Sistemas de Comunicações TELEVISÃO ANALÓGICA. Fernando Pereira Paula Queluz. Instituto Superior Técnico

Transcrição

1 TELEVISÃO ANALÓGICA Fernando Pereira Paula Queluz Instituto Superior Técnico

2 A caixa que mudou o mundo Porque uma imagem vale mais do que mil palavras!

3 Televisão: o Objectivo Transferência à distância de informação visual e auditiva usando sinais eléctricos onde muitos (?) utentes consomem (simultaneamente?) o mesmo conteúdo.

4 História da Televisão: a Primeira Fase John Baird demonstra a possibilidade de transmitir contornos de objectos simples John Baird demonstra o primeiro sistema de televisão monocromática John Baird demonstra o primeiro sistema de televisão a cores Bell Labs demonstram o primeiro sistema de televisão a cores em que as cores primárias são transmitidas em paralelo Jogos Olímpicos de Berlim - Primeira emissão TV de grande potência França, Inglaterra, Alemanha e EUA iniciam emissões regulares de TV monocromática (baixa definição) FCC normaliza o sistema de TV monocromática com 525 linhas CCIR não consegue chegar a acordo sobre as normas para a TV monocromática. 1951/52 - Aparece na Europa a TV monocromática com 625 linhas FCC normaliza o sistema de TV a cores, NTSC. Março Início das emissões regulares de TV monocromática, em Portugal Coroação da Rainha Isabel II - Primeira transmissão em directo em rede europeia Na Alemanha aparece o sistema de TV a cores, PAL Em França é apresentado o sistema de TV a cores, SECAM Jogos Olímpicos de Tóquio - Primeira transmissão em directo, via satélite, de TV monocromática.

5 História da Televisão: a Segunda Fase Inicia-se no Japão o estudo da televisão de alta definição Atribuição pela WARC de canais de 27 MHz para transmissão de TV, via satélite. Março Início das transmissões regulares de TV a cores - PAL - em Portugal Primeira demonstração pública do sistema Japonês de alta definição - MUSE É criado na Europa o sistema MAC para a difusão directa de TV, via satélite A Europa decide criar o seu sistema de alta definição para combater a 'invasão Japonesa' - HD-MAC Primeiro protótipo para o sistema MUSE Jogos Olímpicos de Seúl - Transmissão em directo via satélite usando o sistema MUSE Início das emissões regulares de alta definição no Japão Campeonato do Mundo de Itália - Primeira demonstração do sistema europeu de alta definição HD-MAC Jogos Olímpicos de Barcelona - Demonstração em larga escala do sistema HD-MAC Os EUA preparam-se para escolher o primeiro sistema completamente digital de televisão A televisão digital ganha terreno... muito rapidamente Norma MPEG-2 é finalizada Projecto DVB desenvolve as especificações técnicas que complementam as normas MPEG Televisão interactiva começa a ganhar forma Portugal atribui licenças para TV digital terrestre para arrancar em Agosto de

6 Nós, os Utentes É preciso não esquecer que os serviços de comunicação audiovisual devem, acima de tudo, cumprir a missão de SATISFAZER O UTENTE FINAL. É fundamental levar em conta as características do Sistema Visual Humano, nomeadamente: A facilidade em adquirir a ilusão de movimento. A capacidade limitada de ver informação espacial. A menor sensibilidade à cor em relação ao brilho/luminância.

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8 Nós, os Utentes É preciso não esquecer que os serviços de comunicação audiovisual devem, acima de tudo, cumprir a missão de SATISFAZER O UTENTE FINAL. É fundamental levar em conta as características do Sistema Visual Humano, nomeadamente: A facilidade em adquirir a ilusão de movimento. A capacidade limitada de ver informação espacial. A menor sensibilidade à cor em relação ao brilho/luminância.

9 Acuidade visual A α B Para conseguir distinguir A de B é necessário que α > α min ~ 0.5 minutos. é possível reproduzir uma imagem através de um número finito e contínuo de linhas, suficientemente próximas. Acuidade visual: V=1/ α min

10 Nós, os Utentes É preciso não esquecer que os serviços de comunicação audiovisual devem, acima de tudo, cumprir a missão de SATISFAZER O UTENTE FINAL. É fundamental levar em conta as características do Sistema Visual Humano, nomeadamente: A facilidade em adquirir a ilusão de movimento. A capacidade limitada de ver informação espacial. A menor sensibilidade à cor em relação ao brilho/luminância.

11 Sistema Visual Humano (SVH) Imagens são focadas na retina. Retina: arranjo bidimensional de células fotoreceptoras (luz impulsos eléctricos) Acuidade visual: depende da densidade de células fotoreceptoras (Exemplos: Homem 0.5 min; Falcão 0.2 min) Dois tipos de células fotoreceptoras: Cones (sensibilidade à cor) Bastonetes (sensibilidade ao brilho ) no. de cones (visão diurna ou fotópica) no. de bastonetes (visão nocturna ou escotópica) Gama de intensidades visíveis (mas de cada vez)

12 Sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

13 O Espectro Visível Espectro visível: nm (λ) THz (f) λ= c/f [m] com c = km/s

14 Classificação dos Sistemas de Televisão Tipo de informação Monocromático (Y) Policromático (Y,U,V) Estereoscópico (2 Y,U,V) Definição da imagem Baixa definição - menos de linhas/imagem Média definição - cerca de linhas/imagem Alta definição - mais de 1000 linhas/imagem Modo de transmissão Radiodifusão (terrestre) Cabo Satélite Linha telefónica (ADSL) Móvel (UMTS)

15 TELEVISÃO MONOCROMÁTICA

16 Pré-História da Televisão: : o Disco de Nipkow O disco de Nipkow é opaco, com um conjunto de orifícios de pequeno diâmetro, cujos centros se dispõem sobre uma espiral, com passo igual à altura da imagem e mantendo entre si uma distância igual à largura da imagem a analisar. A imagem é iluminada de um lado, ficando o disco de Nipkow entreposto entre a imagem e uma lente que concentra, numa célula fotoeléctrica, a porção de luz que passa através dos orifícios.

17 O que vemos na TV monocromática: : a Luminância O fluxo luminoso radiado por uma fonte luminosa com o espectro de potência G(λ) é dado por: Φ = k G(λ) y(λ) dλ [lm ou lumen] com k=680 lm/w onde y(λ) é a função de sensibilidade média do olho humano O modo como a potência radiada se distribui pelas diferentes direcções é dado pela intensidade luminosa: J L = dφ /dω [lm/sr ou vela (cd)] O fluxo luminoso radiado, por ângulo sólido, por unidade de área - brilho ou luminância - é dado por: Y = dj L / ds [lm/sr/m 2 ] Esta grandeza, que oferece uma medida de quanto brilhante a fonte parece (aos nossos olhos) ser, é o sinal utilizado em TV monocromática.

18 A importância da luminância resulta do facto de os observadores considerarem que a projecção num plano dos seus valores correspondentes a um conjunto de fontes ser uma boa reprodução da realidade observada.

19 Sensibilidade Média do Sistema Visual Humano Rendimento luminoso para vários tipos de lâmpadas a 220 V Tipo de lâmpada Potência (W) Fluxo luminoso (lm) Rendimento (lm/w) Incandescente Incandescente Incandescente Vapor mercúrio Vapor mercúrio Fluorescente Fluorescente Intensidade luminosa J L = dφ /dω= = 1380/4π= = cd potência em W Um mau rendimento é consequência do espectro de potência da radiação emitida ter apenas uma pequena fracção da potência no espectro visível.

20 Televisão: o Objectivo Transferência à distância de informação visual e auditiva usando sinais eléctricos onde muitos (?) utentes consomem (simultaneamente?) o mesmo conteúdo.

21 Nós, os Utentes É preciso não esquecer que os serviços de comunicação audiovisual devem, acima de tudo, cumprir a missão de SATISFAZER O UTENTE FINAL. É fundamental levar em conta as características do Sistema Visual Humano, nomeadamente: A facilidade em adquirir a ilusão de movimento. A capacidade limitada de ver informação espacial. A menor sensibilidade à cor em relação ao brilho/luminância.

22 A Ilusão de Movimento: Resolução Temporal A informação visual corresponde a um sinal 3D (xyz) a variar no tempo (t) que tem de ser transformado num sinal 1D no tempo que possa ser transmitido através dos canais disponíveis. Na recepção, a informação é visualizada num espaço 2D resultante da projecção (na aquisição) no plano da câmara. O sinal 2D é amostrado no tempo a uma frequência tal que se consiga adquirir a ilusão de movimento para os conteúdos usuais. Esta ilusão melhora à medida que aumenta a frequência de imagem. A experiência mostra que é possível conseguir uma boa ilusão de movimento a partir de cerca de imagens por segundo, dependendo do conteúdo mais ou menos rápido da imagem.

23 De 2D para 1D: o Varrimento A transformação do sinal 2D no plano da câmara num sinal 1D a transmitir no canal é feita através do varrimento da imagem em linhas, de cima para baixo e da esquerda para a direita (como a leitura). Esta sequência de varrimento é determinada a priori e logo é conhecida pelo emissor e pelo receptor. Como não existia no início capacidade de memorizar informação, a aquisição, transmissão e visualização são praticamente simultâneas.

24 A Imagem 2D A imagem 2D é caracterizada por: Número de linhas/imagem fortemente condicionado pela acuidade visual Factor de forma ou relação largura-altura - para dar ao observador uma sensação de maior envolvimento com a acção, a imagem é mais comprida do que alta já que esse é o formato dos nosso olhos e na vida real a maior parte da acção se passa na horizontal (4/3 ou 16/9) Número de elementos de imagem/linha - para igual resolução vertical e horizontal, depende do número de linhas/imagem e do factor de forma.

25 Acuidade visual A α B Para conseguir distinguir A de B é necessário que α > α min ~ 0.5 minutos. é possível reproduzir uma imagem através de um número finito e contínuo de linhas, suficientemente próximas. Acuidade visual: V=1/ α min

26 Acuidade Visual versus Número de Linhas A acuidade visual é a capacidade do olho distinguir ou resolver detalhe (informação espacial) numa imagem. Mede-se com a ajuda de imagens especiais, designadas miras. A acuidade visual determina o número mínimo de linhas que a imagem deve ter para que o observador colocado a uma dada distância não as distinga ou seja tenha uma sensação de continuidade espacial. O número máximo de linhas que o sistema visual humano consegue distinguir numa mira de Foucault é dado por N máx ~ 3400 h / d obs Para d obs /h ~ 8 tem-se N máx ~ 425 linhas tgα α α α=d min /d obs N=h/d min α

27 O Factor de Kell O fenómeno associado ao Factor de Kell só se verifica na direcção vertical por ser a única em que a informação é representada de forma discreta. Quando se reproduz em televisão uma mira de Foucault, observa-se uma diminuição da acuidade visual ou seja um observador capaz de distinguir na mira original N barras só consegue distinguir na mira reproduzida KN barras; K é o Factor de Kell e vale aproximadamente 0.7. Quando o número de barras da mira se aproxima do número de linhas de varrimento, a imagem reproduzida depende fortemente da respectiva posição relativa. A consequência do fenómeno associado ao Factor de Kell é que o número de linhas de varrimento tem de ser superior em 1/K ao número de linhas determinado pela acuidade visual (K=0.7 N linhas : )

28 A Cintilação O fenómeno da cintilação ou flicker torna indispensável a adopção de uma frequência de imagem superior à frequência crítica. Para os écrans de TV usuais, a variação da luminância no tempo é exponencial decrescente, com constantes de tempo entre 3 e 5 ms.

29 O Entrelaçamento Para que cada zona da imagem seja suficientemente refrescada, cada imagem é representada como 2 campos, um com as linhas pares e outro com as linhas ímpares. O entrelaçamento resolve o problema da cintilação sem aumentar a largura de banda do sinal já que cada zona do écrã é periodicamente refrescada ao dobro do ritmo.

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31 Fracção útil dos varrimentos horizontal e vertical T u T L # linhas=n 1 # linhas=n 2 # linhas=n 3 # linhas=n 4 Número total de linhas: N T =N 1 +N 2 +N 3 +N 4 Número útil de linhas: N U =N 1 +N 3 Fracção útil do varrimento vertical: α V = N U / N T α V típicos: 0.91 a 0.94 Duração total da linha: T L Duração útil da linha: T U Fracção útil do varrimento horizontal: α H = T U / T L α H típicos: a 0.826

32 Número total de linhas Atendendo à acuidade visual: N u =425 (linhas úteis) Devido ao factor de Kell (K ~ 0.7), N u= N u /K N u = α V N T ; com α V [0.91,0.94] fracção útil do varrimento vertical se α V =0.92 N T =660 Nos sistemas standard N T =625 (Europa: PAL, SECAM) N T =525 (América: NTSC)

33 Sincronismo Horizontal e Vertical Devido às limitações dos dispositivos usados, é necessário que decorra algum tempo entre o final de cada linha e o início da linha seguinte e entre o final de uma campo e o início do campo seguinte -> retornos horizontal e vertical. Estes retornos são assinalados pelos pulsos de sincronismo horizontal e vertical, respectivamente.

34 Sincronismo Horizontal e Vertical (cont.) Retorno Horizontal Retorno Vertical O sincronismo vertical é bastante mais complexo e longo que o horizontal, necessitando de garantir o entrelaçamento adequado dos 2 campos de cada imagem.

35 Correcção do Factor Gama A correcção do factor gama é introduzida para compensar o facto das câmaras e dos tubos de raios catódicos serem dispositivos não lineares. Luminância (Y orig ) Tensão (V 1 ) Tensão (V 2 ~V 1 ) Luminância (Y TV ) Cena real Sendo Y orig a luminância da cena original, a câmara produz à saída uma tensão V 1 = K 1 Y orig γ 1 (γ 1 ~ 0.3-1) Por outro lado, a luminância reproduzida pelo tubo de raios catódicos tem uma variação semelhante Y TV = K 2 V 1 γ 2 (γ 2 ~ 2-3) ou seja a luminância original e reproduzida relacionam-se por Y TV = K 2 K 1 γ 2 Yorig γ 1γ 2 Para obter um gama do sistema entre 1 e 1.3, introduz-se um dispositivo não linear à saída da câmara que faz a correcção do factor gama com γ 1 γ 2 γ cor ~ 1.3

36 O Sinal de Vídeo Composto Designa-se por sinal de vídeo composto o sinal de vídeo incluindo os sinais de sincronismo

37 Porquê Modulação Negativa? Na modulação positiva, o sinal é codificado dedicando a gama entre 0 e 33% do nível máximo ao sincronismo e a restante gama à informação de luminância, com o preto nos 33% e o branco nos 100% do nível máximo. A modulação negativa garante uma maior protecção em termos de relação sinal/ruído aos impulsos de sincronismo e a menor distorção do sinal associada à saturação do modulador ou amplificador.

38 Largura de Banda do Sinal de Vídeo T U Na hipótese de iguais resoluções na horizontal e na vertical, R V =R H, tem-se: N H = α V K A N T (número de elementos de imagem distinguíveis na horizontal) α V K N T - número de elemento de imagem distinguíveis na vertical A - relação largura altura do écran Período da sinusóide: T s =2 T U /N H = 2 α H T L /N H = 2 α H /(f L N H )= 2 α H /(FN T N H ) Se R V =R H, T s =2 α H /(F α V K A N 2 T ) (F: frequência de imagem) LB vídeo ~1/T s =AK α V F N 2 T / (2α H )

39 Modulação do Sinal de Luminância VHF: MHz UHF: MHz A modulação escolhida para o sinal de luminância foi a modulação de amplitude Vestigial Side Band (VSB) por ser bastante eficiente espectralmente e permitir esquemas simples de desmodulação como a detecção de envolvente. A modulação VSB é obtida nos emissores a partir da sinal modulado em amplitude (Double Side Band - DSB), por meio de filtragem adequada. O sinal de áudio é modulado noutra portadora, em AM ou FM (tipicamente FM).

40 A Síntese da Imagem

41 Emissor e Receptor de TV Monocromática

42 TELEVISÃO POLICROMÁTICA

43 As Compatibilidades A TV policromática é mais um desenvolvimento natural na emulação pelas Telecomunicações de capacidades Humanas. Aproveita os desenvolvimentos tecnológicos e tem de garantir compatibilidade sem gastar mais banda. COMPATIBILIDADE DIRECTA (backward) - Uma emissão de TV policromática deve poder ser recebida, a preto e branco, por um receptor monocromático. COMPATIBILIDADE INVERSA (forward) - Um receptor policromático deve poder receber, a preto e branco, uma emissão de televisão monocromática.

44 Um Pouco de Colorimetria Em sistemas aditivos, a soma de todas as cores dá branco e a subtracção de todas as cores dá preto. A Colorimetria demonstra que é possível reproduzir um elevado número de cores através da mistura aditiva de apenas 3 cores primárias, cuidadosamente escolhidas. As cores primárias escolhidas em televisão para gerar todas as outras cores foram Vermelho (RED) Verde (Green) Azul (Blue)

45 Adição e Subtracção de Cores Primárias RGB (Monitores a cores; Câmeras de vídeo) C 1 R CMY M = 1 G (Impressoras a cores) Y 1 B (Supondo cores normalizadas no intervalo [0,1] )

46 Um Pouco de Colorimetria Em sistemas aditivos, a soma de todas as cores dá branco e a subtracção de todas as cores dá preto. A Colorimetria demonstra que é possível reproduzir um elevado número de cores através da mistura aditiva de apenas 3 cores primárias, cuidadosamente escolhidas. As cores primárias escolhidas em televisão para gerar todas as outras cores foram Vermelho (RED) Verde (Green) Azul (Blue)

47 Relembrar... sensibilidade do SVH aos vários comprimentos de onda

48 Utilização dos primários RGB em TV

49 As cores primárias escolhidas em televisão para gerar todas as outras cores foram: R - Vermelho G - Verde B - Azul +

50 Colorímetro O colorímetro é um aparelho de medida utilizado na análise das cores. C Na calibração, escolhe-se C=W (branco de referência) e, na situação de equilíbrio, considera-se R W =G W =B W =1 O observador regula a intensidade dos primários R,G e B, até equilibrar a cor C, i.e., até observar a mesma cor e o mesmo brilho nas duas metades do alvo. Na situação de equilíbrio: C=R C +G C +B C ; R C, G C e B C são designados por coeficientes tri-estímulos de C.

51 Conceitos Básicos de Colorimetria Seja C 1 uma cor tal que: C 1 =R 1 +G 1 +B 1 R 1, G 1, B 1 são designados por coeficientes tri-estímulos de C 1 Lei de Grassmann Se C 1 =R 1 +G 1 +B e C 1 2=R 2 +G 2 +B então: 2 C 1 + C 2 =(R 1 + R 2 ) + (G 1 + G 2 )+(B 1 +B 2 ) Coordenadas Tricromáticas (r,g,b) Seja C=R+G+B; definindo r=r/(r+g+b) g=g/(r+g+b) r+g+b=1 b=b/(r+g+b)

52 Triângulo das cores r+g+b=1 R w =B W =G w r=b=g=1/3

53 Diagrama de Cromaticidade Cores espectrais

54 Diagrama de Cromaticidade da CIE NTSC PAL, SECAM

55 Diagrama de Cromaticidade da CIE Ideal PAL, SECAM

56 Os Vários Primários Primários ideais Vermelho (λ ~ 700 nm) com x ~ 0.74 e y ~ 0.27 Verde (λ ~ 520 nm) com x ~ 0.06 e y ~ 0.84 Azul (λ ~ 430 nm) com x ~ 0.17 e y ~ 0.1 Primários NTSC Vermelho com x ~ 0.67 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.21 e y ~ 0.71 Azul com x ~ 0.14 e y ~ 0.08 Primários PAL Vermelho com x ~ 0.64 e y ~ 0.33 Verde com x ~ 0.29 e y ~ 0.60 Azul com x ~ 0.15 e y ~ 0.06

57 D Matiz (Hue) ) e Saturação (Saturation) D: Matiz (ou cor dominante) de C Saturação da cor C: CW/DW C x w

58 TV Policromática: : a Escolha dos Sinais Os sinais R,G,B não são escolhidos para a transmissão de TV policromática porque não garantem a compatibilidade directa e exigem uma largura de banda tripla da dos sistemas monocromáticos (havia que manter a banda). A compatibilidade directa exige a transmissão do sinal de luminância, Y, que pode ser obtido a partir das componentes primárias através de Y = 0.3 R G B A transmissão da côr exige a escolha de mais 2 sinais que permitam recuperar facilmente os sinais R, G e B para a síntese a cores. OS SINAIS DE CROMINÂNCIA R-Y, B-Y B Y e G-Y G são particularmente interessantes porque permitem a recuperação simples dos sinais R,G,B, garantem a compatibilidade inversa e precisam de menos banda. Dos 3 sinais, escolhem-se os sinais R-Y e B-Y por serem os maiores em módulo.

59 Luminância e Crominâncias... Câmara R G B Y = 0.30R G B B - Y = U R - Y = V ~ 5 MHz ~ 1 MHz ~ 1 MHz Y - Luminância B - Y = U R - Y = V

60 A Análise da Imagem A imagem é analisada recorrendo a 3 tubos de análise, cada um precedido de um filtro com uma resposta espectral adaptada ao espectro dos luminóforos correspondentes no tubo de síntese.

61 De RGB para YIQ ou YUV

62 Síntese da Imagem (Écran CRT Cathode Ray Tube)

63 Síntese da Imagem - CRT (cont.) A dimensão dos triângulos de luminóforos é tal que, à distância normal de visão, se verifica a fusão dos estímulos visuais.

64 Síntese da Imagem Écran de Plasma Os ecrãs de plasma são compostos por uma matriz de células (ou pixéis) cada uma formada por 3 sub-pixéis correspondente às cores vermelho, azul e verde. Essas células contêm um gás, normalmente Xeon ou Néon e estão cobertas por fósforo. A ionização do gás é conseguida aplicando-lhe uma diferença de potencial. Quando isso acontece ocorre a libertação de fotões (na banda do ultravioleta) por parte do gás, que vão interagir com o fósforo contido nas células. Essa excitação produz a libertação de fotões por parte do fósforo.

65 Síntese da Imagem Écran LCD (Liquid-Crystal Display) Esse tipo de ecran consiste num líquido polarizável, controlado electronicamente, dentro de células no meio de placas polarizadoras. Antes de se aplicar o campo eléctrico, as moléculas do líquido encontram-se no estado relaxado. Ao aplicar-se um campo eléctrico, a orientação dessas moléculas varia de acordo com a intensidade do campo, controlando assim a passagem da luz. Nos écrans LCD de matriz activa, existe uma por uma camada de transístores (thin-film transistor - TFT). Esse sistema tem a capacidade de armazenar o estado de cada pixel até que ele seja endereçado novamente, produzindo-se imagens mais nítidas e brilhantes.

66 A Correcção do Factor Gama Para compensar a não linearidade da conversão da luminância em tensão e vice-versa deve fazer-se a correcção do factor gama ou seja Y 1/γ = (0.3 R G B) 1/γ sendo 1/γ o factor gama transmitido Uma vez que cada um dos tubos de cor primária tem uma característica semelhante às dos tubos monocromáticos, é indispensável que o receptor possa reconstituir os sinais R 1/γ, B 1/γ e G 1/γ Para evitar a resolução de equações não lineares, é transmitido o sinal Y = 0.3 R 1/γ B 1/γ G 1/γ o que compromete, em certa medida, a compatibilidade directa.

67 Transmissão da Crominância: Modulação em Quadratura Para poupar banda, os 2 sinais de crominância são modulados em portadoras com a mesma frequência mas desfasadas de 90 o (portadoras em quadratura). Para limitar a saturação do emissor, definem-se os sinais V = (R -Y ) U = (B -Y ) (ambos corrigidos do factor gama) que têm menor amplitude e são filtrados para ter uma banda inferior à do sinal de luminância. O sinal modulado com as crominâncias vem: U cos ω c t + V sen ω c t

68 No Tempo: Do Preto e Branco à Côr

69 E na frequência, quem q bem arruma... Espectro da luminância Espectro da crominância f l frequência de linha f sc frequência da sub-portadora de cor é necessário que f sc =[(2n+1)/2 ] f l

70 Como se impede a visibilidade da sub- portadora de cor nos receptores monocromáticos? Como f sc =(2n+1)/2 f l T l = (2n+1)/2 T sc crominância em oposição de fase em linhas consecutivas valor médio da crominância observada 0 linha n linha n+1

71 Desmodulação da Crominância Para recuperar os sinais de crominância modulantes, multiplica-se o sinal modulado por cos ω c t e sen ω c t e faz-se passar o resultado por filtros adequados. Na modulação em quadratura, um erro (φ ) na fase da portadora na desmodulação provoca misturas indesejáveis dos sinais em fase e em quadratura ou seja em vez de U tem-se U cos φ - V sen φ em vez de V tem-se -V cos φ - U sen φ Diacromia ( alteração ( da cor)

72 A O Vectorescópio Da modulação em quadratura dos sinais de crominância, resulta: U cos ω c t + V sen ω c t = A cos ( 2 π f c t + ϕ) onde A e ϕ são a amplitude e fase da portadora de côr A = ( U 2 + V 2 ) 1/2 ϕ = arctg (V / U ) Determina a saturação da cor Determina a matiz (hue) da cor ϕ

73 Vectorescópio (cont.)

74 O SISTEMA NTSC

75 O Sistema NTSC (National ( Television Standards Committee) No sistema NTSC transmitem-se os sinais I = - 0,27 (B -Y ) (R -Y ) = cos 33 o V - sen 33 o U Q = 0.41 (B -Y ) (R -Y ) = cos 33 o U + sen 33 o V obtidos por transformação linear (rotação de 33 o ) dos sinais U e V. O sistema NTSC aproveita o facto de a sensibilidade visual às variações de côr depender da direcção da variação no diagrama de cromaticidade. Se os sinais de crominância a transmitir representarem variações segundo direcções com diferente sensibilidade, é aceitável que a largura de banda associada seja também diferente.

76 Sensibilidade a Desvios de Côr O olho humano não é igualmente sensível a variações de côr em todas as direcções. Elipses de Mac Adam (representam as áreas de igual percepção à variação da cor) Direcções de máxima e mínima sensibilidade LB I (~ 1.3 MHz) > LB Q (~ 400 khz)

77 O Sinal de Vídeo Composto NTSC no Tempo c (t) = A NTSC cos (2 π f c t + φ) com A NTSC = (I 2 + Q 2 ) 1/2 φ NTSC = arctg (I /Q ) + 33 o (relativamente ao eixo U)

78 O Sinal NTSC na Frequência

79 Separação das Crominâncias em NTSC Para recuperar os sinais de crominância modulantes em quadratura, multiplica-se o sinal modulado por cos ω c t e sen ω c t e faz-se passar o resultado por filtros adequados. A desmodulação com o sinal modulado não deformado e a portadora local sincronizada em frequência e fase tem um desempenho perfeito mas é inatingível na prática. Face a desvios de frequência ou fase da portadora na recepção canais de transmissão introduzindo ganhos diferenciais de amplitude ou fase não é possível recuperar de forma exacta os sinais modulados em quadratura o que se traduz na MISTURA DE CORES (erros de matiz).

80 As Misturas NTSC ou Never Twice the Same Colour Como atrás se viu, na desmodulação em quadratura, se existir um erro de φ na fase da portadora: em vez de Q tem-se Q = Q = Q cos φ - I sen φ em vez de I tem-se I = I -I cos φ - Q sen φ Amplitude da cor recebida mantém-se mas a fase varia (matiz muda)

81 O SISTEMA PAL

82 O Sistema PAL (Phase ( Alternate Line) O sinais de crominância escolhidos são U = (B -Y ) V = (R -Y ) para limitar a saturação no emissor. A crominância é enviada numa portadora de côr, modulada em quadratura pelos sinais U e V, alternando, linha a linha, o sinal de V ou seja Linhas N: c N (t) = U sen (2 π f c t) + V cos (2 π f c t) = A PAL cos (2 π f c t + φ PAL ) Linhas P: c P (t) = U sen (2 π f c t) - V cos (2 π f c t) = A PAL cos (2 π f c t - φ PAL ) com A PAL = ( U 2 + V 2 ) 1/2 e φ PAL = arctg (V / U )

83 O Vectorescópio PAL Linhas N Linhas P Salva N Salva P

84 O Sinal de Vídeo PAL no Tempo

85 O Sinal PAL na Frequência Subportadora de côr

86 A Desmodulação em PAL Admitindo que a informação de crominância é a mesma em 2 linhas consecutivas, se o receptor armazenar o sinal de crominância modulado de cada linha, ao receber a linha seguinte é possível recuperar os valores U e V (modulados) adicionando e subtraindo os sinais de crominância recebido e armazenado ou seja Se a linha armazenada é N: (c N (t) + c P (t)) / 2 = U sen (2 π f c t) (c N (t) - c P (t)) / 2 = V cos (2 π f c t) Se a linha armazenada é P: (c P (t) + c N (t)) / 2 = U sen (2 π f c t) - (c P (t) - c N (t)) / 2 = V cos (2 π f c t)

87 V Trocando misturas de cor por erros de saturação V A N 1- Caso ideal N=Ae jϕ = Acos ϕ + jasin ϕ P=Ae- jϕ = Acos ϕ - jasin ϕ ϕ U U=Re(N+P)/2=Acos ϕ V=Im(N-P)/2=Asin ϕ P 2- Cores recebidas com desvio de fase β N R =N.e jβ P R =P.e jβ N R β N U R =Re(N R +P R )/2=Ucos β= A cos ϕ cos β V R =Im(N R -P R )/2 = Vcos β= A sin ϕ cos β β P P R U ϕ =arctg(u R /V R )= arctg(u/v)= ϕ mesma matiz! A =sqrt(u 2 R + VR 2 )=A cos β cor menos saturada!

88 Modulador PAL

89 Desmodulador PAL

90 O SISTEMA SECAM

91 O Sistema SECAM (Sequentiel ( Couleur a Memoire) O sinais de crominância escolhidos são D R = (R -Y ) D B = 1.5 (B -Y ) A informação de crominância é transmitida sequencialmente no tempo ou seja numa linha um sinal e na seguinte o outro. Os sinais de crominância são modulados em frequência. No SECAM não há misturas de côr uma vez que as 2 crominâncias não coexistem no tempo. A resolução vertical das crominâncias SECAM é cerca de metade em relação ao PAL e NTSC mas não parece haver uma diminuição significativa da qualidade subjectiva. Tal como o PAL, também o SECAM necessita de uma linha de atraso.

92 Todos Diferentes, Todos Iguais

93 Televisão: : Para Onde Está a Evoluir? Televisão analógica monocromática Televisão analógica policromática Televisão digital convencional Televisão de alta definição Televisão estereoscópica Televisão interactiva... em que sistemas de transmissão?

94 Bibliografia Television Technology: Fundamentals and Future Prospects, Michael Noll, Artech House, 1988 Broadcast Television Fundamentals, Michael Tancock, Pentech Press, 1991