PARÁMETROS Y PRINCIPIOS DE UN

SISTEMA DE TELEVISIÓN.

1.1 Número de líneas que conforman una imagen de vídeo.

Dos sistemas mutuamente incompatibles de televisión, el NTSC se usa típicamente en Estados Unidos (525 líneas/60 Hz), mientras que el PAL es habitual en Europa (TV de 625 líneas / 50Hz). El formato del vídeo en el DVD varía según si se codifica en PAL o NTSC:

PAL: 720x576 píxeles, 25 fotogramas por segundo; NTSC: 720x480 píxeles, 29.97 cuadros por segundo

La mayoría de DVD / TV Europeas PAL pueden reproducir discos en NTSC, lo.que no suele ser cierto a la inversa. Además, puesto que las películas de cine tienen 24 fotogramas por segundo, al convertirse a PAL son aceleradas un 4%(25 / 24 = 1.04), lo que hace que el audio deba ser ajustado de acuerdo a esto antes de ser codificado. Por esto, al reproducir un DVD en PAL oímos el audio ligeramente más agudo (concretamente, medio semitono). ¡Al menos, en esto ganamos a los americanos, ya que vemos las mismas películas en menos tiempo que ellos.

Algunas consideraciones sobre ambos sistemas (tened en cuenta que si compráis DVD de Zona 1– Ver Zonas – estáis comprando DVD NTSC):

La imagen de un DVD PAL tiene más resolución que la de un DVD NTSC (576 líneas frente a 480 líneas).

El movimiento de un DVD PAL es más suave que en un DVD NTSC (no hay "pull-down"con campos repetidos de imagen en algunos fotogramas, ver Entrelazado / Progresivo). Claro que, a cambio, el NTSC tiene 5 fotogramas más por segundo que, si se utilizan (como ocurre a veces en las escenas de acción de algunos films de animación) resultan en una mejora evidente en la fluidez del movimiento.

Los DVD PAL pueden reproducir muy fácilmente la imagen en formato progresivo (mezclando los dos campos de cada fotograma). Esto mejora la visualización si tenemos la suerte de disfrutar de un proyector, vemos la película en un PC o tenemos una TV de gama alta que admite entrada progresiva de vídeo y si nuestro reproductor tiene salida progresiva.

Los DVD PAL se reproducen un 4% más rápido, lo que altera el "concepto original" de las películas y además afecta al sonido. La mayoría de personas, somos incapaces de notar esta aceleración, tanto en la imagen como el sonido.

Los DVD en sistema PAL pueden requerir un mayor nivel de compresión al codificar imágenes de cine que los DVD NTSC (puesto que cada fotograma de la imagen tiene más píxeles). El mayor parpadeo en sistema PAL puede producir más fatiga, después de estar viendoDVD durante más de trece horas seguidas. ¡Mal! (aunque sólo no notarán los más adictos).

PAL es la sigla de Phase Alternating Line (en español línea alternada en fase). Es el nombre con el que se designa al sistema de codificación empleado en la transmisión de señales de televisión analógica en color en la mayor parte del mundo. Es de origen alemán y se utiliza en la mayoría de los países africanos, asiáticos y europeos, además de Australia y algunos países latinoamericanos.

El sistema PAL surgió en el año 1963, de manos del Dr. Walter Bruch en los laboratorios de Telefunken en su intento por mejorar la calidad y reducir los defectos en los tonos de color que presentaba el sistema NTSC. No obstante, los conceptos fundamentales de la transmisión de señales han sido adoptados del sistema NTSC.

El sistema de color PAL se usa habitualmente con un formato de vídeo de 625 líneas por cuadro(un cuadro es una imagen completa, compuesta de dos campos entrelazados) y una tasa de refresco de pantalla de 25 cuadros.

La resolución en un mundo digital o analógico es parecida, pero existen algunas diferencias importantes sobre su definición. En el video analógico, la imagen consiste en líneas, o líneas de TV, ya que la tecnología del video analógico procede de la industria de la televisión. En un sistema digital, la imagen está formada por píxels.

Resoluciones NTSC y PAL Resolución VGA Resolución MPEG Resolución Megapíxel

Resoluciones NTSC y PAL

En América del Norte y Japón, el estándar NTSC (Comité Nacional de Sistemas de Televisión) esel estándar de vídeo analógico predominante, mientras que en Europa se usa el estándar PAL (Línea de Alternancia de Fase). Ambos estándares proceden de la industr ia de la televisión.

NTSC tiene una resolución de 480 líneas horizontales y una velocidad de renovación de 60 campos entrelazados por segundo (o 30 imágenes completas por segundo). PAL tiene una resolución de 576 líneas horizontales y una velocidad de renovación de 50 campos entrelazados por segundo (o 25 imágenes completas por segundo). La cantidad total de información por segundo es la misma en ambos estándares.

Cuando el video analógico se digitaliza, la cantidad máxima de píxels que pueden crearse se basará en el número de líneas de TV disponibles para ser digitalizadas. En

NTSC, el tamaño máximo de imágenes digitalizadas es de 720×480 píxels.

En PAL, el tamaño es de 720×576 píxels (D1). La resolución más utilizada habitualmente es 4CIF704×576 PAL / 704×480 NTSC.

Resolución VGA

Con la introducción de las cámaras IP, pueden diseñarse sistemas 100% digitales. Esto provoca que las limitaciones de NTSC y PAL carezcan de importancia. Se han introducido algunas resoluciones nuevas procedentes de la industria informática, que proporcionan una mejor flexibilidad y, además, constituyen estándares universales.

VGA es la abreviatura de Video Graphics Array (Tabla de Gráficos de Video), un sistema de exposición gráficos para PC desarrollado originalmente por IBM. La resolución se define a 640×480 píxels, un tamaño muy parecido a NTSC y PAL.

Resolución MPEG

La resolución MPEG normalmente significa una de las resoluciones siguientes:

704×576 pixels (TV PAL) 704×480 pixels (TV NTSC) 720×576 pixels (PAL o D1) 720×480 pixels (NTSC o D1)

Resolución Megapíxel

Cuanta más alta sea la resolución, más detalles pueden observarse en una imagen. Esto es una consideración muy importante en las aplicaciones de vigilancia por video, donde una imagen de alta resolución puede permitir la identificación de un delincuente. La resolución máxima en NTSC y PAL, en cámaras analógicas, después de que la señal de vídeo se haya digitalizado en un DVR o en un servidor de video, es de 400.000 píxels (704×576 = 405.504). 400.000 equivale a 0,4 megapíxeles.

1.2 Frecuencia de repetición de imágenes.

Frecuencia de cuadro es el número de imágenes transmitidas por segundo. En cine, el número de fotogramas por segundo es 24 y en Televisión debe ser un número similar, de forma que el tiempo transcurrido entre imagen e imagen se encuentre dentro del tiempo de integración temporal del ojo, que es inferior a 50 msg.

Lo lógico hubiese sido elegir la misma frecuencia de cuadro que la frecuencia de fotogramas utilizada en cine, con objeto de facilitar la conversión de uno a otro soporte, pero no se ha elegido ese valor. En el momento de la implantación de los Sistemas de Televisión, un parámetro importante era la frecuencia de la red de suministro de energía eléctrica, ya que afectaba de dos maneras diferentes:

La frecuencia de la red es muy estable y podía ser utilizada para que todas las cámaras y demás elementos integrados en un Sistema completo se enganchasen con dicha frecuencia. Era un sistema barato y cómodo de forzar a que varias cámaras que se integrasen para formar un programa de Televisión estuviesen sincronizadas entre sí de una forma muy estable.

La frecuencia de la red inevitablemente se introduce como interferencia dentro de la señal

de video y el batido entre la frecuencia de imágenes y dicha frecuencia de red, se hace visible sobre la imagen como una interferencia de valor la frecuencia diferencia entreambas.

1.3 Barrido entrelazado y no entrelazado.

En la actualidad, existen dos técnicas diferentes disponibles para interpretar el vídeo: barrido entrelazado y barrido progresivo (progressive scan e interlaced). Cuál de estas técnicas se seleccione dependerá de la aplicación y objetivo del sistema de vídeo y, en particular, de si será necesario captar objetos en movimiento y permitir la visualización al detalle de una imagen en movimiento.

Barrido entrelazado

Las imágenes que se basan en el barrido entrelazado utilizan técnicas desarrolladas para las pantallas de monitores de TV con tubo de rayos catódicos (CRT), que constan de 576 líneas visibles horizontalmente situadas a lo ancho de una pantalla de TV estándar. El entrelazado las divide en líneas pares e impares y, a continuación, las actualiza a 30 imágenes por segundo.

El pequeño retraso entre las actualizaciones de una línea par e impar crea una istorsión o

“jaggedness". Esto ocurre porque sólo la mitad de las líneas sigue la imagen en movimiento

mientras que la otra mitad espera a ser actualizada.

Los efectos del entrelazado se pueden compensar ligeramente utilizando el desentrelazado. El desentrelazado es el proceso de convertir el vídeo entrelazado en una forma no entrelazada, eliminando parte de la distorsión del vídeo para lograr una mejor visualización. A este proceso también se le conoce como “duplicado de lineas”. Algunos productos de vídeo IP, como los servidores de vídeo de Axis, incorporan un filtro de desentrelazado que mejora la calidad de imagen en máxima resolución (4CIF). Esta característica elimina los problemas de distorsión de movimiento provocados por la señal de vídeo analógica de la cámara analógica.

El barrido entrelazado ha sido de gran utilidad durante muchos años en el mundo de la cámara analógica, la televisión y el vídeo VHS, y aún lo sigue siendo para determinadas aplicaciones. Sin embargo, ahora que la tecnología de la pantalla está cambiando con la llegada de la pantalla de cristal líquido (LCD), los monitores que se basan en transistores de película delgada (TFT), las cámaras digitales y los DVD, se ha creado un método alternativode aportar imagen a la pantalla, conocido como barrido progresivo.

Barrido progresivo

El barrido progresivo (progressive scan), a diferencia del entrelazado, escanea la imagen entera línea a línea cada 1/16 segundos. En otras palabras, las imágenes captadas no se dividen en campos separados como ocurre en el barrido entrelazado. Los monitores de ordenador no necesitanel entrelazado para mostrar la imagen en la pantalla. Las coloca en una misma línea a la vez en perfecto orden como por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, etc. Por tanto, virtualmente no existe un efecto de “parpadeo”. En ese sentido, en una aplicación de vigilancia puede resultar vital para visualizaral detalle una imagen en movimiento como por ejemplo, una persona que está huyendo. Sinembargo, se necesita un monitor de alta calidad para sacar el máximo partido de este tipo de barrido.

Ejemplo: Captar objetos en movimiento

Cuando una cámara capta un objeto en movimiento, la nitidez de la imagen congelada dependerá de la tecnología empleada. Compare las siguientes imágenes JPEG, captadas por

tres cámaras diferentes usando barrido progresivo y barrido entrelazado 4CIF y 2CIF, respectivamente.

Tenga en cuenta la siguiente información:

Todos los sistemas de imágenes producen una imagen clara del fondo Bordes irregulares de movimiento con el barrido entrelazado Distorsión de movimiento por falta de resolución en el ejemplo 2CIF Únicamente el barrido progresivo permite identificar la unidad

Barrido progresivo

Usado en: cámaras Axis como la AXIS210

Detalles:

Barrido entrelazado

Usado en: cámaras analógicas deCCTV

Detalles:

2CIF(con “Duplicado de lineas”)

Usado en: DVRs

Detalles:

Nota: En estos ejemplos, las cámaras utilizaron el mismo objetivo. El coche iba a una velocidad de 20 km/h (15 mph).

Relación entre Barrido Horizontal, Vertical y Resolución

El circuito electrónico de mayor frecuencia, y que trabaja con mayor exigencia en un monitor es elde Barrido Horizontal. Por eso, tiene bastante influencia en el costo final del mismo.

Sabemos que: Frecuencia horizontal = Frecuencia Vertical x Nro. de pixeles verticales.

Entonces, si aumentamos la resolución, aumentamos también la frecuencia Horizontal. En otras palabras, si el monitor es capaz de soportar altas frecuencias de barrido horizontal, podrá mostrar altas resoluciones.

Como ejemplo veamos la resolución 320 x 240, a 60 Hz. La frecuencia horizontal de barrido deberá ser de:

FH= (240 + 24 ) x 60 = 15840 Hz

Nota: sumamos 24 líneas por las líneas no visibles (equivalentes a aproximadamente diez por ciento).

Si deseamos aumentar la resolución a por ejemplo 800 x 600, tendremos:

FH= (600+60) x 60 = 39600 Hz.

Podemos percibir que el aumento de resolución arrastra un aumento de la frecuencia de barridohorizontal. De la misma forma, una variación de la frecuencia de barrido vertical, arrastrará a la horizontal.

Ba r ri d o e nt r e l a za d o: Para poder utilizar una frecuencia de barrido horizontal menor,

y aprovechando que el ojo humano tiene también la propiedad de persistencia, se utiliza lo que

se llama barrido Entrelazado. De esta forma, se envían primero las líneas pares, y luego las

impares, formándose "media imagen" cada vez. Así, se barren solamente la mitad de las líneas

cada vez, resultando en una frecuencia horizontal igual a la mitad de la original. Para el

último ejemplo, sería necesario un barrido horizontal de solamente 19800. Luego, el costo del

circuito será menor. Claro que la imagen que se verá en pantalla tendrá un efecto de parpadeo que

el usuario avanzado notará.

Ba r ri d o no e nt r e l a za d o: En este barrido se envían todas las líneas para cada imagen. El parpadeocasi no se nota, pero la frecuencia de barrido horizontal es alta. Este tipo de monitores es 20% más caro que el anterior.

1.4 Definición de campo y cuadro.

Campo Conjunto de líneas pares (campo 1) o impares (campo 2) de una imagen de televisión.

Cuadro Conjunto de las 625 líneas que conforman una imagen de televisión.

Cada cuadro está compuesto por cientos de líneas horizontales, que contienen puntos de información de brillo y color. Esta información es procesada de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo. De manera de reducir el parpadeo y las variaciones de intensidad y nitidez durante el barrido o scanning, cada imagen es dividida en dos segmentos.

Las líneas impares se barren primero, y luego se integran, en los espacios restantes, las líneas pares. Se llama comúnmente campo a estas secciones de líneas pares o impares.

La imagen completa, conformada por dos campos, es lo que se denomina cuadro. Existen sistemasde barrido progresivo, no entrelazado, donde los campos conformados por líneas pares e impares son combinados y reproducidos en forma simultánea.

A lines = campo de líneas impares B lines = campo de líneas pares Open spaces = Espacios vacíos, que es donde van las líneas del otro campo. A and B lines combined = ambos campos, entrelazados en un solo cuadro.

1.5 Relación de aspectos 5/4 y 16/9.

La relación de aspecto es la que se establece entre la anchura de una imagen, de un fotograma devideo o de una pantalla de televisor y su altura. Si se dispone de un televisor de pantalla panorámica, puede ser aconsejable filmar sus escenas con la relación de aspecto 16:9 o panorámico, en lugar de filmarlas en la relación estándar 4:30, más cuadrada. De esta manera, las películas llenaran toda la pantalla, y no se perderá el espacio ocupado por las bandas negras de cada lado.

No obstante, aunque actualmente muchas videocámaras especifican que aceptan el formato 16:9 emulada, en la que el efecto panorámico se sobrepone a una imagen 4:3. El resultado parece una relación 16:9 en una pantalla panorámica, pero en realidad los fotogramas se recortan verticalmente y se estiran horizontalmente para llenar toda la pantalla. La resolución se ve afectada.

El nacimiento de la televisión estuvo marcado por la imposición del cine de la época en lo que se refiere a las proporciones de imagen que se mostraban. La relación 4:3 venia impuesta por el cineen 35 mm, que era la referencia mas próxima.

Comparaciones visuales

No es obvio cómo comparar dos imágenes con distinta relación de aspecto. A los fabricantes demonitores LCD les cuesta aproximadamente lo mismo hacer dos monitores con la misma área. Sin embargo los monitores se venden según la diagonal. En un escritorio lo más relevante es la altu ra.

Comparativa de Relaciones de Aspecto

2.35:1

Esta relación ofrece una amplia área de visión,y es frecuentemente usada en películas épicas ydemás superproducciones. La relación deaspecto real es 2.39:1, pero se sigueidentificando como 2.35:1 debido a una antiguaconvención.

1.85:1 (con Letterbox)

Estándar del cine norteamericano, algo mas amplio que la relación 16:9. La adición de bordes negros responde a la necesidad de conservar la imagen completa, este proceso se denomina letterbox.

1.78:1 (con Letterbox)

Relación de aspecto mejor conocida como 16:9, éste es el estándar para televisión de alta definición (HDTV). La adición de bordes negros responde a la necesidad de conservar la imagen completa, este proceso se denomina letterbox.

1.33:1 (con Letterbox)

Relación de aspecto equivalente a 4:3, es el estándar usado en televisores y monitores. Se utiliza desde el antiguo cine mudo de 35 mm. La adición de bordes negros responde a la necesidad de conservar la imagen completa, este proceso se denomina letterbox.

1.33:1 (modo Anamorphic Widescreen)

Técnica para capturar imágenes widescreen enuna película de 35 mm estándar. Para hacerlo,un lente anamórfico es usado durante la grabación, expandiendo la imagen verticalmente para que ocupe todo el área de la película de 35 mm.

Algunos DVD utilizan este método, por lo tanto el reproductor -o bien la TV- tiene que ajustar la imagen para restablecer la relación de aspecto correcta.

3:2. El estándar usado en la televisión NTSC, sólo lo usan dichas pantallas.

4:3. Es el estándar actualmente usado en la televisión PAL, muchas pantallas de ordenador usan este estándar cuadrado. Es equivalente a 1,33:1.

5:4. Es el estándar al cual pertenece la resolución 1280x1024, usado en pantallas de 17", este estándar también es cuadrado.

14:9. Es un estándar que no es ni ancho ni cuadrado, lo que permite a todos los televisores4:3 y 16:9 recibir una transmisión

16:9. Es el estándar usado por la High Definition Televisión y en varias pantallas, es anchoy normalmente se le suele llamar Widescreen. Es equivalente a 1,78:1.

Uno de los parámetros directamente relacionados con la relación de aspecto es la medida de la diagonal que se utiliza para indicar el tamaño de las pantallas. Así, cuando hablamos de una pantalla de 29” nos referimos a la longitud de la diagonal.

1.6 Factores que inciden en la determinación del ancho de banda.

El ancho de banda está directamente relacionado con las variaciones de nivel que se producen enla luminancia. Cambios bruscos en la luminancia, que se corresponden con contornos verticales enla imagen exigen la presencia de componentes de alta frecuencia, mientras que las regiones uniformes serán codificadas con un nivel constante de la señal, por lo que son las responsables de la existencia de componentes continuos.

Es obvio, por tanto, que el ancho de banda depende de las características de la imagen y que variará en función de ésta. En general, cuando hablamos del ancho de banda de la señal interpretaremos que nos referimos al valor mínimo necesario para que puedan transmitirse todo tipo de imágenes con una calidad aceptable. Un sistema con un ancho de banda reducido limita la presencia de cambios de nivel bruscos en la señal, por lo que, probablemente, los contornos de la imagen no quedarán bien definidos. El ancho de banda adecuado es por tanto un compromiso entre la eficiencia espectral del sistema de comunicaciones y la calidad con que pueden reproducirse las imágenes.

Para tener una primera idea sobre el orden de magnitud del ancho de banda, consideremos cuál esla frecuencia máxima que tiene sentido transmitir para imágenes estacionarias. Evidentemente, sila imagen a transmitir tuviera un nivel de gris uniforme, la luminancia tendría un valor constanteen todas las líneas, por lo que la señal sólo contendría componente continúa. Si la imagen que transmitimos está formada por barras negras y blancas en sentido vertical, la luminancia deberá tomar sus valores extremos a lo largo de una línea, con lo que su frecuencia estará directamente relacionada con el número de barras verticales, tal y como se ilustra en la figura siguiente.

Señal de luminancia asociada a una imagen formada por barras verticales

1.7 Transmisión simultánea y transmisión secuencial de señales croma: NTSC yPAL.

Hay propuestos numerosos métodos de transmisión de señales de televisión en color. Entre las varias clasificaciones que de ellos se hacen, la correspondiente a las características de tiempo es una de las más importantes; según esta, los sistemas pueden ser clasificados como:

Sistemas simultáneos, en que los tres elementos de información necesarios para un elemento de imagen son transmitidos simultáneamente.

Sistemas secuenciales, en que los tres elementos de información son transmitidos sucesivamente.

Los sistemas secuenciales que han sido propuestos se subdividen en:

Campo secuencial.

Se transmite un campo completo en un color, seguido de campos sucesivos en los restantes colores..

Línea secuencial.

Se transmite una línea de un color, seguida por líneas sucesivas en los colores restantes, y se repiteel ciclo.

Punto secuencial.

Las tres integrantes de la información que describen un elemento individual de imagen son transmitidos en sucesión, inmediatamente después de lo cual tiene lugar la transmisión de información para el elemento siguiente de imagen.

Intensidades de colores primarios individuales.

Intensidad compuesta (o, de otro modo, brillo visual) más dos señales auxiliares representando la diferencia entre el brillo aparente y las intensidades de rojo y azul respectivamente.

Intensidad compuesta, matiz y saturación