VI TELEVISON (TV) 6.1 Estándares de Radiodifusión.

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1 VI TELEVISON (TV) 6.1 Estándares de Radiodifusión.
Los estándares de radiodifusión para TV se refieren a : El formato de la pantalla de TV con una relación de aspecto de 4 : 3 (que se lee : “ de 4 a 3”), y que para la TV de Alta Definición (HDTV) cambia a una relación de 16 : 9. La forma en que se multicanaliza en frecuencia el video y el audio, para ser transmitidos por una sola portadora (canal de la estación transmisora). Las frecuencias de portadora de los canales de TV.

2 FIG. 6.1-1 Normatividad para Frecuencias de TV-VHF.

3 FIG. 6.1-2 Normatividad para frecuencias de TV-UHF.

4 Los estándares para las frecuencias de TV-por cable son los siguientes :
existen diversos esquemas para la designación de las frecuencias de TV por cable en cada país, pero en general las frecuencias del canal 2 al 13 (VHF) son las mismas y para los canales a partir del canal 14 (UHF) se muestran las siguientes tablas, donde se observa que los canales se designan por número o por letra (s).

5 FIG. 6.1-3 Normatividad para frecuencias de TV-por cable.

6 FIG Estándares para las frecuencias de TV por cable UHF.

7 6.2 Señal de Video Compuesta.
El sistema de TV consiste en convertir una imagen de 2 dimensiones generada por una cámara de video en una señal eléctrica que será transmitida a distancia por medio de ondas de radio (o bien por cable coaxial o fibra óptica) y que será recibida por un receptor de TV que se encargará de reproducir dicha imagen de 2 dimensiones en una pantalla o monitor.

8 El sistema consiste en hacer un barrido electrónico horizontal y vertical de tal manera que cada línea horizontal captará un nivel de luminosidad proporcional a la imagen correspondiente del objeto. En la TV blanco y negro se capturan niveles de luminosidad desde el blanco hasta el negro pasando por una serie de niveles de o intensidades de gris, llamada escala de grises. En color, se capturan también diferentes niveles de luminosidad, pero de forma individual con los tres colores básicos del espectro visible : rojo, verde y azul (RGB).

9 FIG. 6. 2-1. Generación de una señal de video
FIG Generación de una señal de video compuesto en blanco y negro.

10 En la figura anterior se observa un diagrama a bloques de un sistema de cámara de TV, donde el sensor de imagen que es un CCD, que captura los niveles de luminosidad mediante un barrido electrónico horizontal y vertical. Anteriormente las cámaras de TV usaban dispositivos de vacío (bulbos) como el VIDICON, NEWVIDICON, ORTICON, etc. Actualmente se usan sensores de imagen semiconductores llamados CCD.

11 También se observa que el barrido horizontal y el vertical se hace de manera sincronizada mediante señales de SINCRONIA VERTICAL y de SINCRONIA HORIZONTAL. Esto genera una señal compuesta de TV que incluye : Señal de video. Señal de sincronía vertical. Señal de sincronía horizontal. Señal de audio. En la TV comercial se puede enviar el audio modulado en frecuencia y opcionalmente en estéreo.

12 Un barrido completo de una pantalla completa se llama CAMPO (impar) y al intercalar otro barrido entre cada línea horizontal se genera otro CAMPO (par); dos CAMPOS forman un CUADRO (FRAME, en inglés). Para producir un efecto de movimiento continuo se deben producir 30 cuadros por segundo o bien 60 campos por segundo, siendo este el estándar americano llamado NTSC, para TV a color y el EIA para blanco y negro.

13 El número de líneas determina la resolución vertical, siendo de 525 líneas en el estándar NTSC.
La señal de TV posee un ANCHO DE BANDA de transmisión de 6 MHz. Se modula en amplitud con el proceso de MODULACION DE BANDA LATERAL RESIDUAL (BLR), donde una de las bandas laterales se elimina y en su lugar se incluye la señal de audio modulada en frecuencia.

14 FIG. 6.2-2 Espectro de la señal compuesta de TV para blanco y negro.
60 MHz Ejemplo del Canal 2 54 MHz 59.75 MHz 55.25 MHz FIG Espectro de la señal compuesta de TV para blanco y negro.

15 FIG. 6.2-3 Señal Compuesta de Video de TV en blanco y negro.
En la figura se observa la señal compuesta de TV para blanco y negro, en el dominio del tiempo donde se observan los niveles de la señal de imagen y los de las señales de sincronía; en la otra figura se muestra el espectro en frecuencia de la señal modulada en BLR, que incluye la señal de video y la de audio con la subportadora de FM. Canal 2 54 MHz 60 MHz 55.25 MHz 58.83 MHz 59.75 MHz FIG Señal Compuesta de Video de TV en blanco y negro.

16 6.3 Diagramas a Bloques. La siguiente figura muestra un diagrama a bloques básico de un transmisor de TV blanco y negro. El DUPLEXER, duplexor, se encarga de mezclar la señal de video y de audio. La señal compuesta de TV posee dos sub-portadoras, una de video y otra de audio. La frecuencia de barrido vertical es de 60 Hz. El ancho de banda base de audio es de 50 Hz a 15 KHz, con una desviación máxima de 25 KHz. La frecuencia de barrido horizontal es de KHz. = (525 / 2) x 60 Hz

17 Diagrama a Bloques del Sistema de transmisión de TV blanco y negro.
FIG Diagrama a Bloques del Sistema de transmisión de TV blanco y negro.

18 Para generar la señal de TV de color, se utiliza una cámara con 3 CCD o con un CCD con foto sensores divididos para capturar los 3 colores básicos del espectro visible: rojo, verde y azul (RGB, por sus siglas en inglés) que luego serán mezclados para generar los colores del espectro visible. En la figura siguiente se observa el diagrama a bloques de un Transmisor de TV a color.

19 FIG

20 FIG. 6.3-3 Cámara de TV a Color

21 FIG. 6. 3-4. Espectro en frecuencia de la señal de
FIG Espectro en frecuencia de la señal de color transmitida por el sistema de TV

22 FIG. 6.3-5 Transmisor completo de TV para señal de color.

23 FIG. 6.3-6 Receptor de TV blanco y negro.

24 En la figura anterior se observa un diagrama a bloques de un receptor de TV blanco y negro que es de tipo superheterodino, ya que deberá ser capaz de recibir varias frecuencias de portadora, correspondientes a los canales de los trasmisores de TV. Como la modulación es de AM, se utiliza un detector de envolvente para demodular la señal de BLR y así quitar la portadora de RF. Los filtros se encargan de separar las señales de video, sincronía vertical, sincronía horizontal y de audio.

25 FIG. 6.3-7 Receptor de TV a color.
RECEPTOR SUPERHETERODINO SEÑAL DE LUMINANCIA FIG Receptor de TV a color.

26 En la figura anterior se observa un diagrama a bloques de un receptor de TV a color.
El funcionamiento básico es el mismo al de blanco y negro. Posee un detector de envolvente para quitar la portadora de RF y separadores de señal de audio y las de sincronía. La señal de video es procesada para separar las señales de luminancia y de croma o color, obteniéndose nuevamente los 3 colores básicos (RGB) que serán mezclados después para formar la imagen a color.

27 FIG. 6. 3-8. Tubo de Rayos Catódicos (TRC) del
FIG Tubo de Rayos Catódicos (TRC) del receptor de TV blanco y negro.

28 En el tubo de rayos catódicos (TRC o CRT, en inglés) se encuentra un “cañón de electrones” que es un cátodo que emite electrones gracias al calentamiento del filamento. La reja o rejilla de control es una malla metálica que se polariza con un voltaje más o menos positivo para dejar pasar más o menos electrones hacia la pantalla, que está recubierta de un material fosforescente. El voltaje de la señal de video es el que se aplica a esta reja de control, por lo tanto el haz de electrones que incide sobre la pantalla será proporcional a esta señal, es decir es controlado por la señal de video.

29 Las señales de sincronía vertical y horizontal se aplican a electrodos de control, en forma de embobinados (bobinas de deflexión llamadas “yugo”) o placas de deflexión que desvían o mejor dicho controlan el desplazamiento vertical y horizontal del haz de electrones hacia la pantalla. La pantalla fosforescente, recibe los electrones a tal velocidad que éstos provocan la emisión de fotones (luz) del otro lado de la pantalla. Esta emisión de fotones es la imagen que se observa en la pantalla. Se requieren voltajes muy elevados (miles de volts) para lograr la deflexión del haz de electrones.

30 FIG TRC de color.

31 FIG. 6. 3-10. Detalle de la formación de la imagen en el
FIG Detalle de la formación de la imagen en el TRC del receptor de TV a color.

32 En el caso del tubo de rayos catódicos para color, la tecnología es mucho más compleja, pero el principio de funcionamiento es muy similar al de blanco y negro. En este caso se tienen 3 cañones electrónicos, es decir, 3 cátodos que emiten electrones, pero cada cátodo emite en la longitud de onda correspondiente a los tres colores básicos :rojo, azul y verde (RGB, por sus siglas en inglés). Igualmente se tienen 3 rejas de control, una para cada haz emitidos por los cañones electrónicos, que controlan el paso de electrones hacia la pantalla. Esta igualmente está recubierta de material fosforescente, solo que ahora se divide en 3 partes, cada una de ellas recibe un haz correspondiente a un color básico. La pantalla emite fotones como consecuencia de la combinación de la incidencia de los tres haces de electrones sobre un área de la pantalla, generándose así la imagen a color que originalmente fue captada por la cámara.

33 TELECABLE (CATV) Es un sistema que permite distribuir la señal de Televisión (que generalmente se propaga por medio de ondas electromagnéticas hacia los receptores y sin costo) por medio de un cable coaxial hacia una serie de suscriptores que pagan una cuota por recibir cierto número de canales de TV. Actualmente los sistemas son complementados por cables de Fibra Óptica.

34 Una compañía de TV por cable reúne las señales disponibles, tanto localmente como vía satélite, las multiplexa en frecuencia en un solo sistema de cable (que puede ser solamente coaxial o un sistema híbrido de cable coaxial y fibra óptica) y las envía a los suscriptores. Actualmente las compañías de cable no solo envían señales de TV sino también otras señales como audio, datos digitales, incluyendo Internet.

35 FIG. 6.3-11a Sistema de TV por cable

36 FIG. 6.3-11b Sistema de TV por cable
ACTUALMENTE ANTES FIG b Sistema de TV por cable

37 Donde se genera señal de CATV se llama ALIMENTADOR o CABEZA DE RED, el cual multiplexa en frecuencia las señales de TV, provenientes de antena aérea de las compañías de TV locales y de los satélites que distribuyen las señales de TV provenientes de otras ciudades o países. El cable de salida del ALIMENTADOR se llama CABLE TRONCAL que en los sistemas más antiguos es un cable coaxial grueso de baja pérdida y en los sistemas modernos se utiliza fibra óptica.

38 El cable troncal llega a unos DISTRIBUIDORES activos que contienen amplificadores y de éstos salen otros cables más pequeños hacia otros DISTRIBUIDORES pasivos de donde salen cables coaxiales hacia los suscriptores. Este último cable coaxial es del tipo RG-59/U de 75 ohms. La calidad de la señal de CATV es superior a la recibida por la antena aérea vía radiofrecuencia, ya que no está sujeta a interferencias directas del exterior.

39 FIG c Se observa, en la primera figura, una red de CATV de Cable Coaxial; en la segunda figura, se tiene una red CATV HFC (Red Híbrida Fibra Óptica – Coaxial).

40 FIG

41 En la figura anterior se muestra la distribución de las frecuencias de CATV donde se observa que algunas frecuencias utilizadas por la TV aérea no corresponde exactamente con las frecuencias de CATV. Como las señales de CATV están confinadas en un cable es posible reutilizar algunas frecuencias de radio que se utilizan en otros sistemas de comunicaciones. La separación entre los canales es de 6 MHz, que es el ancho de banda de transmisión de TV.

42 Las compañías de cable usan unos módulos receptores llamados PROCESADOR SUPERHETERODINO que reciben las señales de TV aérea y las traslada al canal correspondiente en el sistema CATV. La señal de FI (Frecuencia Intermedia) de TV que es de MHz y de MHz, que contiene el video y el audio, se combinan en un mezclador con la señal de un oscilador local para hacer la conversión de frecuencia correspondiente. Ver la siguiente figura :

43 FIG. 6.3-13 Procesador Superheterodino para CATV.

44 La siguiente figura muestra un diagrama a bloques de un CONVERTIDOR de CATV, el cual se utilizaba anteriormente para ingresar la señal al receptor de TV del suscriptor. Este convertidor se utilizaba en sistemas de CATV donde la compañía de cable entregaba al suscriptor este convertidor, muy similar a un decodificador de TV por satélite, para que pudiera seleccionar el canal deseado. Con los sistemas analógicos actuales, ya no se utiliza este convertidor, ya que las señales que ingresan al receptor de TV son seleccionadas directamente por el receptor superheterodino del aparato de TV del suscriptor. En un futuro, cuando los sistemas de CATV sean totalmente digitales y por medio de fibra óptica, se requerirá un dispositivo similar para decodificar la señal y convertir de señal óptica a eléctrica. Y cuando los receptores de TV también sean totalmente digitales y con entrada óptica, de nuevo ya no se requerirán estos convertidores, sino que el mismo receptor de TV convertirá la señal óptica en eléctrica y decodificará la señal digital para que el suscriptor la pueda ver.

45 FIG. 6.3-14 Convertidor de CATV para seleccionar los canales en el receptor de TV.

46 Ejemplo de un Sistema de TV por Cable donde se puede observar como la señal enviada desde la “Cabeza de Red” se va atenuando hasta llegar a los suscriptores. Los niveles de señal que en los sistemas CATV se dan en unidades dBmV, es decir, decibeles con respecto a 1mV (un miliVolt) como se muestra a continuación: 1 dBmV = 20 log ( V / 1 mV) donde V = voltaje de la señal en el cable

47 Los niveles de voltaje típicos aceptables de una señal de cable al suscriptor están entre 1 mV (0 dBmV) y 3 mV (10 dBmV), mientras que los niveles de señal de los acopladores direccionales y ramificaciones están entre 10 y 40 dBmV, con una impedancia estándar de 75 W. Los acopladores direccionales se utilizan donde se ramifica el cable para evitar problemas a causa de las reflexiones. Se utilizan derivadores activos o pasivos, éstos últimos son redes resistivas simples. En el siguiente circuito se tiene una sección del sistema de CATV donde se observan los valores de Ganancia y de Pérdida, según sea el caso

48 100 mV FIG Sistema de CATV.

49 La antena entrega al sistema de cable una señal de 100 mV, que debemos convertir a dBmV:
Entrada1 (dBmV) = 20 log ( V / 1 mV ) = 20 log ( 100 mV / 1 mV ) = 20 log (0.1) = - 20 dBmV El sistema amplifica esta señal dándole una ganancia de 40 dB, que deberá sumarse algebraicamente a la señal entregada por la antena al amplificador de salida: Salida1 (dBmV) = = 20 dBmV

50 El tramo de cable que hay entre la cabeza de red y el primer amplificador produce una pérdida de 15dB, siendo esta la entrada del amplificador: Entrada2 (dBmV) = 20 – 15 = 5 dBmV El amplificador tiene una ganancia de 25 dB, la cual se suma a la señal que le llega: Salida2 (dBmV) = = 30 dBmV

51 El siguiente tramo de cable hasta el Acoplador Direccional introduce una pérdida de 10 dB más otros 12 dB de pérdida en el propio acoplador, se tiene un total de 22 dB de pérdida: Entrada3 (dBmV) = 30 – 22 = 8 dBmV El Acoplador Direccional vá seguido de un amplificador con ganancia de 20 dB: Salida3 (dBmV) = = 28 dBmV

52 El siguiente tramo de cable introduce una pérdida de 3 dB más una pérdida de 20 dB del derivador hacia el suscriptor : Vsuscrip. (dBmV) = 28 – 23 = 5 dBmV En volts : Vsuscrip. (Volts) = antilog ( 5/20) mV = 1.78 mV = 1780 mV

53 Si la impedancia de la carga es de 75 W, la potencia entregada al suscriptor es de :
 Psuscrip. = V2suscrip. / Zo = (1.78 mV)2 / 75 W = x 10-9 W = 42.16 nW Convirtiendo a dBm : Psuscrip. (dBm) = 10 log (P/1 mW) = 10 log (42.16 x 10-6) = dBm Las unidades dBm son decibles referidos con respecto a un miliWatt (1 mW).

54 Una alternativa al sistema CATV es la TV directa al hogar, conocida como DBS (sistema de radiodifusión directa por satélite, por sus siglas en inglés) Este sistema se compone de varios satélites que reciben diversas señales de TV y las distribuyen a zonas específicas de cobertura en la superficie de la tierra donde los suscriptores poseen antenas de recepción de microondas y decodificadores que entregan las señales hacia el receptor de TV del suscriptor.

55 FIG. 6. 3-16. Receptor de TV directa al hogar digital,
FIG Receptor de TV directa al hogar digital, utilizando un sistema de satélites.

56 La nueva tecnología digital aplicada a la TV a dado origen a sistemas digitales de TV, donde la transmisión de la señal se hace en formato digital, con las ventajas que esto trae. Este sistema ha dado origen al HDTV, televisión digital de alta definición, por sus siglas en inglés, mejorando considerablemente la calidad de la imagen y el sonido. El sistema HDTV posee una relación de pantalla de 16 a 9, en lugar del actual de 4 a 3 de la TV estándar.

57 FIG. 6.3-17 Estándares de la imagen de TV para :
(a) estándar actual. (b) estándar de alta definición (HDTV).

58 La siguiente figura muestra el diagrama a bloques de un transmisor de HDTV.
La señal de video a color, compuesta por las señales de luminancia y color (croma o crominancia) se digitalizan con un convertidor A/D, con frecuencias de muestreo de 14.3 MHz y 7.15 MHz, respectivamente. Las señales resultantes se convierten a serial y se les aplica la técnica de compresión digital MPEG2, para reducir el ancho de banda de la información de video transmitida. Esta técnica de compresión solo envía las diferencias entre los cuadros sucesivos de la imagen de video, utilizando una menor cantidad de bits para la representación de la imagen. La señal de video, ya comprimida, se pasa por una serie de bloques digitales de codificación, detección y corrección de errores y empaquetador que le dará forma al tren de bits que serán transmitidos.

59 La parte de audio también recibe un tratamiento similar, en cuanto a que se digitaliza y se comprime, además de que se le pueden agregar otras fuentes de audio, como música de fondo, canales digitales de audio, un segundo idioma de audio (SAP), etc. Posteriormente las señales digitales de video y audio se multiplexan junto con otras señales de sincronización para formar la señal combinada que será transmitida. Esta señal se envía al modulador de Banda Lateral Residual de 8 niveles (8-VSB) suprimiendo la portadora. El mezclador final, junto con el oscilador local, suben la frecuencia de la portadora a una frecuencia a la que será transmitida toda la señal combinada, ya sea hacia el aire para ser captada por los receptores de HDTV, o bien hacia una frecuencia de microondas para transmitir directamente al satélite.

60 FIG. 6.3-18 Transmisor de HDTV

61 En la siguiente figura se muestra el receptor de HDTV el cual puede recibir la señal aérea o de microondas del satélite. El receptor sintoniza la frecuencia de la portadora para demodularla y posteriormente, gracias a las señales de sincronía enviadas desde el transmisor poder recuperar la señal digital de audio y video. Estas señales se separan mediante un demultiplexor (DEMUX) y se procesan por separado. La de video es descomprimida, convertida analógica y mediante separadores se extraen las señales de sincronía vertical, horizontal, luminancia y croma. La señal de audio, igualmente es descomprimida, separada mediante un demultiplexor (DEMUX), convertida a analógica y amplificada.

62 FIG Receptor de HDTV

63 FIG. 6.3-20 Ancho de banda de CATV con Internet.
INTERNET en las redes de CATV : En la siguientes figura se observa como se divide el ancho de banda total de la red CATV para el video y los datos, tanto de subida (carga) como de bajada (descarga). (Aprox. 80 canales de 6MHz c/u) FIG Ancho de banda de CATV con Internet. La velocidad teórica de descarga (bajada) de datos es de 30 Mbps, el estándar especifica una velocidad máxima de 27 Mbps, sin embargo la velocidad real queda limitada por la velocidad de la computadora conectada a la rede y ésta es de aprox. 10 Mbps. La velocidad teórica para la carga (subida) de datos es de 12 Mbps, pero la real es de aprox. 10 Mbps.

64 Tx y Rx en la red CATV con Internet. Tx
En la siguiente figura se observa la sección de Transmisión (Tx) y de Recepción (Rx) del sistema de CATV con Internet. FIG Tx y Rx en la red CATV con Internet. (CMTS: Sistema de Transmisión de Cable MODEM). Tx Rx