VIDEO ANALOGICO y sus FORMATOS

Indice:

1.- Video analógico, qué es  y  tipos de formatos.

2.- Vídeo Prácticas.

3.- Video analógico, lo que también debes saber.

  • Sincronismos.
  • Medidas con un monitor de forma de onda.
  • Medidas con un vertorscopio.

4.- Conclusión.

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1.- Vídeo analógico, qué es  y  tipos de formatos.

El vídeo analógico es la imagen que se presenta sobre una pantalla de televisión y se obtiene tras aplicar una señal a un televisor trazándose líneas en la pantalla a mucha velocidad y gracias a nuestra persistencia retiniana (se mantiene la imagen en la retina durante una fracción de tiempo), conseguimos integrar las líneas y vemos imágenes completas

Tipos de Formatos

Existen cuatro tipos de señal de vídeo analógico: RGB, Componentes (YPbPr), Video-S (Y/C), Vídeo Compuesto (CVBS).

Generación de formatos de vídeo analógico
Fig. 1.Generación de formatos de vídeo analógico

RGB

Es el formato original, el que entregan las cámaras de vídeo tras captar la escena. Se usan tres componentes ( Rojo, Verde y Azul ) , ocupando un ancho de banda de 5 MHz cada canal.

Este formato se utiliza para visualización, es decir, conexión directa a monitores, no se han fabricado equipos que lo graben debido al su gran ancho de banda. Puede transmitir video con calidad HD.

Los conectores usados son:  el BNC en equipos profesionales, el VGA para proyectores y pantallas planas y el EUROCONECTOR para televisores más antiguos.

Euroconector - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 2 . Equivalencia de pines del Euroconector y el  JP21 (equivalente Japonés)

Los equipos de fabricación Japonesa usan un conector igual al euroconector europeo pero con distinta correspondencia de sus pines.

Cuando una televisión tiene varios euroconectores, normalmente sólo uno será capaz de recibir la señal RGB, debemos identificarlo usando el manual, además debemos entrar en el menú del televisor y configurar esa entrada para señal RGB. Por defecto todas las entradas de euroconector van configuradas para vídeo compuesto que tiene menos calidad que RGB.

COMPONENTES (R-Y , B-Y , Y)

Formato obtenido del RGB mediante una matriz sumadora sin reducir apenas la calidad  pero sí el ancho de banda, pasando de 15 MHz  para RGB a 7 MHz, este se consigue eliminando la información redundante de luminosidad de las tres componentes RGB. Se transmite mediante tres líneas.

Las componentes R-Y y B-Y contienen la información de color y la componente de Y o luminancia aporta la información de luminosidad de la imagen y además contiene los sincronismos necesarios. La luminancia se obtiene de la siguiente forma:

 =  0,30 R  +  0,59 G  +  0,11 B

, G , B   = componentes de la señal RGB

Entrada/salidas para este formato las encontramos en multitud de equipos profesionales, también en las pantallas planas y proyectores. Este formato se utiliza generalmente como base para la digitalización de señales de vídeo. Puede transmitir video con calidad HD.

Los conectores usados para este formato son: el RCA en equipos domésticos y el BNC en equipos profesionales.

Conectores de señal de COMPONENTES - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 3. Conexiones de señal de componentes

En equipos domésticos, a las las componentes R-Y y B-Y se las identifica con las palabras PR/CR y PB/CB.

Como podemos apreciar en la figura de arriba,  los equipos profesionales, usualmente, comparten los conectores BNC para la señal de RGB y la de componentes, la selección se hace mediante un conmutador.

VIDEO S (Y/C)

Posee dos componentes :  luminancia y crominancia (croma).

La señal de luminancia es la misma que en la señal de componentes.

La crominancia se obtiene modulando (modulación tipo QAM)  una subportadora de 4,43 MHz con las componentes R-Y y B-Y, este proceso implica una pérdida importante de calidad.

Para poder recomponer la información de color se necesita una muestra de la subportadora “limpia” (sin modular) consiguiendo así una referencia de la amplitud y fase originales para saber a partir de qué valor hay que comparar el nivel de tonalidad y saturación. Para ello, se añade unos ciclos de la subportadora a la señal de sincronismo después de cada barrido horizontal. Estos impulsos se conocen como Burst o Color Burst.

Los antiguos grabadores S-VHS y Hi 8 graban este formato, actualmente lo podemos encontrar como entrada de pantallas planas y proyectores, se usa un conector minidin, su resolución en el sistema PAL es de 720 x 576 píxeles (realmente tiene 625 líneas pero sólo 576 son visibles).

Conector minidin para VIDEO S - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 4. Conector minidin para vídeo S

VIDEO COMPUESTO (CVBS)

En los equipos, este tipo de señal se suele identificar como CVBS (Color, Vídeo, Borrado y Sincronismos), se obtiene mezclando la señal de croma con la luminancia.

La croma se inserta en los huecos del espectro que no están siendo usados por la luminancia,  lo que hace que se reduzca a 5 Mhz el ancho de banda utilizado. El inconveniente es que cuando la  imagen es compleja (mucho entramado), los huecos libres de la luminanacia se reducen creando una distorsión denominada moire.

Espectro de un señal de video compuesto - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 5. Espectro de la señal de vídeo compuesto
Distorsión de Moiré - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 6. Distorsión de Moiré en una imagen

El vídeo compuesto se transmite con una sola línea, ideal para modular un canal de radiofrecuencia. Los emisores de vídeo analógico emiten en este formato, su resolución en el sistema PAL es de 576 x 625 píxeles.

Este formato se graba en los antiguos equipos VHS y 8 mm y su calidad es algo inferior al vídeo S.

Los conectores que se utilizan son: el BNC para equipos profesionales y el RCA (amarillo) para los domésticos.

2.- Vídeo Prácticas

2.1. –   Medida de diferentes parámetros de la señal de señal de vídeo compuesto  mediante un Osciloscopio.

2.2. –  Estudio de los formatos de vídeo analógicos: Video Compuesto, Video S y RGB. Se compara la calidad entre los mismos y se estudia la señal de sincronismo que se utiliza en RGB.

3.- Vídeo analógico, lo que también debes saber.

Sincronismos

Son señales que acompañan a todos los formatos de vídeo analógico para que el televisor pueda sincronizarse con el equipo fuente de imagen ( cámara o reproductor).

Son dos los tipos de sincronismos que se manejan: Horizontal y Vertical, estando presentes en todos los formatos de señal analógica.

Sincronismo horizontal: establece la velocidad a la que se trazan las líneas de la imagen, en el sistema PAL es de 15625 Hz.

Sincronismo Vertical: establece la velocidad a la que se muestran los grupos  de líneas que conforman una imagen o cuadro, en el sistema PAL es de 50 Hz.

Señal de video compuesto en Osciloscopio
Fig. 7. Retrazado vertical en señal de vídeo compuesto

En la señal de RGB los sincronismos pueden transmitirse de tres formas distintas:

  • Sincronismos separados (RGBHV): hay una línea para el sincronismo horizontal HSync y otra  para el sincronismo vertical VSync. Se necesitan 5 hilos para la transmisión, un ejemplo es la señal RGB que se lleva desde un ordenador a un monitor mediante cable VGA
Conector VGA - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 8. Conector VGA.
  • Sincronismo compuesto (RGBS): Se transmite el sincronismo horizontal y vertical por un mismo cable, se necesitan por tanto un total de 4 hilos para la transmisión.
  • Sincronismo en verde (RGsB): La información del sincronismo horizontal y vertical se transmite junto con la señal de color verde, necesitándose sólo 3 hilos para la transmisión.

En la siguiente figura vemos como es posible seleccionar si el sincronismo se introduce en el verde o no, también permite cambiar la polaridad de los sincronismos, lo normal es que sean negativos (almenas hacia abajo).

Generador de Vídeo - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 9. Generador de vídeo Promax GV 698 (utilizado en la vídeo práctica)

En los formatos Componentes, Vídeo S y Vídeo compuesto, al poseer la luminancia,  esta es la que contiene los sincronismos horizontal y vertical.

Medidas con monitor de forma de onda.

Con un monitor de forma de onda o un osciloscopio podemos medir los valores de tensión y tiempo de la señal de vídeo para asegurarnos que se ajustan a su valor normalizado.

Cuando se analiza una señal de vídeo analógico se  hace a partir de una imagen patrón llamada barras de color. Una línea en el formato vídeo compuesto tendría la forma y medidas  que se muestran en la siguiente figura:

Línea de TV - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 10. Valores standard de Línea de TV en formato vídeo compuesto

Hay que destacar:

1º. La tensión pico a pico (Vpp) medida entre la base del sincronismo y el nivel de blanco (barra blanca) es de 1 voltio.

2º. La barras de color están ordenadas de forma que tienen un valor de luminancia descendente

3º. En el pórtico posterior se inserta la ráfaga de sincronismo de color o BURST, que permite al televisor demodular la información de color de cada línea.

4º. La información de color (croma) aparece en la figura en color gris, esta es la señal modulada en QAM (modulación en amplitud y fase), cuanto mayor sea su amplitud mayor será la saturación del color.

En la siguiente figura se aprecia como se van obteniendo los diferentes formatos de vídeo analógico a partir de la señal de RGB.

Línea de TV en todos los formatos - EL CAJON DEL ELECTRONICO
Fig. 11. Línea de TV en todos los formatos de vídeo analógico

Medidas con un vertorscopio

Este equipo nos permite comprobar la colorimetría de la imagen, tras aplicarle una imagen  de barras de color (imagen patrón), nos mostrará una serie de puntos correspondientes a cada color. Realmente lo que se representa  es la componente B-Y en el eje horizontal y la R-Y en el vertical.

El equipo a medir debe generar la imagen de barras de color. En el sistema PAL el vectorscopio nos mostrará 12 puntos (6 en el sistema NTSC), estos puntos definen la tonalidad y saturación de cada color.

Cada color se identifica con sus siglas en mayúscula y en minúscula, por ejemplo el  Magenta: MG y mg, esto es debido a que en el sistema PAL, se invierte cada dos líneas el componente R-Y, esto no sucede con el sistema NTSC. Esta propiedad del sistema PAL hace que sea más inmune a las interferencias por reflexiones de la señal cuando se transmite por radiofrecuencia.

Vertorscopio - EL CAJON DEL ELECTRONICO

Fig. 12. Retícula de un vectorscopio para sistema PAL.

Monitor de forma de onda - vectorscopio - EL CAJÓN DEL ELECTRONICO
Fig. 13. Monitor de forma de onda – vectorscopio con vídeo compuesto en sistema PAL.

Las líneas que aparecen uniendo los diferentes puntos reflejan la transición del color de una barra al color de la otra, por ejemplo la barra de color cian (CY) tiene a sus lados la verde (G) y la amarilla (YL), por este motivo el punto CY está enlazado con el YL y el G. Esta transición realmente es un cambio de fase (tonalidad) y amplitud (saturación de color) de la subportadora de color (onda senoidal de 4,43 Mhz).

Procedimiento de uso un vectorscopio:

Este vídeo aclara muchos conceptos referentes al uso del vectorscopio:

Veámoslo ahora pasito a pasito:

1.- En una entrada del vectorscopio, introducimos la señal de barras de color generada en el  equipo fuente a medir.

Conexiones de un vectorscopio Tektronix WVR 500 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 14. Conexiones de un vectorscopio Tektronix WVR 500

2.- Realizamos la sincronización de la señal aplicada con la retícula mostrada por el vectoscopio, para ello hacemos coincidir los segmentos que se generan con el BURST de la señal introducida con los que aparecen en la retícula, esto se hace con un potenciómetro del vectorscopio.

Fig. 15. Retícula de vectorscopio Tektronix WVR 500

3.- En el menú del vectorscopio comprobamos que el ajuste de saturación de color coincida con el de la señal aplicada, lo normal es que la saturación de color sea del 75%.

Fig. 16. Frontal de vectorscopio tektronic WVR500

4.- Comprobamos que los puntos que nos aparecen coincidan en las cajas de la retícula, esto indica que la colorimetría esta bien. Lo ideal es que los puntos queden dentro de las cajas pequeñas con lo que el error estaría acotado en un 5 % de saturación y 5º de variación de fase.

Fig. 17. Ajustes de color en un CCU SONY M5P

Como ejemplo en la figura anterior apreciamos los ajustes que nos proporciona una Unidad de Control de Cámara SONY M5P.

Notas a tener en cuenta:

  • La situación de cada punto indica la saturación y la tonalidad del color.
  • Un punto más hacia la periferia indica una saturación de color mayor.
  • Un punto con una variación de ángulo (variación de fase), indica una variación de la tonalidad del color.
  • Las cajas grandes identifican una rango variación de saturación del 20% y una variación de tonalidad de 20º.
  • Las cajas pequeñas identifican un rango de variación de saturación del 5% y una variación de tonalidad de 5º.

4.- Conclusión

Aunque estamos en la era del vídeo digital, los formatos de vídeo analógico los vamos a encontrar en casi todos los equipos de imagen, de hecho todos los formatos digitales se obtienen muestreando la señal de vídeo analógico de componentes o RGB.

Una señal de RGB y de componentes puede transmitir vídeo en HD, un ejemplo lo tenemos en la conexión de un ordenador con su monitor mediante VGA, lo que se transmite por este conector es señal RGB.

El motivo fundamental de que el vídeo analógico haya perdido la batalla frente al digital es su  acentuada pérdida de calidad al realizar sucesivas copias.

Un Saludo.

LeandroGG68

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SONIDO DIGITAL

Indice:

1.- Sonido digital, ¿qué es?

2.- Vídeo Prácticas: Tarjeta capturadora Audio Control 1 y grabadores digitales Marantz PDM 660 e iKey Plus.

3.- Sonido digital, lo que también debes saber.

4.- Conclusión.

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1.- Sonido digital, ¿qué es?

El sonido se genera por la variación de presión en un medio (aire usualmente), por lo tanto es analógico,  los equipos actuales trabajan de forma digital (ceros y unos), lo que obliga a traducir esta variación analógica (infinitos valores en el tiempo) a valores digitales, a estos datos digitales es a lo que se le llama sonido digital.

Los equipos que trabajan con sonido digital poseen un conversor A/D (Analógico/Digital) que convierte  la señal analógica a digital, este proceso requiere de tres pasos: muestreo, cuantificación y codificación.

Conversor Analógico/Digital - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 1. Conversor Analógico Digital (A/D)

Muestreador: Toma muestras de la señal analógica (señal en tiempo discreto), se debe cumplir que :

Fm  >  2  * BW     (teorema Nyquiest)

F: Frecuencia de muestreo (Hz)

BW (BandWidth): Ancho de banda de la señal a muestrear

Como ejemplo, el sonido grabado en un CD está muestreado a 44100 Hz, como el ancho de banda comúnmente adoptado para la música es de 20 a 20000 Hz, se cumple el teorema de Nyquiest. Hacer que se cumpla el teorema de Nyquiest en demasía (sobremuestreoNO aumenta la calidad de la señal, sólo aumenta la cantidad de datos generados. Como referencia las frecuencias de muestreo más usadas por las capturadoras de audio son 32KHz, 44,1KHz, 48KHz,  96 KHz, y 192,4 KHz.

Cuando la frecuencia de muestreo es inferior a la necesaria se produce la distorsión por aliasing, que impide recuperar fielmente la señal muestreada.

Muestreo de una señal - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 2. Muestreo de una señal.

Cuantificador: Cada muestra obtenida se hace corresponder con un valor (señal cuantificada). El número de valores posibles depende del número de bit del conversor (resolución).

Cuantificación y codificación - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 3. Cuantización y codificación

Por ejemplo, el sonido grabado en un CD utiliza un conversor A/D de 16 bits, lo que proporciona 216 = 65536 valores posibles para la cuantificación. Cuantos más valores se dispongan más precisa será la cuantificación, lo que reducirá el error de cuantificación.

Codificador: A cada valor cuantificado se le asigna un código binario; por ejemplo el sonido con calidad CD usa palabras binarias de 16 bits.

El flujo de datos binarios obtenidos en esta primera fase de codificación es muy elevado, es el formato PCM o sin compresión, por ejemplo, este formato es el que se utiliza en la grabación de CDs, que con una frecuencia de muestreo de 44,1 Khz y 16 bit, una hora de música ocupa unos 700 MB.

Cuando el destino del sonido digital es su transmisión y/o almacenamiento y no se requiere la máxima calidad, se aplica una  segunda codificación que reduce el tamaño a consta de la calidad,  un ejemplo es el formato mp3, donde se obtienen reducciones de 7 o 10 a 1 con una calidad aceptable (192  y 128 kbps).

Tras operar con los datos binarios, los equipos de sonido digital los transforman en una señal analógica, para finalmente, tras su amplificación, aplicarla a un altavoz que generará la presión acústica correspondiente (sonido), de esto se encarga el conversor A/D (Analógico/Digital).

2.- Vídeo Práctica: Tarjetas capturadoras de sonido

VIDEO 1: Funciones y puesta en funcionamiento de una capturadora de sonido Audio control 1:

 

VIDEO 2: Funciones y puesta en funcionamiento de un grabador digital Marantz PMD 660:

 

VIDEO 3: Funciones y puesta en funcionamiento de un grabador digital de sonido iKEY PLUS:

 

3.- Sonido digital, lo que también debes saber

En la siguiente figura podemos observar, de forma genérica, los bloques de un equipo de sonido digital.

Equipo de sonido digital: diagrama de bloques - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 4. Bloques de un equipo de sonido digital.

Filtro antialiasing: Evita que se tomen muestras de señales de frecuencias superiores al ancho de banda deseado, esto elimina la distorsión por aliasing. La frecuencia de corte de este filtro depende de la frecuencia de muestreo, en el caso típico de equipos de CD-Audio, como la frecuencia de muestreo es 44100 Hz, se establece la frecuencia de corte en 20000Hz, un 10% aproximadamente menos que la frecuencia crítica que es 22500Hz, esto se hace así debido a que los filtros no son perfectos y tienen un pendiente de caída determinada tras su frecuencia de corte.

Filtro de reconstrucción: Asegura que la señal analógica de salida no contenga componentes de frecuencia superiores a la de la frecuencia máxima de trabajo.

Soluciones a problemas del sonido digital

Distorsión por Aliasing

Solución: Muestrear a una frecuencia un 10 % superior a la frecuencia máxima de la señal (frecuencia crítica). Esta frecuencia se establece con el software de grabación utilizado en el caso de capturadoras de sonido o mediante el menú de configuración en los equipos. Lo normal es trabajar a 44100 Hz.

Error de cuantificación

Se pretende conseguir que el ruido generado por este error será inapreciable, para ello  su nivel debe ser menor que el ruido de la señal analógica a muestrear.

Solución: Aumentar el nº de bits del cuantificador. En las tarjetas capturadoras se puede ajustar con el software de grabación, en los equipos dedicados normalmente no. Lo normal es trabajar a 16 bits y con un frecuencia de muestreo de 44100 Hz con lo que se obtiene una relación S/N (Señal/Ruido) de 98,08 dB, superior a la relación S/N de la mayoría de las señales analógicas.

La ecuación que define la relación S/N a partir de los bits del conversor A/D es :

S/N(dB) = 20 log 2n  + 1,76

n = número de bits del cuantificador del conversor A/D

Saturación o clipping

Aparece cuando el nivel de la señal analógica de entrada es superior a la tensión de fondo de escala del convertidor A/D,  esto genera un recorte de la señal por su parte superior. Esta distorsión se puede ver fácilmente con programas de edición de audio como por ejemplo Adobe Audition o Audacity (gratuito), sólo hay que hacer zoom en un tramo sonoro dónde se aprecie que el nivel es excesivo, veremos las muestras tomadas y la imagen se parecerá a la de la figura siguiente.

Saturación en un convertidor Analógico/Digital - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 5. Saturación en un convertidor A/D.

Solución: Ajustar el nivel de entrada de grabación para que no se alcance el nivel de CLIP (0 dB usualmente).

Ejemplo de equipo de sonido digital

En la siguiente figura se aprecian los bloques de una  capturadora de sonido Audio Control 1, como la utilizada en la vídeo práctica.

Esquema de capturadora de sonido Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 6. Capturadora de sonido Audio Control 1. Esquema de bloques

Contiene un conversor A/D y dos conversores D/A, uno para cada dos salidas, también se  aprecia como el circuito para monitoreo puentea los conversores.

En la siguiente tabla vemos como el fabricante describe las características técnicas de esta capturadora.

Características de Capturadora Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO

Características de Capturadora Audio Control 1 - EL CAJÓN DEL ELECTRÓNICO
Fig. 7. Capturadora de sonido Audio Control 1. Características técnicas

 Es de destacar las siguientes siguientes características de esta capturadora:

  • Alta frecuencia de muestreo, dentro del ámbito profesional:  44.1, 48, 96 y 192 KHz 
  • Alta resolución de los convertidores: 16 y 24 bits
  • Relación S/N buena: 100 dB
  • Bajo ruido en la entrada de micrófono : -128 dBu

 

4.- Conclusión

A la hora de elegir un equipo de sonido digital debemos revisar las características de los conversores que posee. Algunos equipos de baja calidad poseen un conversor A/D de menos bits que el conversor D/A, publicitando que el equipo posee una resolución que se hace corresponder con los bits del convertidor D/A. Un equipo de calidad tiene la misma resolución en sus dos conversores.

La relación S/N es una característica que no se nos debe despistar, hay que exigir un mínimo de 95 dB, en caso contrario el equipo aplicará más ruido que el propio de la señal que manejamos.

Aunque dispongamos de una capturadora como la mostrada en este artículo, no conseguimos más calidad de sonido al sobremuestrear una señal, es decir, al sobrepasar el teorema de Nyquiest, sólo sobredimensionados el archivo obtenido, tampoco obtendremos más calidad aumentando la resolución de bits, si la señal analógica tiene una relación S/N inferior a la que nos proporciona la resolución adoptada.

Bueno, espero que esta pequeña incursión en los conceptos básicos del sonido digital os sea de utilidad.

Un Saludo.

LeandroGG68

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