25.1 Trasmissione televisiva analogica
Illustriamo molto brevemente le modalità di codifica e trasmissione del segnale televisivo mediante broadcast
analogico, con riferimento a standard e tecnologie ormai
dismessi, e che hanno rappresentato una delle più diffuse applicazioni della modulazione a
banda laterale ridotta discussa al §
12.1.3.
25.1.1 Codifica di immagine
Una trasmissione televisiva avviene riproducendo 25 diverse immagini (dette
quadri) al secondo. Ogni immagine è scomposta in 625 linee orizzontali, che vengono trasmesse in due fasi: prima le linee dispari, poi quelle pari. In questo modo un singolo quadro è riprodotto due volte ogni
125 = 0.04 secondi (seppure in modo alternato) portando così a 50 semiquadri/secondo la frequenza di rinfresco, in modo da impedire i fenomeni di
sfarfallamento (
flicker) ottico.
La riproduzione di un quadro avviene (vedi fig.
25.1) mediante un
tubo catodico, il quale dispone posteriormente di un catodo che emette elettroni, accelerati da un segnale di luminanza positivo applicato all’anodo, e che terminano la loro corsa contro lo strato di fosforo distribuito sulla parte anteriore (schermo) del tubo. Il
fascio (
beam) di elettroni è focalizzato elettronicamente, e viene deflesso ciclicamente sia in orizzontale alla frequenza di 625
lineequadro ⋅ 25
quadrisecondo = 15625 Hz (
frequenza di riga), sia verticalmente con velocità di 50
semiquadrisecondo.
25.1.2 Segnale televisivo in bianco e nero
Il segnale televisivo contiene sia le informazioni di temporizzazione necessarie a sincronizzare la scansione dell’immagine, che l’informazione di luminanza che pilota la tensione anodica, e quindi la forza con cui l’elettrone urta lo schermo.
Durante la trasmissione di un semiquadro ogni riga dispone di
115625 = 64
μsecondi. Il segnale modulante è sempre positivo (vedi fig.
25.2), ed associa ai valori più piccoli la maggiore luminanza, trasmettendo in logica negata, in modo che gli impulsi di sincronismo orizzontale siano di ampiezza superiore al
livello del nero, pari quest’ultimo al 70 % dell’ampiezza massima.
Il tempo dedicato alla trasmissione della luminanza di una riga è di 52
μsec, mentre nei restanti 12 il segnale oltrepassa il livello del nero (in modo da rendere invisibile il beam) e quindi un impulso rettangolare determina il ritorno orizzontale. In figura è anche mostrato il
burst colore che è presente nelle trasmissioni a colori per sincronizzare la
portante di colore (vedi di seguito).
25.1.3 Formato dell’immagine
Ogni singolo quadro è realizzato con un
rapporto di aspetto 4:3 (che rappresenta il rapporto tra le dimensioni orizzontale e verticale), e solo 575 delle 625 linee vengono mostrate, mentre 25 linee per ogni semiquadro cadono al di fuori dello schermo.
25.1.4 Occupazione spettrale
Diverse considerazioni hanno portato a stabilire che la banda del segnale televisivo sia di circa
± 5 Mhz, e nell’ultima versione del sistema PAL questa è stata portata a 6 MHz. In particolare, dato che le immagini presentano spesso ampie zone uniformi, corrispondenti ad un segnale di luminanza pressoché costante, la densità spettrale del segnale televisivo è piuttosto concentrata nella regione delle basse frequenze. Per questo motivo si è deciso di trasmettere il segnale mediante modulazione di ampiezza a banda laterale superiore
ridotta (§
12.1.2), conseguendo un risparmio di banda e contemporaneamente preservando le componenti del messaggio a frequenze più basse.
La figura
25.3 mostra la situazione in forma schematica, in cui solo parte (1.75 MHz) della banda inferiore del segnale di luminanza viene trasmessa, mentre il filtro di ricezione provvede a realizzare un filtraggio complessivo tale che
H(f) + H*(−f) = cost (vedi nota
12.2.6 a pag.
1).
In figura
25.3 è rappresentata anche una portante audio, che viene trasmessa
oltre la banda occupata dal segnale video, mediante una modulazione FM con
ΔfMax = 25 KHz.
25.1.5 Segnale di crominanza
Il requisito che più di altri ha determinato quale soluzione adottare per effettuare trasmissioni a colori
, è che queste dovessero essere correttamente visibili anche da parte dei ricevitori in bianco e nero.
Un risultato di colorimetria è che ogni colore è scomponibile nella somma di tre colori fondamentali (verde, blu e rosso o
gbr che sta per
green,
blue and
red), effettivamente operata dagli apparati di acquisizione. La somma della tre componenti fornisce il segnale di luminanza
L, che viene utilizzato esattamente come per il bianco e nero. Il segnale di crominanza è invece ottenuto a partire da una coppia di
segnali differenza di rosso e blu rispetto alla luminanza, ossia
⎧⎨⎩ ΔR = R − L ΔB = B − L
, usati poi per modulare in ampiezza, portante soppressa, una portante di colore, usando
ΔR come componente in fase e
ΔB come componente in quadratura. Una analisi più precisa è fornita al §
10.2.2.
L’occupazione spettrale del segnale di crominanza è ridotta (
± 1 MHz) rispetto a quello di luminanza, in quanto la
risoluzione spaziale dell’occhio umano è ridotta per stimoli colorati, e quindi
ΔR e
ΔB possono variare più lentamente di
L.
25.1.6 Sincronizzazione
Per impedire fenomeni di interferenza tra c.a. di b.f. nella ricezione del segnale di crominanza occorre effettuare una demodulazione omodina, e l’oscillatore del ricevitore si mantiene coerente con la portante di colore grazie ai
burst di colore presenti dopo l’impulso di sincronizzazione orizzontale (fig.
25.2), costituiti da 8 cicli di portante. Questo segnale ha inoltre lo scopo di segnalare la
presenza della componente di crominanza: in caso contrario infatti (trasmissione B/N) il ricevitore deve disattivare il circuito del colore, per non produrre deterioramenti dell’immagine.
25.1.7 Interferenza
La presenza di entrambi i segnali di luminanza e crominanza nella stessa banda sembrerebbe dare luogo a difficili problemi di interferenza. Innanzitutto osserviamo che, come anticipato, il segnale di luminanza è concentrato attorno alla portante video, e dunque arreca un disturbo ridotto alla crominanza. Quest’ultima quindi, prima di essere demodulata, viene filtrata per rimuovere il segnale di luminanza fuori della banda di crominanza, ed il disturbo è generalmente trascurabile. Viene inoltre adottata una soluzione che riduce anche l’interferenza di crominanza su luminanza. Quest’ultima presenta infatti una spiccata periodicità, legata alla frequenza di riga fr ed alla presenza degli impulsi di sincronismo ogni 64 μsec, che determina uno spettro con energia concentrata alle armoniche di fr = 15625 Hz. Pertanto la portante di colore viene collocata nel mezzo a due armoniche del segnale di luminanza, in modo che le densità spettrali risultino, pur se sovrapposte, intercalate. L’uso di filtri a pettine nel ricevitore può quindi ridurre notevolmente l’interferenza.
25.1.8 Video composito o separato
Il segnale video in
banda base realizzato come ora descritto, e privo della componente audio, può essere trasferito tra dispositivi e/o distribuito via cavo coassiale, e prende il nome di
segnale video composito, contrapponendosi al
separate video o
s-video, in cui invece luminanza e crominanza vengono mantenute separate, ed utilizzato ad esempio nei cavi con attacco
scart.