Universidade de Pernambuco Escola Politécnica de Pernambuco TV Analógica e Digital O sistema de TV em cores Prof. Márcio Lima E-mail:marcio.lima@poli.br 15.04.20014
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
Características Principais Figura 2: Sensibilidade dos cones do olho humano. 3
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
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
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
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
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
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
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 3,579545 MHz (NTSC) ou 3,575611 MHz (PAL-M), ambos aproximadamente 3,58 MHz. O sinal de crominância é geralmente chamado de sinal U e Sinal V. 10
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 3,579545 MHz (NTSC) ou 3,575611 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
O Sinal de Cor de 3,58 MHz 23
Video Composto 24
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
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
Tela de TV Colorida A figura a seguir mostra como a máscara de sombra funciona: 27
Tela de TV Colorida 28