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TV, Evolución y análisis a través del tiempo. Radiografía y nuevos retos

Francisco A. Sandoval N.

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1 1 Tabla de contenido 1 Introducción: 2

2 TV Análoga 3

3 NTSC: 5

3.1 Características principales del sistema NTSC 53.1.1 Señales I y Q 93.1.2 Ecuación fundamental de la luminancia 103.1.3 Obtención de las diferencias de color 113.1.4 Determinación de la frecuencia de la subportadora de color 123.1.5 Análisis en el círculo cromático 133.1.6 Señal de prueba de barras de color 14

4 PAL (2) 19

5 SECAM 23

5.1 Detalles técnicos 23

6 Anexos: 24

6.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA SEÑAL DE TELEVISIÓN EN COLOR NTSC (3): 24

Especificaciones Generales: 24Canal 24Frecuencia de la señal de imagen 24Polarización 24Transmisión de banda lateral residual 24Relación de aspecto 24Exploración y sincronización 24Radiación fuera de canal 25

Sonido 27Frecuencia de la señal de sonido 27Características de la señal de sonido 27Relación de potencia 27

La señal completa de imagen en color 27Especificaciones generales 27Especificación de retardo 28Componente de luminancia 28Ecuación de la señal de color completa 28

6.2 PAL B/G: Especificaciones Técnicas (4) 29

7 Trabajos citados 33

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2 2 Introducción:

Desde algunas décadas atrás, cuando la transmisión de señales de televisión a color empezaba a dar sus primeros pasos, está, auguraba grandes proyecciones para el futuro. Y en realidad, es posible evidenciar en la actualidad, que ha conducido a gestar importantes avances tecnológicos y ha llegado a influenciar tanto a la industria como a la sociedad en general.

Como ya sabrá usted, existen algunos sistemas de televisión en color análogos, dentro de ellos los más destacados y utilizados en la actualidad en el mundo son: el NTSC, el PAL y el SECAM. En nuestro país y la mayoría de los países de América se utiliza el sistema NTSC. En la actualidad en una gran parte del mundo se está empezando a realizar la transición de la televisión análoga a la digital (TDT). Además es también necesario mencionar que se está gestando un gran cambio en lo que a TV respecta puesto que se están impulsando e implementando otras opciones viables como IPTV, TV por internet, P2PTV, TV mobile, las cuales traen consigo un cambio radical en la manera de ver, utilizar y apreciar los contenidos referidos a la TV actual y posterior y la forma de interactuar con los mismos.

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3 3 TV Análoga

En su forma más sencilla, la televisión es el proceso de convertir imágenes a señales eléctricas y después transformar esas señales en un receptor lejano, donde se convierten de nuevo a imágenes que se pueden percibir a simple vista. Por consiguiente, la televisión es un sistema en el cual las imágenes se transmiten desde una ubicación central y después se reciben en receptores lejanos, donde se reproducen en su forma original.1

Para hacer una reproducción en color aceptable para la vista humana, se necesitan tres colores primarios. Mezclando apropiadamente estos colores primarios es posible aproximar todos los colores de la naturaleza. Los colores primarios son el rojo, el verde y el azul, de cuya mezcla se obtienen los otros. Por ejemplo, si mezclamos luz roja y luz verde, se obtiene amarillo.

2

Hay tres sistemas principales de transmisión del color: NTSC, PAL y SECAM. Los tres sistemas separan la imagen de color en luminancia y crominancia; los tres utilizan las señales diferencia de color para transmitir la información de crominancia. La diferencia entre ellos radica en la forma con que la subprotadora se modula por las señales diferencia de color. El SECAM transmite las señales diferencia de color U y V en líneas alternativas: U en una línea, V en las siguiente línea, y así sucesivamente. Los otros dos sistemas, El NTSC y el PAL, transmiten ambas componentes de la crominancia simultáneamente utilizando la modulación de la amplitud en cuadratura. Sin embargo, se ha encontrado que pueden producirse errores en el matiz como resultado de errores en la fase (retardo o avance) del fasor de crominancia (

De manera similar, al mezclar el rojo y el azul conseguimos un color rosa-violeta conocido como magenta, mientras que el verde y el azul producen un azul particular conocido como cian. Si se mezclan los tres colores, en proporciones iguales, el resultado se conoce como blanco.

En televisión es habitual describir una imagen en términos de su luminancia (brillantez) y su crominancia (color). La información sobre la crominancia puede, a su vez, describirse en términos de matiz y saturación. En el caso de televisión comercial, obviamente, es el ojo humano el que responde desigualmente a la energía con diferentes longitudes de onda. La luminosidad vista por el ojo humano es mayor a una longitud de onda de 550 milimicrones (un color amarillo verdoso). La respuesta disminuye hacia longitudes mayores y menores, cayendo más rápidamente hacia el azul. En términos de colores primarios, el ojo humano interpreta el blanco no como 33.3% de cada uno sino como cerca de 59% de verde, 30% de rojo y 11% de azul.

Figura 2.1). Tales errores están causados por el propio receptor o por la manera en que se propaga la señal. Estos errores están casi completamente corregidos por el sistema PAL.(1)

1 Wayne Tomasi, Sistemas de Comunicaciones Electrónicas 2 La adición se supone que es de energía.

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Θ Ángulo de fase

α Error de fase

V

U

Vector crominancia avanzado en un ángulo de

error α

Vector de crominancia correcto (línea NTSC)

Figura 2.1

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5 4 NTSC:

El sistema de TV-color NTSC fue desarrollado por el Comité Nacional de TV-color (Nacional Television Systems Commitee) y fue el primero en ser adoptado en forma universal por varios países en la lejana época de diciembre de 1953. Esta fecha temprana implica que usaron los métodos tecnológicos de aquella época para poder vencer los dos obstáculos inherentes en todo sistema de TV-Color: la reproducción fiel de los colores en el televisor del usuario y la compatibilidad del sistema de color con el de blanco y negro, existente en cada país. Ambos aspectos fueron solucionados en forma ingeniosa y satisfactoria por este sistema que ya tiene más de 50 años y aún posee vigencia en todo el mundo y que además fue el parámetro con el cual los sistemas diferentes y posteriores al PAL y SECAM tuvieron que competir para lograr a su vez, una adopción universal.3

4.1 Características principales del sistema NTSC

NTSC es un sistema de codificación y transmisión de televisión a color analógica que se emplea en la actualidad en la mayor parte de América y Japón, entre otros países. El nombre viene del comité de expertos que lo desarrolló, el NationalTelevisionSystem(s) Committee.

Un derivado de NTSC es el sistema PAL que se emplea en Europa.

Figura 3.1. Sistemas de TV-Color utilizados en el mundo4

3Egon Strauss, El Sistema NTSC-M de TV-Color.

4http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:NTSC-PAL-SECAM.svg

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6 El formato NTSC consiste en la transmisión de 29,97 cuadros de vídeo en modo entrelazado con un total de 525 líneas de resolución y una velocidad de actualización de 30 cuadros de vídeo por segundo y 60 campos de alternación de líneas.

Para comprender y evaluar de forma correcta las dificultades existentes en un sistema de TV-Color electrónico como el NTSC, es imprescindible considerar los diferentes inconvenientes que en sus inicios se propusieron superar al crear este sistema, y por ende es importante considerar la compatibilidad inversa y directa de todo sistema de TV-color, la cual se ve resumida en los siguientes puntos:

Los receptores de blanco y negro existentes deben recibir las señales en color y reproducirlas en blanco y negro.

Los receptores de color deben recibir las señales en blanco y negro y reproducirlos correctamente en blanco y negro.

Los receptores de color deben recibir las señales cromáticas y reproducirlas correctamente en color.

Las condiciones anteriores implican que el ancho de banda del sistema debe ser idéntico en ambas versiones y que el tubo de imagen usado debe poder reproducir indistintamente imágenes en color y en blanco y negro.

Para conseguir la tan ansiada compatibilidad fue necesario recurrir a la división de las señales en sus componentes de color (la señal de crominancia), y de blanco y negro (la señal de luminancia). Ambas componentes son moduladas sobre la misma portadora de RF del canal y se transmiten entonces las siguientes componentes:

Señal de luminancia Señal de crominancia en un proceso de modulación de cuadratura sobre una sola

Subportadora suprimida. Señal de referencia para poder reconstruir la Subportadora suprimida, en fase y amplitud muy

rigurosamente controlada. Señal de audio (monaural o stereo).

Es importante, también mencionar, que para la mayor fidelidad de los colores, la señal de crominancia es transmitida en dos componentes, (R-Y) y (A-Y). Ambos están en cuadratura, quiere decir que son transmitidas con un desfase de 90 grados y moduladas en la misma subportadora de crominancia. Esto se explica a mayor detalle en lo posterior.

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7 Todas estas señales deben ser transmitidas y recibidas simultáneamente en un solo canal de 6Mhz (Figura 3.2). La portadora de la imagen está espaciada a 1.25 MHz arriba del límite inferior para el canal y la portadora de sonido a 0.25 MHz abajo del límite superior. Por tanto, las portadoras de imagen y de sonido tienen siempre 4.5 MHz de separación. La subportadora de color está ubicada a 3,579545 MHz arriba de la portadora de imagen (Figura 3.2). La radiodifusión de televisión comercial utiliza una transmisión de banda lateral vestigial para la información de la imagen. La banda lateral inferior es de 0,75 MHz de ancho y la banda lateral superior de 4 MHz. En consecuencia, las frecuencias bajas de video (un perfil general de la imagen) se enfatizan en relación a las frecuencias altas de video (detalles más exactos de la imagen). La portadora de sonido de FM tiene un ancho de banda de 75 kHz aproximadamente (±25 kHz desviación para la modulación al 100%). La modulación de amplitud y fase se usa para codificar la información de color en la subportadora de color de 3,579545 MHz.

Para garantizar la compatibilidad con el sistema NTSC en blanco y negro, el sistema NTSC de color mantiene la señal monocromática en blanco y negro como componente de luminancia de la imagen en color, mientras que las dos componentes de crominancia se modulan con una modulación de amplitud en cuadratura sobre una subportadora de 3,579545 MHz. La demodulación de las componentes de crominancia es necesariamente síncrona, por lo tanto se envía al inicio de cada línea una señal sinusoidal de referencia de fase conocida como "salva de color", "burst" o "colorburst" (Figura 3.3). Esta señal tiene una fase de 180⁰ y es utilizada por el demodulador de la crominancia para realizar correctamente la demodulación. A veces, el nivel del "burst" es utilizado como referencia para corregir variaciones de amplitud de la crominancia de la misma manera que el nivel de sincronismo se utiliza para la corrección de la ganancia de toda la señal de vídeo.

Figura 3.2. Espectro de frecuencia para un canal de redifusión de televisión estándar.

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Figura 3.3. Portadoras para un canal de radiodifusión de televisión estándar.

Figura 3.4. Señal de sincronismo y señal de “salva de color”

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9 4.1.1 Señales I y Q

En el sistema NTSC, a diferencia del PAL y el SECAM, en lugar de modular la crominancia según sus coordenadas Cb (B-Y) y Cr (R-Y), se rotaron los ejes hacia 33 grados, a los que se llamo eje Q y 123 grados, al que se llamo I. Estos ejes se eligieron así, pensando que el eje I era el de la zona de mejor resolución del ojo; y que el Q era el de menor resolución del mismo. Luego, se asignó a la señal Q un ancho de banda de 500KHz y al eje I, un ancho de banda de 1.5Mhz, finalmente para detalles más finos, se admite que el ojo no percibe color y solo resuelve brillo.

Posteriormente se descubrió que estas supuestas ventajas de I y Q sobre Cb y Cr eran inexistentes.

La señal de crominancia, según lo dicho anteriormente, es una combinación de las señales de color I y Q. La señal de color en fase se genera combinando 60% de la señal de video R, 28% de la señal de video G invertida y 32% de la señal de video B invertida. En términos matemáticos, I se expresa como

I = 0.60R – 0.28G -0.32B

La señal Q o señal de color en cuadratura se genera combinando 21% de la señal de video R, 52% de la señal de video G invertida y 31% de la señal de video B. Matemáticamente, Q se expresa como

Q = 0.21R – 0.52G + 0.31B

Las señales I y Q se combinan para producir la señal C y debido a que las señales I y Q están en cuadratura, la señal C (señal de crominancia) es la suma de generador de fases de las dos (es decir,

que la magnitud de C = I2+Q2 I)(Q /tan 1− y la fase es la . Las amplitudes de las señales I y Q son, en

cambio, proporcionales a las señales de video R, G y B.

Para la demodulación, el sistema NTSC, podría ser demodulado sobre los ejes I y Q o sobre Cb y Cr, dependiendo de las fases con que se alimente a los demoduladores.

La señal C debe ir incluida dentro del canal asignado, pero sin interferir en lo posible a la señal Y, para ello, se partió de los estudios de Mertz y Gray que observaron que el espectro de luminancia, y también el de crominancia, es discreto, esto es, la energía viene en paquetes y no diseminada en un continuo. Así, se aprovecharon los huecos, para intercalar la señal de crominancia, a partir de elegir una frecuencia de subportadora situada entre 2 armónicos de la Y (entre 227 y 228). Además, la energía de la Y en esta zona es muy inferior a la del resto del canal, por lo cual no se produciría gran interferencia (Figura 3.5).

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Figura 3.5. Señal de luminancia y señal de crominancia

4.1.2 Ecuación fundamental de la luminancia

Figura 3.6. Curva absoluta de sensibilidad

Recordando que la teoría de los tres colores establece que es suficiente tres colores primarios para definir un color dado, y además teniendo en cuenta la curva de sensibilidad del ojo (Figura 3.6), donde las abscisas correspondientes a los 3 colores primarios seleccionados, tienen como ordenadas 0.47 (rojo), 0.92 (verde) y 0.17 (azul), se podría plantear que estos fueran los coeficientes tricromáticos para obtener Y = f(R,G,B) pero está el inconveniente que la suma de los 3 coeficientes es igual a 1.56, y para establecer un estándar de televisión se necesitan normalizar estos coeficientes de manera que se cumpla :

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Vy = Kr . Vr + Kg . Vg + Kb . Vb

Con 0 < Vi < 1volt siendo Vi las tensiones de rojo, verde, azul y luminancia.

De esta manera, para obtener la normalización, se hace que el coeficiente del rojo, Kr sea igual a la ordenada de la curva de sensibilidad (0.47) dividido la suma de las 3 ordenadas (1.56)

obteniéndose Kr ≅ 0.30 . De manera similar se obtienen Kg ≅ 0.59 y Kb ≅ 0.11. Esto significa que el verde es color de mayor brillo, contribuyendo a la luminancia con un 59%, el rojo lo hace con un 30% y el azul con un 11% que escrito analíticamente es:

Vy = 0.30 . Vr + 0.59 . Vg + 0.11 . Vb

Esta deducción supone una relación lineal entre brillo y su correspondiente tensión, lo cual no es del todo cierto, por lo cual existe la corrección Gamma.

4.1.3 Obtención de las diferencias de color

A partir de la ecuación fundamental de la luminancia, la obtención de las diferencias de color es inmediata:

Vr – Vy = 0.70*Vr – 0.59*Vg – 0.11*Vb

Vg –Vy = -0.30*Vr +0.41*Vg – 0.11*Vb

Vb – Vy =-0.30*Vr –0.59*Vg + 0.89*Vb

Las señales que se trasmiten, además de Vy son Vr-Vy y Vb-Vy por lo cual se las suele definir como V y U respectivamente.

La diferencia al verde se obtiene en el receptor, a partir de U y V. Esto, analíticamente se logra de la siguiente manera:

Y = 0,30*(V+Y) + 0,59*Vg + 0,11*(U+Y)

Despejando de esta igualdad V, se tiene:

( ) ( )0,59

0,110,30 Y+UY+VY=Vg −−

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12 Por lo que:

( ) ( )0,59

0,110,300,41 Y+UY+VY=YVg −−−

= − 0,30V − 0,11U0,59

= -0,51V – 0,19U

Sobremodulación de la señal compuesta y factores de reducción

Se deduce a partir de la señal de prueba básica, con las barras de colores, que ocurre sobremodulación, tanto por arriba del pico de 1volt de la señal de luma como por debajo del nivel de sincronismo, al quererse trasmitir los colores saturados como amarillo, cian, etc.

Se hace necesaria la reducción de la señal de crominancia, y como un compromiso entre sobremodulación y la degradación de relación S/N, se permitió solo un exceso de modulación de hasta 33% en ambos sentidos, teniendo en consideración que los colores totalmente saturados no se podrán reproducir y tampoco suelen aparecer en la naturaleza. A partir de este valor de 33%, se obtiene que los factores de reducción son los siguientes, obteniéndose las llamadas señales diferencia de color reducidas.

0.49 para la señal de diferencia al azul, (B-Y) 0.88 para la señal de diferencia al rojo, (R-Y)

4.1.4 Determinación de la frecuencia de la subportadora de color

En NTSC-M tenemos una diferencia de 4.5MHz entre portadoras de video y sonido. Para ubicar las bandas laterales de la portadora de crominancia y de sus bandas laterales es necesario disponer de múltiplos enteros entre la frecuencia horizontal de 15.750 Hz, la componente estable de la modulación de la portadora de video, y la distancia espectral de ambas portadoras de 4.5 MHz. Sin embargo, 4 500 000 / 15 750 nos da 285.71428, que no es un valor aceptable. El valor aceptable más cercano es 286, pero entonces la frecuencia horizontal fh se modifica ligeramente:

Fh = 4 5000 000 / 286 = 15 734.26 Hz en lugar de 15 750 Hz. A su vez la frecuencia vertical fv es igual a 2fh / L, donde L es la cantidad de líneas, 525 en la norma M.

De ahí surge que (2*15 734.264) / 525 = 59.94. Tanto los nuevos valores de la frecuencia horizontal como la vertical, están dentro de los valores de tolerancia de los valores originales y son aceptables.

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13 De estos valores podemos determinar la frecuencia de la subportadora de crominancia, Fsc, de acuerdo a la siguiente expresión:

Fsc = (2n + 1)*fh/2. Si elegimos para n = 227, la frecuencia de la subportadora de crominancia de NTSC es igual a Fsc = 3.379545 Hz. Con este valor de la subportadora de crominancia logramos que las bandas laterales de crominancia caigan justo entre las bandas laterales de luminancia, lo que constituye un entrelazado de bandas laterales (Figura 5). Para lograr este efecto en la práctica es, sin embargo, necesario suprimir en el transmisor la subportadora de crominancia, pero para poder demodular las bandas laterales de crominancia es necesario enviar una señal de referencia que sincronizará el oscilador local de crominancia con la fase correcta con el transmisor.5

4.1.5 Análisis en el círculo cromático

Dejando de lado la luminancia, se puede representar un color dentro del llamado círculo cromático por medio de un vector crominancia.

La Figura 3.7muestra la rueda de colores para la radiodifusión de televisión. Las señales R-Y y B-Y se utilizan en la mayor parte de los receptores a color para remodular las señales de video R, G, y B. En el receptor, la señal C reproduce colores en proporción a las amplitudes de las señales I y Q. El matiz (tono del color) se determina por la fase de la señal C y la profundidad o saturación es proporcional a la magnitud de la señal C. La parte exterior del círculo corresponde al valor relativo de 1.0.

Figura 3.7.Rueda de color de radiodifusión de televisión estándar

5 Cálculos y comentarios extraídos de El Sistema NTSC-M de TV-Color de Egon Strauss.

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14 Se ha establecido que la señal de crominancia está compuesta por 2 señales, las cuales son: diferencia de color azul y rojo, que complementan a la señal de luminancia para caracterizar totalmente una imagen (brillo + colores). La señal diferencia al azul se suele denotar por U y en el gráfico de círculo cromático se representa con el eje de abscisas. La señal diferencia al rojo se simboliza con V y en el mismo gráfico anterior, se representa con el eje de ordenadas.

Interesa conocer la expresión de las señales U y V en función de las tres componentes de señal o tensiones de rojo, verde y azul. Para conseguir esto, se parte de la ecuación fundamental de la luminancia y se opera algebraicamente hacia la diferencia de la tensión de rojo menos la luminancia en función de los tres primarios. Lo mismo se hace con el azul. Lo que resulta en:

En el caso del negro, lo que se tiene es la ausencia completa de tensiones.

En el caso del blanco se tiene que cada una de las tensiones de colores es igual a 1v. La luminancia es 1v y las diferencias U y V valen 0v (condición de compatibilidad) es decir que con el blanco se tiene luma pero no Croma.

Los valores para los demás colores de la señal barra se presentan en laTabla 1.

Tabla 1

color R G B Y (R-Y) (B-Y) Ψ(grados) Blanco 1 1 1 1 0 0 0 0 Amarillo 1 1 0 0.89 0.11 -0.89 0.89 173.36 Cian 0 1 1 0.70 -0.70 0.30 0.76 293.21 Verde 0 1 0 0.59 -0.59 -0.59 0.83 225 Magenta 1 0 1 0.41 0.59 0.59 0.83 45 Rojo 1 0 0 0.30 0.70 -0.30 0.76 113.21 Azul 0 0 1 0.11 -0.11 0.89 0.89 353.36 Negro 0 0 0 0 0 0 0 0

4.1.6 Señal de prueba de barras de color

Se trata de una señal constitutiva de 8 barras verticales adyacentes que presenta los 3 colores primarios (rojo, verde y azul), sus respectivos complementarios (cian, púrpura y amarillo) y

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15 además el blanco y el negro (Figura 3.8). La suelen trasmitir las emisoras previas al comienzo de la programación y sirve al usuario para corregir si es necesario, los matices de su receptor. El arreglo de colores no es arbitrario, sino empieza por el de mayor luminancia (el blanco) y termina en el extremo derecho con el negro (luminancia nula). Por lo tanto, la secuencia de colores es: blanco, amarillo, cian, verde, magenta, rojo, azul y negro, la cual representa las amplitudes 0%, 11%, 30%, 41%, 59%, 70%, 89% y 100%.

En la Figura 3.10 se muestra en a, b, c los oscilogramas de las tensiones de los componentes primarios correspondientes a una línea para la obtención de la barra de colores. En la misma figura se ha dibujado la forma de onda de la señal de luminancia Y (oscilograma d). Observe que dicha señal forma una escalera que va desde el valor máximo 1 (blanco) al valor mínimo 0 (negro).

Figura 3.8. Señal prueba de barras de color

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Figura 3.9. Señal que se observa en el osciloscopio para la señal de barra de colores

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Figura 3.10. Oscilogramas de tensión para la obtención de las barras de colores normalizada y señales resultantes.

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18 En laFigura 3.10e y 10f puede ver las formas de onda de las señales diferencia (R - Y) y (A – Y) las cuales se obtienen restando de los valores de la escalera de luminancia los valores instantáneos correspondientes de las señales R y A.

En laFigura 3.10g puede ver la forma de onda de la señal resultante de la modulación por parte de (R - Y) y (A - Y) de la subportadora de color. Los valores indicados en dicha forma de onda se obtienen a partir de la fórmula, ya expuesta:

22 Y)(A+Y)(R=C −−

Puesto que se está transmitiendo por ejemplo, la barra amarilla; en este caso se tiene:

0.900.890,11 22 ≈− )(+=C

Este será pues, el valor del vector clase de color transmitido y que indica la saturación.

Finalmente, en la Figura 3.10h puede ver el oscilograma de la señal de color completa, es decir la señal de color más la señal de luminancia. Los valores indicados en ella se obtienen por suma aritmética de ambas señales. Así, por ejemplo, en el caso del color magenta, se tiene una señal de luminancia Y de 0,41 y una señal resultante de la modulación por parte de (R - Y) y (A – Y) de la subportadora de 0,83, por lo que el valor de la señal completa para este color será 0,41 + 0,83 = 1,24, tal y como puede comprobar en la citada figura. Observe también que el oscilograma de la Figura 3.10h forma una escalera al igual que el de la señal de luminancia. De igual forma, en su parte inferior los valores se obtienen por suma aritmética.6

6La gráfica 3.10 y sus respectivos cometarios fueron extraídos de: Televisión en color, Francisco Ruiz Vassallo

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19 5 PAL(2)

La principal desventaja del sistema NTSC es que los errores de fase ocurridos entre la subportadora regenerada en el receptor y la generada en el proceso de codificación cambian el tono de la imagen. Básicamente existen dos razones:

• Incorrecta sincronización del oscilador de subportadora en el receptor. • Errores de fase diferencial durante la transmisión, provocados por variaciones de fase que

no afectan por igual a las salvas de subportadora y al vector de crominancia por responder la transmisión con desfase diferente en función del nivel de luminancia.

Así, recordemos que en el sistema NTSC la señal que se envía es

𝑌𝑌 + 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼(𝜔𝜔𝐼𝐼 + 33°) + 𝑄𝑄𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄(𝜔𝜔𝐼𝐼 + 33°)

Consideremos la señal de crominancia

𝐶𝐶𝑇𝑇 = (𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝜔𝜔𝐼𝐼𝑡𝑡 + (𝐵𝐵 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄𝜔𝜔𝐼𝐼𝑡𝑡

Y supongamos que existe un error de fase 𝜑𝜑 entre la señal de referencia generada en el receptor y la señal de entrada

𝑉𝑉𝑟𝑟 ,𝐵𝐵−𝑌𝑌 = 𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄(𝜔𝜔𝐼𝐼𝑡𝑡 + 𝜑𝜑)

𝑉𝑉𝑟𝑟 ,𝑅𝑅−𝑌𝑌 = 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼(𝜔𝜔𝐼𝐼𝑡𝑡 + 𝜑𝜑)

El demodulador síncrono dará una señal de salida proporcional al producto de 𝐶𝐶𝑟𝑟 con cada una de las referencias (Figura 4.1).

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20 Demodulador

Generador de referencia

CrR-YB-Y

Vr, R-Y Vr, B-Y

Figura 4.1 Demodulador síncrono

𝑆𝑆𝑄𝑄ñ𝑎𝑎𝑎𝑎(𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝑑𝑑𝑄𝑄𝑑𝑑𝐼𝐼𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎 = (𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝑑𝑑 − 𝐶𝐶𝑟𝑟𝑉𝑉𝑟𝑟,𝑅𝑅−𝑌𝑌

= 1/2[(𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝜑𝜑 − (𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄𝜑𝜑 + 𝑎𝑎𝑟𝑟𝑑𝑑ó𝑄𝑄𝑛𝑛𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼]

𝑆𝑆𝑄𝑄ñ𝑎𝑎𝑎𝑎(𝐵𝐵 − 𝑌𝑌)𝑑𝑑𝑄𝑄𝑑𝑑𝐼𝐼𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎 = (𝐵𝐵 − 𝑌𝑌)𝑑𝑑 − 𝐶𝐶𝑟𝑟𝑉𝑉𝑟𝑟,𝐵𝐵−𝑌𝑌

= 1/2[(𝐵𝐵 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝜑𝜑 − (𝑅𝑅 − 𝑌𝑌)𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄𝜑𝜑 + 𝑎𝑎𝑟𝑟𝑑𝑑ó𝑄𝑄𝑛𝑛𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼]

La demodulación es correcta si 𝜑𝜑 = 0. Cuando 𝜑𝜑 ≠ 0 existe “crosstalk” entre los canales (R-Y) y (B-Y). Este crosstalk es apreciable para vlaores pequeños de 𝜑𝜑(𝜑𝜑 = 5°).

El sistema PAL (Phase Alternation Line) intenta reducir o eliminar los errores de fase. La idea básica del sistema PAL consiste en invertir una de las componentes del vector de crominancia línea a línea para corregir estos errores de fase.

De este modo vemos que el sistema PAL se caracteriza por:

1. El vector de crominancia está formado directamente por las señales R-Y y B-Y sin el empleo del recurso 33° del sistema NTSC. Las anchuras de banda de ambos canales se limitan en el sistema PAL a 1Mhz.

2. La componente de crominancia según la dirección del eje R-Y es la elegida para su cambio de signo línea a línea, de cada cuadro. Si representamos la secuencia de cambios, Figura 4.2, veremos que una secuencia completa de señal PAL dura dos imágenes (cuatro cuadros, 1250 líneas).

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Figura 4.2 Secuencia de cambios señal PAL

Si representamos de forma fasorial el vector de crominancia PAL

𝑃𝑃𝑟𝑟 = �𝑈𝑈2 + 𝑉𝑉2𝐼𝐼𝑄𝑄𝑄𝑄(𝜔𝜔𝐼𝐼𝑡𝑡 ± 𝜙𝜙); tan𝜙𝜙 =𝑉𝑉𝑈𝑈

Vemos que la envolvente de la subportadora modulada es igual al sistema NTSC y únicamente la fase de la subportadora cambia línea a línea. LaFigura 4.3 muestra el diagrama fasorial del vector de crominancia de dos líneas consecutivas en el sistema NTSC y en el PAL. Comúnmente, la línea con referencia –(R-Y) se conoce como “línea PAL”.

Supongamos que tenemos un error de fase 𝜑𝜑 en la fase de la referencia de la subportadora entregada a los detectores, por ejemplo por un error de fase diferencial. En el sistema NTSC este error se traduciría en un cambio del tinte en la recepción. Si admitimos que estadísticamente el valor de la crominancia en módulo y argumento varía muy poco de una línea a la siguiente, hipótesis básica del sistema PAL, veamos como el sistema PAL es capaz de corregir el error. El error de fase 𝜑𝜑 implica una rotación de los ejes de detección con respecto a las posiciones de fase ideales de U y V de 𝜑𝜑 grados.

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Figura 4.3 Diagrama fasorial señal NTSC y PAL

Los receptores domésticos que se encuentran en el mercado son PAL-D. Uno de los grandes beneficios que se obtienen del sistema PAL es la eliminación del mando HUE (tinte) del receptor NTSC, ya que la filosofía del sistema asegura una cancelación de los cambios de tinte y el telespectador tiene garantizados los matices originales. Sin embargo, es común encontrar un mando denominado CROMA que no es otra que una ganancia del amplificador de crominancia. Por consiguiente, este mando gobierna el módulo de este vector, es decir, la saturación pero no el tinte.

Un defecto del sistema PAL es la disminución de la definición vertical de la crominancia con respecto a un NTSC dado que estamos sumando informaciones de crominancia de una línea con la siguiente. Sin embargo, no resulta una degradación importante en este sentido, si la imagen no está formada por finas tiras horizontales de diferente color.

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23 6 SECAM

SECAM, corresponde a las siglas SéquentielCouleur à Mémoire, en francés, que se puede traducir como: "Color secuencial con memoria". Fue utilizado por primera vez en Francia, e inventado por un equipo liderado por Henri de France trabajando para la firma Thomson. Es históricamente la primera norma de televisión en color europea.

6.1 Detalles técnicos SECAM al igual que las otras normas para televisión a color es compatible con los televisores monocromáticos (B/N) preexistentes a su introducción. Debido a este requerimiento de compatibilidad, similar a NTSC y PAL, SECAM emplea las señales de cominancia y luminancia. E inserta la señal de color en la monocroma pero sin interferir con ella.Esta inserción es posible porque el espectro de la señal de TV monocroma no es continuo, existiendo espacios vacíos, los cuales pueden ser reutilizados.

Para generar la señal de vídeo en banda base en el sistema SECAM, las señales de crominancia (R-Y o diferencia al rojo, y B-Y o diferencia al azul) son moduladas en FM con una subportadora de 4,43Mhz. Posteriormente son sumadas a la señal de luminancia (Y) y la señal resultante es invertida en amplitud. Para transmitir la señal de vídeo SECAM en un canal radioeléctrico de televisión, la señal en banda base se modula en modulación de banda lateral vestigial con una portadora centrada en el canal radioeléctrico deseado.

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24 7 Anexos:

7.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA SEÑAL DE TELEVISIÓN EN COLOR NTSC (3):

A continuación se presenta el resumen de las consideraciones técnicas de la señal formuladas por el Comité del Sistema de Televisión Nacional (NTSC) y aprobadas por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en 17 de diciembre de 1953, como normas o estándares técnicos de transmisión para el Servicio de Difusión Comercial de Televisión en Color en los Estados Unidos.

7.2 Especificaciones Generales:

7.2.1 Canal La señal de televisión en color y su señal de sonido asociada se transmitirá en un canal de 6MHz.

7.2.2 Frecuencia de la señal de imagen La portadora de señal de imagen, situada nominalmente 1,25 Mhz más alta que el límite inferior del canal, tendrá la frecuencia asignada por la FCC para la estación particular.

7.2.3 Polarización Las señales radiadas estarán polarizadas horizontalmente.

7.2.4 Transmisión de banda lateral residual Se empleará transmisión de banda lateral residual.

7.2.5 Relación de aspecto La relación de aspecto de la imagen explorada debe ser igual a la razón aritmética de cuatro unidades exploradas horizontalmente a cuatro unidades exploradas verticalmente.

7.2.6 Exploración y sincronización a.-La señal de imagen en color corresponderá a la exploración de la imagen a velocidades uniformes de izquierda a derecha y de arriba abajo con 525 líneas por cuadro con entrelazado de 2:1.

b.-La frecuencia de exploración horizontal será 2/455 multiplicado por la frecuencia subportadora de color; éste corresponde nominalmente a 15.750 ciclos por segundo (con un valor real de 15.734,264 ± 0.044 ciclos por segundo). La frecuencia de exploración vertical es 2/525 multiplicado por la frecuencia de exploración horizontal; esto corresponde nominalmente a 60 ciclos por segundo (el valor real es 59,94 ciclos por segundo).

c.- La señal de televisión en color se compondrá de señales de imagen en color y señales de sincronismo, transmitidas sucesivamente y en diferentes márgenes de amplitud excepto donde la

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25 crominancia penetra en la región de sincronismo, y donde el sobre impulso penetra en la región de imagen.

d.- Las señales de sincronismo horizontal, vertical y de color serán las especificadas en la Figura 6.1 y Figura 6.2, modificadas por la transmisión en banda lateral residual especificada en la Figura 6.3.

7.2.7 Radiación fuera de canal La intensidad de campo medida en cualquier frecuencia exterior a los límites del canal asignado será por lo menos 60 dB inferior al nivel de cresta de imagen.

Figura 6.1 Señales de sincronismo horizontal, vertical y de color (3)

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Figura 6.2Señales de sincronismo horizontal, vertical y de color(3)

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Figura 6.3(3)

7.3 Sonido

7.3.1 Frecuencia de la señal de sonido La frecuencia de la portadora de sonido no modulada estará 4,5 ± 1.000 ciclos más alta que la frecuencia que se utilice realmente para la portadora de imagen.

7.3.2 Características de la señal de sonido La transmisión de sonido se hará por modulación de frecuencia con desviación máxima de ± 25 khz, con preacentuación de acuerdo con una constante de tiempo de 75 usec.

7.3.3 Relación de potencia La potencia efectiva radiada del transmisor de señal de sonido no será menor que el 50% ni mayor que el 70% de la potencia de cresta del transmisor de señal de imagen.

7.4 La señal completa de imagen en color

7.4.1 Especificaciones generales La señal de imagen en color corresponderá a una componente de luminancia (brillo) transmitida como modulación de amplitud de la portadora de imagen y un par de componentes simultáneas

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28 de crominanca (colorido) transmitido como bandas laterales de modulación de amplitud de un par de subportadoras en cuadratura suprimidas, teniendo la frecuencia común de la portadora de imagen 3,579545 Mhz ± 10 ciclos con una máxima velocidad de cambio que no excederá de 1/10ciclos por segundo.

7.4.2 Especificación de retardo Una onda sinusoidal, introducida en los terminales del transmisor en los cuales es normalmente alimentada la señal de imagen en color, producirá una señal radiada que tenga un retardo de envolvente, con respecto al retardo medio de la envolvente comprendido entre 0,05 y 0,20 MHz, de cero µseg hsata una frecuencia de 3MHz, y disminuyendo luego linealmente hasta 4,18 MHz para que sea igual a -0,17 µseg en 3,58 MHz. La tolerancia en el retardo de la envolvente será ± 0,5 µseg en 3,58 MHz. La tolerancia aumentará linealmente siendo de ± 0,1 µseg en 2,1 MHz, y luego se mantendrá en 0,1 µseg hasta 0,2 MHz (Las tolerancias correspondientes al intervalo de 0,0 a 0,2 MHz no están especificadas en el estado actual de la técnica.) La tolerancia aumentará también linealmente hasta ± 0,1 µseg en 4,18 MHz.

7.4.3 Componente de luminancia a.- Un aumento de la intensidad inicial de la luz corresponderá a una disminución en la amplitud dela envolvente de la portadora (modulación negativa).

b.- El nivel de borrado será el (75 ± 2,5) por ciento de la amplitud de cresta de la envolvente de la portadora. El nivel de blanco de referencia (luminancia) será el (12,5 ± 2,5) por ciento de la amplitud de cresta de la portadora. El nivel de negro de la referencia estará separada del nivel de borrado en el intervalo de velo, que será el (7,5 ± 2,5) por ciento de margen de video desde el nivel de borrado hasta el nivel por blanco de referencia.

7.4.4 Ecuación de la señal de color completa a.- La señal de imagen en color tiene la siguiente composición:

EM = EY’+E Q’ sen (ωt + 33°) + E R’ cos (ωt + 33°)

Donde

E Q’ = 0,41 (E A’ - E Y’) + 0,48 (E R’ - E Y’)

E I’ = - 0,27 (E A’ - E Y’) + 0,74 (E R’ - E Y’)

E Y’ = 0,30 E R’ + 0,59 E V’) + 0,11 E A’

La referencia de fase en la ecuación de arriba es la fase del sobreimpulso + 180°. El sobreimpulso corresponde a la modulación de amplitud de una onda sinusoidal continua.

En estas expresiones los símbolos tienen el significado siguiente:

EM es la tensión video total, correspondiente a la exploración de un elemento de imagen particular, aplicada al modulador del transmisor de imagen.

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29 EY’es la tensión de gamma corregida de la porción monocromática (blanco y negro) de la señal de imagen de color, correspondiente al elemento de imagen dado. (Está permitida la formación de una porción de frecuencia alta de la señal monocromática de manera diferente y en la práctica puede ser conveniente a fin de mejorar la precisión o nitidez de los colores saturados)

ER’Ev’EA’ son las tensiones de gamma-corregida correspondientes a las señales de rojo, verde y azul durante la exploración del elemento dado de imagen.

EQ’EI’ son las amplitudes de dos componentes ortogonales de la señal de crominancia correspondiente, respectivamente, a los ejes de banda estrecha y banda ancha.

La frecuencia angular ω es 2π multiplicado por la frecuencia de la subportadora de crominancia.

7.5 PAL B/G: Especificaciones Técnicas (4)

• Relación de aspecto: 4:3 • Número de líneas: 625 • Líneas activas (resolución vertical efectiva): 576 • Columnas activas: 720 • Borrado vertical: 25 H + 12 microsegundos • Frecuencia de cuadro: 25 Hz (40 ms) • Frecuencia de campo: 50 Hz (20 ms, de los cuales 18,4 ms activos) • Frecuencia horizontal o de líneas: 15,625 Hz • Frecuencia de pulsos igualación: 31,250 Hz • Frecuencia de la subportadora de crominancia: 4,4336 Mhz (Modulada en amplitud y fase) • Frecuencia de la señal P (PAL): 7,8 Khz (1/2 de la frecuencia de líneas) • Periodo de línea (H): 64 microsegundos • Periodo activo de línea: 52 microsegundos • Duración del pórtico anterior: 1,5 +/- 0,3 microsegundos • Duración del pórtico posterior: 5,8 +/- 0,2 microsegundos • Duración del sincronismo horizontal: 4,7 +/- 0,2 microsegundos • Duración del borrado horizontal: 12 +/- 0,3 microsegundos • Duración del burst: 2,25 +/- 0,2 microsegundos = 10 +/- 1 ciclos • Duración breezeaway: 0,9 microsegundos (Respecto al flanco posterior) • Duración del pulso vertical 27,3 microsegundos (Hay 5 pulsos) • Duración del sincronismo vertical: 160 microsegundos (Los cinco pulsos) • Duración del pulso igualador: 2,35 microsegundos (Hay 5 Pulsos) • Duración del pórtico anterior vertical: 160 microsegundos (Contiene 5 pulsos pre-EQ) • Duración pórtico posterior vertical: 1,280 microsegundos (5 pulsos + 17,5 H) • Duración del pulso de borrado vertical: 1,612 microsegundos • Comienzo del burst respecto a 0H: 5,6 +/- 0 1 microsegundos

Las medidas están hechas al 50% de amplitud de los pulsos (Ref tiempos)

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30 • Tiempo de subida y bajada de los pulsos (Del 10 al 90%): 0,2 +/- 0,1 microsegundos • Tiempo de subida y bajada del vídeo activo (del 10 al 90%): 0,3 +/-0,2 microsegundos • Iluminante D (X=0,313 / Y=0,329) • Valor de gamma: 2.8 (precorrección)

Obtención de la señal de luminancia(4)

Se definen R, G y B, como las componentes del rojo, verde y azul. Se define Y como la componente de luminancia. Se tiene que: Y(R,G,B) = 0,299 * R + 0,587 * G + 0,114 * B

Obtención de las señales de crominancia(4)

Se definen B, R e Y como las componentes del azul, del rojo y de la luminancia respectivamente. Se definen U y V como las componentes de diferencia al azul y de diferencia al rojo. Se tiene que: U(B,Y) = 0,493 * (B − Y)

V(R,Y) = 0,887 * (R − Y)

Ancho de banda total: 5 Mhz

Ancho de banda de U y V: 1 Mhz

Comparación entre diferentes Estándares PAL (5)

PAL B PAL G, H PAL I PAL M PAL D PAL N PAL Nc Transmission Band VHF UHF UHF/VHF UHF/VHF UHF UHF/VHF UHF/VHF Lines/Fields 625/50 625/50 625/50 525/60 625/50 625/50 625/50 Video Bandwidth 5.0 MHz 5.0 MHz 5.5 MHz 4.2 MHz 6.0 MHz 5.0 MHz 4.2 MHz SoundCarrier 5.5 MHz 5.5 MHz 6.0 MHz 4.5 MHz 6.5 MHz 5.5 MHz 4.5 MHz ChannelBandwidth 7 MHz 8 MHz 8 MHz 6 MHz 8 MHz 6 MHz 6 MHz Active lines 576 576 582* 480 576 576 576

Descripción de la parte inactiva de la línea en el sistema PAL(4)

Pórtico anterior

Duración 1,5 microsegundos. Su función primaria es eliminar el haz de electrones tanto en la cámara como en el receptor permitiendo el retorno del trazo al principio de la línea siguiente. En los formatos de grabación segmentados la conmutación entre cabezas se realiza en el intervalo de

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31 borrado horizontal. En los formatos C, y Cuadruplex la conmutación se realiza en el pórtico anterior.

Sincronismo horizontal o sincronismo de línea

Pulso negativo con una amplitud del 30% del margen dinámico de la señal, tiene una duración de 4,7 microsegundos.

Borde de ataque

El borde de entrada, o ataque, sincroniza el barrido del monitor y de la cámara. En los VTR el borde de entrada se usa para identificar electrónicamente el inicio del intervalo de borrado. También se usa en algunos TBC para corregir errores grandes de la base de tiempos comparando la señal del demodulador con la referencia de la estación. El "fondo" del sincro se usa en algunos equipos para establecer el nivel correcto de DC. (En los VTR modernos esto se hace con el pórtico posterior). El flanco posterior del sincro se usa en los VTR para identificar el principio de pórtico posterior y así enganchar algunos circuitos; también sirve para iniciar el "Burst Gate Pulse", que se usa para discriminar la información de color.

Pórtico posterior

Permite el borrado del haz antes del comienzo de la parte activa de la línea y aísla el tiempo de retorno de haz. En los VTR se usa para restablecer el nivel de DC de la señal después de la detección. En los VTR las correcciones del circuito AFC de los moduladores se realizan aquí, porque la señal es la misma en todas las líneas. Durante el pórtico posterior se compara y corrige la RF de esta parte de la línea (a la salida del modulador) con respecto a un oscilador de cuarzo.

Burst

Duración 2,27 microsegundos (10 +/- 1 ciclos). Está situado en el pórtico posterior, y proporciona una referencia de fase (tono) y amplitud (saturación) constantes para que el receptor demodule correctamente información de color que se modula en la línea.En los VTR se usa para establecer que se graba o reproduce en color, y activa la circuitería asociada a estos procesos. Cualquier ruido de alta frecuencia que se ubique en el lugar del burst pude dar lugar a que se active la circuitería de color con la consiguiente distorsión en la imagen. Ya que el burst debiera tener una fase y amplitud constantes, y es una componente de alta frecuencia de la señal de video, que se repite en todas las líneas, se usa durante la reproducción para determinar si la señal demodulada está correctamente ecualizada.

Ecualización

Es el proceso de cambio de la curva de respuesta de un amplificador para lograr una respuesta plana cuando el factor de amplificación varia con la frecuencia. Así se compensa la no linealidad en la reproducción de las cabezas y los materiales de las cintas. En los VTR modernos es automático

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32 (se muestrea el Burst) Cualquier variación en la frecuencia o fase del burst durante la demodulación es señal de que el reproductor tiene problemas de base de tiempos que requieren corrección. El Burst se compara con una referencia estable y el resultado se usa para corregir estos errores. (Si se graba en B/N se usa para esto el borde de ataque del sincronismo horizontal)

Burst Flag

Duración aproximada de 2,3 microsegundos. Es un pulso cuyo borde de ataque está retardado 5,6 microsegundos respecto al borde de ataque del sincronismo horizontal, y se usa para situar el burst en el sitio correcto del pórtico posterior.

Notas: VTR = Video Tape Recorder. En tecnología de vídeo profesional se refiere a una máquina que graba vídeo en banda base o en componentes con calidad profesional (típicamente la resolución de una película de 16 mm o superior). TBC = Time Base Corrector. Un TBC es un aparato que se encarga de normalizar la señal que entrega un VTR para que pueda utilizarse conjuntamente con la señal de las cámaras y otros dispositivos electrónicos que se usan en la producción audiovisual. Esto es necesario porque los VTR son dispositivos electromecánicos y están expuestos a derivas e irregularidades de funcionamiento propias de los motores eléctricos y, en general, de cualquier dispositivo mecánico. En un estudio de televisión es indispensable mantener la sincronía de funcionamiento entre las cámaras y cualquier otro aparato que suministre imágenes si se quieren realizar cosas tan simples como una mezcla o fundido entre varias de ellas.

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33 8 Trabajos citados 1. Ibrahim, K. F.Receptores de Televisión. Segunda.

2. Torres, Luis, Lleida, Eduardo y Casas, Josep Ramon.Sistemas análogicos y digitales de televisión. Barcelona : Edicions UPC, 1993. 84-7653-8301-094-1.

3. Kiver, Milton S. Fundamentos de la TV en Color. 1970.

4. http://es.wikipedia.org/wiki/PAL. [En línea] 08 de Julio de 2009.

5. http://en.wikipedia.org/wiki/PAL. [En línea] 08 de Julio de 2009.

6. Torres, Luis, Lleida, Eduardo y Ramon Casas, Josep.Sistemas analógicos y digitales de televisión. s.l. : UPC.

7. Limann, Otto. Fundamentos de Televisión. 1983.

8. Torres Urgell, Luis, Lleida Solano, Eduardo y Casas, Josep Ramón. Sistemas análogos y digitales de televisión.

9. Mossi García, José.Sistemas de Televsión. 1998.

10. Artigas, José M., Capilla, Pascual y Pujol, Jaume. Tecnologías del Color. 2002.