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Conceptos fundamentales de la señal de vídeo

señal de vídeo

La forma más sencilla de crear una imagen en movimiento es presentar una serie de imágenes fijas que reflejen ese movimiento. De forma que si somos capaces de presentar esa secuencia de imágenes con la frecuencia adecuada podremos engañar al cerebro y crear esa sensación de movimiento.
En el cine se utiliza 24 imágenes, fotogramas, por segundo, en TV se utilizan, dependiendo del formato, 25 en el caso del PAL o 30 en el caso del formato NTSC. Para otras aplicaciones el número puede variar. Para aplicaciones de seguridad o copias legales, para certificar lo que se ha emitido, es posible reducir el número de imágenes con lo que se consigue reducir la información que hay que guardar. No es necesario un movimiento continuo, porque en este caso lo que se busca es ver lo que ha sucedido.  Cuando estas imágenes se utilizan en TV se puede observar la mala calidad de este tipo de señales pero evidentemente tiene su utilidad.
En el cine esta claro, es una secuencia de fotogramas, imágenes estáticas, que representan el movimiento de la escena. En el caso de la señal utilizada en TV es un poco más complejo, independientemente de si se trata de una señal analógica o digital y la forma de captar esa señal, CCD´s, filtros dicroicos, etc., es necesario tratar esa imagen fija para que lo puedan interpretar los diferentes equipos de procesado.
Para ello es necesario realizar un barrido de iz-quierda a derecha, el numero de líneas viene determinado por el formato de vídeo utilizado, 625 líneas en PAL y 525 líneas en NTSC. Como las líneas son impares para evitar problemas este barrido se realiza en dos fases, quedando dividida la imagen en dos campos, en uno se exploran las líneas pares y en el otro las impares. Con esto se consigue, en cierto modo, una sensación equivalente a doblar el número de imágenes. Para solucionar el problema de que trabajemos con un numero impar de líneas es que en un campo se empiece a mitad de línea y en el otro se termine a mitad de línea.
Este método de exploración tiene bastante complejidad, porque hay que tener en cuenta que siempre hay que realizar la exploración en el mismo punto y sobre todo que, en el peor de los casos, en casa del usuario ese punto tiene que estar situado en el mismo sitio de la imagen. Esto se soluciona con un robusto sistema de sincronización, tanto en horizontal como en vertical, para que la imagen se pue-da presentar correctamente en todos los sitios.
De forma sencilla se podría explicar que con el impulso de sincronismo horizontal estamos haciendo algo similar a lo que sucede en una maquina de escribir u ordenador, es decir cuando llega a final de línea, damos la orden de volver a empezar. De forma análoga, con el impulso de sincronismo vertical, cuando llegamos al final de la hoja damos la orden de empezar otra hoja.
El número de líneas y el número de imágenes viene determinado por la capacidad del ojo y el cerebro de rellenar el espacio entre líneas e imágenes para conformar esa imagen en movimiento. Posteriormente estos datos están relacionados con las diferentes frecuencias que intervienen en la señal de vídeo, impulso de sincronismo horizontal, vertical, subportadora de color, etc… Y la facilidad para obtener patrones sencillos de recuperar, sobre todos en equipos audiovisuales no profesionales como en las TV que los usuario tienen en casa.
Por ejemplo, la frecuencia de la red eléctrica es importante, porque se puede utilizar como un patrón de referencia, en Europa se utiliza una frecuencia de 50 Hz., de ahí que en el sistema PAL, utilizado sobre todo en Europa, la imagen este formado por 25 imágenes por segundo. Cada imagen a su vez esta formada por dos campos de 312,5 líneas formándose la imagen total con la exploración entrelazada de esos dos campos.
Cuando estamos hablando de una imagen que procede de una misma fuente, no hay problema porque la sincronización es perfecta, el problema sucede cuando la imagen se obtiene desde diferentes fuentes, en ese caso es necesario que todas estén perfectamente sincronizadas, para que en todo momento la exploración de la imagen esté en el mismo punto que estamos explorando para conformar la imagen final. Por ejemplo, si estamos en un estudio de TV con tres cámaras que están recogiendo imágenes de dos presentadores, la señal generada por esas cámaras tienen que estar perfectamente sincronizadas para que cuando el realizador pase de una cámara a otra, la señal producida no sufra ningún salto, es decir, que coincidan las líneas, sincronización vertical, y la posición de la imagen en horizontal.

Formatos de señales de vídeo analógico

Las señales de vídeo analógico pueden ser de dos formas: señal de vídeo compuesto, en una única señal se envía toda la información necesaria, luminancia, color, sincronismos, etc… O señal de vídeo componentes, en este caso la señal de vídeo se reparte en tres señales que contienen toda la información necesaria.

Señales de vídeo compuesto

Como hemos visto antes, podemos diferenciar tres partes dentro de la señal de vídeo, una que se corresponde con la información obtenida durante la exploración de la imagen, la parte activa de la señal de vídeo y que dura 52 µS y que está formada por la información de luminancia y crominancia, otra parte correspondiente al impulso de sincronismo horizontal que tiene  una duración de 12 µS, por lo que cada línea tiene una duración de 64 µS. Además hay otra zona no visible que tiene una duración de 25 líneas por campo y que se corresponde con el impulso de sincronismo vertical, aunque, realmente, del mismo modo que sucede con el impulso de sincronismo horizontal, no se utiliza toda esa duración para sincronismos.
En el caso de sincronismo horizontal se aprovecha un espacio de 2,25 µS para incluir una muestra de referencia, denominada «burst» o salva, para después poder extraer correctamente la información de la crominancia. Como dato curioso, en los monitores profesionales que permite adelantar tanto el sincronismo horizontal como vertical, evidentemente presentando la imagen mal, se pueden observar dos franjas negras, una en vertical y otra en horizontal en el centro de la pantalla, que se corresponden con los impulsos de sincronismo horizontal, franja vertical, e impulsos de sincronismo vertical, franja horizontal. Pues bien, dentro de la franja negra vertical se puede observar una franja más pequeña con un tono anaranjado que se corresponde con el «burst» o salva ya que la frecuencia de esa señal coincide con ese color. Y en la franja negra en horizontal se puede ver unas líneas blancas discontinuas con los datos digitales con la información del teletexto.
En el caso de sincronismo vertical no se utilizan las 25 líneas para tareas de sincronismo, se aprovechan las líneas no utilizadas para incluir datos de teletexto y dos líneas por campo, la 17 y 18 en el campo 1 y la 330 y 331 en el campo 2, para incluir señales de «test».
La información de teletexto sólo se incluye cuando estamos utilizando ese servicio y, como es lógico, normalmente se inserta en la parte final del procesado de la señal. Justo antes de su emisión, pero hay que tenerlo en cuenta por si trabajamos con señales externas que incluya este servicio y sea necesario mantenerlo, ya que hay equipos electrónicos que cuando procesan la señal audiovisual regeneran las señales de sincronismo y eliminan toda esta información.
Las señales de test, la norma indica que siempre tienen que ir en la señal de vídeo pero muchas veces no se incluyen. Estas señales son importantes porque permiten realizar medidas, con señales activas. Es decir, podemos realizar medidas durante la transmisión de un evento sin afectar para nada a la señal que se está transmitiendo. Vamos, que no es necesario utilizar señales test a pantalla completa. Con las medidas realizadas sobre esas señales «test» podemos saber como se comporta la señal cuando es procesada por un equipo electrónico o es transmitida por una canal de telecomunicaciones, satélite, terrestre, cable, etc.

Señales de vídeo en componentes

En la señales de vídeo compuesto para poder incluir la información de crominancia es necesario procesar esta información y filtrarla para que se pueda incluir en el mismo canal que hasta ahora se utilizaba para una señal en B/N o bien de solo luminancia, entre otras cosas para que los equipos electrónicos fuesen compatibles con las nuevas señales.
Este procesado básicamente consiste, como se sabe que el ojo humano es menos sensible al color que a la luminancia, en reducir el ancho de banda de la señal de crominancia, y modular esta señal de forma que se pueda incluir en la zona alta del canal donde no es tan sensible la información de luminancia. Evidentemente con este proceso se pierde calidad en la imagen. Es por ello que en entornos profesionales se trabaja con señales en componentes que permite una mayor calidad en la imagen, en este caso la señal de vídeo realmente esta formada por tres señales y ahora un problema importante que surge es el posible retardo entre cualquiera de las tres señales. Los recorridos del cableado tiene que ser el mismo y el retardo introducido por los diferentes procesados de la señal tiene que ser el mismo en cada señal.
Podemos diferenciar dos tipos de componentes, el primero sería componentes RGB, en este caso cada señal dispone de la información de cada uno de los tres colores primarios en TV, rojo, verde y azul. El otro seria de componentes diferencia de color, Y, R-Y y B-Y.

Señal de vídeo en componentes RGB

Este tipo de señal de vídeo en componentes dispone de la información completa de los tres colores primarios. Como hemos comentado antes, el ojo humano es mas sensible a la luminancia o imagen en B/N, para obtener esta señal de luminancia lo que se hace es la suma, con la ponderación adecuada, de los tres colores primarios RGB, es decir, Y= 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B.
La particularidad en este caso es que cada una de las señales de componentes de color RGB lleva la misma señal de sincronismo por lo que en cierto modo se facilita la sincronización.

Señales de vídeo en componentes (Y, R-Y y B-Y)

En este tipo de señales componentes se trabaja con la señal de luminancia por un lado y otras dos señales con información de crominancia. En este caso los impulsos de sincronismo sólo se incluyen directamente en la señal de luminancia Y, que podríamos utilizar como una señal completa en B/N. Traba-jando con estas tres señales podemos recuperar mediante un simple procesado las señales componentes de color RGB.

Necesidades de sincronización de señales de vídeo analógico

Hemos visto la importancia de la sincronización en las señales de vídeo. Hasta ahora esa sincronización la necesitábamos para presentar correctamente la imagen en una pantalla, de forma que cada punto se situase siempre en el lugar correcto.
Cuando la señal procede de una única fuente, por ejemplo una cámara, no hay mayor problema, pero todo se complica cuando utilizamos más fuentes para generar esa señal de vídeo, más cámaras, magnetoscopios, servidores de vídeo, etc., como sucede en cualquier centro de producción de programas o en unidades móviles.
En este caso hay que preveer la distribución de una señal de referencia para todos los equipos del centro de producción. Para evitar problemas, lo suyo es que la distribución se haga como si fuese una cascada o pirámide, para introducir el menor retardo posible entre estas señales de referencia. Se puede utilizar uno o dos generadores patrón de señal de referencia. Si utilizamos dos necesitaremos un change over que conmute entre los dos generadores patrón de ser necesario. La salida de éste se conectaría a un sistema de distribuidores, en un primer nivel colocaríamos un distribuidor cuyas salidas se utilizaran para alimentar un segundo nivel. Si con este segundo nivel de distribuidores tenemos el número suficiente de salidas para todos los equipos del centro bien; si no, este segundo nivel alimentaría un tercer nivel que seria el que distribuiría la señal de referencia a todos los equipos que lo necesiten.
Los generadores patrón de referencia pueden estar sincronizados por GPS, de esta forma también se podría distribuir la señal horaria con un patrón muy estable.
Una vez que todos los equipos disponen de esta señal de referencia, no significa que todo esté solucionado. Es necesario, que todos los equipos se encuentren en fase, es decir, que todos los que intervienen en la producción de una señal estén en el mismo punto. Para ello se realizan ajustes de sincronismo horizontal, en principio tomando como referencia una señal test, como unas barras de color. Si hay algún equipo que no tengo mucho margen para el ajuste se puede utilizar este como referencia.
Otro ajuste a tener en cuenta cuando se está trabajando con señales de vídeo compuesto PAL es que hay que respetar la secuencia PAL de 8 campos, para que la demodulación de señal de crominancia sea correcta. La subportadora de color se retrasa campo a campo y no pasa por el mismo punto hasta el octavo campo, de ahí el nombre de secuencia PAL de 8 campos, ajuste SCH. Lo que estamos haciendo es ubicar la subportadora de color en su sitio correcto porque, si está retardada 90 º, podríamos no diferenciar entre el campo 1 y el campo 5 en la conmutación de dos señales con el consiguiente salto en horizontal. , Este aspecto es muy importante en sistemas de edición, llegando incluso a no permitirla.

TXT. José Ruiz
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