Convenio UACJ SA Comunicaciones análogas y digitales

Transcripción

1 1. Análisis de señales de video en banda base Fundamentos de video en banda base. Barrido. (scanning) El barrido es usado en todos lo sistemas de televisión para convertir una imagen bi-dimensional óptica en señales eléctricas. El concepto de barrido es ilustrado en la figura 1.1. La imagen óptica de la escena que esta tomando una cámara de televisión es rastreada en forma vertical y horizontal, de manera que las variaciones de brillantez y color de la escena son convertidas en señales eléctricas, el barrido empieza de la izquierda hacia la derecha y de arriba hacia debajo de la imagen. Se rastrea una línea horizontal después de otra hasta completar la imagen en forma rectangular y luego se empieza de nuevo en la parte superior y así sucesivamente. El barrido es una forma de muestreo, es decir, un proceso mediante el cual una señal continua es convertida en muestras medidas a intervalos regulares. En el receptor estas muestras son convertidas de nuevo en señales continuas por medios electrónicos y por medio de la retención del ojo humano. Hay dos formas de muestreo en el barrido de televisión; Variaciones en brillantez vertical son muestreadas en las líneas de barrido y las posiciones de los objetos en la imagen son muestreadas por el barrido de la imagen entera repetidamente.. Punto de inicio Pixeles Figura 1.1 El principio de barrido. Dr. Víctor Hinostroza 1

2 Elementos de pantalla. (pixels) Como resultado del proceso de barrido, la imagen es representada por un mosaico rectangular de elementos de pantalla o pixeles. Ver figura 1.1. Un píxel esta definido como el área más pequeña de una imagen de televisión que se puede transmitir dentro de los parámetros del sistema El proceso de transmisión de señal de televisión se lleva a cabo por medio del siguiente proceso: Se analiza la imagen óptica con un dispositivo fotoeléctrico en una secuencia de barridos horizontales de la parte superior a la inferior de la pantalla, para producir una señal eléctrica en la cual los valores de brillantez y color de los elementos individuales de la pantalla son representados como niveles de voltaje de una forma de onda de video. Se transmiten los valores de los elementos de pantalla en secuencia como valores de voltaje de una señal de video. Se reproduce la imagen óptica original en una pantalla de video mostrando las líneas de barrido paralelo en la pantalla. Al final de cada línea de barrido horizontal, la señal es escondida (blanked) mientras el rayo de barrido regresa a la parte izquierda de la pantalla. Este proceso continua hasta que la imagen es barrida de arriba abajo hasta completar lo que se conoce como campo. (field) o sea toda la pantalla. Entrelazado de campos de barrido. El barrido de la pantalla no se hace de una forma continua, sino que se barren primero las líneas horizontales pares y luego se barren las líneas horizontales nones, como lo muestra la figura 1.2. De manera que existe un campo Dr. Víctor Hinostroza 2

3 con las líneas pares y un campo con las líneas nones. Estos dos campos están entrelazados (interlaced) y forman un cuadro de imagen (frame) Línea 1 Campo 1 Línea 284 Campo 2 Línea 2 Campo 1 Línea 285 Campo 2 Línea 263 Campo 1 Retraso vertical de campo 1 a campo 2, 20 líneas Figura 1.2 Patrón de barrido entrelazado para señales de televisión. Estándares para transmisión de señal de televisión. Existen cuatro estándares en el mundo para transmitir señales de televisión, las características de estos estándares están resumidos en la tabla 1. El sistema NTSC (National Television Standars Committee) se usa en USA, Japón, México y otros países. El sistema PAL (Phase Alternate each Line) se usa en la mayoría de Europa y China. El sistema SECAM (Sequencial Color with [Avec] Memory) se usa en Francia y las antiguos republicas soviéticas. Se espera que el estándar de HDTV (High Definition Television) sea uno solo. Los primeros tres estándares son incompatibles por muchas razones. Hay muchas maneras de transportar la información de color de una imagen, una de ellas usada por los sistemas de televisión es generar un amplio espectro de colores con solo tres colores básicos, llamados colores primarios. Estos colores son; Rojo, verde y azul (Red, Dr. Víctor Hinostroza 3

4 Green y Blue) o como mejor se le conoce a este sistema, el sistema RGB. Es decir, toda la información de color de una imagen puede estar representada por tres señales. De hecho en es sistema NTSC, se usan tres señales estas son: Tabla 1. Estándares de sistemas de transmisión de televisión. Estándar Campos por Segundo Cuadros por segundo Líneas por cuadro Líneas por segundo NTSC PAL SECAM HDTV Luminancia. La señal de luminancia se parece mucho a una señal de televisión de blanco y negro, contiene información sobre la cantidad de luz en cada elemento de pantalla. La señal de luminancia es producida por la suma de las tres señales primarias RGB en cierta proporción, de acuerdo a la siguiente formula: Y = 0.59G R B Crominancia. Derivadas de la señal de luminancia se obtienen dos señales de diferencia de color que son: B Y y R - Y. estas dos señales de diferencia son llamadas crominancia. Estas dos señales llamadas señales diferencia, son transmitidas como dos señales I y Q en cuadratura. Las tres señales Y, B Y y R- Y, contienen toda la información de la imagen que se necesita. La figura 1.3 muestra la localización en un espectro de frecuencia de 6 MHz en un canal NTSC de estas señales Dr. Víctor Hinostroza 4

5 Portadora de luminancia Sub-portadora de color Portadora de Audio 1.25 MHz 3.58 MHz 4.5 MHz 6MHz Figura 1.3 Un canal de televisión NTSC estándar. Vídeo compuesto. Él termino de video compuesto se usa para definir una señal de video que contiene las siguientes partes: Información de luminancia y crominancia de una imagen. Información de sincronía para sincronización de circuitos de procesamiento de señales de color y barrido Una señal de video compuesto se muestra en las figuras 1.4 y 1.5. En la figura 1.4 se puede observar que la señal de crominancia esta superpuesta en la señal de Luminancia y las variaciones de amplitud de la señal de Luminancia es mayor que las de crominancia. En la figura 1.5 la parte negativa de la señal de video compuesto es usada para transmitir información de sincronía para los circuitos de barrido. La parte positiva de la forma de onda, se usa para transmitir información de luminancia y crominancia. Dr. Víctor Hinostroza 5

6 Luminancia Figura 1.4 Señales de video compuesto Luminancia + Crominancia Pulsos de ecualización. Estos pulsos son necesarios en cuanto a que evitan que se sobrepongan las líneas pares e impares del barrido de los dos campos. Después de completar cada línea de barrido en el receptor, un pulso de sincronización horizontal (H-sync) en la señal de video compuesto dispara a los circuitos de barrido para regresar el rayo a la parte izquierda de la pantalla para el inicio de la siguiente línea de barrido. Durante el tiempo de regreso, una señal de obstrucción de la señal (blanking) es generada, esta señal es de un nivel mas bajo que el negro de la señal de video compuesto para evitar que se vea la señal de retraso en la pantalla. De una manera similar, cuando se termina de barrer un campo, una señal de blanqueo vertical es generada para permitir al rayo regresar ala parte alta de la pantalla sin que se vea. Esta señal dura el equivalente a 20 líneas de barrido horizontal. Dr. Víctor Hinostroza 6

7 Intervalo de blanqueo vertical = 20 H Ecualización = 3 H Ecualización = 3 H Sincronía Vídeo Pulsos de sincronía vertical = 3 H Referencia de color negro Información de video Ciclo de sincronía horizontal = H Figura 1.5 Señal NTSC de televisión de color. Las unidades de medida de nivel de video y sincronía fueron especificadas por el IRE (Institute of Radio Engineers), en la tabla 2 se muestran algunos valores de video y sincronía en niveles IRE. Dr. Víctor Hinostroza 7

8 Tabla 2. Ejemplos de niveles de señales de video. Nivel de la señal Nivel IRE Blanco de referencia 100 Picos de la onda seno de la ráfaga de color +20 a 20 Negro de referencia 7.5 Blanqueo (blanking) 0 Nivel de pulso de sincronía -40 Figura 1.6 Funcionamiento de un tubo de rayos catódicos Dr. Víctor Hinostroza 8

9 La figura 1.6 muestra un corte transversal de un tubo de rayos catódicos. El funcionamiento de este tubo es el siguiente: El cátodo en combinación con la rejilla y los ánodos de enfoque, forman un haz de electrones que se va a impactar en la parte frontal de la pantalla, la cual esta recubierta de un fósforo especial que, al impactar el rayo de electrones, provoca que se emita luz en la pantalla. La colocación del rayo en la pantalla es realizada por la acción de los embobinados de deflexión que están al final del tubo. Las señales de Luminancia y Crominancia, son primero, separadas en los tres colores primarios RGB, y cada uno de estos colores genera un rayo. La combinación de los tres rayos y las bobinas de deflexión generan la imagen en la pantalla. Frecuencias de referencia de una señal NTSC. Como se menciono anteriormente, el video compuesto se forma de tres señales; La luminancia (Y) y las dos señales de diferencia de color (B Y y R Y), estas tres señales contienen toda la información necesaria para recuperar la imagen original en el receptor. Lo que falta es acomodar estas tres señales y la información de audio en un solo segmento de 6 MHz, que es el estándar de un canal de televisión NTSC y como se muestra en la figura 1.3. Para hacer esto se coloca la portadora de luminancia en la parte baja del espectro del canal, a 1.25 MHz del extremo bajo del canal. La sub-portadora de color se coloca a MHz de separación de la portadora de luminancia. Esto se hace así para obtener una relación entre la separación de las portadoras de color y la portadora de audio, para evitar la interferencia harmónica entre ambas. La mencionada relación se define de la siguiente manera: La separación de frecuencia entre la portadora de luminancia y la portadora de audio es de 4.5 MHz, así que se selecciona la frecuencia de línea como el submúltiplo 286-avo de 4.5 MHz: 6 4.5*10 f linea = = Hz 286 La frecuencia de campo esta relacionada a la frecuencia de línea por el número de líneas barridas: Dr. Víctor Hinostroza 9

10 f linea f campo = = = Hz 525 / Este valor es muy cercano al valor de 60 Hertz de la fuente de alimentación. Para reducir la visibilidad de la sub-portadora en la señal de luminancia, su frecuencia es un múltiplo non de la mitad de la frecuencia de línea, lo que nos da: f linea f sc = 455 = MHz 2 La relación entre la sub-portadora y la frecuencia de línea debe ser muy precisa para evitar corrimiento de pixeles. Esta relación esta dada por: 2 f sc f linea = = Hertz 5* 7 *13 esta relación proviene de dividir la frecuencia de sub-portadora entre varios números enteros. Contenido espectral de la señal NTSC. El contenido espectral de la señal NTSC se puede observar en la figura 1.7. Es posible ver en esta figura que las señales de crominancia y luminancia ocupan el mismo espacio del espectro. Esto es posible debido a que el contenido espectral de la señal de luminancia esta formado por grupos de componentes de frecuencia, cada uno con un centro de frecuencia que es un múltiplo de la frecuencia de línea, rodeados por grupos de componentes separados por la frecuencia de campo, quedando huecos en el espectro que pueden ser ocupados por otras frecuencias. El espectro de las sub-portadoras esta formado por grupos similares de componentes, los cuales debido a que hay una relación de números enteros entre la frecuencia de sub-portadora y la frecuencia de línea quedan ocupando loa huecos que deja la señal de luminancia. Dr. Víctor Hinostroza 10

11 Señal de luminancia Sub-portadora de color Señales de crominancia 0 MHz 4.5 MHz Figura 1.7 Espectro de frecuencias de una señal NTSC Imagen de barras verticales Nivel de la señal de luminancia N v barras f 0 1W 2 = N L f l 2 L T Linea Figura 1.8 Señal de Luminancia de blanco y negro. Dr. Víctor Hinostroza 11

12 La figura 1.8 muestra una señal de Luminancia sin color, esta señal esta formada por barras verticales negras y blancas alternadas. El lado derecho de la figura muestra la señal resultante de voltaje. Además, se muestra la formula del ancho de banda necesario para esta señal. 1.2 Mediciones de video. Hay dos instrumentos que nos sirven para realizar las mediciones de niveles de video, sincronía, croma y ráfaga de video, estos instrumentos son; El monitor de forma de onda y el vectorscopio. Estos instrumentos son osciloscopios adaptados especialmente para mediciones de parámetros de video. El monitor de video, de manera parecida al osciloscopio, opera en un modo de voltaje contra tiempo. Pero mientras en el osciloscopio se puede modificar la base de tiempo para muchas mediciones y de muchas maneras diferentes, el monitor de forma de onda opera especialmente sobre los pulsos de sincronía de la señal de televisión convencional, produciendo barrido en la pantalla de líneas o campos de video, así como múltiples líneas o múltiples campos e intervalos de tiempo menores. El vectorscopio opera en el modo de voltaje contra voltaje para mostrar información de crominancia. Decodifica la señal de televisión en la misma forma que un receptor normal, para extraer información de color y mostrar sus relaciones de fase. Estos dos instrumentos realizan dos funciones separadas y distintas. Algunos modelos combinan los dos instrumentos en un solo chasis. Además de proporcionar información de la señal de video básica, estos dos instrumentos proporcionan un medio para analizar aberraciones de la señal y permite a los técnicos conocer sobre un problema especifico y su posible solución. La figura 1.9 muestra un diagrama de conexión típica de estos instrumentos. En este diagrama se muestra que la señal de entrada al equipo o sistema que queremos probar puede provenir de un generador de señales de video, de una señal de televisión del aire, de una señal de televisión de cable o de una señal de televisión que provenga de un head-end. La salida del sistema bajo prueba se conecta, según lo que estemos probando, a un monitor de forma de onda o a un vectorscopio. Aquí es importante recordar que cuando no se tenga Dr. Víctor Hinostroza 12

13 conectada alguna entrada o salida hay que conectar a una terminación de impedancia, ya de no hacerlo así las mediciones pueden salir distorsionadas. Generador de señales Monitor de forma de onda Señal de head-end Dispositivo bajo prueba Señal del aire o de cable Vectorscopio Figura 1.9 Diagrama típico de conexión para prueba de un dispositivo de video. Patrones de prueba de barras de colores. Los patrones de barras son los patrones más comunes para probar los dispositivos de video. Típicamente, un patrón de prueba de barras contiene varias barras llenas de colores primarios y secundarios. Hay muchas variantes que difieren en secuencia de colores, orientación, saturación e intensidad. La secuencia de colores estándar es blanco, amarillo, azul cielo, verde, magenta, rojo, azul y negro. Típicamente mostrados en la pantalla como en las figuras 1.10 y En la figura 1.10 se puede ver que hay 7 barras en los colores descritos, estas barras cubren el 67 % de la pantalla y son barras coloreadas la 75 % del color. 8 % de la pantalla tiene una combinación de colores que se le conoce como el nuevo conjunto de croma y el restante 25 % tiene una combinación de banco y negro con los valores I y +Q de la crominancia. Dr. Víctor Hinostroza 13

14 67% 100% Negr Mag Negr cyan Negr gris 8% Azul -I Blanco +Q Tonalidades de negro Figura 1.10 Patrón de barras de colores estándar. Figura 1.11 Patrón de barras de colores al 100%. Dr. Víctor Hinostroza 14

15 La figura 1.11 muestra un patrón, que se le conoce como el patrón del 100%, en el cual las barras cubren el 100% de la pantalla y van desde el color blanco (100% saturación de color) hasta el color negro. (0% saturación de color) La figura 1.12 muestra como combinando las señales originales RGB, se generan las barras verticales del patrón de colores. La primera señal que se genera es la señal de Y con la ecuación Y = 0.59G R B, que nos da la señal de Luminancia y tiene las proporciones adecuadas de cada color. Luego se forma las dos señales de Crominancia R-Y y B-Y. Nótese que la frecuencia de los tres colores básicos no es la misma. Generación de barras de colores R Y G Matri z B-Y B R-Y Y = 0.59G R B Figura Generación de las barras de colores. Monitor de forma de onda. La figura 1.13 muestra la salida de un monitor de forma de onda cuando se pone a la entrada un patrón de barras de colores como el descrito anteriormente. En esta figura se pueden observar varias cosas importantes: Dr. Víctor Hinostroza 15

16 Primero, se pueden observar las siete barras de colores en la parte central de la figura, estas barras están representadas por correspondientes barras en la pantalla, pero relacionadas a una escala, esta escala esta en unidades IRE, el mas alto valor de la escala corresponde al color blanco, 100 unidades IRE. Las demás barras están posicionadas en la pantalla en forma vertical de acuerdo al valor en unidades IRE que tienen, donde el valor mas alto corresponde a la parte más alta de la barra. La anchura de las barras depende de la proporción de barrido horizontal del color de la barra este presente, en el vaso del patrón de barras, todas las barras deben tener la misma anchura. Esta figura corresponde a una línea de barrido horizontal. Segundo, se muestran los pulsos de sincronía horizontal, estos pulsos están localizados en la parte de bajo de la figura y corresponden a valores negativos de unidades IRE. La duración y frecuencia de estos pulsos es monitoreada para saber si corresponden en amplitud y frecuencia a los estándares de recepción de televisión. Tercero, se revisa la amplitud y duración de la ráfaga de video, esta ráfaga sirve para proporcionar una referencia de fase para sincronizar la fase de las señales de crominancia. Cuarto, se revisa la duración de la línea de video total para repasar que corresponde con la duración del estándar. Hay otras mediciones o pruebas que se pueden hacer con este patrón pero estas son las más importantes. Par entender mejor la figura 1.13, es importante recordar que la señal que se muestra en las barras contiene dos señales mezcladas; una señal de luminancia y una señal de crominancia. La señal de luminancia es una serie de voltajes o niveles que determinan la variación de brillantes en la pantalla. Cada uno de los colores de las barras tiene un diferente nivel de luminancia, en la figura 1.13 están arreglados del de mas luminancia (blanco) hasta el de menor. (negro) Dr. Víctor Hinostroza 16

17 La señal de crominancia es una señal de onda seno, pero debido a que es una señal de alta frecuencia, aparece en la pantalla como áreas sombreadas, si se abriera la resolución horizontal del monitor de forma de onda, parecerían las ondas seno. Se puede ver en la figura 1.13 que la amplitud de pico a pico cambia de cada barra a la siguiente, esto es debido a que cada barra tiene diferente nivel de luminancia. La primera barra es el color blanco y no tiene crominancia, asimismo la ultima barra es el negro. Las demás barras tienen el correspondiente nivel de crominancia para obtener colores de intensidad total. (100% saturación) Ráfaga de color Figura 1.13 Display típico de una pantalla de monitor de forma de onda con un patrón de barras como entrada. Vectorscopio. Un vectorscopio grafica porciones de la señal de video con propósitos de prueba y mediciones, pero la pantalla del vectorscopio difiere del de monitor de forma de onda. Mientras un monitor de forma de onda muestra información de amplitud de todas las partes de la señal, un vectorscopio muestra información solamente sobre la porción de crominancia de la señal, no responde a otras partes de la señal de video. Dr. Víctor Hinostroza 17

18 Hay dos parámetros de la señal de video que pueden sufrir distorsiones, que pueden causar problemas visibles en la pantalla de televisión. Estos son la amplitud (ganancia) y la fase. (sincronía) La amplitud puede ser monitoreada con un monitor de forma de onda. La fase es la relación entre dos señales; la señal de crominancia y la ráfaga de color. El procesamiento que se lleva acabo en un vectorscopio esta diseñado para detectar y evaluar distorsiones tanto de fase como de amplitud de la señal de crominancia. La figura 1.14 muestra una pantalla típica de un vectorscopio. En esta figura se muestran la fase y amplitud del patrón de barras y la ráfaga de color. Figura 1.14 Pantalla típica de un vectorscopio. Hay dos partes en la pantalla de un vectorscopio, la gratícula y el trazo. La gratícula es una escala que se usa para cuantificar los parámetros de las señales que se están examinando. La gratícula dado que estamos examinando diferencias de fases, normalmente esta en grados, de ahí la forma circular de la pantalla. El trazo representa la señal de video y se muestra como líneas gruesa sen la figura Todas las gratículas de vectorscopios están diseñadas para trabajar con patrones de barras de colores. Cada barra de un color crea un punto en la gratícula y uno de estos puntos debe corresponder en posición con unos blancos dibujados en la gratícula, la posición de estos puntos con respecto a los blancos, son los mejores indicadores de que tan correcta es la señal de crominancia Dr. Víctor Hinostroza 18

19 Vectorscopio Componente B-Y Componente R-Y R-Y B-Y Figura 1.15 Formación de la señal en el Vectorscopio En la figura 1.15 se muestra como se genera la señal en le Vectorscopio, el eje X lo forma la señal B-Y de Crominancia y el eje Y, lo forma la señal R-Y de la señal de Crominancia. En la parte derecha de la figura se muestra la relación vectorial de las dos señales. Mediciones de amplitud. Las señales de video compuesto son normalmente de 1 Volt de pico a pico, las técnicas de mediciones de amplitud que se usan son para verificar que las señales están de acuerdo con este valor nominal y si se requiere hacer los ajustes necesarios. Las mediciones de la amplitud de pico a pico, a veces son llamadas mediciones de ganancia de inserción. (insertion gain). Los efectos que este tipo de medición provoca en la imagen, es que la imagen aparece muy clara o muy obscura. La señal que normalmente se usa para probar la amplitud es la señal de barras de colores y se usa un monitor de forma de onda para mostrar los resultados. Dr. Víctor Hinostroza 19

20 Cuando la amplitud de la señal no es la correcta, es necesario revisar que sea una falta de ganancia la causante y no una distorsión. Esto se puede revisar, examinando la relación entre la amplitud de la sincronía a la amplitud de la señal de video. Esta relación debe ser de 3:7, si esto es correcto, lo que hay que hacer es corregir la ganancia. Si no es así, hay otro problema y hay que hacer otras mediciones para encontrarlo. También hay que revisar la relación entre la sincronía y la ráfaga de video, esta relación debe de ser de 30% de la amplitud de la señal de video compuesto. (0.3 Volts) Estas relaciones se muestran en la figura Mediciones de tiempo. La duración de los pulsos de sincronía vertical y horizontal se miden para verificar que están dentro de ciertos limites. Otros parámetros de sincronización también se miden tales como; la subida y la bajada de los pulsos de sincronización, la posición y duración de los pulsos de ráfaga. En la figura 1.16 se muestran las relaciones de amplitud y tiempo de las señales de sincronía y ráfaga de video. Pequeños errores no causaran ningún problema en la imagen de la pantalla. Sin embargo si estos errores se hacen más grandes la imagen puede desaparecer. Estas mediciones de tiempo se pueden hacer con cualquier señal que tenga los pulsos de sincronía incorporados. Para medir la duración de los pulsos, se toma como estándar, medir entre el 50% de la subida y el 50% de la bajada del pulso. Para las mediciones de la subida y bajada de pulsos de sincronía, se toma como estándar, medir entre el 10% y el 90 % de amplitud total del pulso. 1.3 Distorsiones lineales. Distorsiones de forma de onda que son independientes de la amplitud se les llama distorsiones lineales. Estas distorsiones ocurren como resultado de la incapacidad del sistema para transferir uniformemente todas las características de amplitud y fases en todas las frecuencias de la señal. Cuando componentes de la señal de alta frecuencia son afectados en forma diferente a los de baja frecuencia, probablemente las distorsiones lineales están presentes. Estas distorsiones son comúnmente causadas por características de Dr. Víctor Hinostroza 20

21 transferencia imperfectas del equipo donde se procesa la señal. Enseguida se enlistan las distorsiones lineales más comunes, su definición, los efectos que tienen en la imagen y la forma de probarlas. 700 mv Señal de blanking 10.9 µseg. Señal de sincronía 4.7 µseg. 0.6 µseg Blanco de referencia 300 mv Referencia de blanking Figura 1.16 Tiempos y amplitudes de las señales de sincronía y ráfaga Ganancia y retardo de luminancia a crominancia. La ganancia de crominancia a luminancia es la diferencia en ganancia de los componentes de crominancia contra los componentes de luminancia en la señal de video. Esta diferencia esta expresada en porcentaje o en db con un valor negativo para baja crominancia y un valor positivo para alta luminancia. La diferencia en retardo entre crominancia y luminancia es un cambio en la relación de tiempo entre los componentes de luminancia y crominancia. Esta diferencia esta expresada en unidades de tiempo, típicamente nano-segundos, este numero es positivo para crominancia retardada y negativo para crominancia adelantada. Los errores de ganancia aparecen como atenuación o picos de la información de crominancia y se muestra en la pantalla como incorrecta saturación de color. La distorsión de retardo causara corrimiento del color en la imagen, particularmente en los bordes de las figuras en la imagen. Dr. Víctor Hinostroza 21

22 20T Figura 1.17 Pulso senoidal modulado cuadrado Para probar estas distorsiones de retardo y ganancia se usa una señal de un pulso senoidal modulado cuadrado de 10T o 20T, como se muestra en la figura Este pulso es un pulso de una onda senoidal que pasa a través de un filtro de onda cuadrada. La duración T es de 100 nano-segundos. La ventaja de usar este pulso es que después de pasar por el dispositivo bajo prueba, muestra si hay diferencias, tanto en retardo como en ganancia. Otra señal usada para realizar esta prueba es la señal de Sinc o la señal de sen x sobre x, esta señal se muestra en la figura Señal Sinc = sen(x) / x Figura 1.18 Señal Sinc Dr. Víctor Hinostroza 22

23 1.3.2 Distorsiones de tiempo Distorsión de tiempo corto. (short time distortion) Las distorsiones de corto tiempo causan cambios de amplitud, zumbidos, sobre-excitación y bajo-excitación en los tiempos de subida de los pulsos rápidos de la señal. Los pulsos mas afectados son los que tienen una duración de 0.1 a 1 micro-segundo. Los efectos en la imagen que tiene esta distorsión es los bordes verticales borrosos y el efecto de zumbido se puede interpretar como el que causa corrimiento de color en los bordes. La distorsión de tiempo corto se puede probar con una señal que tenga un tiempo de subida de la señal de barra de blanco de T, esta señal tiene un tiempo de subida de 10% a 90% de 100 micro-segundos. (T) La figura 1.19 muestra una señal con tiempo de subida de T. 90% 700 mv 10% 100 nsec Nominal Figura 1.19 Señal con tiempo de subida de T. Dr. Víctor Hinostroza 23

24 Distorsión de tiempo de línea. (line time distortion) Este tipo de distorsión causa una pendiente en las señales que tienen una velocidad similar al tiempo de línea tales como las barras blancas. El rango de los componentes de la señal afectados varia desde 1 hasta 64 micro-segundos. La cantidad de distorsión es expresada como un porcentaje de la amplitud de la barra al centro de la barra. Los efectos que esta distorsión tiene en la imagen se pueden ver como variaciones de brillantez entre los lados derecho e izquierdo de la pantalla. Rayaduras y manchaduras horizontales también son visibles. La señal que se usa para probar esta distorsión es una señal de barra blanca de 10 a 25 micro-segundos de duración. La distorsión se mide como la inclinación que presente la parte superior de la barra y es representada como un porcentaje con respecto a la parte central de la barra. La figura 1.20 muestra una señal de prueba de este tipo. De 10 a 25 micro-segundos Figura Señal para probar la distorsión de tiempo de línea Distorsión de tiempo de campo. (field time distortion) Esta distorsión causa una inclinación en las señales de video que tienen una velocidad similar al tiempo de campo. Afecta señales que cuyo rango de duración es de 64 microsegundos hasta 20 milisegundos. La cantidad de distorsión es representada por el porcentaje de la amplitud al centro de la barra de línea. Dr. Víctor Hinostroza 24

25 Los efectos que esta distorsión tiene en la imagen son que causa variaciones de brillantez de arriba a abajo de la pantalla en detalles grandes de la imagen. La señal que se usa para probar esta distorsión es una onda cuadrada del tamaño de un campo en duración. En esta señal, cada línea en una mitad del campo es un pedestal de 0 volts y cada línea en la otra mitad del campo es un pedestal de 700 milivolts. Esta señal usualmente incluye las señales de sincronía vertical y horizontal. La figura 1.21 muestra una señal de este tipo. 150 líneas 700 mv Sincronía en todas las líneas 1 campo Figura 1.21 Señal para medir distorsión de tiempo de campo Distorsión de largo tiempo. (long time distortion) Esta distorsión es resultado de las variaciones de baja frecuencia resultantes de cambios en la imagen. Esta distorsión usualmente aparece como una oscilación de muy baja frecuencia atenuada. Los componentes afectados tiene un rango de duración de 20 milisegundos a decenas de segundos. Los picos de sobre-excitación que ocurren como resultado de un cambio de la imagen expresados como un porcentaje de la amplitud nominal de la luminancia es como generalmente se describe este tipo de distorsión. Los efectos que este tipo de distorsión tiene en la imagen usualmente se percibe como parpadeo de la imagen. Dr. Víctor Hinostroza 25

26 Este tipo de distorsión se prueba con una señal que tiene un campo que no varia por X segundos con un nivel de 90% y luego se cambia a un nivel de 10% otros X segundos, como se puede ver en la figura Este tipo de distorsión se prueba examinando la oscilación de baja frecuencia atenuada resultante de los cambios de imagen. Esta prueba no es posible hacerla con un monitor de forma de onda, sino es indispensable un osciloscopio de almacenamiento de imagen. (storage osciloscope) X segundos Alto nivel de señal de video. Bajo nivel de señal de video. X segs. X segs. Figura 1.22 Señal para prueba de distorsión de largo tiempo Respuesta a la frecuencia. (frequency response) La mediciones de respuesta la frecuencia miden la habilidad del sistema para transferir componentes de señal de diferentes frecuencias sin afectar su amplitud. Este parámetro también conocido como distorsión de ganancia-frecuencia, evalúa la respuesta de amplitud del sistema sobre el espectro completo de video. La variación de amplitud puede estar en db o en porcentaje. La amplitud de referencia es típicamente la barra del blanco (100%) Los efectos que este tipo de distorsión puede causar en la imagen son muy variados, incluyendo todos los efectos de las demás distorsiones mencionadas hasta ahora. Dr. Víctor Hinostroza 26

27 La respuesta la frecuencia puede ser medidas con una variedad de señales, entre las cuales se pueden mencionar las siguientes: a) La señal multi-ráfaga, esta señal incluye seis paquetes de frecuencias discretas que caen dentro de las frecuencias de señales de televisión. Estos paquetes de frecuencia usualmente caen en le rango de 0.5 a 5.8 MHz con los incrementos de frecuencia aumentando hacia el lado derecho de la línea, según se muestra en la figura b) Otra señal que se usa para probar esta distorsión es la señal multi-pulso. Esta señal consiste de pulsos de onda senoidal modulados en cuadrado de 10T o 20 T de duración, con componentes de lata frecuencia a varias frecuencias de interés, generalmente de 0.5 a 5.8 MHz como se observa en la figura 1.24 Ráfagas de frecuencia. Figura 1.23 Señal de prueba de multi-ráfaga. Figura 1.24 Señal de prueba de multi-pulso. Dr. Víctor Hinostroza 27

28 1.3.4 Distorsión de retardo de grupo. (group delay) Este tipo de distorsión se presenta cuando algunos componentes de frecuencia son retardados mas que otros. Esta distorsión se expresa en unidades de tiempo. La diferencia en retardo entre una frecuencia de referencia de baja frecuencia y la mas alta frecuencia a probar se define como retardo de grupo. Los efectos en la imagen que provoca esta distorsión son pérdida de definición de líneas verticales debido a que los pulsos de luminancia están sobreexcitado, bajo excitados o vibrando. La señal de prueba multi-pulso descrita en la sección anterior y mostrada en la figura 1.24 es la señal que se usa para probar este tipo de distorsión. Los métodos de prueba usados para este tipo de distorsión son muy similares a lo usados en la prueba de retardo de luminancia-crominancia, la única diferencia en la cantidad de frecuencias en las cuales el retardo es probado. En términos matemáticos, el retardo de grupo se define como la derivada de la fase con d θ respecto a la frecuencia,. En un sistema sin distorsión, la respuesta de fase contra d ω frecuencia es una pendiente lineal y por lo tanto una constante, como se muestra en la figura Distorsiones no lineales. Distorsiones de forma de onda dependientes de la amplitud, normalmente se les llama distorsiones no lineales. Esta clasificación incluye distorsiones que son dependientes de cambios en el APL (Average Picture Level) nivel promedio de imagen y /o cambios instantáneos de niveles de señal. Ya que los amplificadores y otros circuitos electrónicos son lineales solo en un rango limitado, tienden a comprimir o recortar señales grandes. El resultado es distorsión no lineal de un tipo o de otro. Las distorsiones no lineales se Dr. Víctor Hinostroza 28

29 manifiestan como efectos de inter-modulación o modulación cruzada (cross-talk) entre las porciones de luminancia y crominancia de la señal. Entre las distorsiones no lineales más comunes se encuentran las siguientes Amplitud Amplitud Frecuencia Frecuencia ω 1 ω 2 ω 1 ω 2 Fase Fase ω 1 ω 2 Tiempo Frecuencia ω 1 ω 2 Tiempo Frecuencia ω 1 ω 2 Frecuencia ω 1 ω 2 Frecuencia Figura 1.25 Respuesta de un sistema con distorsión de retardo de grupo Fase diferencial. (differential phase) Este tipo de distorsión esta presente cuando la fase de la crominancia es dependiente del nivel de luminancia. Esta distorsión de fase es resultado de la inhabilidad del sistema para procesar uniformemente la información de alta frecuencia de crominancia en todos los niveles de luminancia. La cantidad de distorsión de fase diferencial se expresa en grados de la fase de sub-portadora. Dr. Víctor Hinostroza 29

30 Figura 1.26 Señal de prueba de rampa modulada Los efectos que este tipo de distorsión tiene en la imagen, no son importantes en los receptores actuales, ya que estos receptores tienen decodificadores de retardo de línea. Un decodificador de retardo de línea, promedia cada dos líneas sucesivas en un campo, así que los corrimientos de la fase de crominancia son cancelados. Las señales que se usan para probar la fase diferencial consisten en una señal de crominancia de fase continua sobre puesta en diferentes niveles de luminancia. Una señal modulada en escalera (5 a 10 pasos) o una rampa modulada como las que se muestran en las figuras 1.26 y 1.27 son las señales que se usan típicamente en esta prueba Ganancia diferencial (differential gain) Esta distorsión esta presente cuando la ganancia de la crominancia es dependiente del nivel de la luminancia. Estos errores de amplitud son un resultado de la incapacidad del sistema para procesar uniformemente la señal de alta frecuencia de crominancia a todos los niveles de luminancia. La distorsión de ganancia diferencial se expresa en porcentaje. Debido a que atenuación y sobreexcitación pueden ocurrir en la misma señal, es importante especificar si sé esta midiendo la diferencia de amplitud de pico a pico o la desviación del pico solamente. Dr. Víctor Hinostroza 30

31 Los efectos que este tipo de distorsión provoca en la imagen cuando está presente son que la saturación del color no es correctamente reproducida. La distorsión de ganancia diferencial es más notable en los colores rojos y amarillos. Las señales que se usan para probar la ganancia diferencial consisten en una señal de crominancia de amplitud continua sobre puesta en diferentes niveles de luminancia. Una señal modulada en escalera (5 a 10 pasos) o una rampa modulada como las que se muestran en las figuras 1.26 y 1.27 son las señales que se usan típicamente en esta prueba. Figura 1.27 Señal de prueba de escalera modulada No linealidad de luminancia. (luminance nonlinearity) No linealidad de luminancia o luminancia diferencial, esta distorsión está presente cuando la ganancia de luminancia es afectada por el nivel de luminancia. Dicho de otra manera, no hay una relación lineal entre la entrada y la salida en le canal de luminancia. Esta distorsión de amplitud es resultado de la inhabilidad del sistema para procesar uniformemente la información de luminancia en el rango total de amplitudes. La cantidad de no-linealidad de luminancia es expresada como un porcentaje. La medición de esta distorsión se hace comparando las amplitudes individuales de los escalones de una señal de escalera, la diferencia entre el escalón mas pequeño y él más grande, con respecto al escalón de más grande amplitud es el porcentaje de esta distorsión. Dr. Víctor Hinostroza 31

32 Los efectos que este tipo de distorsión produce en la imagen son; una pérdida de detalle en las sombras y lugares de brillantez. También se afecta la saturación de color. La no-linealidad de luminancia debe ser medida con una señal de prueba que consiste de una escalera de 5 a 10 pasos de pasos con amplitud de luminancia uniforme, tal como se muestra en la figura Figura 1.28 Una señal de prueba de escalera sin modulación Fase de crominancia no lineal. (Chrominance nonlinear phase) Este tipo de distorsión se presenta cuando la fase de la crominancia es afectada por la amplitud e la crominancia. Estos errores de fase son resultado de la inhabilidad del sistema para procesar uniformemente todas las amplitudes de crominancia. Este tipo de distorsión se expresa en grados de fase de sub-portadora. Este parámetro debe ser medido a varios niveles de AVL y la peor medición tomada. Como en la fase diferencial, los efectos de este tipo de distorsión son eliminados por el uso de decodificadores de retardo de línea y no son visibles en la imagen. Dr. Víctor Hinostroza 32

33 Una señal modulada en pedestal, a veces llamada barra de crominancia de tres niveles se usa para medir esta distorsión. Esta señal consiste de tres niveles de crominancia sobrepuestos sobre un nivel constante de luminancia de un sola fase. Una señal típica modulada en pedestal tiene un a señal de luminancia de 350 mv y tres niveles de crominancia de 140, 420 y 700 mv según se muestra en la figura Figura 1.29 Señal de prueba modulada en pedestal. 1.5 Mediciones de ruido. El ruido se refiere a las fluctuaciones de señal que existen en cualquier sistema eléctrico. El ruido puede ser aleatorio o coherente y proviene de una variedad de fuentes naturales o es hecho por el hombre. Aunque siempre hay ruido presente, una cantidad excesiva puede degradar o desaparecer la señal de interés. Las amplitudes de la señal no siempre permanecen constantes cuando la señal de video es procesada o transmitida. Una medición absoluta de ruido no es relevante, sino que es más importante saber la relación o proporción de la señal con respecto al ruido. Una forma común de expresar el ruido en un sistema es en la relación señal-ruido. (SNR) Que es la división del nivel de la señal entre el nivel del ruido y se expresa en db. Dr. Víctor Hinostroza 33

34 Los efectos que el ruido puede tener en la imagen son; La imagen aparece nevada o granulada y en las señales digitales hay perdida de bloques de video o de la señal en general. Figura 1.30 Señal de prueba de campo rojo. Una señal que se usa para probar la SNR es una señal con un nivel de luminancia constante y sin crominancia. Las mediciones pueden ser hechas sobre una línea en el intervalo vertical, aunque mediciones hechas en todo un campo son más exactas y fáciles de hacer. Una señal típica se muestra en la figura Dr. Víctor Hinostroza 34