Il segnale televisivo
Un po di storia
Il problema base da risolvere è riuscire a trasmettere delle (sequenze) di immagini.
La soluzione adottata è quella di campionare in verticale ciascuna immagine, ottenendo quindi un certo numero di linee per ogni immagine, e poi di inviare in sequenza temporale tutte le righe di ciascuna immagine.
Il segnale televisivo si compone dei tratti che portano l'informazione relativa alla luminosità delle righe più i segnali, detti di sincronismo, che permettono la ricostruzione corretta delle varie immagini.
La differenza fra i vari sistemi televisivi sta sostanzialmente nel numero di righe di ogni immagine, nel numero di immagini trasmesse al secondo, nella codifica del colore e nella larghezza di banda assegnata (che influenza la risoluzione).
Attualmente esistono tre diversi (e incompatibili tra loro) "standard" di segnale televisivo:
- NTSC, americano con 525 linee
- PAL, in Europa
- SECAM solo in Francia, inizialmente a 425 linee e successivamente a 625 linee
L'utilizzo di una o l'altra tecnologia non deriva da questioni di qualità ma solo dal fatto che ogni paese (in mancanza di standard) ne sviluppò una... un pò come la frequenza della corrente di rete... noi 50 Hz, gli americani 60 Hz...
In seguito tratterò solo il sistema PAL.
Struttura
Gli elementi da tener presente per una corretta trasmissione delle immagini televisive sono:
- proporzioni geometriche
- continuità delle immagini
- numero di linee di scansione
- sfarfallio e scansione interallacciata
- risoluzione spaziale.
Proporzioni geometriche
In tutti i sistemi televisivi le immagini sono rettangolari con un rapporto fra larghezza ed altezza pari a 4/3. Questo deriva sia dal fatto che il campo visivo umano è più esteso in larghezza che in altezza, che dal fatto che il rapporto 4/3 era quello delle pellicole cinematografiche dell'epoca (prima del cinemascope).
Continuità delle immagini
Le immagini vengono costruite sullo schermo del televisore mediante un procedimento (detto scanning process o scansione) sequenziale studiato in modo da creare una illusione di continuità fra le varie immagini. In realtà sullo schermo, ad ogni istante, è presente solo una piccola parte di una immagine: a causa della persistenza del sistema visivo umano l'immagine resta presente per circa 1/16 di secondo dopo la scomparsa dello stimolo fisico.
Quindi una rapida sequenza di immagini danno l'illusione di continuità.
Nel sistema PAL vi sono 25 immagini complete al secondo, costruite riga per riga dal sistema di scansione.
Numero di linee di scansione
La stima del numero di linee necessarie per una buona visione del segnale televisivo può essere fatta come segue: considerando che l'occhio risolve particolari che distano fra loro non meno di 1/60 di grado, ipotizzando che l'osservatore di trovi a una distanza pari a quattro volte la sua altezza (non chiedetemi il perchè di questa scelta; non lo conosco!!!) un semplice calcolo indica in circa 860 il numero di linee necessario per uguagliare il potere di risoluzione del sistema visivo. In pratica, anche a causa del fatto che le immagini sono presentate in rapida successione, sono sufficienti fra 500 e 600 linee per raggiungere una risoluzione accettabile (cioè tale per cui ogni aumento di risoluzione risulta quasi impercettibile).
Sfarfallio
Lo sfarfallio ( flicker) è un fenomeno che si verifica quando il numero di immagini al secondo è sufficiente a dare un'illusione di continuità, ma non è rapido abbastanza per permettere alla luminosità di una immagine di mescolarsi in modo omogeneo con quella dell'immagine successiva. Il risultato è un noioso sfarfallio di luminosità che affatica rapidamente la vista.
Il numero di immagini al secondo è di 24 per il cinematografo, 25 per il segnale televisivo PAL (30 per l'NTSC): senza qualche artificio lo sfarfallio è piuttosto evidente.
Nei fillm questo inconveniente è risolto proiettando ciascuna immagine due volte, mostrando quindi 48 immagini al secondo (a due a due uguali). Nel segnale televisivo lo sfarfallio viene combattuto mediante la cosiddetta scansione interallacciata: ciascuna immagine (quadro) viene divisa in due sottoimmagini (detti semiquadri o campi, in inglese field) composte rispettivamente dalle righe pari e da quelle dispari.
Ciascun semiquadro viene scandito nella metà del tempo rispetto all'intera immagine, quindi vi sono il doppio di immagini al secondo (ciascuna a metà risoluzione verticale).
Nei sistemi con 625 linee totali (PAL) queste sono divise in due gruppi di 312.5 linee e ciascun insieme è scandito alternativamente per coprire l'intera area dell'immagine. Per ottenere ciò, l'oscillatore di movimento orizzontale lavora ad una frequenza di 15625 Hz (312.5 x 50 = 15625), che è la stessa frequenza necessaria per la scansione non interallacciata (625 x 25 = 15625), mentre l'oscillatore di movimentazione verticale usa una frequenza di 50 Hz (invece che di 25 Hz). Si noti che, dal momento che ora il raggio è deflesso dall'alto al basso in metà tempo e l'oscillatore orizzontale sta ancora operando a 15625Hz, solo metà delle linee totali, cioè 312.5, viene scandita durante ciascun movimento verticale. La scansione interallacciata permette di eliminare lo sfarfallio senza aumentare il numero di linee trasmesse al secondo. Si noti che la ripetizione di un frame a 25 immagini/secondo, piuttosto che a 24 come usato nei film, è stata scelta per fare in modo che la frequenza di semiquadro sia uguale a quella della rete di alimentazione di 50Hz (in america la frequenza di rete è di 60 Hz, pari alla frequenza di semiquadro dell'NTSC). In questo modo si evitano i disturbi conseguenti (e considerando che la frequenza di rete è molto stabile, sarebbe possibile usarla come riferimento).
Funzionamento del cinescopio
Un apparato TV standard utilizza un tubo a vuoto (cinscopio) dotato di un cannone che "spara" elettroni su uno schermo di fostori, i fosfori colpiti si illuminano.
Nei monitor in bianco e nero vi è solo un tipo di fosfori che colpiti diventano con la massima intensità bianchi; Nei monitor a colori vi sono 3 diversi tipi di fosfori rossi, verdi e blu (RGB).
Il fascio di elettroni può essere deviato per mezzo di quattro placche elettromagnetiche che lo attirano verso una o l'altra direzione.
Così l'operazione di disegno di una immagine viene svolta facendo colpire i fosfori (con la giusta intensità) sullo schermo in sequenza da sinistra verso destra e dall'alto verso il basso.
Le informazioni nel segnale video
L'immagine che vediamo sullo schermo del televisore ha diverse intensità, quando il raggio di elettroni percorre lo schermo, l'intensità nel punto colpito viene inviata come un livello di tensione.
Per far capire il punto dello schermo in cui si vuol disegnare, deve essere inviato un segnale di sincronizzazione all'inizio di ogni linea, per indicare al televisore di spostare il raggio sulla linea successiva.
Come gaà detto per evitare lo sfarfallio si disegnano prima le linee pari e successivamente quelle dispari, in modo tale da ottenere 50 metà dell'immagine al secondo che sovrapposte (a causa della permanenza dell'immagine sulla retina oculare) daranno l'illusione di continuità.
La gamma di tensioni del segnale video và da 0 a 1V, e con 0,3V si rappresenta il nero e 1V il bianco; livelli di tensione intermedi rappresenteranno le diverse scale di grigio, livelli di tensione minori di 0,3V sono considerati segnali di sincronizzazione.
La linea di scansione
Un'immagine è divisa in linee di scansione che rappresentano la sua parte più importante contenente i dati dell'immagine stessa.
Tutte le linee di scansione hanno durata pari a 64 microsecondi.
Per segnalare una nuova linea di scansione deve essere inviato un impulso di sincronizzazione dalla durata di 4 microsecondi, impostando il livello del segnale a 0V.