La televisión analógica es la tecnología de televisión original que utiliza señales analógicas para transmitir video y audio. [1] En una transmisión de televisión analógica, el brillo, los colores y el sonido están representados por la amplitud , fase y 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. Así, con lo analógico, una señal moderadamente débil se vuelve nevada y sujeta a interferencias. Por el contrario, la calidad de la imagen de una señal de televisión digital (DTV) permanece 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 .
Todos los sistemas de televisión abierta utilizaban señales analógicas antes de la llegada de la DTV. Motivada por los menores requisitos de ancho de banda de las señales digitales comprimidas , a partir de la década de 2000, se está produciendo una transición a la televisión digital en la mayoría de los países del mundo, con diferentes plazos para el cese de las transmisiones analógicas. Varios países ya han hecho el cambio, y los restantes todavía están en progreso, principalmente en África y Asia.
Los primeros sistemas de televisión analógica eran sistemas de televisión mecánicos que utilizaban discos giratorios con patrones de agujeros perforados en el disco para escanear una imagen. Un disco similar reconstruyó la imagen en el receptor. La sincronización de la rotación del disco receptor se manejó 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 mucho.
La televisión analógica no comenzó en serio como industria hasta el desarrollo del tubo de rayos catódicos (CRT), que utiliza un haz de electrones enfocado para trazar líneas a través de una superficie recubierta de fósforo . El haz de electrones podría recorrer la pantalla mucho más rápido que cualquier sistema de disco mecánico, lo que permitiría líneas de escaneo más cercanas y una resolución de imagen mucho mayor. Además, un sistema totalmente electrónico requería mucho menos mantenimiento que un sistema mecánico de disco giratorio. Los sistemas totalmente electrónicos se hicieron populares entre los hogares después de la Segunda Guerra Mundial .
Los emisores de televisión analógica codifican su señal mediante 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 escaneo, velocidad de cuadros, ancho de canal, ancho de banda de video, separación de audio y video, etc. Se podría agregar un esquema de codificación de colores ( NTSC , PAL o SECAM ) a la señal monocromática base. [3] Utilizando la modulación de RF, la señal luego se modula en una onda portadora de muy alta frecuencia (VHF) o de ultra alta frecuencia (UHF) . Cada cuadro de una imagen de televisión se compone de líneas de exploración dibujadas en la pantalla. Las líneas tienen diferente brillo; todo el conjunto de líneas se dibuja con la suficiente rapidez como para que el ojo humano lo perciba como una sola 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 temporización y sincronización para que el receptor pueda reconstruir una imagen en movimiento bidimensional a partir de una señal unidimensional que varía en el tiempo.
Los primeros sistemas de televisión comerciales fueron en blanco y negro ; El comienzo de la televisión en color fue en la década de 1950. [4]
Un sistema de televisión práctico necesita tomar señales de luminancia , crominancia (en un sistema de color), sincronización (horizontal y vertical) y audio , y transmitirlas a través de una transmisión de radio. El sistema de transmisión deberá incluir un medio de selección de canales de televisión .
Los sistemas de transmisión de televisión analógica vienen en una variedad de velocidades de cuadro y resoluciones. Existen otras diferencias en la frecuencia y modulación de la portadora de audio. Las combinaciones monocromáticas que aún 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 forma en que se puede codificar y transmitir la información de color adicional. El primero fue el sistema americano NTSC . Los estándares SECAM europeo y australiano PAL y francés y de la ex Unión Soviética se desarrollaron más tarde e intentan subsanar ciertos defectos del sistema NTSC. La codificación de colores de PAL es similar a la de los sistemas NTSC. SECAM, sin embargo, utiliza un enfoque de modulación diferente al de PAL o NTSC. PAL tuvo una evolución tardía llamada PALplus , que permitía transmisiones en pantalla panorámica sin dejar de ser totalmente compatible con los equipos PAL existentes.
En principio, los tres sistemas de codificación de colores se pueden utilizar con cualquier combinación de línea de exploración/velocidad de fotogramas. Por lo tanto, para describir completamente una señal determinada, es necesario citar el sistema de color más el estándar de transmisión en mayúscula. Por ejemplo, Estados Unidos, Canadá, México y Corea del Sur usan NTSC-M , [a] Japón usa NTSC-J , [b] el Reino Unido usa PAL-I , [c] Francia usa SECAM-L , [d] mucho 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. NTSC sólo se utiliza con el sistema M, aunque hubo experimentos con NTSC-A ( línea 405 ) en el Reino Unido y NTSC-N (línea 625) en parte de Sudamérica. 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, SECAM se utiliza con una variedad de estándares de 625 líneas.
Por esta razón, muchas personas se refieren a cualquier señal tipo 625/25 como PAL y a cualquier señal 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 contiene ninguna señal PAL o NTSC.
Aunque en todo el mundo se utilizan diferentes sistemas de transmisión de televisión, se aplican los mismos principios de funcionamiento. [5]
Un televisor de tubo de rayos catódicos (CRT) muestra una imagen escaneando un haz de electrones a través de la pantalla en un patrón de líneas horizontales conocido como trama . Al final de cada línea, el haz regresa al inicio de la siguiente línea; al final de la última línea, el haz regresa al comienzo de la primera línea en la parte superior de la pantalla. A medida que pasa por cada punto, se varía la intensidad del haz, variando la luminancia de ese punto. Un sistema de televisión en color es similar excepto que hay tres haces que escanean 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 tenía que generarse y transmitirse al mismo tiempo que se muestra en el CRT. Por lo tanto, era esencial mantener el escaneo de trama en la cámara (u otro dispositivo para producir la señal) en sincronización exacta con el escaneo en la televisión.
La física del CRT requiere que se permita un intervalo de tiempo finito para que el punto regrese 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 una capa 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 imágenes borrosas y borrosas cuando se produce un movimiento rápido en la pantalla.
La velocidad de fotogramas máxima depende del ancho de banda de la electrónica y del sistema de transmisión, y del número de líneas de escaneo horizontales en la imagen. Una velocidad de fotogramas 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 fotograma . Este proceso duplica el número aparente de fotogramas 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. En realidad, un canal consta de dos señales: la información de la imagen se transmite utilizando modulación de amplitud en una frecuencia portadora, y el sonido se transmite con modulación de frecuencia en una frecuencia con un desplazamiento fijo (normalmente de 4,5 a 6 MHz) de la señal de imagen.
Las frecuencias de canal elegidas representan un compromiso entre permitir suficiente ancho de banda para video (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 llamada banda lateral vestigial para reducir el espacio entre canales, que sería casi el doble del ancho de banda de vídeo si se utilizara AM puro.
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 fija (IF). El amplificador de señal realiza amplificación a las etapas IF 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 de frecuencia fijo. Un demodulador recupera la señal de vídeo. También a la salida del mismo demodulador hay una nueva portadora de sonido modulada en frecuencia en la frecuencia de compensación. En algunos aparatos fabricados antes de 1948, esto se filtró y el sonido IF de aproximadamente 22 MHz se envió a un demodulador de FM para recuperar la señal de sonido básica. En los aparatos más nuevos, a esta nueva portadora en la frecuencia de compensación se le permitía permanecer como sonido interportadora y se enviaba a un demodulador de FM para recuperar la señal de sonido básica. Una ventaja particular del sonido interportadora es que cuando se ajusta la perilla de sintonización fina del panel frontal, la frecuencia de la portadora de sonido no cambia con la sintonización, sino que permanece en la frecuencia de compensación mencionada anteriormente. En consecuencia, es más fácil sintonizar la imagen sin perder el sonido.
Entonces, la portadora de sonido FM se demodula, se amplifica y se utiliza para controlar un altavoz. Hasta la llegada 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 analógico como VCR o cámaras CCTV . Para garantizar una buena linealidad y, por tanto, una buena fidelidad, coherente con unos costes de fabricación asequibles de transmisores y receptores, la portadora de vídeo nunca se modula hasta el punto de desconectarse por completo. Cuando se introdujo el sonido entre portadoras a finales de 1948, no apagar completamente 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 se muestra arriba. El mismo formato básico (con pequeñas diferencias relacionadas principalmente con la sincronización y la codificación de 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 señal de colorburst y la señal de crominancia) no están presentes.
El porche delantero es un período breve (aproximadamente 1,5 microsegundos ) insertado 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 televisores más antiguos, evitando interferencias entre las líneas de imagen. El porche delantero es el primer componente del intervalo de supresión horizontal que también contiene el pulso de sincronización horizontal y el porche trasero . [7] [8] [9]
El porche trasero es la porción de cada línea de exploración entre el final (borde ascendente) del pulso de sincronización horizontal y el inicio del vídeo activo. Se utiliza para restaurar la referencia del nivel de negro (300 mV) en vídeo 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 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 para establecer la referencia de color cero.
En algunos sistemas profesionales, particularmente en los enlaces satelitales entre ubicaciones, el audio digital está integrado dentro de 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 compuesto varía entre 0 V y aproximadamente 0,7 V por encima del nivel de negro . En el sistema NTSC, se utiliza un nivel de señal de supresión durante el porche delantero y el porche trasero, y un nivel de señal negra de 75 mV por encima de él; en PAL y SECAM son idénticos.
En un receptor monocromático, la señal de luminancia se amplifica para controlar la rejilla de control en el cañón de electrones del CRT. Esto cambia la intensidad del haz de electrones y, por tanto, el brillo del punto que se escanea. Los controles de brillo y contraste determinan el cambio 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, estas no se transmiten simplemente como tres señales separadas porque: una señal así no sería compatible con receptores monocromáticos, una consideración importante cuando se introdujo por primera vez la transmisión en color. También ocuparía tres veces el ancho de banda de la televisión existente, lo que requeriría una disminución en el número de canales de televisión disponibles.
En cambio, las señales RGB se convierten al formato YUV , donde la señal Y representa la luminancia de los colores de la imagen. Debido a que la reproducción de colores de esta manera es el objetivo de los sistemas de televisión y cine monocromáticos , la señal Y es ideal para su 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 entonces representa cuán azul violáceo o su color complementario, verde amarillento, es el color, y la señal V cuán rojo violáceo o su 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 de luminancia que de color, las señales U y V pueden transmitirse 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 agrupan además en tres señales de diferencia de color, (RY), (BY) y (GY). Las combinaciones de normalmente dos, pero a veces tres demoduladores, eran:
Al final, una matriz adicional 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 matriz de la siguiente manera: R es la combinación aditiva de (RY) con Y, G es la combinación aditiva combinación 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 porción de baja resolución de las señales Y se cancela, dejando a las señales R, G y B capaces de representar 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, lo que produce detalles de imagen de mayor resolución en monocromo, aunque al ojo humano le parece una imagen a todo color. e imagen de máxima resolución.
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 recuperen de forma independiente en el extremo receptor. Para NTSC, la subportadora está en 3,58 MHz. [g] Para el sistema PAL está en 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 transportan la información U y V. La razón habitual para utilizar portadora suprimida es que ahorra energía en el 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 se encuentra dentro del ancho de banda de la señal de luminancia principal y, en consecuencia, puede provocar artefactos indeseables en la imagen, especialmente notables en receptores en blanco y negro.
Una pequeña muestra de la subportadora, la explosión de color , se incluye en la parte en blanco horizontal, que no es visible en la pantalla. Esto es necesario para darle al receptor una referencia de fase para la señal modulada. Bajo 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 frente a 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 colores de prueba, a veces se definen amplitudes y fases exactas únicamente con 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) después, representa solo la señal V. Unos 70 nanosegundos más tarde, -U, y otros 70 nanosegundos, -V. Entonces, para extraer U, se utiliza un demodulador síncrono, que utiliza la subportadora para controlar 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 tiempo correspondiente. En efecto, estos pulsos son muestras analógicas en tiempo discreto de la señal U. Luego, los pulsos se filtran en paso bajo para recuperar la señal U analógica original de tiempo continuo. Para V, una subportadora desplazada 90 grados controla brevemente la señal croma cada 280 nanosegundos, y el resto del proceso es idéntico al utilizado para la señal U.
La activación en cualquier otro momento distinto de los mencionados anteriormente producirá una mezcla aditiva de dos cualesquiera de U, V, -U o -V. Uno de estos métodos de activación fuera del eje (es decir, de los ejes U y V) se llama demodulación I/Q. Otro esquema fuera del eje mucho más popular fue el sistema de demodulación X/Z. Una matriz adicional [ se necesita aclaración ] recuperó las señales U y V originales. Este esquema fue en realidad el esquema demodulador más popular durante la década de 1960. [ se necesita aclaración ]
El proceso anterior utiliza la subportadora. Pero como se mencionó anteriormente, se eliminó antes de la transmisión y solo se transmite el croma. Por tanto, el receptor debe reconstituir la subportadora. Para ello, se transmite una breve ráfaga de la subportadora, conocida como ráfaga de color, durante el período de borrado de seguimiento (back porch) de cada línea de exploración. 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]
NTSC utiliza este proceso sin modificaciones. Desafortunadamente, esto a menudo resulta en una mala reproducción del color debido a errores de fase en la señal recibida, causados a veces por trayectos múltiples, pero sobre todo por una mala implementación en el estudio. Con la llegada de los receptores de estado sólido, la televisión por cable y los equipos de estudio digitales para la conversión a una señal analógica por aire, estos problemas NTSC se han solucionado en gran medida, dejando el error del operador en el estudio como el único punto débil en la reproducción del color. el sistema NTSC. [ cita necesaria ] 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 sobre pares de líneas. Este proceso se logra mediante el uso de una línea de retardo de duración de 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.
NTSC es más eficiente en términos de espectro que PAL y brinda más detalles de imagen para un ancho de banda determinado. Esto se debe a que los filtros de peine sofisticados en los receptores son más efectivos con la secuencia de cuadros de 4 colores de NTSC en comparación con la secuencia de 8 campos de PAL. Sin embargo, al final, el mayor ancho de canal de la mayoría de los sistemas PAL en Europa todavía les da a los sistemas PAL la ventaja a la hora 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 analógicas en color, a partir de 1956, la señal de control de brillo ( luminancia ) se envía a las conexiones catódicas 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 de matrices CRT fue reemplazada en diseños posteriores de procesamiento de señales de estado sólido por el método de matriz original utilizado en los receptores de televisión en color de 1954 y 1955.
Los pulsos de sincronización agregados a la señal de video al final de cada línea de escaneo y cuadro de video aseguran que los osciladores de barrido en el 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 exploración . La señal de sincronización horizontal es un pulso corto y único que indica el inicio de cada línea. Sigue el resto de la línea de exploración, con la señal oscilando entre 0,3 V (negro) y 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 menor que la amplitud de cualquier señal de video ( más negra que el negro ), por lo que puede ser detectada por el circuito separador de sincronización sensible al nivel del receptor.
Se definen dos intervalos de tiempo: el porche delantero entre el final del vídeo mostrado y el inicio del pulso de sincronización, y el porche trasero después del pulso de sincronización y antes del vídeo mostrado. Estos y el pulso de sincronización en sí se denominan intervalo de supresión horizontal (o retroceso ) y representan el tiempo que el haz de electrones en el CRT regresa al inicio de la siguiente línea de la pantalla.
La sincronización vertical separa los campos de vídeo. En PAL y NTSC, el pulso de sincronización vertical se produce dentro del intervalo de supresión vertical . Los pulsos de sincronización vertical se obtienen 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 inicio 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 escaneo; 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 inicio de una línea horizontal o a mitad de camino).
El formato de dicha señal en NTSC de 525 líneas es:
Cada pulso de ecualización previa o posterior 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 vídeo y gráficos por computadora, los cambios en la imagen a menudo se realizan durante el intervalo de supresión vertical para evitar una discontinuidad visible de la imagen. Si esta imagen en el framebuffer se actualiza con una nueva imagen mientras se actualiza la pantalla, la pantalla muestra una mezcla de ambos fotogramas, lo que produce que la página se desgarre hasta la mitad de la imagen.
Los osciladores de barrido (o deflexión) fueron diseñados para funcionar sin 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 la base de tiempo del video entrante y los usaría para restablecer los osciladores horizontales y verticales en el momento apropiado para sincronizarse con la señal de la estación.
La oscilación libre del circuito horizontal es especialmente crítica, ya que los circuitos de deflexión horizontal generalmente alimentan el transformador de retorno (que proporciona potencial de aceleración para el CRT), así como los filamentos del tubo rectificador de alto voltaje y, a veces, los filamentos. del propio CRT. Sin el funcionamiento del oscilador horizontal y las etapas de salida de estos receptores de televisión, no habría iluminación de la superficie del CRT.
La falta de componentes de sincronización de precisión en los primeros equipos significaba que los circuitos de base de tiempo ocasionalmente necesitaban ajustes manuales. Si sus frecuencias libres estuvieran demasiado alejadas de las velocidades reales de línea y campo, los circuitos no podrían seguir las señales de sincronización entrantes. La pérdida de sincronización horizontal generalmente daba como resultado una imagen que no se podía ver; La pérdida de sincronización vertical produciría una imagen que sube o baja en la pantalla.
Los receptores de televisión analógicos más antiguos suelen proporcionar controles manuales para ajustar la sincronización horizontal y vertical. El ajuste toma la forma de controles de retención horizontal y vertical , generalmente 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 avanza lentamente demuestra que el oscilador vertical está casi sincronizado con la estación de televisión pero no está sincronizado con 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 rompa en diagonal y se repita en la pantalla como si estuviera enrollada alrededor de un tornillo o una barra de barbero; cuanto mayor sea el error, más copias de la imagen se verán a la vez enrolladas alrededor del poste del barbero.
A principios de la década de 1980, la eficacia de los circuitos de sincronización, además de la estabilidad inherente de los osciladores de los conjuntos, 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 últimas generaciones de receptores de televisión analógicos utilizaron diseños basados en circuitos integrados en los que las bases de tiempo del receptor se derivaban de osciladores de cristal precisos. Con estos conjuntos, 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 consistencia de los componentes eran bastante altas con la llegada de la era de las computadoras, pero se pueden encontrar en algunos monitores compuestos utilizados en los hogares o personales de los años 1970 y 1980. ordenadores.
El sintonizador es el objeto que, con la ayuda de una antena, aísla las señales de televisión recibidas por el aire. Existen dos tipos de sintonizadores en televisión analógica, los sintonizadores VHF y UHF . El sintonizador VHF selecciona la frecuencia de televisión VHF. Consiste en un ancho de banda de vídeo de 4 MHz y un ancho de banda de audio de aproximadamente 100 kHz. Luego amplifica la señal y la convierte en un vídeo con modulación de amplitud de frecuencia intermedia (IF) de 45,75 MHz y una portadora de audio con modulación de frecuencia IF de 41,25 MHz.
Los amplificadores IF están centrados en 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). Esto controla la ganancia de las etapas del amplificador IF y del sintonizador.
El amplificador de vídeo y el amplificador de salida se implementan 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 4,5Mhz. Luego pasa por un transformador IF de 4,5 MHz hasta el detector. En televisión, existen 2 formas de detectar señales de FM. Una forma es mediante el detector de proporciones . 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 circuitos. Fue un diseño tan bueno que todavía se utiliza hoy en día en forma de circuito integrado. Después del detector, pasa al amplificador de audio.
La sincronización de imágenes se logra mediante la transmisión de pulsos negativos. [l] La señal de sincronización horizontal es un único pulso corto que indica el inicio de cada línea. Se definen dos intervalos de tiempo: el porche delantero entre el final del vídeo mostrado y el inicio del pulso de sincronización, y el porche trasero después del pulso de sincronización y antes del vídeo mostrado. Estos y el pulso de sincronización en sí se denominan intervalo de supresión horizontal (o retroceso ) y representan el tiempo que el haz de electrones en el CRT regresa al inicio de la siguiente línea de la pantalla.
La señal de sincronización vertical es una serie de pulsos mucho más largos que indican el inicio de un nuevo campo. Los pulsos de sincronización vertical ocupan todo el intervalo de línea de varias líneas al principio y al final de una exploración; 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. [metro]
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 impulsados por el separador de sincronización. Hay muchas formas de crear estos osciladores. El primero es el oscilador tiratrón . Aunque se sabe que se desplaza, forma una onda perfecta en dientes de sierra. Esta onda en diente de sierra es tan buena que no se necesita control de linealidad. Este oscilador fue diseñado para los CRT de desviación electrostática, pero también encontró algún uso en CRT de desviación electromagnética. El siguiente oscilador desarrollado fue el oscilador de bloqueo que utiliza un transformador para crear una onda en diente de sierra. Esto sólo se utilizó durante un breve período de tiempo y nunca fue muy popular. Finalmente, el multivibrador fue probablemente el que tuvo más éxito. Necesita más ajuste que los otros osciladores, pero es muy sencillo y eficaz. Este oscilador fue tan popular que se utilizó desde principios de los años 50 hasta la actualidad.
Se necesitan dos amplificadores de oscilador. 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 impulsado 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 da como resultado una imagen confusa y que no se puede ver; La pérdida de sincronización vertical produce una imagen que sube o baja en la pantalla.
En un receptor analógico con pantalla CRT , los pulsos de sincronización se alimentan 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 parábola y diente de sierra modificadas para escanear el haz de electrones. Se necesitan formas de onda diseñadas 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 en frecuencias muy cercanas al campo y a las velocidades de línea, pero los pulsos de sincronización hacen que se reinicien al comienzo de cada línea o campo de exploración, lo que resulta en 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 alimentan a las bobinas de desviación horizontal y vertical enrolladas alrededor del tubo CRT. Estas bobinas producen campos magnéticos proporcionales a la corriente cambiante y desvían el haz de electrones a través de la pantalla.
En la década de 1950, la energía para estos circuitos provenía directamente de la red eléctrica. Un circuito simple constaba de una resistencia cuentagotas de voltaje en serie y un rectificador . Esto evitó el costo de un gran transformador de suministro 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 de tiempo. A finales de la década de 1960, en el Reino Unido, se introdujo la generación de energía síncrona (con la velocidad de la línea de exploración) en los diseños de receptores de estado sólido . [12]
En el Reino Unido, el uso de tipos de energía simples (50 Hz), los circuitos se suspendieron a medida que 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 EMI y problemas de carga del suministro debido a que la energía se toma únicamente del medio ciclo positivo de la forma de onda del suministro principal. [13]
La mayoría de los circuitos del receptor (al menos en diseños basados en transistores o circuitos integrados ) funcionan con una fuente de alimentación de CC de voltaje comparativamente bajo . Sin embargo, la conexión del ánodo de un tubo de rayos catódicos requiere un voltaje muy alto (normalmente de 10 a 30 kV) para su correcto funcionamiento.
Este voltaje no es producido directamente por el circuito de suministro de energía principal; en cambio, el receptor utiliza los circuitos utilizados 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 exploración. Al final de cada línea de exploración horizontal, el campo magnético , que se ha acumulado tanto en el transformador como en las bobinas de exploración por la corriente, es una fuente de energía electromagnética latente. Esta energía almacenada del campo magnético colapsante se puede capturar. La corriente de flujo inverso, de corta duración (aproximadamente el 10% del tiempo de exploración de línea) tanto del transformador de salida de línea como de la bobina de exploración horizontal se descarga nuevamente en el devanado primario del transformador de retorno mediante el uso de un rectificador que bloquea esta corriente negativa. fem inversa . Un condensador de pequeño valor está conectado a través del dispositivo de conmutación de escaneo. Esto sintoniza las inductancias del circuito para que resuenen a una frecuencia mucho más alta . Esto ralentiza (alarga) el tiempo de retorno debido a la tasa de desintegración extremadamente rápida que se produciría si estuvieran aislados eléctricamente durante este corto período. Luego, uno de los devanados secundarios del transformador flyback alimenta este breve pulso de alto voltaje a un multiplicador de voltaje de diseño de generador Cockcroft-Walton . Esto produce el suministro EHT 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 de diodo o transformador integrado de alto voltaje (IHVT)), [14] de modo que todos los Se adjuntan las piezas. Los diseños anteriores utilizaban un transformador de salida de línea independiente y una unidad multiplicadora de alto voltaje bien aislada. La alta frecuencia (aproximadamente 15 kHz) del escaneo horizontal permite utilizar componentes razonablemente pequeños.
En muchos países, se ha descontinuado la transmisión de televisión por aire de señales de audio y video analógico , para permitir la reutilización del espectro de radiodifusión de televisión para otros servicios como la transmisión de datos y los subcanales .
El primer país que hizo un cambio total a la radiodifusión digital por aire (televisión terrestre) fue Luxemburgo en 2006, seguido más tarde en 2006 por los Países Bajos; en 2007 por Finlandia, Andorra, Suecia y Suiza; en 2008 por Bélgica (Flandes) y Alemania; en 2009 por los Estados Unidos (centrales de alta energía), el sur de Canadá, la Isla de Man, Noruega y Dinamarca. En 2010, Bélgica (Valonia), España, Gales, Letonia, Estonia, las Islas del Canal, San Marino, Croacia y Eslovenia; en 2011, Israel, Austria, Mónaco, Chipre, Japón (excluidas las prefecturas de Miyagi , Iwate y Fukushima ), Malta y Francia; en 2012, la República Checa, el mundo árabe, Taiwán, Portugal, Japón (incluidas las prefecturas de Miyagi, Iwate y Fukushima), Serbia, Italia, Canadá, Mauricio, el Reino Unido, la República de Irlanda, Lituania, Eslovaquia, Gibraltar y el Sur. Corea; en 2013, la República de Macedonia, Polonia, Bulgaria, Hungría, Australia y Nueva Zelanda completaron la transición. El Reino Unido hizo la transición a la televisión digital entre 2008 y 2012, con la excepción de Whitehaven , que hizo el cambio en 2007. La primera zona exclusivamente de televisión digital en el Reino Unido fue Ferryside en Carmarthenshire . [ cita necesaria ]
La transición de la televisión digital en Estados Unidos hacia transmisiones de alta potencia se completó el 12 de junio de 2009, fecha que fijó la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Casi dos millones de hogares ya no podían ver la televisión porque no se habían preparado para la transición. La transición fue retrasada por la Ley de Retraso de DTV . [15] Si bien la mayoría de los espectadores de televisión 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 clase A y estaciones traductoras de televisión . Se les dieron plazos posteriores. En radiodifusión, Estados Unidos influye en el sur de Canadá y el norte de México porque esas áreas están cubiertas por estaciones de televisión en Estados Unidos.
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 fue retrasado hasta el 31 de marzo de 2012, debido a complicaciones del terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 y sus accidentes nucleares relacionados .
En Canadá, la mayoría de las ciudades más grandes apagaron las transmisiones analógicas el 31 de agosto de 2011. [16]
China había programado poner fin a la transmisión analógica entre 2015 y 2018. [ cita necesaria ]
Brasil pasó a la televisión digital el 2 de diciembre de 2007 en sus principales ciudades. En 2017 se estimó que Brasil pondría fin a la transmisión analógica en 2023. [ necesita actualización ] [17]
En Malasia, la Comisión de Comunicaciones y Multimedia de Malasia (MCMC) anunció la presentación de ofertas de licitación en el tercer trimestre de 2009 para la asignación de UHF de 470 a 742 MHz , para permitir que el sistema de transmisión de Malasia pase a DTV. La nueva asignación de banda de transmisión obligaría a Malasia a construir una infraestructura para todas las emisoras, utilizando un único canal de transmisión/difusión de televisión digital terrestre (DTTB). [ cita necesaria ] Grandes porciones de Malasia están cubiertas por transmisiones de televisión desde Singapur, Tailandia, Brunei e Indonesia (desde Borneo y Batam). A partir del 1 de noviembre de 2019, todas las regiones de Malasia ya no utilizaban el sistema analógico después de que los estados de Sabah y Sarawak finalmente lo apagaran el 31 de octubre de 2019. [18]
En Singapur, la televisión digital bajo DVB-T2 comenzó el 16 de diciembre de 2013. La transición se retrasó muchas veces hasta que la televisión analógica se apagó a la medianoche del 2 de enero de 2019. [19]
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 11:59 p. m. Debido al retraso en la publicación de las normas y reglamentos de implementación para la transmisión de televisión digital, la fecha prevista se trasladó a 2020. Se espera una transmisión digital completa en 2021 y todos los servicios de televisión analógica deberían cerrarse para fines de 2023. [20] Sin embargo, en febrero de 2023, el NTC pospuso la transición ASO/DTV hasta 2025 debido a que muchas estaciones de televisión provinciales no estando listos para iniciar sus transmisiones de TV digital. [ cita necesaria ]
En la Federación de Rusia, la Red Rusa de Radiodifusión y Televisión (RTRS) inhabilitó la transmisión analógica de canales federales en cinco etapas, cerrando la transmisión en múltiples entidades federales en cada etapa. La primera región en la que se deshabilitó la transmisión analógica fue el Óblast de Tver el 3 de diciembre de 2018, y la transición se completó el 14 de octubre de 2019. [21] Durante la transición, los receptores DVB-T2 y las compensaciones monetarias por la compra de equipos de recepción de televisión digital terrestre o satelital se proporcionaron a personas discapacitadas, veteranos de la Segunda Guerra Mundial, determinadas categorías de jubilados y hogares con ingresos por miembro inferiores al salario digno. [22]
