Capitolo 20: Broadcast Su  Capitolo 20: Broadcast Sezione 20.2: FM broadcast 

20.1  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[1031] [1031] Lo switch off al digitale terrestre in Italia è avvenuto nel luglio 2012, ed anche i tubi catodici sono pressoché estinti.., e che hanno rappresentato una delle principali applicazioni della modulazione a banda laterale ridotta discussa al § 10.1.3↑.

20.1.1  Codifica dell’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[1032] [1032] La riproduzione di metà quadro alla volta è chiamata scansione interallacciata dell’immagine. Nulla vieta al costruttore del ricevitore di prevedere una memoria di quadro e di riprodurre le immagini in modo non interallacciato; il segnale trasmesso invece presenta sempre le righe in formato interallacciato. ogni (1)/(25)  = 0.04 secondi (seppure in modo alternato) portando così a 50 semiquadri/secondo[1033] [1033] La frequenza di 50 semiquadri/secondo è stata scelta di proposito uguale alla frequenza di funzionamento della rete elettrica, in modo che eventuali disturbi elettrici avvengano sempre nello stesso punto dell’immagine, riducendo gli effetti fastidiosi. la frequenza di rinfresco, in modo da impedire i fenomeni di sfarfallamento (flicker) ottico[1034] [1034] Il flicker si manifesta nel caso in cui la frequenza di rinfresco è inferiore al tempo di persistenza delle immagini sulla retina, pari a circa (1)/(40) di secondo..
La riproduzione di un quadro avviene (vedi fig. 20.1↑) mediante un tubo catodico, il quale dispone posteriormente di un catodo che emette elettroni, che sono 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 (linee)/(quadro) 25 (quadri)/(secondo) =  15625 Hz (frequenza di riga), sia verticalmente con velocità di 50 (semiquadri)/(secondo).
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Figura 20.1 Modalità di scansione interallacciata dell’immagine televisiva

20.1.2  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 ogni semiquadro, ogni riga dispone di (1)/(15625)  =  64 μsecondi. Il segnale modulante è sempre positivo (vedi fig. 20.2↑), ed associa ai valori più piccoli la maggiore luminanza[1035] [1035] In questo modo si riduce mediamente la potenza trasmessa, dato che sono più frequenti scene chiare che scure., trasmettendo in logica negata, in modo che gli impulsi di sincronismo orizzontale siano di ampiezza superiore al livello del nero (il 70 % dell’ampiezza). 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 determina il ritorno orizzontale. In figura è anche mostrato un burst colore che è presente nelle trasmissioni a colori per sincronizzare la portante di colore (vedi di seguito).
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Figura 20.2 Forma d’onda del segnale televisivo

20.1.3  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 (infatti 25 linee per ogni semiquadro cadono al di fuori dello schermo[1036]  [1036] Nel tempo destinato alle linee che non sono mostrate, vengono comunque trasmesse altre informazioni, come ad esempio i dati che compaiono nelle pagine del televideo.).

20.1.4  Occupazione spettrale

Diverse considerazioni[1037] [1037] Ad esempio, si può stabilire di realizzare la stessa risoluzione orizzontale e verticale. A fronte delle 625 linee, il rapporto di aspetto di (4)/(3) determina l’esigenza di individuare 625 (4)/(3)= 833 (punti)/(linea), e quindi 833 625 = 520625 (punti)/(quadro), ossia circa 13⋅106 (punti)/(secondo). Per il teorema del campionamento, il segnale deve avere una banda minore od uguale di (fc)/(2) = 6.5 MHz. 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 ridotta, conseguendo un risparmio di banda e contemporaneamente preservando le componenti del messaggio a frequenze più basse.
La figura 20.3↓ mostra la situazione, 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 10.2.6↑ a pag. 1↑).

20.1.5  Segnale audio

In figura 20.3↓ è rappresentata anche una portante audio, che viene trasmessa oltre la banda del segnale video, mediante una modulazione FM con ΔfMax = 25 KHz.
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Figura 20.3 Occupazione spettrale di un segnale televisivo

20.1.6  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 di ricevitori in bianco e nero.
Un risultato di colorimetria è che ogni colore è scomponibile nella somma di tre colori fondamentali (verde, rosso e blu), effettivamente operata dagli apparati di acquisizione. La somma[1038]  [1038]  In realtà ogni componente è pesata mediante un opportuno coefficiente che tiene conto della diversa sensibilità dell’occhio ai tre colori fondamentali. Infatti, per ottenere il bianco, i tre colori non devono essere mescolati in parti uguali, bensì 59% di verde, 30% di rosso e 11% di blu. 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 costruito da una coppia di segnali differenza ΔR = R − L ΔB  = B − L , che sono usati per modulare in ampiezza, portante soppressa, una portante di colore, usando ΔR come componente in fase e ΔB come componente in quadratura[1039] [1039] Le ampiezze delle componenti in fase e quadratura del segnale di crominanza devono essere opportunamente scalate, per impedire al segnale complessivo (luminanza più crominanza) di assumere valori troppo elevati.. Una analisi più precisa, è fornita al § 12.2.2↑.
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.

20.1.7  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, 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.

20.1.8  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[1040] [1040] Possiamo riflettere su quali siano le circostanze che producono la massima interferenza della luminanza sulla crominanza: ciò avviene in corrispondenza di scene molto definite, relative ad immagini con elevato contenuto di frequenze spaziali elevate, ad esempio nel caso di righe fitte; il disturbo è più appariscente nel caso in cui la zona ad elevato contrasto sia povera di componenti cromatiche. Avete mai notato cravatte a righine bianche e nere, divenire cangianti ? 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, si colloca la portante di colore a metà tra due armoniche del segnale di luminanza[1041] [1041] La portante di colore si colloca a 4,43361975 MHz per il sistema pal., in modo che le densità spettrali risultino, pur se sovrapposte, intercalate. L’uso di filtri a pettine[1042] [1042] Introdotto al § 6.7↑, l’argomento può essere approfondito presso http://it.wikipedia.org/wiki/Filtro_comb nel ricevitore può quindi ridurre notevolmente l’interferenza.

20.1.9  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[1043] [1043] Vedi https://it.wikipedia.org/wiki/Video_composito, contrapponendosi al separate video o s-video[1044] [1044] Vedi https://it.wikipedia.org/wiki/S-Video, in cui invece luminanza e crominanza vengono mantenute separate, ed utilizzato ad esempio nei cavi con attacco scart[1045] [1045] Vedi https://it.wikipedia.org/wiki/SCART.
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Trasmissione dei Segnali e Sistemi di Telecomunicazione

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