Fundamentos de la Señal de Vídeo Analógica: Sincronismo, Componentes y Medición

Componentes de la Señal de Vídeo

Señales de Sincronismo

Por debajo del nivel de negro de la señal de vídeo se encuentran los impulsos de sincronismo. Existen dos tipos básicos:

• Impulsos de sincronismo de línea (Sincronismo Horizontal): Se envían durante los intervalos de retorno de línea y sirven para indicar la transición entre el final de una línea de exploración y el comienzo de la siguiente.
• Impulsos de sincronismo de cuadro (Sincronismo Vertical): Se envían durante los intervalos de retorno de cuadro y sirven para identificar el momento en el que comienza y termina un campo (o cuadro completo).

Barrido y Características de la Señal de Vídeo

El haz de electrones en un tubo de rayos catódicos (o el direccionamiento en pantallas modernas) se deflecta de manera más rápida horizontalmente que verticalmente. Esto traza una sucesión de líneas horizontales en la pantalla denominadas líneas de exploración o barrido. Una deflexión completa en sentido horizontal (de izquierda a derecha) se llama barrido de línea, mientras que el movimiento rápido de retorno (de derecha a izquierda) se denomina retorno de línea. Análogamente, el movimiento vertical completo es el barrido de cuadro/campo y el retorno rápido de abajo a arriba es el retorno de cuadro/campo.

En el sistema PAL, por ejemplo, se definen 625 líneas por cuadro completo, de las cuales aproximadamente 575 contienen información activa de imagen, ya que el resto se utilizan durante el intervalo de borrado vertical y para los impulsos de sincronismo.

La señal de vídeo compuesta analógica típicamente ocupa un rango de 1 voltio pico a pico (1 Vpp). El nivel de negro se sitúa en 0 V, el nivel de blanco máximo en 0.7 V, y los pulsos de sincronismo se extienden por debajo del nivel de negro, hasta aproximadamente -0.3 V. Entre 0 V (negro) y 0.7 V (blanco) se encuentra la información de luminancia de la imagen. Cualquier señal fuera de este rango (por encima de 0.7 V o por debajo de 0 V, excluyendo los sincronismos) puede ser recortada (clipping) y reproducirse como blanco total o negro total, respectivamente.

La corrección gamma afecta la gradación tonal. Una gamma de 1 implica una respuesta lineal (el nivel de señal es directamente proporcional al brillo de la imagen). Una gamma baja (ej., < 1, como 0.65) produce un contraste tonal más suave, mientras que una gamma alta (ej., > 1, como 2.2, común en pantallas CRT) produce un contraste más acentuado.

Luminancia y Crominancia

La señal de luminancia (Y) representa el brillo o detalle en blanco y negro de la imagen y puede obtenerse sumando los componentes de color primarios: rojo (R), verde (G) y azul (B). Esto es fundamental en los sistemas de televisión en color analógicos.

Dado que el ojo humano tiene diferente sensibilidad a los distintos colores, la luminancia se calcula ponderando estos componentes según la fórmula estándar (para PAL/NTSC):

Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B

Esta señal Y se procesa de forma independiente, asegurando la compatibilidad con los televisores monocromáticos (blanco y negro).

Para optimizar el ancho de banda y mantener la compatibilidad, la información de color (crominancia) no se transmite usando los componentes RGB directamente. En su lugar, se utilizan las señales diferencia de color. Estas señales se obtienen restando la luminancia (Y) de los componentes rojo (R) y azul (B). Solo se necesitan dos señales diferencia (R-Y y B-Y), ya que la tercera (G-Y) puede derivarse matemáticamente de las otras y de la señal Y.

Estas señales diferencia de color se denominan U y V (en PAL/SECAM) o I y Q (en NTSC), donde U está relacionada con (B-Y) y V con (R-Y). Estas señales se modulan sobre una subportadora de color y se combinan con la luminancia para formar la señal de crominancia.

Nota: Las señales U y V suelen estar ponderadas (escaladas) para optimizar la transmisión: U = 0.493 * (B-Y) y V = 0.877 * (R-Y).

En los sistemas de televisión analógica en color (NTSC, PAL, SECAM), las señales de luminancia (Y) y crominancia (U/V o I/Q) se combinan para formar la señal de vídeo compuesto. Existen diferencias significativas entre estos sistemas en cómo se modula y procesa la información de crominancia.

Control y Ajustes de la Señal de Vídeo

Los equipos de medida más relevantes para el monitoreo y ajuste de la señal de vídeo son:

Monitor de Forma de Onda (MFO)

El monitor de forma de onda (MFO) es esencialmente un osciloscopio especializado y calibrado para medir señales de vídeo. Mientras que un osciloscopio genérico muestra tensiones variables en el tiempo, el MFO posee una base de tiempos específicamente diseñada para sincronizarse con los intervalos característicos de la señal de vídeo (líneas y campos). Su pantalla incluye retículas y marcadores calibrados (por ejemplo, en unidades IRE o voltios) para medir con precisión la amplitud (niveles de luminancia, sincronismo) y los tiempos de la señal de televisión, permitiendo evaluar el brillo y contraste general de la imagen.

Vectorscopio

El vectorscopio es otro tipo de osciloscopio especializado, diseñado para visualizar y medir los parámetros de la señal de crominancia (saturación y matiz). A menudo, las funciones de MFO y vectorscopio están integradas en un mismo equipo. Representa la información de color como vectores en un diagrama polar. La longitud del vector indica la saturación del color, y su ángulo indica el matiz (tono). Utiliza la ráfaga de color (color burst) de la señal de vídeo como referencia de fase. La pantalla muestra una retícula circular con cajas objetivo que indican dónde deberían situarse los vectores correspondientes a una señal estándar de barras de color, facilitando la calibración y el ajuste preciso del color. Estas cajas suelen estar etiquetadas con las iniciales de los colores (R, Mg, B, Cy, G, Yl) y a menudo incluyen una cruz central para indicar el punto exacto de fase y amplitud esperado para cada color primario y secundario.

Analizador de Espectros

El analizador de espectros permite examinar las señales en el dominio de la frecuencia, mostrando la distribución de la potencia de la señal a través de diferentes frecuencias. En el ámbito de la televisión, es particularmente útil para analizar la señal de TV modulada en un canal de radiofrecuencia (RF), permitiendo verificar la correcta ubicación y nivel de las portadoras de vídeo, color y sonido, así como la ocupación del espectro.

Unidad de Control de Cámara (CCU)

Un componente crucial en la producción televisiva profesional es la Unidad de Control de Cámara (CCU - Camera Control Unit). La CCU actúa como un control remoto avanzado que permite a un operador (a menudo llamado 'control de cámaras') ajustar múltiples parámetros de la señal de vídeo generada por la cámara para asegurar la consistencia entre diferentes cámaras y la correcta sincronización con el resto del sistema del estudio. Permite ajustar:

• Iris (apertura del diafragma).
• Pedestal (nivel de negro maestro) y pedestales independientes para R, G, B.
• Ganancia (nivel de blanco) independiente para R, G, B.
• Ganancia electrónica (expresada a menudo en decibelios, ej., 0 dB, +9 dB, +18 dB).
• Funciones de balance de blancos y balance de negros (manual y automático).
• Almacenamiento y recuperación de configuraciones de cámara (memorias o scenes).
• Generación interna de barras de color para calibración.
• Fase de la señal y fase de la subportadora de color (SC Phase) para la sincronización precisa.

Cableado y Conectores de Vídeo

El cable coaxial es el tipo de cable predominante para la transmisión de señales de vídeo analógicas y digitales (como SDI). Está diseñado para transportar señales de alta frecuencia con mínima pérdida e interferencia. Su estructura consta de:

• Un conductor central (núcleo): Hilo sólido o trenzado de cobre, que transporta la señal.
• Un dieléctrico: Material aislante que separa el conductor central del exterior.
• Un conductor exterior (malla o blindaje): Malla trenzada o lámina metálica (a menudo de cobre o aluminio) que actúa como retorno de corriente y blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI).
• Una cubierta exterior: Revestimiento protector de plástico.

Los tipos de conectores más comunes utilizados en vídeo (principalmente analógico y algunos digitales) incluyen:

Conector BNC (Bayonet Neill–Concelman)

Conector de bayoneta de acoplamiento rápido, muy robusto y fiable, estándar en entornos profesionales. El conector macho se inserta y gira para bloquearse en el conector hembra. Los equipos profesionales suelen tener conectores BNC hembra para entradas y salidas, por lo que los cables de interconexión típicamente tienen conectores macho en ambos extremos. Se utiliza ampliamente para vídeo compuesto, componentes de vídeo analógico (YPbPr/RGB), señales de referencia (Genlock) y también para señales digitales como SDI/HD-SDI.

Conector S-Video (Y/C)

Conector mini-DIN de 4 pines que transporta las señales de luminancia (Y) y crominancia (C) por separado. Ofrece mejor calidad que el vídeo compuesto al evitar la modulación/demodulación de la crominancia sobre la luminancia, reduciendo artefactos como el dot crawl.

Conector RCA (Phono)

Conector muy común en equipos de consumo (no profesionales) para audio y vídeo. En vídeo, se usa principalmente para vídeo compuesto (conector amarillo) y a veces para componentes de vídeo (YPbPr) (conectores rojo, verde, azul).

Euroconector (SCART)

Conector de 21 pines utilizado principalmente en Europa en equipos de consumo. Puede transportar múltiples señales simultáneamente: vídeo compuesto, S-Video (Y/C), RGB, audio estéreo (entrada y salida) y señales de control.

Conector RF (Tipo F / Coaxial de Antena)

También conocidos como conectores coaxiales de antena (a menudo de tipo F). Se usan para conectar señales de radiofrecuencia (RF), como la señal de antena de TV o la salida modulada de un VCR o decodificador. Típicamente, el conector en el cable es macho (con rosca interna o pin central) y el del equipo es hembra (con rosca externa o receptáculo).

Cable Multicore (Multiplex)

Cable grueso que agrupa múltiples conductores individuales dentro de una única cubierta protectora. Se utilizaba tradicionalmente para conectar cámaras de estudio a sus CCUs, transportando simultáneamente señales de vídeo, audio, alimentación, intercomunicación (intercom), señalización (tally) y datos de control. Son cables complejos, pesados, caros y a menudo específicos del fabricante, lo que dificulta la interoperabilidad.

Cable Triaxial (Triax)

Cable coaxial especial con tres conductores concéntricos (núcleo, blindaje interior, blindaje exterior). Se utiliza como alternativa al multicore para la conexión cámara-CCU en entornos profesionales. Permite transmitir múltiples señales (vídeo, audio, control, alimentación, etc.) multiplexadas sobre el mismo cable. Aunque el cable en sí es más ligero, estandarizado y económico que el multicore, requiere electrónica más compleja (y costosa) en la cámara y la CCU para la multiplexación/demultiplexación de las señales. Es común en equipos de gama alta.