La televisión analógica es la tecnología de televisión original que utiliza señales analógicas para transmitir vídeo y audio. [1] En una transmisión de televisión analógica, el brillo, los colores y el sonido están representados por la amplitud , la fase y la frecuencia de una señal analógica.
Las señales analógicas varían en un rango continuo de valores posibles, lo que significa que pueden introducirse ruidos electrónicos e interferencias. Por lo tanto, con una señal analógica, una señal moderadamente débil se vuelve borrosa y propensa a interferencias. Por el contrario, la calidad de imagen de una señal de televisión digital (DTV) sigue siendo buena hasta que el nivel de la señal cae por debajo de un umbral en el que la recepción ya no es posible o se vuelve intermitente.
La televisión analógica puede ser inalámbrica ( televisión terrestre y televisión por satélite ) o puede distribuirse a través de una red de cable como televisión por cable .
Antes de la llegada de la DTV, todos los sistemas de transmisión de televisión utilizaban señales analógicas. Debido a los menores requisitos de ancho de banda de las señales digitales comprimidas , a partir del año 2000, en la mayoría de los países del mundo se está llevando a cabo una transición a la televisión digital , con diferentes plazos para el cese de las transmisiones analógicas. Varios países ya han realizado el cambio, y el resto de países aún están en proceso, principalmente en África, Asia y Sudamérica.
Los primeros sistemas de televisión analógica eran sistemas mecánicos que utilizaban discos giratorios con patrones de agujeros perforados en el disco para escanear una imagen. Un disco similar reconstruía la imagen en el receptor. La sincronización de la rotación del disco receptor se manejaba mediante pulsos de sincronización transmitidos con la información de la imagen. Los sistemas de cámara utilizaban discos giratorios similares y requerían una iluminación intensamente brillante del sujeto para que funcionara el detector de luz. Las imágenes reproducidas por estos sistemas mecánicos eran tenues, de muy baja resolución y parpadeaban severamente.
La televisión analógica no empezó a desarrollarse como industria hasta el desarrollo del tubo de rayos catódicos (TRC), que utiliza un haz de electrones enfocado para trazar líneas a través de una superficie recubierta de fósforo . El haz de electrones podía recorrer la pantalla mucho más rápido que cualquier sistema de disco mecánico, lo que permitía líneas de escaneo más espaciadas y una resolución de imagen mucho mayor. Además, se requería mucho menos mantenimiento de un sistema completamente electrónico en comparación con un sistema de disco giratorio mecánico. Los sistemas completamente electrónicos se hicieron populares en los hogares después de la Segunda Guerra Mundial .
Los transmisores de televisión analógica codifican su señal utilizando diferentes sistemas. Los sistemas oficiales de transmisión fueron definidos por la UIT en 1961 como: A, B, C, D, E, F, G, H, I, K, K1, L, M y N. [2] Estos sistemas determinan el número de líneas de exploración, la velocidad de cuadros, el ancho de canal, el ancho de banda de video, la separación video-audio, etc. Se podría agregar un esquema de codificación de color ( NTSC , PAL o SECAM ) a la señal monocromática base. [3] Usando modulación de RF, la señal se modula luego en una onda portadora de frecuencia muy alta (VHF) o frecuencia ultra alta (UHF) . Cada cuadro de una imagen de televisión está compuesto de líneas de exploración dibujadas en la pantalla. Las líneas tienen un brillo variable; todo el conjunto de líneas se dibuja lo suficientemente rápido como para que el ojo humano lo perciba como una imagen. El proceso se repite y se muestra el siguiente cuadro secuencial, lo que permite la representación del movimiento. La señal de televisión analógica contiene información de tiempo y sincronización para que el receptor pueda reconstruir una imagen en movimiento bidimensional a partir de una señal unidimensional variable en el tiempo.
Los primeros sistemas de televisión comercial eran en blanco y negro ; el comienzo de la televisión en color fue en la década de 1950. [4]
Un sistema de televisión práctico debe captar señales de luminancia , crominancia (en un sistema de color), sincronización (horizontal y vertical) y audio , y transmitirlas mediante una transmisión de radio. El sistema de transmisión debe incluir un medio de selección de canales de televisión .
Los sistemas de transmisión de televisión analógica se ofrecen en una variedad de frecuencias de cuadro y resoluciones. Existen otras diferencias en la frecuencia y modulación de la portadora de audio. Las combinaciones monocromáticas que todavía existían en la década de 1950 fueron estandarizadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) como letras mayúsculas de la A a la N. Cuando se introdujo la televisión en color, la información de crominancia se agregó a las señales monocromáticas de una manera que los televisores en blanco y negro ignoran. De esta manera se logró la compatibilidad con versiones anteriores .
Existen tres estándares para la codificación y transmisión de la información de color adicional. El primero fue el sistema NTSC estadounidense . El PAL europeo y australiano y el SECAM francés y de la ex Unión Soviética se desarrollaron más tarde e intentaron solucionar ciertos defectos del sistema NTSC. La codificación de color del PAL es similar a la de los sistemas NTSC. Sin embargo, el SECAM utiliza un enfoque de modulación diferente al del PAL o NTSC. El PAL tuvo una evolución posterior llamada PALplus , que permitía transmisiones en pantalla ancha y al mismo tiempo era totalmente compatible con los equipos PAL existentes.
En principio, los tres sistemas de codificación de color se pueden utilizar con cualquier combinación de línea de exploración/velocidad de fotogramas. Por lo tanto, para describir una señal dada por completo, es necesario citar el sistema de color más el estándar de transmisión como letra mayúscula. Por ejemplo, Estados Unidos, Canadá, México y Corea del Sur utilizan NTSC-M , [a] Japón utiliza NTSC-J , [b] el Reino Unido utiliza PAL-I , [c] Francia utiliza SECAM-L , [d] gran parte de Europa occidental y Australia utilizan PAL-B / G , [e] la mayor parte de Europa del Este utiliza SECAM-D / K o PAL-D/K y así sucesivamente.
No existen todas las combinaciones posibles. El NTSC sólo se utiliza con el sistema M, aunque hubo experimentos con NTSC-A ( 405 líneas ) en el Reino Unido y NTSC-N (625 líneas) en parte de Sudamérica. El PAL se utiliza con una variedad de estándares de 625 líneas (B, G, D, K, I, N) pero también con el estándar norteamericano de 525 líneas, denominado en consecuencia PAL-M . Asimismo, el SECAM se utiliza con una variedad de estándares de 625 líneas.
Por esta razón, muchas personas se refieren a cualquier señal de tipo 625/25 como PAL y a cualquier señal de tipo 525/30 como NTSC , incluso cuando se refieren a señales digitales; por ejemplo, en DVD-Video , que no contiene ninguna codificación de color analógica y, por lo tanto, no hay señales PAL o NTSC en absoluto.
Aunque en todo el mundo se utilizan diversos sistemas de transmisión de televisión, se aplican los mismos principios de funcionamiento. [5]
Un televisor con tubo de rayos catódicos (CRT) muestra una imagen al pasar un haz de electrones por la pantalla en un patrón de líneas horizontales conocido como raster . Al final de cada línea, el haz regresa al inicio de la siguiente línea; al final de la última línea, el haz regresa al inicio de la primera línea en la parte superior de la pantalla. A medida que pasa por cada punto, la intensidad del haz varía, lo que hace variar la luminancia de ese punto. Un sistema de televisión en color es similar, excepto que hay tres haces que pasan juntos y una señal adicional conocida como crominancia controla el color del punto.
Cuando se desarrolló la televisión analógica, no existía ninguna tecnología asequible para almacenar señales de vídeo; la señal de luminancia debía generarse y transmitirse al mismo tiempo que se mostraba en el CRT. Por lo tanto, era esencial mantener la exploración de trama en la cámara (u otro dispositivo para producir la señal) en exacta sincronización con la exploración en el televisor.
La física del CRT requiere que se permita un intervalo de tiempo finito para que el punto se desplace de nuevo al inicio de la siguiente línea ( retroceso horizontal ) o al inicio de la pantalla ( retroceso vertical ). La sincronización de la señal de luminancia debe permitir esto.
El ojo humano tiene una característica llamada fenómeno phi . La visualización rápida de imágenes escaneadas sucesivas crea la ilusión de un movimiento suave. El parpadeo de la imagen se puede solucionar parcialmente utilizando un revestimiento de fósforo de larga persistencia en el CRT para que las imágenes sucesivas se desvanezcan lentamente. Sin embargo, el fósforo lento tiene el efecto secundario negativo de provocar manchas y borrosidad en la imagen cuando se produce un movimiento rápido en la pantalla.
La velocidad máxima de cuadros depende del ancho de banda de la electrónica y del sistema de transmisión, así como del número de líneas de exploración horizontales de la imagen. Una velocidad de cuadros de 25 o 30 hercios es un compromiso satisfactorio, mientras que para construir la imagen se utiliza el proceso de entrelazar dos campos de vídeo de la imagen por cuadro . Este proceso duplica el número aparente de cuadros de vídeo por segundo y reduce aún más el parpadeo y otros defectos en la transmisión.
El sistema de televisión de cada país especificará un número de canales de televisión dentro de los rangos de frecuencia UHF o VHF. Un canal en realidad consta de dos señales: la información de la imagen se transmite mediante modulación de amplitud en una frecuencia portadora, y el sonido se transmite con modulación de frecuencia a una frecuencia con un desfase fijo (normalmente de 4,5 a 6 MHz) con respecto a la señal de imagen.
Las frecuencias de canal elegidas representan un compromiso entre permitir un ancho de banda suficiente para el vídeo (y, por lo tanto, una resolución de imagen satisfactoria) y permitir que se incluyan suficientes canales en la banda de frecuencia disponible. En la práctica, se utiliza una técnica denominada banda lateral vestigial para reducir el espaciado entre canales, que sería casi el doble del ancho de banda del vídeo si se utilizara AM pura.
La recepción de la señal se realiza invariablemente a través de un receptor superheterodino : la primera etapa es un sintonizador que selecciona un canal de televisión y lo desplaza a una frecuencia intermedia (FI) fija. El amplificador de señal realiza la amplificación a las etapas de FI desde el rango de microvoltios hasta fracciones de voltio.
En este punto, la señal IF consiste en una señal portadora de video en una frecuencia y la portadora de sonido en un desplazamiento fijo en frecuencia. Un demodulador recupera la señal de video. También en la salida del mismo demodulador hay una nueva portadora de sonido modulada en frecuencia en la frecuencia de desplazamiento. En algunos equipos fabricados antes de 1948, esto se filtraba y la IF de sonido de aproximadamente 22 MHz se enviaba a un demodulador FM para recuperar la señal de sonido básica. En equipos más nuevos, se permitió que esta nueva portadora en la frecuencia de desplazamiento permaneciera como sonido interportadora y se enviaba a un demodulador FM para recuperar la señal de sonido básica. Una ventaja particular del sonido interportadora es que cuando se ajusta la perilla de ajuste fino del panel frontal, la frecuencia de la portadora de sonido no cambia con la sintonización, sino que permanece en la frecuencia de desplazamiento mencionada anteriormente. En consecuencia, es más fácil sintonizar la imagen sin perder el sonido.
De esta forma, la portadora de sonido FM se demodula, se amplifica y se utiliza para accionar un altavoz. Hasta la aparición de los sistemas NICAM y MTS , las transmisiones de sonido de televisión eran monofónicas.
La portadora de vídeo se demodula para dar una señal de vídeo compuesta [f] que contiene señales de luminancia, crominancia y sincronización. [6] El resultado es idéntico al formato de vídeo compuesto utilizado por dispositivos de vídeo analógicos como las videograbadoras o las cámaras de CCTV . Para garantizar una buena linealidad y, por tanto, fidelidad, en consonancia con unos costes de fabricación asequibles de los transmisores y receptores, la portadora de vídeo nunca se modula hasta el punto de que se apague por completo. Cuando se introdujo el sonido entre portadoras más tarde en 1948, no apagar por completo la portadora tuvo el efecto secundario de permitir que el sonido entre portadoras se implementara de forma económica.
Cada línea de la imagen mostrada se transmite utilizando una señal como la que se muestra arriba. El mismo formato básico (con pequeñas diferencias relacionadas principalmente con la sincronización y la codificación del color) se utiliza para los sistemas de televisión PAL, NTSC y SECAM. Una señal monocromática es idéntica a una en color, con la excepción de que los elementos que se muestran en color en el diagrama (la ráfaga de color y la señal de crominancia) no están presentes.
El porche delantero es un breve período (de aproximadamente 1,5 microsegundos ) que se inserta entre el final de cada línea de imagen transmitida y el borde anterior del pulso de sincronización de la siguiente línea . Su propósito era permitir que los niveles de voltaje se estabilizaran en los televisores más antiguos, evitando interferencias entre las líneas de imagen. El porche delantero es el primer componente del intervalo de borrado horizontal que también contiene el pulso de sincronización horizontal y el porche trasero . [7] [8] [9]
El porche trasero es la parte de cada línea de escaneo entre el final (borde ascendente) del pulso de sincronización horizontal y el inicio del video activo. Se utiliza para restaurar la referencia del nivel de negro (300 mV) en el video analógico. En términos de procesamiento de señales, compensa el tiempo de caída y el tiempo de estabilización después del pulso de sincronización. [7] [8]
En los sistemas de televisión en color, como PAL y NTSC, este período también incluye la señal de ráfaga de color . En el sistema SECAM, contiene la subportadora de referencia para cada señal de diferencia de color consecutiva con el fin de establecer la referencia de color cero.
En algunos sistemas profesionales, en particular los enlaces satelitales entre ubicaciones, el audio digital se integra en los pulsos de sincronización de línea de la señal de video, para ahorrar el costo de alquilar un segundo canal. El nombre de este sistema propietario es Sound-in-Syncs .
El componente de luminancia de una señal de vídeo compuesta varía entre 0 V y aproximadamente 0,7 V por encima del nivel de negro . En el sistema NTSC, hay un nivel de señal de supresión utilizado durante el porche delantero y el porche trasero, y un nivel de señal de negro 75 mV por encima de este; en PAL y SECAM, estos niveles son idénticos.
En un receptor monocromático, la señal de luminancia se amplifica para activar la rejilla de control del cañón de electrones del CRT. Esto cambia la intensidad del haz de electrones y, por lo tanto, el brillo del punto que se está escaneando. Los controles de brillo y contraste determinan el desplazamiento de CC y la amplificación, respectivamente.
Una señal de color transmite información de imagen para cada uno de los componentes rojo, verde y azul de una imagen. Sin embargo, no se transmiten simplemente como tres señales separadas, porque: una señal de este tipo no sería compatible con los receptores monocromáticos, una consideración importante cuando se introdujo por primera vez la transmisión en color. Además, ocuparía tres veces el ancho de banda de la televisión actual, lo que requeriría una reducción en el número de canales de televisión disponibles.
En cambio, las señales RGB se convierten en formato YUV , donde la señal Y representa la luminancia de los colores de la imagen. Dado que la reproducción de los colores de esta manera es el objetivo de los sistemas de cine y televisión monocromáticos , la señal Y es ideal para la transmisión como señal de luminancia. Esto garantiza que un receptor monocromático mostrará una imagen correcta en blanco y negro, donde un color determinado se reproduce mediante un tono de gris que refleja correctamente qué tan claro u oscuro es el color original.
Las señales U y V son señales de diferencia de color . La señal U es la diferencia entre la señal B y la señal Y, también conocida como B menos Y (BY), y la señal V es la diferencia entre la señal R y la señal Y, también conocida como R menos Y (RY). La señal U representa entonces qué tan azul violáceo o su color complementario, verde amarillento, es el color, y la señal V qué tan rojo violáceo o su color complementario, cian verdoso, es. La ventaja de este esquema es que las señales U y V son cero cuando la imagen no tiene contenido de color. Dado que el ojo humano es más sensible a los detalles en la luminancia que en el color, las señales U y V se pueden transmitir con un ancho de banda reducido con resultados aceptables.
En el receptor, un único demodulador puede extraer una combinación aditiva de U más V. Un ejemplo es el demodulador X utilizado en el sistema de demodulación X/Z. En ese mismo sistema, un segundo demodulador, el demodulador Z, también extrae una combinación aditiva de U más V, pero en una proporción diferente. Las señales de diferencia de color X y Z se convierten en tres señales de diferencia de color (RY), (BY) y (GY). Las combinaciones de dos demoduladores, normalmente, pero a veces tres, eran:
Al final, una mayor matrificación de las señales de diferencia de color c a f anteriores produjo las tres señales de diferencia de color, (RY), (BY) y (GY).
Las señales R, G y B en el receptor necesarias para el dispositivo de visualización (CRT, pantalla de plasma o pantalla LCD) se derivan electrónicamente mediante la matrización de la siguiente manera: R es la combinación aditiva de (RY) con Y, G es la combinación aditiva de (GY) con Y, y B es la combinación aditiva de (BY) con Y. Todo esto se logra electrónicamente. Se puede ver que en el proceso de combinación, la parte de baja resolución de las señales Y se cancela, dejando que las señales R, G y B puedan reproducir una imagen de baja resolución a todo color. Sin embargo, las partes de mayor resolución de las señales Y no se cancelan, y por lo tanto están igualmente presentes en R, G y B, produciendo el detalle de imagen de mayor resolución en monocromo, aunque aparece para el ojo humano como una imagen a todo color y con resolución completa.
En los sistemas de color NTSC y PAL, U y V se transmiten utilizando modulación de amplitud en cuadratura de una subportadora. Este tipo de modulación aplica dos señales independientes a una subportadora, con la idea de que ambas señales se recuperarán independientemente en el extremo receptor. Para NTSC, la subportadora está a 3,58 MHz. [g] Para el sistema PAL está a 4,43 MHz. [h] La subportadora en sí no está incluida en la señal modulada ( portadora suprimida ), son las bandas laterales de la subportadora las que llevan la información de U y V. La razón habitual para utilizar la portadora suprimida es que ahorra energía del transmisor. En esta aplicación, una ventaja más importante es que la señal de color desaparece por completo en escenas en blanco y negro. La subportadora está dentro del ancho de banda de la señal de luminancia principal y, en consecuencia, puede causar artefactos indeseables en la imagen, aún más notorios en receptores en blanco y negro.
Una pequeña muestra de la subportadora, la ráfaga de color , se incluye en la parte de supresión horizontal, que no es visible en la pantalla. Esto es necesario para proporcionar al receptor una referencia de fase para la señal modulada. En la modulación de amplitud en cuadratura, la señal de crominancia modulada cambia de fase en comparación con su subportadora y también cambia de amplitud. La amplitud de crominancia (cuando se considera junto con la señal Y) representa la saturación aproximada de un color, y la fase de crominancia en relación con la referencia de la subportadora representa aproximadamente el tono del color. Para colores de prueba particulares que se encuentran en el patrón de barras de color de prueba, a veces se definen amplitudes y fases exactas solo para fines de prueba y resolución de problemas.
Debido a la naturaleza del proceso de modulación de amplitud en cuadratura que creó la señal de crominancia, en ciertos momentos, la señal representa solo la señal U, y 70 nanosegundos (NTSC) más tarde, representa solo la señal V. Aproximadamente 70 nanosegundos más tarde, -U, y otros 70 nanosegundos, -V. Por lo tanto, para extraer U, se utiliza un demodulador sincrónico, que usa la subportadora para bloquear brevemente el croma cada 280 nanosegundos, de modo que la salida sea solo un tren de pulsos discretos, cada uno con una amplitud que es la misma que la señal U original en el momento correspondiente. En efecto, estos pulsos son muestras analógicas de tiempo discreto de la señal U. Luego, los pulsos se filtran con un filtro de paso bajo para recuperar la señal U analógica original de tiempo continuo. Para V, una subportadora desplazada 90 grados bloquea brevemente la señal de croma cada 280 nanosegundos, y el resto del proceso es idéntico al utilizado para la señal U.
La activación de la compuerta en cualquier otro momento que no sean los mencionados anteriormente dará como resultado una mezcla aditiva de dos de U, V, -U o -V. Uno de estos métodos de activación de la compuerta fuera del eje (es decir, de los ejes U y V) se denomina demodulación I/Q. Otro esquema fuera del eje mucho más popular fue el sistema de demodulación X/Z. Una matriz adicional [ aclaración necesaria ] recuperó las señales U y V originales. Este esquema fue en realidad el esquema de demodulación más popular durante la década de 1960. [ aclaración necesaria ]
El proceso anterior utiliza la subportadora, pero como se mencionó anteriormente, se eliminó antes de la transmisión y solo se transmite el croma. Por lo tanto, el receptor debe reconstruir la subportadora. Para este propósito, se transmite una ráfaga corta de la subportadora, conocida como ráfaga de color, durante el período de borrado de la línea de escaneo. Un oscilador de subportadora en el receptor se bloquea en esta señal (ver bucle de bloqueo de fase ) para lograr una referencia de fase, lo que hace que el oscilador produzca la subportadora reconstituida. [i]
El sistema NTSC utiliza este proceso sin modificaciones. Desafortunadamente, esto a menudo da como resultado una reproducción deficiente del color debido a errores de fase en la señal recibida, causados a veces por trayectos múltiples, pero principalmente por una implementación deficiente en el extremo del estudio. Con la llegada de los receptores de estado sólido, la televisión por cable y el equipo de estudio digital para la conversión a una señal analógica por aire, estos problemas del sistema NTSC se han solucionado en gran medida, dejando el error del operador en el extremo del estudio como la única debilidad de reproducción del color del sistema NTSC. [ cita requerida ] En cualquier caso, el sistema PAL D (retardo) corrige principalmente este tipo de errores invirtiendo la fase de la señal en cada línea sucesiva y promediando los resultados en pares de líneas. Este proceso se logra mediante el uso de una línea de retardo de duración 1H (donde H = frecuencia de escaneo horizontal). [j] Por lo tanto, los errores de cambio de fase entre líneas sucesivas se cancelan y la amplitud de la señal deseada aumenta cuando las dos señales en fase (coincidentes) se vuelven a combinar.
El sistema NTSC es más eficiente en cuanto al espectro que el PAL, ya que ofrece más detalles de imagen para un ancho de banda determinado. Esto se debe a que los sofisticados filtros de peine de los receptores son más eficaces con la secuencia de cuadros de 4 colores del NTSC en comparación con la secuencia de 8 campos del PAL. Sin embargo, al final, el mayor ancho de canal de la mayoría de los sistemas PAL en Europa sigue otorgando a los sistemas PAL la ventaja de transmitir más detalles de imagen.
En el sistema de televisión SECAM , U y V se transmiten en líneas alternas , utilizando una modulación de frecuencia simple de dos subportadoras de color diferentes.
En algunas pantallas CRT en color analógicas, a partir de 1956, la señal de control de brillo ( luminancia ) se envía a las conexiones del cátodo de los cañones de electrones, y las señales de diferencia de color ( señales de crominancia ) se envían a las conexiones de las rejillas de control. Esta sencilla técnica de mezcla matricial de CRT fue reemplazada en los diseños de estado sólido posteriores de procesamiento de señales por el método de matrizado original utilizado en los receptores de televisión en color de 1954 y 1955.
Los pulsos de sincronización añadidos a la señal de vídeo al final de cada línea de exploración y fotograma de vídeo garantizan que los osciladores de barrido del receptor permanezcan sincronizados con la señal transmitida para que la imagen pueda reconstruirse en la pantalla del receptor. [7] [8] [10]
Un circuito separador de sincronización detecta los niveles de voltaje de sincronización y clasifica los pulsos en sincronización horizontal y vertical.
El pulso de sincronización horizontal separa las líneas de escaneo . La señal de sincronización horizontal es un pulso corto único que indica el comienzo de cada línea. El resto de la línea de escaneo sigue, con una señal que varía de 0,3 V (negro) a 1 V (blanco), hasta el siguiente pulso de sincronización horizontal o vertical.
El formato del pulso de sincronización horizontal varía. En el sistema NTSC de 525 líneas, es un pulso de 4,85 μs a 0 V. En el sistema PAL de 625 líneas, el pulso es de 4,7 μs a 0 V. Esto es inferior a la amplitud de cualquier señal de vídeo ( más negro que el negro ), por lo que puede ser detectado por el circuito separador de sincronización sensible al nivel del receptor.
Se definen dos intervalos de tiempo: el intervalo anterior entre el final del vídeo mostrado y el inicio del pulso de sincronización, y el intervalo posterior después del pulso de sincronización y antes del vídeo mostrado. Estos intervalos, junto con el propio pulso de sincronización, se denominan intervalo de borrado horizontal (o de retroceso ) y representan el tiempo que tarda el haz de electrones en el CRT en volver al inicio de la siguiente línea de visualización.
La sincronización vertical separa los campos de vídeo. En PAL y NTSC, el pulso de sincronización vertical se produce dentro del intervalo de borrado vertical . Los pulsos de sincronización vertical se generan prolongando la longitud de los pulsos de sincronización horizontal a lo largo de casi toda la longitud de la línea de exploración.
La señal de sincronización vertical es una serie de pulsos mucho más largos que indican el comienzo de un nuevo campo. Los pulsos de sincronización ocupan todo el intervalo de línea de una serie de líneas al principio y al final de un barrido; no se transmite información de imagen durante el retroceso vertical. La secuencia de pulsos está diseñada para permitir que la sincronización horizontal continúe durante el retroceso vertical; también indica si cada campo representa líneas pares o impares en sistemas entrelazados (dependiendo de si comienza al comienzo de una línea horizontal o en la mitad).
El formato de dicha señal en NTSC de 525 líneas es:
Cada pulso de pre- o post-ecualización consta de media línea de exploración de señal negra: 2 μs a 0 V, seguido de 30 μs a 0,3 V. Cada pulso de sincronización largo consta de un pulso de ecualización con tiempos invertidos: 30 μs a 0 V, seguido de 2 μs a 0,3 V.
En la producción de video y gráficos por computadora, los cambios en la imagen se realizan a menudo durante el intervalo de borrado vertical para evitar la discontinuidad visible de la imagen. Si esta imagen en el búfer de cuadros se actualiza con una nueva imagen mientras se actualiza la pantalla, la pantalla muestra una mezcla de ambos cuadros, lo que produce un corte de página en la mitad de la imagen.
Los osciladores de barrido (o de deflexión) fueron diseñados para funcionar sin una señal de la estación de televisión (o VCR, computadora u otra fuente de video compuesto). Esto permite que el receptor de televisión muestre una trama y permita que se presente una imagen durante la colocación de la antena. Con suficiente intensidad de señal, el circuito separador de sincronización del receptor dividiría los pulsos de base de tiempo del video entrante y los usaría para restablecer los osciladores horizontales y verticales en el momento adecuado para sincronizar con la señal de la estación.
La oscilación libre del circuito horizontal es especialmente crítica, ya que los circuitos de deflexión horizontal normalmente alimentan el transformador flyback (que proporciona potencial de aceleración para el CRT), así como los filamentos del tubo rectificador de alto voltaje y, a veces, el filamento o filamentos del propio CRT. Sin el funcionamiento del oscilador horizontal y las etapas de salida en estos receptores de televisión, no habría iluminación en la cara del CRT.
La falta de componentes de sincronización de precisión en los primeros equipos significaba que los circuitos de base de tiempo necesitaban ocasionalmente un ajuste manual. Si sus frecuencias de funcionamiento libre estaban demasiado alejadas de las frecuencias de línea y campo reales, los circuitos no podían seguir las señales de sincronización entrantes. La pérdida de sincronización horizontal generalmente daba como resultado una imagen imposible de ver; la pérdida de sincronización vertical producía una imagen que se desplazaba hacia arriba o hacia abajo en la pantalla.
Los receptores de televisión analógica más antiguos suelen ofrecer controles manuales para ajustar la sincronización horizontal y vertical. El ajuste se realiza mediante controles de retención horizontal y vertical , normalmente en el panel frontal junto con otros controles comunes. Estos ajustan las frecuencias de funcionamiento libre de los osciladores de base de tiempo correspondientes.
Una imagen vertical que gira lentamente demuestra que el oscilador vertical está casi sincronizado con la estación de televisión pero no se fija en ella, a menudo debido a una señal débil o una falla en la etapa del separador de sincronización que no reinicia el oscilador.
Los errores de sincronización horizontal hacen que la imagen se rasgue en diagonal y se repita en la pantalla como si estuviera envuelta alrededor de un tornillo o un poste de barbero; cuanto mayor sea el error, más copias de la imagen se verán a la vez envueltas alrededor del poste de barbero.
A principios de los años 1980, la eficacia de los circuitos de sincronización, además de la estabilidad inherente de los osciladores de los equipos, había mejorado hasta el punto en que estos controles ya no eran necesarios. Los circuitos integrados que eliminaban el control de retención horizontal comenzaron a aparecer ya en 1969. [11]
Las generaciones finales de receptores de televisión analógica utilizaban diseños basados en circuitos integrados en los que las bases de tiempo del receptor se derivaban de osciladores de cristal precisos. Con estos equipos, el ajuste de la frecuencia de funcionamiento libre de cualquiera de los osciladores de barrido era innecesario y no estaba disponible.
Los controles de retención horizontal y vertical rara vez se usaban en monitores de computadora basados en CRT, ya que la calidad y la consistencia de los componentes eran bastante altas en el advenimiento de la era de la computadora, pero se podían encontrar en algunos monitores compuestos utilizados con las computadoras personales o hogareñas de los años 1970 y 1980.
El sintonizador es el elemento que, con la ayuda de una antena, aísla las señales de televisión que se reciben por el aire. Existen dos tipos de sintonizadores en la televisión analógica, los sintonizadores VHF y los UHF . El sintonizador VHF selecciona la frecuencia de televisión VHF. Ésta consta de un ancho de banda de vídeo de 4 MHz y de un ancho de banda de audio de unos 100 kHz. A continuación, amplifica la señal y la convierte en una portadora de vídeo modulada en amplitud de frecuencia intermedia (FI) de 45,75 MHz y en una portadora de audio modulada en frecuencia FI de 41,25 MHz.
Los amplificadores de FI están centrados a 44 MHz para una transferencia de frecuencia óptima de las portadoras de audio y video. [k] Al igual que la radio, la televisión tiene control automático de ganancia (AGC). Este controla la ganancia de las etapas del amplificador de FI y del sintonizador.
El amplificador de vídeo y de salida se implementa mediante un pentodo o un transistor de potencia . El filtro y demodulador separa el vídeo de 45,75 MHz del audio de 41,25 MHz y luego simplemente utiliza un diodo para detectar la señal de vídeo. Después del detector de vídeo, el vídeo se amplifica y se envía al separador de sincronización y luego al tubo de imagen.
La señal de audio va a un amplificador de 4,5 MHz. Este amplificador prepara la señal para el detector de 4,5 MHz. Luego pasa por un transformador de FI de 4,5 MHz hasta el detector. En televisión, hay dos formas de detectar señales de FM. Una forma es mediante el detector de relación . Esto es simple pero muy difícil de alinear. El siguiente es un detector relativamente simple. Este es el detector de cuadratura . Fue inventado en 1954. El primer tubo diseñado para este propósito fue el tipo 6BN6. Es fácil de alinear y simple en circuito. Fue un diseño tan bueno que todavía se usa hoy en día en forma de circuito integrado. Después del detector, va al amplificador de audio.
La sincronización de imágenes se logra mediante la transmisión de pulsos negativos. [l] La señal de sincronización horizontal es un pulso corto único que indica el comienzo de cada línea. Se definen dos intervalos de tiempo: el porche delantero entre el final del video mostrado y el comienzo del pulso de sincronización, y el porche trasero después del pulso de sincronización y antes del video mostrado. Estos y el pulso de sincronización en sí se denominan intervalo de borrado horizontal (o de retroceso ) y representan el tiempo que el haz de electrones en el CRT regresa al comienzo de la siguiente línea de visualización.
La señal de sincronización vertical es una serie de pulsos mucho más largos que indican el comienzo de un nuevo campo. Los pulsos de sincronización vertical ocupan todo el intervalo de línea de una serie de líneas al principio y al final de un barrido; no se transmite información de imagen durante el retroceso vertical. La secuencia de pulsos está diseñada para permitir que la sincronización horizontal continúe durante el retroceso vertical. [m]
Un circuito separador de sincronización detecta los niveles de voltaje de sincronización y extrae y acondiciona las señales que los osciladores horizontales y verticales pueden usar para mantenerse sincronizados con el video. También forma el voltaje AGC.
Los osciladores horizontales y verticales forman la trama en el CRT. Son accionados por el separador de sincronismo. Hay muchas formas de crear estos osciladores. El primero es el oscilador de tiratrón . Aunque se sabe que se desvía, crea una onda de diente de sierra perfecta. Esta onda de diente de sierra es tan buena que no se necesita control de linealidad. Este oscilador fue diseñado para los CRT de deflexión electrostática, pero también encontró algún uso en los CRT de deflexión electromagnética. El siguiente oscilador desarrollado fue el oscilador de bloqueo que utiliza un transformador para crear una onda de diente de sierra. Este solo se utilizó durante un breve período de tiempo y nunca fue muy popular. Finalmente, el multivibrador fue probablemente el más exitoso. Necesitaba más ajustes que los otros osciladores, pero es muy simple y efectivo. Este oscilador fue tan popular que se utilizó desde principios de la década de 1950 hasta la actualidad.
Se necesitan dos amplificadores osciladores. El amplificador vertical acciona directamente el yugo. Dado que funciona a 50 o 60 Hz y acciona un electroimán, es similar a un amplificador de audio. Debido a la rápida deflexión requerida, el oscilador horizontal requiere un transformador flyback de alta potencia accionado por un tubo o transistor de alta potencia. Los devanados adicionales de este transformador flyback normalmente alimentan otras partes del sistema.
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La pérdida de sincronización horizontal generalmente produce una imagen distorsionada e imposible de ver; la pérdida de sincronización vertical produce una imagen que se desplaza hacia arriba o hacia abajo en la pantalla.
En un receptor analógico con una pantalla CRT , los pulsos de sincronización se envían a circuitos de base de tiempo horizontales y verticales (comúnmente llamados circuitos de barrido en los Estados Unidos), cada uno de los cuales consta de un oscilador y un amplificador. Estos generan formas de onda de corriente de diente de sierra y parábola modificadas para escanear el haz de electrones. Las formas de onda diseñadas son necesarias para compensar las variaciones de distancia desde la fuente del haz de electrones y la superficie de la pantalla. Los osciladores están diseñados para funcionar libremente a frecuencias muy cercanas a las velocidades de campo y línea, pero los pulsos de sincronización hacen que se restablezcan al comienzo de cada línea o campo de escaneo, lo que da como resultado la sincronización necesaria del barrido del haz con la señal de origen. Las formas de onda de salida de los amplificadores de base de tiempo se envían a las bobinas de deflexión horizontal y vertical envueltas alrededor del tubo CRT. Estas bobinas producen campos magnéticos proporcionales a la corriente cambiante, y estos desvían el haz de electrones a través de la pantalla.
En la década de 1950, la energía para estos circuitos se derivaba directamente de la red eléctrica. Un circuito simple consistía en una resistencia de reducción de tensión en serie y un rectificador . Esto evitaba el costo de un gran transformador de red de alto voltaje (50 o 60 Hz) . Era ineficiente y producía mucho calor.
En la década de 1960, la tecnología de semiconductores se introdujo en los circuitos de base temporal. A fines de esa década, en el Reino Unido, se introdujo la generación de energía sincrónica (con la velocidad de la línea de exploración) en los diseños de receptores de estado sólido . [12]
En el Reino Unido, se dejaron de utilizar circuitos de potencia de tipo simple (50 Hz) y se introdujeron circuitos de conmutación basados en tiristores . El motivo de los cambios de diseño surgió de los problemas de contaminación del suministro eléctrico derivados de la interferencia electromagnética y de los problemas de carga de suministro debido a que la energía se tomaba solo del semiciclo positivo de la forma de onda de la red eléctrica. [13]
La mayor parte de los circuitos del receptor (al menos en los diseños basados en transistores o circuitos integrados ) funcionan con una fuente de alimentación de CC de voltaje relativamente bajo . Sin embargo, la conexión del ánodo de un tubo de rayos catódicos requiere un voltaje muy alto (normalmente entre 10 y 30 kV) para un funcionamiento correcto.
Este voltaje no es producido directamente por el circuito de la fuente de alimentación principal; en su lugar, el receptor hace uso del circuito utilizado para el escaneo horizontal. La corriente continua (CC) se conmuta a través del transformador de salida de línea y la corriente alterna (CA) se induce en las bobinas de escaneo. Al final de cada línea de escaneo horizontal, el campo magnético , que se ha acumulado tanto en el transformador como en las bobinas de escaneo por la corriente, es una fuente de energía electromagnética latente. Esta energía de campo magnético colapsante almacenada se puede capturar. La corriente de flujo inverso, de corta duración (aproximadamente el 10% del tiempo de escaneo de línea) tanto del transformador de salida de línea como de la bobina de escaneo horizontal se descarga nuevamente en el devanado primario del transformador flyback mediante el uso de un rectificador que bloquea esta fuerza contraelectromotriz . Un condensador de pequeño valor se conecta a través del dispositivo de conmutación de escaneo. Esto sintoniza las inductancias del circuito para que resuenen a una frecuencia mucho más alta. Esto alarga el tiempo de flyback de la tasa de decaimiento extremadamente rápida que resultaría si estuvieran aislados eléctricamente durante este corto período. Uno de los devanados secundarios del transformador flyback envía este breve pulso de alto voltaje a un multiplicador de voltaje diseñado por un generador Cockcroft-Walton . Esto produce el suministro de alto voltaje requerido. Un convertidor flyback es un circuito de suministro de energía que funciona con principios similares.
Un diseño moderno típico incorpora el transformador flyback y el circuito rectificador en una sola unidad con un cable de salida cautivo, conocido como transformador de salida de línea dividida por diodos o transformador de alto voltaje integrado (IHVT), [14] de modo que todas las partes de alto voltaje estén encerradas. Los diseños anteriores utilizaban un transformador de salida de línea independiente y una unidad multiplicadora de alto voltaje bien aislada. La alta frecuencia (15 kHz aproximadamente) del escaneo horizontal permite utilizar componentes razonablemente pequeños.
En muchos países se ha interrumpido la transmisión televisiva por aire de señales de audio y video analógicos para permitir la reutilización del espectro radioeléctrico de transmisión televisiva para otros servicios.
El primer país en realizar un cambio total a la transmisión digital por aire (televisión terrestre) fue Luxemburgo en 2006, seguido más tarde en 2006 por los Países Bajos. [15] La transición a la televisión digital en los Estados Unidos para la transmisión de alta potencia se completó el 12 de junio de 2009, la fecha que fijó la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Casi dos millones de hogares ya no podían ver televisión porque no se habían preparado para la transición. El cambio se había retrasado por la Ley de Retraso de DTV . [16] Si bien la mayoría de los espectadores de televisión transmitida por aire en los EE. UU. ven estaciones de máxima potencia (que suman alrededor de 1800), existen otras tres categorías de estaciones de televisión en los EE. UU.: estaciones de transmisión de baja potencia , estaciones de clase A y estaciones traductoras de televisión . A estas se les dieron plazos posteriores.
En Japón, el cambio a lo digital comenzó en la prefectura nororiental de Ishikawa el 24 de julio de 2010 y finalizó en 43 de las 47 prefecturas del país (incluido el resto de Ishikawa) el 24 de julio de 2011, pero en las prefecturas de Fukushima , Iwate y Miyagi , la conversión se retrasó hasta el 31 de marzo de 2012, debido a complicaciones del terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 y sus accidentes nucleares relacionados . [17]
En Canadá, la mayoría de las ciudades más grandes apagaron las transmisiones analógicas el 31 de agosto de 2011. [18]
China había programado poner fin a la transmisión analógica entre 2015 y 2021. [19]
Brasil pasó a la televisión digital el 2 de diciembre de 2007 en São Paulo. En 2017 se estimó que Brasil dejaría de transmitir de forma analógica en todo el país en 2023. [ necesita actualización ] [20]
En Malasia, la Comisión de Comunicaciones y Multimedia de Malasia anunció la presentación de ofertas de licitación en el tercer trimestre de 2009 para la asignación de la banda UHF de 470 a 742 MHz , con el fin de permitir que el sistema de transmisión de Malasia pasara a la televisión digital. La nueva asignación de la banda de transmisión daría como resultado que Malasia tuviera que construir una infraestructura para todos los radiodifusores, utilizando un único canal de transmisión de televisión digital terrestre . [ cita requerida ] Grandes porciones de Malasia están cubiertas por transmisiones de televisión de Singapur, Tailandia, Brunei e Indonesia (desde Borneo y Batam). A partir del 1 de noviembre de 2019, todas las regiones de Malasia dejaron de utilizar el sistema analógico después de que los estados de Sabah y Sarawak finalmente lo apagaran el 31 de octubre de 2019. [21]
En Singapur, la televisión digital bajo DVB-T2 comenzó el 16 de diciembre de 2013. El cambio se retrasó muchas veces hasta que la televisión analógica se apagó a la medianoche del 2 de enero de 2019. [22]
En Filipinas, la Comisión Nacional de Telecomunicaciones exigió a todas las empresas de radiodifusión que pusieran fin a la transmisión analógica el 31 de diciembre de 2015 a las 23:59 horas. Debido a la demora en la publicación de las normas y reglamentos de aplicación para la transmisión de televisión digital, la fecha límite se trasladó a 2020. Se espera que la transmisión digital completa esté lista para 2021 y todos los servicios de televisión analógica deberían cerrarse a fines de 2023. [23] Sin embargo, en febrero de 2023, la NTC pospuso la transición de ASO/DTV a 2025 debido a que muchas estaciones de televisión provinciales no estaban listas para comenzar sus transmisiones de televisión digital. [ cita requerida ]
En la Federación de Rusia, la Red Rusa de Televisión y Radiodifusión (RTRS) desactivó la transmisión analógica de los canales federales en cinco etapas, cerrando la transmisión en múltiples entidades federativas en cada etapa. La primera región en la que se desactivó la transmisión analógica fue la región de Tver el 3 de diciembre de 2018, y la transición se completó el 14 de octubre de 2019. [24] Durante la transición, se proporcionaron receptores DVB-T2 y compensaciones monetarias para la compra de equipos de recepción de televisión digital terrestre o satelital a personas discapacitadas, veteranos de la Segunda Guerra Mundial, ciertas categorías de jubilados y hogares con ingresos por miembro inferiores al salario mínimo. [25]
