SEGNALE VIDEO (analogico)

Struttura

Il segnale video è un segnale elettrico il cui valore rappresenta la luminosità dei vari punti delle righe che formano l'immagine televisiva .

Esistono diversi tipi di segnale video, ma quello che incontriamo più frequentemente, ad esempio nel cavo SCART che collega un lettore DVD al televisore, è il segnale video composito, così chiamato perché contiene sia le informazioni relative alla luminosità dei vari punti che compongono l'immagine sia dei segnali di sincronismo che guidano la scansione dell'immagine stessa.

Per essere trasmesso via etere il segnale veniva modulato in radiofrequenza e sommato al segnale audio (anch'esso modulato in radiofrequenza) venendo a costituire il segnale televisivo o "segnale d'antenna".

Le caratteristiche del segnale video composito, che ancor oggi ci permette di osservare sul televisore ciò che abbiamo registrato con la videocamera, sono state definite in Europa dal CCIR (comitato consultivo internazionale delle radiocomunicazioni) tra il 1949 e il 1952, sulla base delle tecnologie che erano disponibili a quell'epoca.

Da allora vi sono state innumerevoli innovazioni tecnologiche ( ad esempio i sensori che all'interno della telecamera trasformano l'immagine raccolta dall'obiettivo in un segnale elettrico non sono più tubi catodici ma CCD ) ma la struttura del segnale televisivo è rimasta invariata, dato che sarebbe stato impossibile, ad ogni progresso della tecnologia, cambiare centinaia di milioni di apparecchi televisivi.

Come abbiamo già visto, un segnale elettrico è una tensione elettrica che varia nel tempo, in questo caso la variazione avviene nell'intervallo da 0 a 1 volt . Osservando la figura notiamo subito che ogni 64 microsecondi (milionesimi di secondo) il segnale scende da 0,3 a 0 volt, rimane qualche millisecondo a 0 volt e poi risale.

Questa minimo periodico, chiamato segnale di sincronismo di riga, indica che il pennello elettronico del cinescopio (che in quel momento si trova all'estrema destra dello schermo) si deve spegnere e deve spostarsi all'estrema sinistra per iniziare la scansione di una nuova riga. Tradotto in linguaggio corrente vuol dire "vai a capo".

Tra un impulso di sincronismo di riga e il successivo vi sono 52 microsecondi durante i quali il segnale varia in un intervallo di 0,7 volt (da 0,3 a 1 volt) Durante questi 54 microsecondi il pennello elettronico scandisce una riga ( da sinistra a destra per chi guarda ) e la sua luminosità varia in funzione del segnale. Questa parte del segnale si chiama segnale di luminanza.

Nelle quattro righe qui rappresentate possiamo osservare facilmente la corrispondenza tra il segnale di luminanza e l'immagine della piramide su fondo nero: la parte a 0,3 volt ( luminosità minima = nero ) corrisponde allo sfondo, il breve tratto a 1 volt corrisponde alla faccia bianca, e il tratto a circa 0,8 volt corrisponde alla faccia grigia della piramide.

Parlando dell' immagine televisiva abbiamo visto che nei sistemi europei (PAL e SECAM) ogni secondo vengono esplorate/generate 25 immagini, ognuna delle quali e' formata da 625 righe.

Abbiamo anche visto che la cosa è in realtà un po' più complessa in quanto, per diminuire lo sfarfallio, vengono lette prima tutte le 312,5 righe pari, che vanno a costituire un "semiquadro" e poi le altre 312,5 dispari e che di fatto, quindi, vengono lette e trasmesse 50 immagini (semiquadri) al secondo ognuna formata da 312 righe e mezza

Per segnalare che la scansione di un semiquadro è finita, ogni 312 righe e mezzo, ovvero ogni 1/50 di secondo, troviamo il segnale di sincronismo di semiquadro che è costituito da un ciclo di impulsi (abbassamenti a zero) della durata complessiva di circa 0,5 millisecondi (corrispondente a 7,5 righe) ; il suo significato è: siamo arrivati alla fine di questo semiquadro, il pennello elettronico si spenga e torni alla sommità dello schermo per iniziare una nuova scansione.

Dopo il segnale di sincronismo di semiquadro si trovano alcune righe nere che normalmente non vengono visualizzate e che, nei segnali trasmessi via etere, sono state utilizzate per le informazioni del televideo.

E' evidente che variando le caratteristiche elettriche del segnale si modificano le caratteristiche dell'immagine che viene generata:

agendo sul segnale di luminanza si possono variare la luminosità e il contrasto ( la differenza tra aree chiare e scure ) Vista all'oscilloscopio un'immagine con poco contrasto appare come una forma appiattita, mentre in una ricca di contrasti ( come la piramide usata nell'esempio) il segnale mostra ampie fluttuazioni.

La natura elettrica del segnale televisivo permise anche, fin dai primi tempi della televisione, di combinare in un mixer video i segnali provenienti da due diverse sorgenti, a patto che tutti i segnali di sincronismo siano tra loro in fase. Per realizzare una dissolvenza è sufficiente sommare i due segnali di luminanza aumentando gradualmente l'intensità di uno e riducendo quella dell'altro, mentre per realizzare una tendina si commuta da un segnale all'altro a un certo punto della scansione di ogni riga ( scorrimento orizzontale) o a un certo punto della scansione del semiquadro (scorrimento verticale)

colore:

Abbiamo già visto che per generare i vari colori di un'immagine televisiva , dal cannone elettronico del cinescopio partono tre pennelli elettronici ognuno dei quali va a colpire sullo schermo i fosfori di un determinato colore: rosso, verde, blu.

D'altra parte nelle telecamere professionali ci sono tre CCD ognuno dei quali, grazie a dei filtri, genera un segnale corrispondente a uno di questi tre colori.

Il metodo più semplice per trasmettere un segnale video a colori sarebbe ovviamente quello di far arrivare al monitor tre segnali distinti e tra loro sincronizzati, uno per il rosso, uno per il verde e uno per il blu. Un sistema del genere, denominato RGB (Red, Green, Blue) viene effettivamente utilizzato per trasmettere il segnale tra apparecchiature professionali poste una vicina all'altra, garantisce un'eccellente qualità delle immagini, ma ha lo svantaggio di richiedere tre distinti canali di comunicazione che ovviamente devono essere tra loro sincronizzati. Di fatto, se state usando un monitor con ingresso VGA, anche la trasmissione del segnale dalla scheda video del computer allo schermo su cui state leggendo questo testo avviene con un sistema di questo tipo.

Inoltre, quando furono introdotte le trasmissioni televisive a colori, bisognava far sì che i nuovi programmi potessero essere ricevuti anche dai televisori in bianco e nero. Si trattava cioè di aggiungere al segnale di luminanza, che come abbiamo visto rappresenta la luminosità dei vari punti di una riga, un segnale di crominanza, che porta l'informazione relativa al colore, in modo però che quest'ultimo risultasse invisibile sullo schermo monocromatico.

Il processo di codifica del segnale a colori parte dai sensori della telecamera, che, per ogni punto dell'immagine, forniscono tre valori di luminosità, uno relativo al rosso, uno al verde a uno al blu. Questi tre valori vengono combinati secondo la seguente formula per dare il valore Y (luminanza):

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B . I tre coefficienti, la cui somma, come si può notare, è uguale a 1, sono determinati dal fatto che il nostro occhio è molto sensibile al verde, meno al rosso e molto poco al blu.

A questo punto i circuiti della telecamera calcolano altri due valori: U che è uguale alla differenza tra il valore del blu e la luminanza (B-Y) e V , dato dalla differenza tra il valore del rosso e Y ( R-Y).

In sostanza, partendo da tre valori ( R, G e B ) se ne ottengono altri tre : Y (luminanza), U e V (crominanza).

Il vantaggio di separare l'informazione relativa al colore da quella relativa alla luminosità, che viene sfruttato anche nella codifica dei vari formati digitali, è che l'informazione relativa al colore può essere trasmessa con un dettaglio minore di quello con cui viene trasmessa l'informazione relativa alla luminosità ( si pensi ad esempio all'immagine di un volto umano: il colore della pelle è pressoché costante, mentre le informazioni relative alla forma sono date dalla disposizione dei chiaroscuri )

Per capire bene come il segnale di crominanza viene codificato e combinato col segnale di luminanza a formare (assieme ai segnali di sincronismo) il segnale video composito bisognerebbe avere qualche nozione di elettronica delle comunicazioni.

Tuttavia se ne può avere un'idea relativamente precisa osservando queste figure, che rappresentano un segnale video composito a colori visualizzato su un oscilloscopio e il dettaglio (disegnato) dell'impulso di sincronismo di riga. Nel considerare l'immagine del cinescopio bisogna sapere che non viene rappresentata un'unica riga, ma diverse righe sovrapposte.

Notiamo innanzitutto che subito dopo l'impulso di sincronismo (quando il segnale cade a 0 volt) sono presenti 10 oscillazioni di frequenza costante (4,43... MHz nel sistema PAL) che costituiscono il cosiddetto color burst (scoppio di colore). Vediamo poi che il anche segnale presenta delle oscillazioni di ampiezza variabile ma comunque di frequenza molto simile a quella del burst.

Di fatto l'informazione sulla tinta (hue) è data dalla differenza tra la fase della parte di segnale modulata a 4,43 MHz e la fase del "color burst", che serve da riferimento, mentre l'ampiezza dell'oscillazione è proporzionale alla saturazione del colore ( si dice saturo un colore che non contiene bianco; un colore con un'elevata percentuale di bianco appare "slavato" e si dice poco saturo). E' da notare che la modulazione a 4,43 megahertz risulta pressoché invisibile sul monitor in bianco e nero, dato che dà origine a una alternanza di punti chiari e scuri troppo piccoli e ravvicinati per essere discriminati singolarmente e dei quali viene invece percepita la luminosità media.

In termini più tecnici diciamo che il segnale di crominanza è costituito dalle due variabili viste prima, U e V, che modulano in fase e in ampiezza una frequenza di 4,43361875 MHz chiamata "sottoportante del colore".