ajuste (7,5 unidades IRE) até o pico de branco (100 unidades IRE) no próximo slide. 17

18 Sinal em degraus. 18

19 Sinais de teste em degraus Como existem seis degraus e cinco elevações, cada uma delas contribui com unidades IRE. Quando a amplificação é linear, todas as elevações permanecem iguais. A compressão nos degraus mais altos indica perda de ganho nas amplitudes de branco, uma distorção não linear de amplitude que pode ser causada pela polarização incorreta em algum amplificador. Além disso, um desvio insuficiente de freqüência em um enlace de microondas para FM poderá surgir como uma redução da elevação superior. Esses transmissores costumam empregar FM como sinal portador de imagem, que é convertido no sinal padrão AM de imagem para a transmissão. 19

20 Sinal escala diferenciado Os monitores de formas de onda profissionais são equipados com um filtro passa-altas especial que pode ser usado na diferenciação do sinal em degraus, a qual tem o efeito de enfatizar as alterações de nível. O resultado, na forma de onda, é o aparecimento de cinco picos na borda anterior de cada elevação. Quando o ganho do amplificador mostra-se uniforme, todos os picos têm a mesma amplitude, e as elevações ficam com seus picos alinhados em um determinado nível de tensão, a fim de facilitar as comparações na tela do osciloscópio. 20

21 Sinal escada modulado Este sinal contém uma amostra de subportadora de cor de 3,58MHz, em uma fase fixa e geralmente na amplitude fica de 40 unidades IRE pico-a-pico. O sinal escada modulado é útil para demonstrar os efeitos de não-linearidade de amplitude em um sinal de cor. Assim, por exemplo, os brancos comprimidos atuam no sentido de comprimir o sinal de croma em seus níveis mais elevados de luminância(y). Neste caso, o amarelo e o turquesa totalmente saturados parecem perder saturação de cor. 21

22 Sinal escada modulado Para se visualizar os efeitos da não-linearidade sobre o sinal escada modulado, uma chave seletora existente no monitor inclui um filtro passa-banda de 3,58MHz em série com a entrada do osciloscópio. Esse filtro remove toda a informação sobre o sinal Y, deixando apenas o sinal de croma. Sempre que a amplificação mostra-se linear, as amplitudes pico-apico da subportadora de 3,58MHz permanecem iguais e equivalentes a 40 unidades IRE, e todas elas exibem a mesma amplitude na tela do osciloscópio. 22

23 Sinal em degraus modulado.

24 Fase Diferencial Embora não seja um fato óbvio, o nível de defasagem em um amplificador pode variar juntamente com seu ponto de operação DC. Assim, por exemplo, a capacitância da junção do emissor tende a aumentar quando a polarização direta é elevada em um amplificador transistorizado. Como resultado do descolamento do ponto de operação, a resposta do ângulo de fase poderá sofrer alterações. Na televisão a cores, a distorção de fase resultante é capaz de provocar uma alteração de matriz entre as partes claras e escuras da imagem. 24

25 Fase Diferencial O sinal escada modulado, com sua fase constante nos bursts de subportadora, em todos os degraus, é utilizado na avaliação da fase diferencial, representada em graus. Mediante o auxílio de um osciloscópio vetorial, esse sinal pode indicar o espalhamento do ângulo de fase em cada um dos degraus. Naturalmente, quanto menor o valor da defasagem, tanto melhor a resposta. Em equipamentos bem projetados, essa especificação costuma ser inferior a 4 graus. 25

26 Sinais de teste no intervalo de apagamento vertical Os testes nos enlaces das redes de transmissão eram feitos à noite, após o término da programação normal. Atualmente, porém, quase não há tempo de desocupar os enlaces de transmissão para fins de teste. Assim sendo, todo o tempo não utilizado no sinal padrão de TV é aproveitado para a inserção de sinais de teste. Um período relativamente longo que pode ser usado é aquele existente no período de apagamento vertical. 26

27 Sinais de teste no intervalo de apagamento vertical O tempo de apagamento vertical inclui 21 linhas horizontais completas em cada campo. As primeiras nove linhas são usadas para o seguinte: 3 linhas para pulsos equalizadores anteriores; 3 linhas para o pulso de sincronismo vertical; 3 linhas para pulsos equalizadores posteriores. 27

28 Sinais de teste no intervalo de apagamento vertical Esses pulsos são necessários para as informações de sincronização vertical. Entretanto 12 linhas horizontais permanecem sem uso dentro do intervalo vertical de apagamento. Elas podem ser usadas para a inserção de sinais de teste, entre os pulsos de apagamento horizontal existentes nesse período. O sincronismo horizontal e o burst de cor incluídos no mesmo não são afetados. 28

29 Sinais de teste no intervalo de apagamento vertical Linhas específicas têm utilizações específicas de teste. Para usar essa informação, os osciloscópios especiais ou monitores de formas de onda incorporam circuitos de chaveamento, a fim de permitir a exibição das linhas desejadas do intervalo de apagamento vertical. Para possibilitar a indicação de linhas especificas, elas são numeradas. O método usual inicia a contagem a partir dos pulsos equalizadores anteriores(linha 1), terminando no final do apagamento vertical(linha 21). No próximo slide é possível ver uma ilustração dos pulsos existentes no intervalo de apagamento vertical. 29

30 Detalhes dos pulsos de sincronismo e apagamento na varredura vertical. 30

31 Sinais de teste no intervalo de apagamento vertical No primeiro campo e em todos os ímpares, a linha 1 inclui os dois primeiros pulsos equalizadores. Esses pulsos e os serrilhados do pulso de sincronismo vertical são repetidos em intervalos de meia linha. Existem três linhas para seis pulsos de equalização anteriores ao sincronismo vertical, o pulso serrilhado de sincronismo vertical toma mais três linhas, assim como os seis pulsos equalizadores seguintes. Após essas nove linhas, a contagem prossegue da linha 10 até a 21, que corresponde ao final do apagamento vertical. No segundo campo e em todos os pares, a linha 1 corresponde à primeira linha completa, e não a uma meia linha. Nesse caso, a linha 1 começa a partir do segundo pulso equalizador e a contagem prossegue então como nos campos ímpares. 31

32 Sinal de teste do intervalo vertical(vits) O próximo slide mostra um modelo de VITS(vertical interval test signal) ou sinal de teste do intervalo vertical, recomendado pelo comitê de transmissão em rede da EIA para o sistema NTSC. O sinal utiliza as linhas 17 e 18 do apagamento vertical dos dois campos. A linha 17 é usada principalmente para o sinal multiburst, que contém freqüências de vídeo de 0,5 à 4,2MHz, ao passo que a 18 conta com o sinal seno-quadrado nos campos ímpares e uma escada modulada nos pares. 32

33 Sinal VITS 33

34 Campos ímpares No slide anterior na figura (a), pode-se observar que o sinal de teste começa com um degrau de branco de 100 unidades IRE, como referencia de amplitude, que é seguido por uma série de bursts de portadores sem modulação, em diferentes freqüências de vídeo. Cada um dos bursts soperpôese a um eixo central que permite à senóide pico-apico variar entre a margem de preto e o pico de branco. As freqüências de burst situam-se em 0,5, 1,5, 2,0, 3,0, 3,6 e 4,2 MHz, a partir da esquerda. 34

35 Campos ímpares Suas amplitudes relativas, quando analisadas em uma tela de TV ou osciloscópio, indicam a resposta aproximada de freqüência ao longo da faixa de vídeo. O restante da linha 17 contém uma barra de referência de branco, com 7,5% de margem de preto. Na figura (b), pode-se ver a linha 18 nos campos ímpares. Essa linha contém um pulso de senoquadrado de teste, seguido por um sinal de barra. Essa barra corresponde a um sinal janela de apenas uma linha. O final da linha 18 contém ainda uma barra com 100% de branco, destinada à calibração de amplitude e referência, como na linha

36 Campos pares Considere agora a linha 17 em campos pares, como se vê na figura (c). Ela também possui o sinal multiburst de teste, a exemplo da linha 17 nos campos ímpares. A linha 18 em campos pares, porém que aparece na figura (d), inclui o sinal escada modulado. Existem 10 degraus no mesmo, cada um deles com uma amplitude pico-a-pico de 20 unidades IRE. 36

37 Observando o VITS Na maioria dos receptores de TV, o VITS quando transmitido pode ser observado ao se girar cuidadosamente o controle de estabilidade vertical, a fim de fazer a imagem rodar para baixo devagar. Os padrões do VITS podem ser então observados nas linhas próximas à parte inferior da barra de apagamento. Caso seja necessário pode-se aumentar a intensidade do brilho. 37

38 Observando o VITS A análise do VITS com osciloscópio requer um instrumento que possa ser sincronizado com o inicio de um campo. O VITS poderá então ser visto, mediante a utilização de uma base de tempo igual ou inferior a 150μs/cm. Será necessário um amplificador de varredura ou uma varredura com retardo para expandir suficientemente as duas linhas horizontais e permitir assim uma boa observação. Os monitores de formas de onda possuem um gerador calibrado de bases de tempo que permite às linhas 17 a 21 serem observadas pela simples seleção por uma chave do painel frontal. 38

39 Sinal de referência do intervalo vertical(virs) A fase do burst de cor é uma das coisas que pode causar problemas no sistema NTSC. Na saída da câmera, o burst de cor é a chave para se corrigir a matriz na linha do sinal que segue o burst. Na existência de vários estágios de processamento do sinal em um longo e complexo enlace, porém, o burst de cor pode ser removido,remodelado e recolocado no sinal composto por um equipamento conhecido por amplificador de processamento. Após uma série de operações como essas, a fase final do burst poderá exibir erros, em comparação com as informações existentes na linha ativa de varredura. O sinal VIRS proporciona uma amostra de fase correta de burst, como resultado um circuito automático de controle da fase pode comparar o sinal com o burst de referencia e corrigir a fase, se necessário. A amplitude do burst de referência é também captada para se corrigir a amplitude da subportadora, em caso de necessidade. 39

40 Sinal de referência do intervalo vertical(virs) Os detalhes a seguir sobre o VIRS podem ser visualizados no próximo slide: Uma barra de croma de 3,58 MHz, sua amplitude picoa-pico é de 40 unidades IRE sobre um eixo de 70 unidades. Os intervalos de tempo assinalados na parte inferior da figura indicam que a largura da referência de croma é de 24μs. Um nível de referencia para luminância de 50 unidades IRE. Esse nível fica ativo durante 12μs. Nível de referência para a margem de preto equivalente a 7,5 unidades IRE, que também permanece ativado por 12μs. 40

41 Detalhes do sinal VIRS 41

42 Sinal de referência do intervalo vertical(virs) O intervalo de tempo total para o sinal VIRS é de 62μs, mais 1,3μs do patamar frontal do sincronismo horizontal, na linha 19 do apagamento vertical. O VIRS não é utilizado no diagnóstico de distorções. Sua função consiste em estabelecer os valores corretos da amplitude e fase de croma, com os níveis de luminância e margem de preto, no momento em que o sinal deixa seu ponto de origem. 42

43 Sinal de referência do intervalo vertical(virs) Pelo fato de fazer parte do sinal transmitido, o VIRS está disponível no receptor NTSC. Vários circuitos já foram desenvolvidos para estabelecer automaticamente a fase da cor para o matiz, assim como o nível de croma, empregando o sinal VIRS como referência. Os ajustes manuais também são incluídos, no entanto, para satisfazer preferências individuais de cor. Tais receptores possuem o chamado controle automático pelo VIRS. Devido ao fato que a correção de fase entre burst e croma é intrínseca ao sistema Pal, os receptores deste sistema não necessitam do sinal VIRS. 43

44 Sinais de comunicações no intervalo de apagamento vertical Das 21 linhas de apagamento vertical, as primeiras nove são empregadas no sincronismo vertical e para os pulsos equalizadores, enquanto as linhas 17, 18 e 19 podem abrigar os sinais VITS e VIRS. Assim sendo, sobram ainda às linhas 10 e 16 para outros usos. Elas se tornaram extremamente úteis em sistemas especiais de comunicação. 44

45 Código SMPTE Os produtores de programas em fitas de vídeo utilizam três linhas por campo, tais como 12, 13 e 14 para armazenar dados sob a forma de um código digital. Esse código foi proposto e padronizado pela Society of Motion Pictures and Television Engineers(SMPTE), sendo utilizado na identificação do material do programa, hora do dia, número de quadros e outras informações sobre a produção. As fitas de vídeo assim codificadas são utilizadas na edição por computador, formando programas completos a partir de cortes separados de produção. Os sinais de códigos estão presentes nas fitas, mas precisam ser removidos antes da transmissão, a fim de se cumprir as regulamentações da FCC, nos EUA. 45

46 Legendas Um dos mais recentes acréscimos ao intervalo de apagamento vertical é um sinal digital que sobrepõe legendas à imagem de TV, visando beneficiar os deficientes auditivos. Um decodificador especial instalado no receptor separa as linhas usadas no transporte de dedos para as legendas. Esses dados são então processados para dar origem a caracteres alfanuméricos. 46

47 Teletexto e Videotexto Outro sistema similar ao de legendas consiste na transmissão de uma quantidade muito maior de dados, permitindo a reprodução de páginas inteiras de caracteres alfanuméricos, sob a forma de texto. Desenhos contendo imagens simples e gráficos também podem ser incluídos. O tempo disponível no intervalo de apagamento vertical pode ser usado para o envio dos dados. Esse processo requer um decodificador instalado no receptor, que separe as linhas específicas e manipule os sinais digitais. Quando os dados são distribuídos sob a forma de sinais de vídeo, o sistema é denominado videotexto. O método que emprega o sinal de radiodifusão de TV ou um sinal por cabo é conhecido por teletexto. 47

48 Bibliografia Grob, Bernard - Televisão e Sistemas de Vídeo. 48