Televisión EXAMEN FINAL. a) Conseguir que en el espacio RGB todos los colores tuvieran todos sus coeficientes positivos.

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1 Ingeniería Técnica de Telecomunicación. Especialidad Sonido e Imagen Televisión EXAMEN FINAL Fecha: 5 de Septiembre de 2005 Duración: 2 h. 30 min. SOLUCIÓN TEST (4 PUNTOS) T 1 Una radiación monocromática posee un factor de eficiencia de valor η = 0, 5. Qué significa? a) El flujo luminoso de esa radiación debe ser la mitad que el de una radiación de longitud de onda 555 nm para producir la misma sensación de luminosidad. b) El flujo luminoso de esa radiación debe ser el doble que el de una radiación de longitud de onda 555 nm para producir la misma sensación de luminosidad. c) El flujo energético de esa radiación debe ser el doble que el de una radiación de longitud de onda 555 nm para producir la misma sensación de luminosidad. T 2 Cuál fue el objetivo principal que motivó la definición del espacio de colores RGB, a partir del espacio CIE? a) Conseguir que en el espacio RGB todos los colores tuvieran todos sus coeficientes positivos. b) Conseguir que en el espacio RGB el mayor número posible de colores tuviera coeficientes positivos. c) Conseguir que en el espacio RGB se pudieran representar más fácilmente los colores poco saturados (mayoritarios en la naturaleza), ya que en el espacio CIE se necesitaba diferente precisión según la componente. T 3 Cuál es la utilidad del pórtico anterior presente en el intervalo de sincronismo horizontal de la señal de vídeo compuesto? a) Permite que la deflexión del haz sea estable cuando comienza la información de imagen para cada línea. b) Permite a la señal llegar al nivel de negro desde cualquier valor del margen de vídeo. c) Permite que se igualen las condiciones iniciales del integrador utilizado para distinguir los sincronismos horizontal y vertical. T 4 Cuál de las siguientes acciones contribuye a disminuir el ancho de banda de la señal de vídeo compuesto? a) Reducir el tiempo dedicado al intervalo de sincronismo horizontal, manteniendo el periodo de línea. b) Aumentar la relación de aspecto de la pantalla. c) Reducir el periodo activo de línea, manteniendo el periodo de línea. T 5 En transmisión de TV se emplea una modulación de amplitud negativa. Cuál de las siguientes razones es un motivo para emplear una modulación de amplitud negativa? a) El control automático de frecuencia (CAF) es más sencillo de implementar. b) Se protegen más las bajas frecuencias de la imagen que si fuera modulación de amplitud positiva. c) El ruido impulsivo y las interferencias son menos visibles en la pantalla. 1

2 T 6 Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el desarrollo de los sistemas de TV en color, a partir de sistemas monocromo anteriores, es cierta? a) Es necesario seguir enviando una señal con la información de brillo, debido a la compatibilidad inversa. b) La información de color debe enviarse con señales diferencia de color, debido a la compatibilidad inversa. c) La información de color debe enviarse con señales diferencia de color, debido a la compatibilidad directa. T 7 Por qué el espectro de las señales diferencia de color, B Y y R Y, está compuesto por paquetes centrados en los múltiplos de la frecuencia de línea (n f H )? a) Es falso. Sólo la luminancia (Y ) posee un espectro así. b) Porque la imagen no cambia mucho entre líneas consecutivas, así que la señal es prácticamente periódica, con periodo igual al periodo de línea (1/f H ). c) Porque el entrelazado provoca huecos espectrales en los múltiplos impares de la mitad de la frecuencia de línea: (2n + 1) f H /2. T 8 En qué propiedad del sistema visual humano se basa el sistema NTSC para utilizar diferente ancho de banda para las componentes I y Q de la crominancia? a) La resolución visual humana es diferente según los tonos o tintes de la escena observada. b) La resolución visual humana depende del brillo de la escena observada. c) La persistencia de la sensación visual depende del brillo de la escena observada. T 9 Qué misión tiene la línea de retardo de 64 µs que se emplea habitualmente en los receptores PAL? a) Almacena la señal de crominancia de una línea completa y la entrega a su salida 64 µs después. b) En cada instante, promedia la señal de crominancia con la que había llegado 64 µs antes, y la entrega a su salida. c) En cada instante entrega a su salida la señal de crominancia que había llegado 64 µs antes. T 10 Cuál es la función del tono piloto que se introduce en el segundo canal del sistema de sonido Zweiton? a) Se utiliza para realizar una demodulación síncrona en el receptor. b) Indica el tipo de sonido (dual, estéreo o mono) que se está enviando. c) Las dos anteriores. T 11 Si se emplea uno de los dos canales del sistema NICAM-728 para datos y el otro para sonido, cuál será la velocidad efectiva de transmisión de datos para ese canal? a) 728 kbit/s. b) 364 kbit/s. c) 352 kbit/s. T 12 Queremos sintonizar el canal 50 de UHF en un televisor, cuya portadora de vídeo se sitúa en 703,25 MHz. Qué frecuencia deberá tener el oscilador local del sintonizador? a) 742,15 MHz. b) 708,75 MHz. c) 703,25 MHz. 2

3 T 13 A qué etapa de un receptor de TV en color se le realiza el ajuste denominado balance de blancos? a) Al tubo de rayos catódicos (TRC). b) A los amplificadores RGB. c) Al control automático de color (CAC). T 14 En las pantallas de plasma, qué elemento produce luz distinta para cada uno de los primarios (rojo,verde y azul)? a) Un filtro de color situado en la parte frontal de la pantalla. b) Un gas especial contenido en unas celdas de vidrio. c) Un material fluorescente situado en el fondo de las celdas de vidrio. T 15 Cómo se miden las distorsiones de corta duración empleando las señales de test convencionales? a) Observando si la parte superior de la señal barra (B2) está inclinada. b) Comparando la amplitud pico a pico del burst con la amplitud de los sincronismos. c) Comparando la amplitud de las señales pulso (B1) y barra (B2). T 16 Qué etapa de un televisor PAL corrige la desigualdad de ganancia entre la crominancia y la luminancia? a) El control automático de frecuencia y fase (CAFF). b) El control automático de color (CAC). c) El control automático de ganancia (CAG). T 17 En una instalación de recepción de señal de TV terrestre, para qué puede ser necesario situar un preamplificador en el mástil de la antena si la señal se observa con baja calidad? a) Para que la tensión máxima de salida no limite la longitud de la red de distribución. b) Para obtener más ganancia o amplificación. c) Para obtener mejor relación señal a ruido. T 18 Qué técnica se emplea para distinguir las señales de los enlaces ascendente y descendente en comunicaciones vía satélite? a) Se emplean diferentes bandas de frecuencia. b) Se utilizan polarizaciones ortogonales para aprovechar mejor el espectro. c) Se modulan en FM para no incorporar información en la amplitud de la señal. T 19 Por qué es útil la transformada discreta del coseno (DCT) para eliminar información redundante en una imagen? a) Porque si imágenes sucesivas varían poco, la imagen se puede representar con pocos coeficientes. b) Porque si hay zonas homogéneas, la imagen se puede representar con pocos coeficientes. c) Porque obtiene los vectores de predicción de forma eficiente. T 20 Por qué se eligió la modulación QPSK para el estándar DVB vía satélite? a) Porque optimiza el uso del espectro al introducir la información en la fase de la señal. b) Porque no incorpora información en la amplitud de la señal, evitando así la influencia de la atenuación variable del medio y del ruido atmosférico. c) Porque permite reutilizar el espectro mediante el uso de polarizaciones ortogonales en canales adyacentes. 3

4 CUESTIONES (4 PUNTOS) Cuestión 1 (0,5 puntos) Explicar por qué la mezcla substractiva de colores es objetiva, mientras que la mezcla aditiva es subjetiva. Se dice que una mezcla substractiva es objetiva porque realmente la radiación resultante es distinta a la suma de las originales. Por ejemplo, al mezclar dos pinturas sobre un papel, cada una de ellas sólo refleja una parte del espectro, luego su mezcla sólo refleja la parte común a las dos. En cambio, la mezcla aditiva se produce únicamente en el sistema visual humano, puesto que la radiación resultante contiene las informaciones originales de las dos radiaciones que se mezclan. Es el ojo, debido al metamerismo tricromático, el que percibe una sensación distinta, que es el resultado de esa mezcla. Cuestión 2 (0,75 puntos) Demostrar gráficamente que, en el sistema PAL, un error de fase de valor α, durante la transmisión, se traduce en un error de saturación en la imagen final de valor cos α. Supongamos que el color original se denomina C 0 y se produce un error de fase de valor α. Las fases recibidas en líneas consecutivas se describen a continuación. Si la línea es NTSC (componente V no invertida) se recibe la fase siguiente, correspondiendo a un color incorrecto C 1 : En la línea siguiente, que será PAL (componente V invertida), se envía el color C 2. El error de fase provoca que se reciba un color incorrecto C 3. Al desinvertir la componente V en el receptor se obtiene el color C 4 : Finalmente, el receptor PAL promedia los colores recibidos en las dos líneas consecutivas: C 1 y C 4, como muestra la figura siguiente: 4

5 La fase resultante es correcta (la misma que C 0 ), pero el módulo del vector (después de dividirlo por 2) ha resultado multiplicado por cos α. Como la saturación es directamente proporcional al módulo del vector de crominancia, ésta se ha reducido al multiplicarla por el factor cos α. Cuestión 3 (0,5 puntos) En el sistema PALplus se envía la información de realce modulada a la frecuencia subportadora de color. Por qué se emplea una modulación en Banda Lateral Vestigial (BLV) Inferior? Porque la señal de realce tiene un ancho de banda de 4 MHz. Al modularla en la subportadora de color, la banda lateral superior debe recortarse para no sobrepasar los 5 MHz. La banda lateral inferior, en cambio, no debe recortarse puesto que podría llegar hasta la componente continua. Por lo tanto, la banda inferior va completa y la superior sólo contiene sus bajas frecuencias: es BLV inferior. Cuestión 4 (1 punto) La figura muestra las etapas iniciales del diagrama de bloques de un receptor genérico de TV en color. Responder las siguientes cuestiones: a) Qué función tiene la señal CAF que va de la etapa de frecuencia intermedia al sintonizador? Actúa sobre el oscilador local del sintonizador cuando hay alguna deriva en frecuencia. Esta deriva la detecta el bloque CAF de la etapa de frecuencia intermedia. b) A qué etapas va dirigida la salida principal de la etapa de frecuencia intermedia? Qué información contiene? Dibujar aproximadamente el espectro de dicha señal. La salida principal, que contiene el vídeo en banda base y el audio modulado a 5,5 MHz, va dirigida a dos etapas: etapa de sonido y etapa de luminancia-crominancia (o de decodificación del color). El espectro es así: Vídeo en BB Audio en FM f (MHz) 0 5 5,5 c) Cuándo se activa la inhibición del CAF? Cuando no hay que tratar de corregir diferencias entre la frecuencia entregada por el sintonizador y la frecuencia intermedia exacta. El caso más habitual es al cambiar de canal, puesto que durante cierto tiempo hay que dejar al sintonizador que se ajuste libremente al nuevo canal. VHF UHF Sintonizador Etapa de Frecuencia Intermedia Salida principal Canal CAF CAG diferido Inhibición CAF CONTROLES 5

6 Cuestión 5 (0,75 puntos) En qué consiste la distorsión conocida como luminancia diferencial? Dibujar una posible señal de test para medir dicha distorsión y comentar brevemente el procedimiento de medida asociado. La luminancia diferencia, o no linealidad de la luminancia, consiste en que la ganancia de la luminancia depende del propio nivel de la luminancia. Para medir dicha distorsión debe emplearse una señal con varios niveles de luminancia, como puede ser la escalera de luminancia (señal D1) representada en la figura siguiente: V 0,86 0,72 0,3 Señal D , ,44 20 IRE(%) t(µs) -43 Si no hay distorsión, todos los escalones tienen la misma amplitud. Si la hay, unos escalones serán mayores que otros. Por tanto, deben compararse las amplitudes de los escalones. Esto puede hacerse directamente en la señal, o bien haciéndola pasar por una red diferenciadora. La distorsión puede expresarse numéricamente así: donde M es el mayor escalón y m es el menor. D( %) = M m M 1000 Cuestión 6 (0,5 puntos) Por qué el estándar de DVB-T de televisión digital terrestre (TDT) soluciona el problema de congestión de espectro que presenta la televisión terrestre analógica? Porque las señales que llegan en la misma frecuencia, procedentes de emisores distintos, pueden ser utilizadas de modo constructivo gracias al esquema de modulación empleado (COFDM), que incluye un intervalo de guarda. Por tanto, no es necesario cambiar los canales de frecuencia en zonas adyacentes del territorio, aprovechando mejor el espectro. Es el concepto de red de frecuencia única. 6

7 PROBLEMAS (2 PUNTOS) Problema 1 (2 puntos) Partiendo del sistema europeo de TV monocromo, se pretende desarrollar un sistema de televisión adaptado a un observador cuya curva de sensibilidad luminosa relativa, en función de la longitud de onda, es la representada en la figura. 1 Sensibilidad relativa B G R Longitud de onda (nm) Se pide: a) Si se emplean como colores primarios los mismos que se utilizan en los sistemas de TV comerciales (R, G y B), que se indican en la figura anterior, deducir la ecuación de compatibilidad del sistema a desarrollar. La ecuación de compatibilidad expresa la luminancia de la escena en función de las tres componentes de color. Para obtenerla debemos fijarnos en la curva de luminosidad relativa, que nos dice en qué proporción contribuye cada primario a la luminancia. En este caso, antes de normalizar, sería: Y= 0,16 R + 0,52 G + 0,73 B Como interesa que la luminancia esté normalizada entre 0 y 1, se debe dividir por la suma de los tres coeficientes, que es 0, ,73 = 1,41. Con esto, la ecuación de compatibilidad aproximada queda: Y= 0,11 R + 0,37 G + 0,52 B b) Decidir y justificar qué dos componentes deben formar la señal de crominancia para conseguir compatibilidad con el sistema monocromo. Para generar una señal en color es necesario enviar dos componentes además de la luminancia (Y), para así poder recuperar en destino las tres componentes de color. Por compatibilidad con el sistema monocromo, conviene enviar señales diferencia de color, así que se deben enviar dos de las siguientes señales: B-Y, G-Y ó R-Y. Para mantener la relación señal a ruido lo mayor posible interesa enviar aquellas señales que sean mayores. En este caso, puesto que la componente B es la que más contribuye a la luminancia, B-Y será la menor de las tres. Por lo tanto, se utilizarán las siguientes componentes para la crominancia: G-Y y R-Y c) Para formar la señal de crominancia se modulan en cuadratura ambas componentes. Al sumar la crominancia a la luminancia se sobrepasa el margen dinámico asignado a la señal de vídeo, invadiendo la zona de sincronismos y 7

8 provocando problemas de sobremodulación. Para paliar esto se limita el exceso de señal de luminancia+crominancia a un 30 % tanto por encima como por debajo de los límites originales, empleando dos coeficientes ponderadores (a y b) diferentes para las componentes de color. Empleando una tabla de colores UER de amplitud máxima (100 %), establecer los valores de a y b necesarios para cumplir el requisito citado. El primer paso para hallar los coeficientes de ponderación consiste en generar la tabla con los colores primarios y secundarios de máxima amplitud, anotando el valor de cada componente. También puede calcularse el módulo de la señal de crominancia si no se ponderan, que tiene la siguiente expresión: C = (G Y ) 2 + (R Y ) 2 De forma sencilla se obtienen los siguientes valores: Color R G B Y G Y R Y C Blanco Amarillo ,48 0,52 0,52 0,74 Turquesa ,89 0,11-0,89 0,9 Verde ,37 0,63-0,37 0,73 Magenta ,63-0,63 0,37 0,73 Rojo ,11-0,11 0,89 0,9 Azul ,52-0,52-0,52 0,74 Negro Para cumplir con el margen dinámico asignado a la señal de luminancia más crominancia se deberán cumplir la siguientes condiciones para todos los colores: { Y + C 1, 3 Y C 0, 3 Estas condiciones pueden expresarse también en función de a y b si se tienen en cuenta para el módulo de la crominancia: { Y + a 2 (G Y ) 2 + b 2 (R Y ) 2 1, 3 Y a 2 (G Y ) 2 + b 2 (R Y ) 2 0, 3 Para llegar a las ecuaciones que nos determinen a y b nos fijaremos en los colores incluidos en la tabla calculada. Bastará con que aquellos colores más extremos cumplan con los requisitos establecidos. Podemos comenzar con el turquesa, que posee elevadas luminancia y crominancia. Podemos sustituir Y = 0, 89 en la primera condición y esto nos lleva a que 0, 89 + C 1, 3, o lo que es lo mismo: C 0, 41. Tomando cuadrados en ambos términos la ecuación queda: C 2 0, 168. El cuadrado del módulo de la crominancia para el turquesa vale: C 2 = a 2 0, b 2 0, 89 2 = 0, 0121a 2 + 0, 7921b 2. Por lo tanto, tenemos una primera ecuación: 0, 0121a 2 + 0, 7921b 2 0, 168 (1) En el extremo inferior, si hiciéramos uso del color rojo en la segunda condición se llegaría a una ecuación idéntica a (1). Por lo tanto, pasaremos al segundo color más extremo, que es el verde. Sustituyendo la luminancia del verde, Y = 0, 37, en la segunda condición tenemos que 0, 37 C 0, 3, es decir: C 0, 67. Tomando cuadrados en ambos términos llegamos a: C 2 0, 449. El cuadrado del módulo de la crominancia para el verde vale: C 2 = a 2 0, b 2 0, 37 2 = 0, 3969a 2 + 0, 1369b 2. Por lo tanto, tenemos la segunda ecuación necesaria para hallar a y b: 0, 3969a 2 + 0, 1369b 2 0, 449 (2) 8

9 Para resolver el sistema de ecuaciones formado por (1) y (2) se puede trabajar con las incógnitas a 2 y b 2. Sumando o restando ambas ecuaciones es posible despejar los coeficientes de ponderación, que resultan: a 1,0313 y b 0,4425 9