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 consta en realidad de dos señales: la información de la imagen se transmite mediante modulación de amplitud en una frecuencia, y el sonido se transmite con modulación de frecuencia en una frecuencia con un desplazamiento fijo (normalmente de 4,5 a 6 MHz) respecto a la señal de la imagen.
Las frecuencias de los canales elegidas representan un compromiso entre permitir un ancho de banda suficiente para el vídeo (y, por tanto, una resolución de imagen satisfactoria), y permitir que haya suficientes canales en la banda de frecuencia disponible. En la práctica, se utiliza una técnica denominada banda lateral vestigial para reducir la separación entre canales, que sería casi el doble del ancho de banda de 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 en frecuencia 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 voltios.
Extracción del sonidoEditar
En este punto la señal de FI consiste en una señal portadora de vídeo a una frecuencia y la portadora de sonido a un desplazamiento fijo. Un demodulador recupera la señal de vídeo. A la salida del mismo demodulador se encuentra una nueva portadora de sonido de frecuencia modulada en la frecuencia de desplazamiento. En algunos aparatos fabricados antes de 1948, ésta se filtraba y la FI de sonido de unos 22 MHz se enviaba a un demodulador de FM para recuperar la señal de sonido básica. En los aparatos más nuevos, esta nueva portadora en la frecuencia de desplazamiento se mantenía como sonido interportador y se enviaba a un demodulador de FM para recuperar la señal de sonido básica. Una ventaja particular del sonido interportador es que cuando se ajusta la perilla de sintonía fina del panel frontal, la frecuencia de la portadora de sonido no cambia con la sintonía, sino que se mantiene en la frecuencia de desplazamiento antes mencionada. En consecuencia, es más fácil sintonizar la imagen sin perder el sonido.
Así que la portadora de sonido FM se demodula, se amplifica y se utiliza para accionar un altavoz. Hasta la llegada de los sistemas NICAM y MTS, las transmisiones de sonido de televisión eran invariablemente monofónicas.
Estructura de una señal de vídeoEditar
La portadora de vídeo se demodula para dar una señal de vídeo compuesta; ésta contiene señales de luminancia, crominancia y sincronización; es idéntica al formato de señal de vídeo utilizado por los dispositivos de vídeo analógicos, como las videograbadoras o las cámaras de CCTV. Hay que tener en cuenta que la modulación de la señal de RF está invertida en comparación con la AM convencional: el nivel mínimo de la señal de vídeo corresponde a la amplitud máxima de la portadora, y viceversa. Para garantizar una buena linealidad (fidelidad), en consonancia con los costes de fabricación asequibles de los transmisores y receptores, la portadora de vídeo nunca se apaga del todo. Cuando se inventó el sonido entre portadoras más tarde, en 1948, el hecho de no apagar completamente la portadora tuvo el efecto secundario de permitir que el sonido entre portadoras se implementara económicamente.
Cada línea de la imagen visualizada se transmite utilizando una señal como la que se muestra arriba. El mismo formato básico (con pequeñas diferencias relacionadas principalmente con la temporización 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 mostrados en color en el diagrama (la ráfaga de color, y la señal de crominancia) no están presentes.
El pórtico delantero es un breve período (de aproximadamente 1,5 microsegundos) insertado entre el final de cada línea de imagen transmitida y el borde de ataque del siguiente pulso de sincronización de línea. Su finalidad era permitir que los niveles de tensión se estabilizaran en los televisores más antiguos, evitando las interferencias entre las líneas de imagen. El pórtico delantero es el primer componente del intervalo de supresión horizontal, que también contiene el pulso de sincronización horizontal y el pórtico trasero.
El pórtico trasero es la porción de cada línea de exploración entre el final (borde ascendente) del pulso de sincronización horizontal y el comienzo del vídeo activo. Se utiliza para restaurar la referencia del nivel de negro (300 mV) en el vídeo analógico. En términos de procesamiento de señales, compensa el tiempo de caída y el tiempo de asentamiento que sigue al pulso de sincronización.
En los sistemas de televisión en color, como PAL y NTSC, este periodo también incluye la señal de estallido 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 por satélite entre localidades, el audio está incrustado dentro del pórtico trasero de la señal de vídeo, para ahorrar el coste de alquilar un segundo canal.
Extracción de la señal de vídeo monocromoEditar
El componente de luminancia de una señal de vídeo compuesto varía entre 0 V y aproximadamente 0,7 V por encima del nivel «negro». En el sistema NTSC, hay un nivel de señal de supresión utilizado durante el pórtico delantero y el pórtico trasero, y un nivel de señal de negro 75 mV por encima; en PAL y SECAM son idénticos.
En un receptor monocromo, la señal de luminancia se amplifica para accionar la rejilla de control en el cañón de electrones del TRC. Esto cambia la intensidad del haz de electrones y, por lo tanto, el brillo del punto que se explora. Los controles de brillo y contraste determinan el desplazamiento y la amplificación de CC, respectivamente.
Extracción de la señal de vídeo en colorEditar
Una señal de color transmite información de la imagen para cada uno de los componentes rojo, verde y azul de una imagen (véase el artículo sobre el espacio de color para más información). Sin embargo, no se transmiten simplemente como tres señales separadas, porque: una señal así no sería compatible con los receptores monocromos (una consideración importante cuando se introdujo la radiodifusión en color). También ocuparía tres veces el ancho de banda de la televisión actual, lo que obligaría a reducir el número de canales de televisión disponibles. Además, los problemas típicos de la transmisión de la señal (como los diferentes niveles de señal recibidos entre los distintos colores) producirían efectos secundarios desagradables.
En su lugar, las señales RGB se convierten en forma YUV, donde la señal Y representa la claridad y la oscuridad (luminancia) de los colores de la imagen. Dado que la representación de los colores de este modo es el objetivo tanto de las películas en blanco y negro (monocromo) como de los sistemas de televisión en blanco y negro (monocromo), la señal Y es ideal para su transmisión como señal de luminancia. Esto asegura que un receptor monocromo mostrará una imagen correcta en blanco y negro, en la que un color determinado se reproduce mediante un tono de gris que refleja correctamente lo claro u oscuro que 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 (B-Y), y la señal V es la diferencia entre la señal R y la señal Y, también conocida como R menos Y (R-Y). La señal U representa el «azul púrpura» o su color complementario «verde amarillento» del color, y la señal V el «rojo púrpura» o su complementario «cian verdoso». 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 luminancia que en color, las señales U y V pueden transmitirse de forma relativamente con pérdidas (concretamente: con un ancho de banda limitado) 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 matriza además en tres señales de diferencia de color, (R-Y), (B-Y) y (G-Y). Las combinaciones de normalmente dos, pero a veces tres demoduladores eran:
- (I) / (Q), (como se utilizaba en el RCA CTC-2 de 1954 y en la serie «Colortrak» de RCA de 1985, y en el Arvin de 1954, y en algunos monitores profesionales en color de la década de 1990),
- (R-Y) / (Q), como se utilizaba en el receptor en color de 21 pulgadas de RCA de 1955,
- (R-Y) / (B-Y), utilizado en el primer receptor en color del mercado (Westinghouse, no RCA),
- (R-Y) / (G-Y), (tal y como se utilizaba en el chasis del RCA Victor CTC-4),
- (R-Y) / (B-Y) / (G-Y),
- (X) / (Z), tal y como se utilizaba en muchos receptores de finales de los 50 y durante los 60.
Al final, la matrizización posterior de las señales de diferencia de color anteriores c a f dio lugar a las tres señales de diferencia de color, (R-Y), (B-Y) y (G-Y).
Las señales R, G, B del receptor necesarias para el dispositivo de visualización (CRT, pantalla de plasma o pantalla LCD) se derivan electrónicamente mediante la matrizización de la siguiente manera: R es la combinación aditiva de (R-Y) con Y, G es la combinación aditiva de (G-Y) con Y, y B es la combinación aditiva de (B-Y) 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 las señales R, G y B capaces de representar una imagen de baja resolución a todo color. Sin embargo, las porciones de mayor resolución de las señales Y no se anulan, por lo que están igualmente presentes en R, G y B, produciendo el detalle de la imagen de mayor definición (mayor resolución) en monocromo, aunque al ojo humano le parezca una imagen a todo color y a toda resolución.
En los sistemas de color NTSC y PAL, U y V se transmiten utilizando la 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 independientemente en el extremo receptor. Antes de la transmisión, la propia subportadora se retira de la parte activa (visible) del vídeo y se traslada, en forma de ráfaga, a la parte de supresión horizontal, que no es directamente visible en la pantalla. (Más información sobre la ráfaga a continuación.)
Para NTSC, la subportadora es una onda sinusoidal de 3,58 MHz. Para el sistema PAL es una onda sinusoidal de 4,43 MHz. Después de la mencionada modulación de amplitud en cuadratura de la subportadora, se producen las bandas laterales de la subportadora, y la propia subportadora se filtra fuera de la parte visible del vídeo, ya que son las bandas laterales de la subportadora las que llevan toda la información U y V, y la propia subportadora no lleva ninguna información.
Las bandas laterales de la subportadora resultantes también se conocen como «croma» o «crominancia». Físicamente, esta señal de crominancia es una onda sinusoidal de 3,58 MHz (NTSC) o 4,43 MHz (PAL) que, en respuesta a los valores cambiantes de U y V, cambia de fase con respecto a la subportadora, y también cambia de amplitud.
Resulta que la amplitud del croma (cuando se considera junto con la señal Y) representa la saturación aproximada de un color, y la fase del croma con respecto a la subportadora como referencia representa aproximadamente el tono del color. Para determinados colores de prueba que se encuentran en el patrón de barras de color de prueba, las amplitudes y fases exactas se definen a veces sólo con fines de prueba y resolución de problemas.
Aunque en respuesta a los valores cambiantes de U y V, la onda sinusoidal del croma cambia de fase con respecto a la subportadora, no es correcto decir que la subportadora está simplemente «modulada en fase». Esto se debe a que una única señal de prueba sinusoidal U con QAM produce sólo un par de bandas laterales, mientras que la modulación de fase real en las mismas condiciones de prueba produciría múltiples conjuntos de bandas laterales que ocuparían un mayor espectro de frecuencias.
En NTSC, la onda sinusoidal de crominancia tiene la misma frecuencia media que la frecuencia de la subportadora. Pero un instrumento de análisis de espectro muestra que, para la crominancia transmitida, el componente de frecuencia en la frecuencia de la subportadora es en realidad de energía cero, lo que verifica que la subportadora fue efectivamente eliminada antes de la transmisión.
Estas frecuencias de banda lateral están dentro de la banda de la señal de luminancia, razón por la cual se denominan bandas laterales de «subportadora» en lugar de simplemente bandas laterales de «portadora». Sus frecuencias exactas se eligieron de manera que (para NTSC), están a medio camino entre dos armónicos de la tasa de repetición de fotogramas, asegurando así que la mayor parte de la potencia de la señal de luminancia no se solapa con la potencia de la señal de crominancia.
En el sistema británico PAL (D), la frecuencia central de crominancia real, con bandas laterales inferiores y superiores iguales, es de 4,43361875 MHz, un múltiplo directo de la frecuencia de exploración. Esta frecuencia se eligió para minimizar el patrón de interferencia del latido de crominancia que sería visible en áreas de alta saturación de color en la imagen transmitida.
En ciertos momentos, la señal de crominancia representa sólo la señal U, y 70 nanosegundos (NTSC) después, la señal de crominancia representa sólo la señal V. (Esta es la naturaleza del proceso de modulación de amplitud en cuadratura que creó la señal de crominancia). Unos 70 nanosegundos más tarde todavía, -U, y otros 70 nanosegundos, -V.
Por lo tanto, para extraer U, se utiliza un demodulador síncrono, que utiliza la subportadora para pasar brevemente (muestrear) el croma cada 280 nanosegundos, de modo que la salida es sólo un tren de pulsos discretos, cada uno de los cuales tiene una amplitud que es la misma que la señal U original en el momento correspondiente. En efecto, estos pulsos son muestras analógicas en tiempo discreto de la señal U. A continuación, los pulsos se filtran en paso bajo para recuperar la señal U original en tiempo continuo. En el caso de V, una subportadora desplazada 90 grados cierra brevemente la señal de croma cada 280 nanosegundos, y el resto del proceso es idéntico al utilizado para la señal U.
La apertura de la puerta en cualquier otro momento que no sea el mencionado dará lugar a una mezcla aditiva de dos de U, V, -U o -V. Uno de estos métodos de activación «fuera del eje» (es decir, de los ejes U y V) se denomina demodulación I/Q. Otro esquema «fuera del eje» mucho más popular era el sistema de demodulación X/Z. Una matriz posterior recuperaba las señales U y V originales. Este esquema fue en realidad el esquema demodulador más popular a lo largo de los años 60.
El proceso anterior utiliza la subportadora. Pero, como se ha dicho anteriormente, se eliminó antes de la transmisión, y sólo se transmite el croma. Por lo tanto, el receptor debe reconstituir la subportadora. Para ello, se transmite una breve ráfaga de la subportadora, conocida como ráfaga de color, durante el pórtico trasero (período de supresión de rastreo) 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 resulta en el oscilador que produce la subportadora reconstituida.
(Un segundo uso de la ráfaga en modelos de receptores más caros o nuevos es una referencia a un sistema AGC para compensar las imperfecciones de ganancia de croma en la recepción.)
NTSC utiliza este proceso sin modificar. Desgraciadamente, esto suele dar lugar a una mala reproducción del color debido a errores de fase en la señal recibida, causados a veces por la multitrayectoria, pero sobre todo por una mala implementación 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 de NTSC se han solucionado en gran medida, dejando el error del operador en el extremo del estudio como el único punto débil de la reproducción del color del sistema NTSC. 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 los pares de líneas. Este proceso se consigue mediante el uso de una línea de retardo de duración 1H (donde H = frecuencia de exploración horizontal). (Un circuito típico utilizado con este dispositivo convierte la señal de color de baja frecuencia en ultrasonido y viceversa). Por lo tanto, los errores de desplazamiento de fase entre las líneas sucesivas se cancelan y la amplitud de la señal deseada aumenta cuando se vuelven a combinar las dos señales en fase (coincidentes).
El NTSC es más eficiente en cuanto al espectro que el PAL, ya que ofrece más detalles de la imagen para un ancho de banda determinado. Esto se debe a que los sofisticados filtros en peine de los receptores son más eficaces con la cadencia de fase de color de 4 campos de NTSC en comparación con la cadencia de 8 campos de PAL. Sin embargo, al final, el mayor ancho de canal de la mayoría de los sistemas PAL en Europa sigue dando a sus sistemas PAL la ventaja de transmitir más detalles de la imagen.
En el sistema de televisión SECAM, la U y la V se transmiten en líneas alternas, utilizando una simple modulación de frecuencia 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 introduce en las conexiones catódicas de los cañones de electrones, y las señales de diferencia de color (señales de crominancia) se introducen en las conexiones de las rejillas de control. Esta sencilla técnica de mezcla matricial de los CRT fue sustituida en posteriores diseños de procesamiento de señales de estado sólido por el método matricial original utilizado en los receptores de televisión en color de 1954 y 1955.