Practica #3_TV BANDA BASE

PRACTICA DE LABORATORIO Nº 3
ANALISIS DE SEÑALES DE TELEVISION EN BANDA BASE
Objetivo:
El objetivo de esta práctica es observar y medir las diferentes características de la señal en
banda base de televisión de acuerdo con el sistema NTSC.
Introducción:
A partir de 1954 se desarrolla la televisión a color tratando de que sea compatible con el
sistema blanco y negro existente.
La codificación de la señal en color se hace de acuerdo a lo establecido en los sistemas
NTSC, PAL y SECAM; para lo cual la señal de color se compone de la señal de luminancia y de la
señal de crominancia. La señal de luminancia representa las variaciones de brillo y la de
crominancia las de matiz y saturación del color.
Las normas de televisión de los distintos países se diferencian en el sentido de la
modulación (positivo o negativo), en el número de líneas y en la forma del impulso de sincronismo
de cambio de imagen, o sea de desviación vertical.
Sistema NTSC (National Television System Comitee):
En este sistema se transmiten ambas señales que contienen la información de color
moduladas en cuadratura con supresión de portadora. Dos portadoras separadas de 90º son
moduladas en amplitud por cada una de las señales anteriores. Posteriormente ambas portadoras
son sumadas. La fase de la señal resultante, respecto de la fase de la señal de impulsos de
sincronismo de color (burst), determina el matiz del color transmitido, mientras que su amplitud
determina la saturación.
Sistema PAL (Phase Alternation Liné):
EIE/UCV
1
ZB/FB/lc
En este sistema la señal que contiene la información de color se invierte línea a línea. En el
burst se incluye una señal de sincronismo de la conmutación para hacer posible la demodulación
correcta. El matiz y la saturación quedan determinados por la fase relativa y la amplitud de la
portadora suma.
Sistema SECAM (Sequentielle à Memoire):
En este sistema se transmite en líneas sucesivas las señales que contienen la información
de color. Debido a esto, no es necesario una doble modulación de la portadora.
El siguiente cuadro indica las principales características de los sistemas utilizados
actualmente para transmisión de señales de televisión.
NTSC
PAL
SECAM
525
625
819
Exploración
Entrelazada
Entrelazada
Entrelazada
Modulación
Negativa
Nº Líneas
Modulación del sonido
Negativa, en amplitud, con
supresión de una banda lateral
Positiva
FM
FM
AM
30
25
25
60
50
50
Nº de imágenes por
segundo
Nº de campos por segundo
En las mediciones de laboratorio se utilizará el sistema NTSC bajo el cual se efectúa la
transmisión de TV en Venezuela.
EIE/UCV
2
ZB/FB/lc
Conformación de la señal de vídeo: Esquemáticamente un sistema de transmisión de
televisión, se puede representar de la siguiente manera:
Sistema de
Audio
Objeto
Cámara
de
Vídeo
Medio
de
Transmisión
Receptor
Usuario
Figura 1. Sistema de transmisión de televisión.
*
Objeto: debe poseer la iluminación suficiente, para que pueda ser captado por la cámara
de vídeo.
Cámara de vídeo: su función principal es la de transformar la imagen del objeto en una señal
eléctrica que pueda ser llevada al medio de transmisión.
Señal en blanco y negro:
La imagen del objeto es llevada, por medio de un sistema de lentes ópticos, a un elemento
fotosensible en el cual se graba la imagen (figura 2).
Objeto
Lentes
Opticos
Señal
de
Vídeo
Elemento
Fotosensible
Sistema
de
Barrido
Señal
de
Sincronismo
Figura 2. Formación de la señal a blanco y negro.
EIE/UCV
3
ZB/FB/lc
Señal a color:
En una imagen a color, éstos se pueden generar a partir de los colores primarios Rojo
(Red), Azul (Blue) y Verde (Green), los cuales se caracterizan por sus niveles de luminancia, su
saturación y su matiz. Los colores RGB son separados por medio de un sistema dicroico y enviados
cada uno a un elemento fotosensible (figura 3).
La luz proveniente del objeto incide sobre el elemento fotosensible, modificando la
densidad electrónica en función de la intensidad luminosa (efecto fotoeléctrico). En estos casos el
elemento fotosensible es un semiconductor, en el cual se modifica la conductividad de acuerdo a la
intensidad de la luz.
Objeto
Lentes
Opticos
Sistema
Dicroico
E.F
1
Señal
R
E.F
2
Señal
G
E.F
3
Señal
B
Sistema
de
Barrido
Señal
de
Sincronismo
Figura 3. Formación de la señal a color.
El sistema de barrido se encarga de explorar el elemento fotosensible para generar la señal
eléctrica, que junto con la señal de sincronismo conforman la señal de información de vídeo.
La exploración se hace por líneas (de izquierda a derecha) y de arriba hacia abajo (525
líneas para el sistema NTSC); ver figura 4.
EIE/UCV
4
ZB/FB/lc
Sistema
de
Barrido
H-V
Señal de Vídeo
Elemento fotosensible
Figura 4. Formación de la señal de vídeo en el sistema NTSC.
La señal de sincronismo actúa sobre el sistema de barrido indicando el comienzo y el final
de una línea explorada (sincronismo horizontal) y el final del cuadro del elemento fotosensible
(sincronismo vertical).
Generación de la señal compuesta de Vídeo - Sistema NTSC:
EIE/UCV
5
ZB/FB/lc
A partir de los colores primarios (RGB) se obtiene la señal de luminancia (E’ Y) y las señales
E’I y E’Q. Las señales de crominancia se obtienen por modulación en cuadratura de las señales E’ I y
E’Q. En el sistema NTSC tenemos:
EG
C
A
M
A
R
A
ER
EB
U
N
I
D
A
D
D
E
G
A
M
M
A
E’Y = 0.59 E’G + 0.30 E’R + 0.11 E’B
Señales de crominancia
E’I = -0.28 E’G + 0.60 E’R - 0.32 E’B
E’Icos(t + 33º)
E’Q = -0.52 E’G + 0.21 E’R + 0.31 E’B
E’Qsen(t + 33º)
E’R
E’
B
FILTRO
PASABAJOS
4.2 MHz
E’
E’G
M
A
T
R
I
Z
Y
E’I
E’Q
RETARDO
RETARDO
FILTRO
PASABAJOS
0-1.3 MHz
MODULADOR
BALANCEADO
cos(t + 33º)
2 = 3.579545
MHz
FILTRO
PASABAJOS
0-0.6 MHz
MODULADOR
BALANCEADO
SALIDA
DE
VIDEO
cos(t + 33º)
2 = 3.579545 MHz
SEÑAL DE
SINCRONISMO
RETARDO
cos(t + 180º)
2 = 3.579545 MHz
CONMUTADOR
SENAL DE BURST
Figura 5. Generación de la señal compuesta de vídeo NTSC.
Diagrama de bloques de un transmisor y un receptor de televisión:
EIE/UCV
6
ZB/FB/lc
Transmisor:
AMPLIFICADOR
DE AUDIO
SONIDO
MODULADOR
DE FM
RF
ANTENA
PORTADORA
DE AUDIO
SEÑAL
COMPUESTA
DE VIDEO
RESTAURADOR DC
Y
RECORTADOR
DE BLANCO
FILTRO DE
BANDA LATERAL
Y AMPLIFICADOR
DE POTENCIA
MODULADOR
DE AM
PORTADORA
DE VIDEO
Figura 6a.
Receptor:
DETECTOR
FM
MEZCLADOR
RF
AMPLIFICADOR
SINTONIZADO
AMPLIFICADOR
FI
AMPLIFICADOR
AUDIO
DETECTOR
ENVOLVENTE
OSCILADOR
LOCAL
FILTRO
RESTAURADOR
DE DC
DECODIFICADOR
DE COLOR
SEPARADOR DE
SINCRONISMO
RGB
GENERADOR
DE BARRIDO
Figura 6b
Decodificador de color:
SEÑAL DE
VIDEO
SEÑAL DE
LUMINANCIA
E’Y + E’I cos(t +
33)
+ E’R sen(t
+ 33)
EIE/UCV
RETARDO
FILTRO
ELIMINACION
CROMINANCIA
E’Y
ZB/FB/lc
7
FILTRO
PASABANDA
FILTRO
E’I
E’G
E’G - E’Y = -0.27E’I - 0.64E’Q
E’R - E’Y = 0.95E’I + 0.63E’Q
E’B - E’Y = -1.10E’I + 1.70E’Q
Figura 6c. Diagrama en bloques de un Tx y un Rx de TV
Representación de la señal de vídeo banda base:
a) Representación en el tiempo:
EIE/UCV
8
ZB/FB/lc
A continuación se presenta un ejemplo de una señal compuesta de vídeo con sus
diferentes niveles de luminancia y de crominancia por cada color.
V
E
R
D
E
A
M
A
R
I
L
L
O
R
O
J
O
V
I
O
L
E
T
A
A
C
Z
I
V
E
R
U
A
L
M
(a)
D
E
Unidades
IRE
160
140
120
100
(b)
80
60
40
20
0
-20
-40
Burst
Sincronismo
Ejemplo:
Color Amarillo
Luminancia: 90 unidades IRE
Crominancia: 40 unidades
IRE
Figura 7. Diagrama de una señal compuesta de vídeo (banda base)
(a) Diagrama de barra, (b) Señal de vídeo compuesta
En el sistema NTSC, la señal de vídeo compuesta ocupa un ancho de banda total de
aproximadamente 4,2 MHz. La señal de Luminancia ocupa toda la banda de vídeo (4,2 MHz.)
mientras que la señal de crominancia, constituida por la información de color E I y EQ , que modulan
la subportadora de color, ocupan la parte superior del espectro de la señal de vídeo compuesta.
Salida (%)
EIE/UCV
9
ZB/FB/lc
EY = Luminancia
EI
EQ
f (MHz)
0,5 MHz
4,2 MHz
1,5 MHz
Figura 8. Espectro de frecuencia de la señal de banda base.
Distorsión de Señales de T.V.
Para que exista una transmisión sin distorsión en las señales que pasan a través de un
sistema, se requiere que la función de transferencia de éste sea constante para cualquier valor de
frecuencia, y además que su característica de fase sea una función lineal, igualmente para todo
valor de frecuencia. En este caso el sistema genera simplemente un tiempo de retardo en la señal
de salida, multiplicada por una constante de atenuación o ganancia (ho en la Ec. 1).
Y(t) = ho.X(t-to)
Ec. 1
En los sistemas de comunicaciones prácticos existen dos tipos de distorsión que modifican
a la señal de entrada:
a) Distorsión Lineal: la cual puede ser:
- Distorsión lineal de Amplitud: cuando la función de transferencia del sistema no es
constante dentro del ancho de banda de éste.
- Distorsión Lineal de Fase: cuando la característica de fase no es lineal para todo el ancho
de banda del Sistema.
EIE/UCV
10
ZB/FB/lc
Con relación a las señales de televisión podemos citar como ejemplo de distorsión lineal: la
respuesta en frecuencia y el retardo Luminancia - Crominancia.
b) Distorsión no Lineal: ocurre cuando el sistema no puede ser representado a través de
una función de transferencia debido a la no-linealidad de sus componentes. Este tipo de distorsión
genera nuevos armónicos espectrales a la salida. La Fase Diferencial y la Ganancia Diferencial de
Croma son ejemplos de distorsión no lineal en señales de T.V.
Para cuantificar la distorsión de las señales de televisión se incorporan señales de prueba
(que sirven como patrón de referencia para la evaluación de los parámetros de transmisión),
durante el tiempo de borrado vertical. En la práctica generalmente se usa la Señal de Prueba
Compuesta NTC - 7 y la señal multiburst o multisalva.
Como ejemplo de las normas de calidad que deben cumplir las señales de T.V. con
relación a la distorsión que pueden experimentar a lo largo del medio de transmisión tenemos:
1) Respuesta en Frecuencia: La amplitud de las diferentes componentes espectrales de la
señal de T.V. en banda base deben estar contenidas dentro de una gamma de valores definidos de
acuerdo con los criterios de calidad de la señal.
Para la medición de esta distorsión se utiliza la señal de multiburst, la cual presenta ráfagas
a las frecuencias de: 0,5; 1; 2; 3; 3,58 y 4,2 MHz. Estas ráfagas presentan una amplitud de 60
Unidades IRE. La amplitud del burst deberá ser de 40± 4 Unidades IRE.
2) Retardo Luminancia - Crominancia: Inicialmente las señales de Luminancia y de
Crominancia se originan simultáneamente; al pasar por el Sistema pueden presentar un desfasaje
entre ellas ocasionando una distorsión de la imagen. El objetivo de calidad establece que el retardo
Crominancia - Luminancia no debe ser mayor de 75 ns.
Para medir este retardo se utiliza la señal de seno cuadrado modulada con la señal de 12.5
T
(T es un medio del período de Nyquist de la señal de T.V.), la cual forma parte de la Señal
Compuesta NTC - 7.
EIE/UCV
11
ZB/FB/lc
3) Fase Diferencial: Esta distorsión se manifiesta por cambios de la fase de la señal de
Crominancia al cambiar los niveles de la señal de Luminancia.
Las señales de prueba que se utiliza típicamente para medir esta distorsión son la escalera
de 5 ó 10 pasos, o una rampa modulada. El objetivo que se persigue es que esta fase no exceda
de 5° para un nivel promedio de vídeo (APL) de 10%, 50% y 90%.
4) Ganancia Diferencial de Croma: es una distorsión en la cual los niveles de Crominancia
varían al cambiar los niveles de Luminancia. El objetivo que se persigue es que esta ganancia no
debe exceder de 15 Unidades IRE para un APL del 10%, 50% y 90%. Para medir esta distorsión se
utiliza las mismas señales que en el caso de la Fase Diferencial.
a) Generador de señales de prueba:
Es un equipo que proporciona varias señales compuestas de vídeo en banda base, las
cuales se pueden utilizar en un sistema de transmisión-recepción de televisión con el fin de realizar
pruebas para chequear su calidad.
Dentro de las señales más comunes que se utilizan se tienen las siguientes:
*
Barras de color: esta señal permite chequear el ajuste de los equipos en cuanto a niveles
de luminancia, matiz y saturación.
*
Señal de ventana, pulso y pulso modulado: se utiliza, entre otras cosas, para medir la
distorsión de forma de onda de una línea, distorsión de la forma de onda en tiempo corto y retardo
crominancia-luminancia.
*
Señal de convergencia: se utiliza para ajustar la convergencia de los tres colores (RGB) en
monitores, como en televisores.
*
Multiburst: se utiliza para medir la distorsión de ganancia/frecuencia (variación de la
ganancia sobre la banda de frecuencia).
*
Escalera modulada: esta señal permite medir la linealidad del sistema tanto en luminancia
como en crominancia.
EIE/UCV
12
ZB/FB/lc
b) Monitor de forma de onda/vectorscopio:
Es un equipo que se utiliza para hacer mediciones en amplitud y fase de la señal de vídeo y
mediciones en tiempo.
*
Mediciones de amplitud: puede medir niveles de la señal de luminancia o crominancia,
para lo cual posee un filtro en la entrada que permite separarlos; su escala de medida se basa en
unidades IRE (140 IRE = 1 Vpp de señal de vídeo).
*
Mediciones de fase: permite medir en forma vectorial (amplitud y fase) la información de
crominancia de la señal.
*
Mediciones en tiempo: se puede expandir una escala en tiempo para visualizar y medir los
pulsos de sincronismo (horizontal y vertical) y referencia de color (burst).
c) Monitor:
Es un equipo que se utiliza para visualizar la señal compuesta de vídeo en banda base. Su
diferencia fundamental con un televisor es el ancho de banda y que permite obtener una mejor
calidad de la señal. Además permite retardar la señal de vídeo con lo cual se puede observar el
burst y el sincronismo.
TRABAJO PRACTICO DE LABORATORIO
1. Realice el siguiente montaje:
A
Generador
de Señales
de Prueba
A
EIE/UCV
13
75 
Monitor
Forma de OndaVectorscopio
Monitor
de
Vídeo
ZB/FB/lc
Utilizar en el montaje, cables coaxiales de 75RG 59.
a) Observación del pulso de sincronismo horizontal.
–
Activar el botón color bars del generador de funciones
Arreglo del monitor forma de onda-vectorscopio (MFO):
– Seleccionar INPUT A
– Seleccionar referencia interna
– Seleccionar la función WFM
– Colocar FILTER en Lum
– Colocar SWEEP en 10us/Div (visualización de dos intervalos de línea en el MFO).
– Colocar MAG en 1s.
– DC REST en ON
– Localice el pulso horizontal con el control HORIZ-POS.
– Colocar GAIN en X1 y Variable: Off
– Observe y dimensione la figura (pulso de sincronismo)
– Relacione la señal observada en el MFO con la señal en el monitor de vídeo.
b) Observación del pulso de sincronismo vertical.
*
Respecto a la configuración anterior, efectúe las siguientes modificaciones:

Colocar SWEEP en 2FLD (visualización de dos intervalos de campo en MFO).

Ajustar convenientemente MAG para observar una figura correcta.
–
Localice la señal de sincronismo vertical con el control HORIZ-POS.
–
Observe y dimensione la señal.
EIE/UCV
14
ZB/FB/lc
–
Relacione la señal observada en el MFO con la señal del monitor de vídeo.
c) Observación de los niveles BLANCO, NEGRO y PEDESTAL.
*
Respecto a la configuración a) efectúe las siguientes modificaciones:
 Colocar SWEEP en 5s/Div.
 Ajustar MAG hasta observar un intervalo de línea.
*
Observe y dimensione la figura. Identifique el máximo nivel de blanco, nivel de negro.
*
Mida el nivel de luminancia de cada barra de color.
*
Relacione la señal observada con el MFO con la señal del monitor de vídeo.
d) Observación de la señal de referencia de color.
*
Respecto a la configuración a), colocar FILTER en FLAT.
*
Observe y dimensione la señal. Identifique la referencia de color (BURST).
*
Mida la frecuencia, la amplitud y el número de ciclos del BURST.
*
Relacione la señal observada en el MFO con la señal del monitor de vídeo.
e) Observación de la portadora de Croma.
*
Con respecto a la configuración c), coloque el FILTER en CHROMA.
*
Observe y dimensione la figura. Precise el nivel de croma de cada color.
*
Coloque el SWEEP en 10 us/Div.
*
Coloque MAG en 1s.
*
Mida la frecuencia y la duración de cada ráfaga de color.
f) Medición de la modulación de croma en amplitud y fase.
*
Desactivar la función WFM.
*
Coloque el selector de funciones en VECTOR.
* Ajustar el control de fase (botón PHASE) de manera de hacer coincidir el BURST con 180º.
Ajustar la posición horizontal tal que se coloque el Vector del Burst en el origen.
*
Mida la fase de cada color y Amplitud.
EIE/UCV
15
ZB/FB/lc
g) Señales patrones.
*
Respecto a la configuración c), colocar filter en FLAT.
*
Seleccione en el generador de señales:
 Señal Compuesta (Señal NTC - 7 Composite).
 Multiburst (señal NTC - 7 Combination).
 Ventana (Field Square Wave).
 Ventana Campo Completo (50 IRE FLAT FIELD).
*
Dimensione y caracterice cada una de las señales anteriores.
2. Distorsión en señales de TV.
a) Medición de la fase diferencial y Ganancia Diferencial.
Realice el siguiente montaje:
Generador
de Señales
de Prueba
A
Sistema
Distorsionante
B
Monitor
Forma de OndaVectorscopio
A
B
Monitor
de
Vídeo
75 
75 
*
Coloque el Generador en la Señal Compuesta NTC - 7.
*
Desactivar la función WFM.
*
Coloque el Selector de funciones en VECTOR.
*
Ajustar el Control de Fase (botón PHASE) de tal forma que coincida el BURST con 180°.
* Ajustar el Control de Ganancia del vectorscopio (Control de Ganancia en VARIABLE) para
llevar el BURST al centro de la escala diferencial.
EIE/UCV
16
ZB/FB/lc
* Compare en el Vectorscopio y el Monitor de Vídeo la Señal sin Distorsión (CANAL B) y la
Señal Distorsionada (CANAL A).
* Mida la Máxima Fase y la Máxima Ganancia Diferencial de Croma y compare con los
objetivos de calidad que persigue la norma.
b) Medición de la Respuesta Amplitud vs. Frecuencia y del retardo Luminancia Crominancia.
Realice el siguiente montaje:
Salida de vídeo
banda base
A
VHS
A
Monitor
Forma de OndaVectorscopio
Monitor
de
Vídeo
75 
Sintonice un canal en particular.
b.1) Amplitud vs. Frecuencia.
 Coloque el MFO en función Waveform
 Seleccione SWEEP en Line (5us/div)
 Seleccione del menú LINSEL

Coloque FIELD en: 1 ó 2.

Seleccione 1H
 Ubique la línea 17 del campo 1 a través de la perilla Line SEL (Indicación en la pantalla FI
17)
 Mida la respuesta de Amplitud vs. Frecuencia con la señal de multiburst que aparece en
pantalla y compare con los objetivos de calidad que persigue la norma.
EIE/UCV
17
ZB/FB/lc
b.2) Retardo Luminancia - Crominancia.
 Mediante el Selector NEXT FIELD ubíquese en el campo 2.
 Ubique la línea 18 del campo 2 a través de la perilla LINE SEL (Indicación en la pantalla F2
18).
 Ajuste la ganancia vertical para obtener un máximo de 100 unidades IRE.
 Con el nomograma de la figura 9, calcule el retardo Crominancia/Luminancia.
*
En caso de no presentarse un ciclo completo en la base de la señal Seno Cuadrado (tal
como se puede apreciar en la fig. 9), se considera que el retardo Luminancia - Crominancia es igual
a cero y por lo tanto cumple con los objetivos de calidad.
Figura 9 Nomograma para la medición del retardo crominancia/luminancia.
Conclusiones y comentarios finales.
Bibliografía
Marín E. Cubero. La Televisión. Edit. Marcombo, S.A.; España, 1977.
Carlson, Bruce. Sistemas de Comunicación. Edit. McGraw Hill; México, 1980.
CENTRO DE ESTUDIOS DE TELEVISION-TELEFUNKEN. Edit. TELEFUNKEN; Madrid,
1974.
EIE/UCV
18
ZB/FB/lc
Byloff, Robert W. and all. Color Television. Edit. Richard S. O’Brien; N.Y.,1970.
Ruiz V., Francisco. Televisión a Color. De CEAC, SA. España, 1993
EIE/UCV
19
ZB/FB/lc