Sinais padrões de teste. Profº Cláudio Henrique Albuquerque Rodrigues

Sinais padrões de teste Profº Cláudio Henrique Albuquerque Rodrigues 1

Introdução Desde o inicio das transmissões de TV, imagens e sinais específicos de teste tem sido desenvolvidos afim de fixar padrões para a operação de TV com o melhor desempenho possível. São empregados alguns testes para verificar a camera e o monitor, durante o seu ajuste. Os testes visam tanto a TV monocromática como a TV a cores, especialmente a amplitude e o sinal de croma de 3,58MHz. Serão apresentados os principais métodos utilizados para se testar a qualidade das imagens de televisão. 2

Imagem de teste EIA Esse Gráfico padrão de teste foi desenvolvido nos Estados Unidos pela Associação das Indústrias de Eletrônica (EIA). Sendo formado por várias partes independentes, cada qual com sua função. 3

Imagem Padronizada de teste de EIA. 4

Enquadramento Primeiramente a câmera deve ser apontada para a imagem padrão e ajustada de modo que o gráfico preencha exatamente a área útil da tela. As setas de cor branca, distribuídas ao longo das bordas da figura, visam um perfeito enquadramento das imagens, duas setas na parte superior e outras duas em cada lado. Os ajustes de enquadramento requerem um monitor com varredura menor que a normalmente utilizada, assim permitindo visualizar as extremidades do quadro. 5

Centralização As cruzes brancas nas partes superiores e inferiores da figura indicam um eixo vertical ao longo do centro, utilizado na centralização horizontal. Além disso, as linhas negras nas laterais formam um eixo horizontal pela parte central. Caso a imagem padrão não seja enquadrada e centralizada com precisão, os números indicadores de resolução, impressos na figura perdem o sentido. 7

Linearidade de deflexão É proporcionada pela grande área circular central. Os erros de linearidade são facilmente percebidos, caso o círculo apareça com formato elíptico ou oval. Em televisão, a simples forma de um círculo é de difícil reprodução, pois exige varredura linear. 9

Linearidade de deflexão Na varredura horizontal, existem três quadrados ao longo da linha central da figura, sendo um deles no centro e os outros dois nas laterais. Cada quadrado contém um mesmo número de linhas verticais para igual largura. Quando a linearidade horizontal está perfeita, os três exibem a mesma largura, caso contrário poderiam ficar comprimidos ou expandidos como retângulos. Para se verificar a linearidade vertical, a imagem conta com seis retângulos estreitos, distribuídos em duas colunas, de cima a baixo. Os dois retângulos do meio encontram-se no centro vertical exato da imagem. As dimensões dos mesmos constituem um teste da linearidade vertical. Eles devem ter a mesma altura, em qualquer ponto da tela. 11

Relação de aspecto É possível observar na figura, um quadrado formado por quatro barras com escalas de cinza próximas às bordas do disco branco central. Cada uma dessas barras contém dez níveis de escala em cinza, e sempre que a relação do aspecto está correta (4:3), a figura formada pelas barras constitui um quadrado perfeito. 13

Gama de contraste Os dez níveis numerados de cinza possuem refletâncias que variam de um máximo correspondente ao pico de branco até cerca de um terço deste valor. Sempre que o processamento do sinal de vídeo é linear, podem ser distinguidos dez tons diferentes, do branco ao preto, passando por várias graduações de cinza. 15

Entrelaçamento As barras diagonais em 45º, incluídas no disco central, são utilizadas na verificação do entrelaçamento das linhas de varredura da trama. Quando as linhas pares e ímpares da varredura estão igualmente espaçadas, essas linhas inclinadas aparentam ser contínuas, sem interrupções. Com um entrelaçamento deficiente, as linhas de varredura ficam emparelhadas. Quando duas linhas ficam muito próximas, o espaço em relação ao par seguinte é maior, como resultado as linhas em diagonal aparecem quebradas, com jeito de escada. 16

Resolução Linhas com diferentes espessuras e espaçamentos são usadas para checar a resolução, que pode ser definida como a precisão da imagem em seus detalhes. As linhas verticais são empregadas na verificação da resolução horizontal, e linhas horizontais para verificação da resolução vertical. Os detalhes horizontais são medidos como o número de linhas de resolução que ocupam três quartos da largura da imagem, uma extensão que equivale à altura da imagem. O objetivo é obter números iguais correspondendo à mesma resolução, tanto na horizontal como na vertical. No próximo slide, pode-se observar quadrados de linhas verticais acompanhados pelo número 200, distribuídos ao longo do eixo central do desenho. O valor 200 corresponde a este número de linhas de resolução. Com este espaçamento e esta espessura, duzentas linhas iriam ocupar três quartos da largura da imagem, sempre que é possível distinguir essas linhas individuais na tela, a resolução horizontal vale pelo menos duzentas linhas. 18

Resolução Observando o slide anterior, pode-se ver retângulos formados por traços mais curtos, também assinalados pelo número 200, dispostos em duas colunas. Esses traços, em cada um dos retângulos, estão espaçados de forma a totalizar 200 linhas, caso ocupassem toda a altura da tela. Representam, portanto, uma resolução vertical de 200 linhas. Quanto ao espaçamento entre os círculos concêntricos, no centro do desenho, corresponde a uma resolução de 300 linhas, tanto horizontal como vertical. Nos quatro cantos do desenho, os círculos concêntricos tem um espaçamento que corresponde a uma resolução de 150 linhas. A imagem de teste dispõe ainda de cunhas que permitem verificar a resolução de até 800 linhas. 20

Cunhas de resolução na imagem de teste No próximo slide, há quatro pares de cunhas formadas por linhas convergentes que representam valores crescentes de resolução. Uma de suas utilidades é a análise da linearidade, a qual pode ser considerada perfeita, na vertical, quando as cunhas superiores e inferiores exibem a mesma extensão. O mesmo acontece com as cunhas laterais, quando se pretende verificar a linearidade horizontal. A utilização principal das cunhas, porém, é na análise da resolução. 22

Resolução horizontal Este parâmetro está representado nas cunhas superiores e inferiores. Conforme o próximo slide, a partir de 200, na parte mais larga da cunha, as linhas convergem para uma resolução de 400 linhas, onde a cunha se encontra com o quadrado central. Na cunha adjacente, o espaçamento dá continuidade aos valores de resolução, cobrindo a faixa entre 400 e 800. A resolução pode ser constatada visualmente, observando o ponto em que não é mais possível distinguir uma linha da outra, parecendo estarem fundidas. Isto ocorre em uma resolução de 250 linhas, para uma receptor a cores típico. É possível fazer uma conversão aproximada das linhas de resolução horizontal para a freqüência da faixa de passagem do sinal de vídeo, para isto é feito a divisão das linhas por 80, a resposta é dada em Megahertz da freqüência de vídeo, conforme o exemplo abaixo. 24

Resolução horizontal O fator de conversão de 80 é obtido por simples dedução. Sendo N o número de linhas de resolução, N/2 é o número de ciclos completos das variações do sinal em cada linha da cunha e no espaço entre as linhas. O traço visível leva 53,3μs para completar a varredura horizontal, mais apenas três quartos deste tempo é de real interesse, pois os valores de resolução são dados em termos de altura da imagem, equivalente a três quartos da largura, ou seja, 53,3μs x 0,75 = 40μs, aproximadamente. Então em N/2 ciclos do sinal de vídeo são produzidos em 40μs. Em um ciclo, T = 40μs x (N/2), com isto pode-se concluir que: 25

Resolução vertical Os valores da resolução vertical estão assinalados nas cunhas laterais. Nos receptores comuns, um valor típico é uma resolução de 330 linhas. Uma boa resolução vertical depende principalmente das dimensões do ponto formado pelo feixe de elétrons, sua focalização, e do entrelaçamento das linhas de varredura. 26

Resolução de canto Cunhas semelhantes foram colocadas nos quatro cantos da imagem de teste para avaliar a resolução nesses pontos. Isto porque as extremidades costumam exibir menor resolução nesses pontos. Isto se deve ao fato das extremidades geralmente exibirem menor resolução que o centro, especialmente no caso dos tubos de imagem de maior ângulo de deflexão. Os valores de resolução especificados para os tubos das câmeras de televisão são normalmente fornecidos para o centro e para os cantos da TV. 27

Testes para rastros na imagem O aparecimento de rastros na imagem deve-se principalmente ao problema da distorção de fase nas baixas e médias freqüências de vídeo, inferiores a 100kHz, aproximadamente. Este fenômeno manifestase sob a forma de uma continuidade de uma barra de imagem, após uma brusca mudança para a cor oposta. A exemplo uma grande barra negra pode mostrar manchas à direita, invadindo uma área branca, ou então o branco pode invadir áreas em negro. Pode ser visto um exemplo de rastros de imagem mostrado no próximo slide. 29

Rastros na imagem. 30

Testes para rastros na imagem A causa destes rastros é a distorção de fase existente nas freqüências de vídeo entre 10 e 100kHz. No sinal de vídeo, a distorção de fase aparece como uma inclinação de onda quadrada da informação de imagem. A distorção de fase em um amplificador significa que o deslocamento do ângulo de fase não é proporcional à freqüência. 31

Barras da imagem de teste para análise das manchas No próximo slide, pode-se observar quatro barras negras mais largas, sendo duas no topo e duas na parte de baixo do grande disco central. A freqüência em que a distorção de fase e os rastros podem ser verificados estão relacionadas com a largura dessas barras. Assim, por exemplo, uma distorção em 100kHz provoca um vazamento da barra mais curta, na parte inferior do disco branco. A barra mais longa, que é a segunda a partir do alto, é capaz de indicar a presença de rastros em 30kHz. Esta barra é cerca de um terço mais larga que a barra mais curta, em uma freqüência 0,3 menor. Os valores intermediários são de 50kHz, para a barra mais alta, e de 69kHz, para a segunda barra a partir de baixo. 32

Teste para oscilações de imagem A distorção em freqüência sobre a forma de ganho relativo de algumas freqüência elevadas de vídeo. Geralmente o excesso de ganho costuma acontecer na faixa de 2 à 4MHz. O amplificador quase chega a ser um oscilador, podendo ser excitado em vários ciclos de oscilação por transientes bruscos no sinal de vídeo. O fenômeno de oscilação pode ser visualizado na imagem de teste como uma elevação de contraste em alguns pontos das cunhas verticais. Basta então dividir o numero de linhas de resolução por oitenta para se obter a freqüência em que está ocorrendo a oscilação. No próximo slide pode ser visto um exemplo de oscilação da imagem. 34

Oscilações no sinal. 35

Teste para oscilações de imagem A oscilação da imagem é mais bem vista com um maior contraste, com varias linhas avançando para a direita para cada um dos ciclos de oscilação. Como cada traço individual representa uma freqüência específica, a condição de oscilação torna-se ainda pior onde o surto de energia casa-se com a freqüência em que ocorre o fenômeno, no circuito do amplificador de vídeo. Neste ponto, mais uma vez pode-se converter o número de linhas de resolução para a freqüência de vídeo correspondente, dividindo-o por 80. 36

Teste para oscilações de imagem As oscilações pequenas são toleradas, já que elas melhoram o contraste dos detalhes de alta freqüência, mais exatamente nas bordas verticais dos objetos em cada cena. Quando produz perfis que avançam na área ao redor, porém, a oscilação em excesso é indesejável. A oscilação é geralmente provocada por efeitos espúrios de ressonância no circuito do amplificador de vídeo. 37

Sinais de Monoscópio O monoscópio é um tubo especial para câmeras com uma imagem fixa de teste impressa na placa alvo. As imagens de teste transmitidas durante o dia, nos primórdios da televisão, eram produzidas por monoscópios. O desenho transmitido pelo monoscópio é semelhante, em muitos aspectos, à imagem de teste EIA. Nele estão incluídos círculos para se verificar a linearidade, cunhas de resolução assinaladas com valores de linhas ou freqüência(ou ambos) e escalas de cinza em círculos concêntricos na parte central. Normalmente, o prefixo da emissora também era incluído na imagem. 38

Sinais de Monoscópio Os sinais dos monoscópios não são produzidos por câmeras dirigidas a um gráfico de teste. Utiliza-se em seu lugar um tubo especial para câmera, semelhante ao vidicon. A placa alvo é gravada fotograficamente com trilhas condutoras e isolantes, sob a forma de áreas brancas e negras do desenho. O monoscópio requer grande precisão na linearidade e no sincronismo da deflexão, para que a imagem padrão possa ser usada no ajuste de monitores e receptores. 39

Carta de círculos para verificar a linearidade da câmera Uma referência independente é necessária para se verificar a linearidade da deflexão. Como exemplo, um monitor que apresente uma imagem de teste com um formato oval, sua linearidade deficiente pode ser causada pela câmera ou pelo monitor. Caso a deflexão do monitor seja ajustada para reproduzir um círculo e a não-linearidade esteja localizada na câmera, o problema de linearidade voltará a surgir assim que for empregada outra fonte de sinal. O monitor, no entanto, pode ser analisado independentemente pela utilização de sinais eletrônicos de teste que comprovem a linearidade. Utiliza-se, mais especificamente, um gerador de linhas cruzadas para este fim. O padrão de linhas cruzadas é formado por varias linhas brancas horizontais e verticais, igualmente espaçadas, sobre um fundo negro. 40

Carta de círculos para verificar a linearidade da câmera O padrão de linhas cruzadas é uma referência independentemente para a verificação de linearidade porque o espaçamento igual entre as linhas é produzido por sinais que são múltiplos exatos das freqüências H e V de varredura. A exemplo pode-se citar o gerador de barras coloridas, que também produz o padrão de linhas cruzadas. São geradas 17 barras verticais e 14 horizontais, a partir de osciladores operando a uma freqüência de 315KHz à 900Hz, respectivamente. O oscilador de 315KHz produz 20 barras verticais, já que 315 equivalem a 20 vezes a taxa de varredura horizontal(15.750hz). Contudo, três barras ocorrem durante o tempo de apagamento horizontal, o que resulta em 20-3 = 17 barras visíveis. 41

Carta de círculos para verificar a linearidade da câmera Da mesma forma, o oscilador de 900Hz gera 15 barras horizontais, já que 900/60 = 15, uma delas, no entanto, ocorre durante o tempo de apagamento vertical, restando 14 barras visíveis na horizontal. No próximo slide, podem vistos dois exemplos de má linearidade horizontal e vertical, em um padrão de linhas cruzadas. 42