Sinais de Vídeo - Parte 1

Nossa velha e boa televisão de tubo de raios catódicos.

Eu provavelmente não teria um blog legal de eletrônica e jogos eletrônicos, se em nenhum momento eu me dispusesse a falar sobre sinais de vídeo. Então estou iniciando hoje uma série sobre sinais de vídeo e como gerá-los com seu microcontrolador preferido. Espero que no final, tenhamos um circuito que possa fazer isto para nós, com esquemáticos e tudo.
Para começar então, vamos estudar um pouco sobre os sinais de vídeo composto. O que é um sinal de vídeo composto, e como ele é usado para gerar imagens em nossas televisões?

A imagem

Então, como funciona a nossa velha e boa televisão? Em uma época onde televisores de LCD ou LED fazem tanto sucesso, parece ser meio incomum falar de televisores de tubo de raios catódicos. Mas estes televisores influenciaram bastante a forma como o sinal de vídeo seria e é por isto que sempre que o sinal de vídeo é explicado, um esquema de como a varredura do raio catódico era feita.
Abaixo, temos uma imagem obtida do site Techtudo, ilustrando o tubo de raios catódicos:

Um feixe de elétrons é gerado no catodo, e as bobinas visualizadas acima, através de variações no campo magnético, fazem este feixe se deslocar por todos os pontos da tela do monitor. Esta tela é feita de fósforo, então quando o feixe atinge um ponto da tela, este ponto emite luz. O interessante deste processo é que o fósforo continua a brilhar por algum tempo depois que o feixe se desloca para outro ponto. Aliado a isto, o olho humano tem uma característica chamada de Persistência da visão, onde uma imagem "persiste" em nosso olho por certo tempo. Então se o feixe se deslocar com velocidade suficiente, não perceberemos que grande parte da tela fica apagada, muito menos veremos ela cintilar.
O número de amostras de imagem por unidade de tempo é denominado frequência de amostragem. Esta frequência foi padronizada no cinema em 24 quadros por segundo, que era um compromisso estatístico entre o olho normal e os movimentos mais prováveis. Esta frequência então resolve completamente o efeito da continuidade da imagem, mas não resolve o problema da cintilação, ou seja, com 24 quadros por segundo, você perceberia a imagem "piscando". Para resolver este problema, a frequência de amostragem teria que ser no mínimo o dobro desta frequência padronizada, ou seja, 48 quadros por segundo. Para resolver o problema sem ter que aumentar a quantidade de quadros (aumentando assim o tamanho dos rolos de filme), cada imagem no cinema é mostrada 2 vezes.
Na televisão se adotou uma técnica diferente, chamada de interlaçamento: primeiro, as linhas ímpares de uma imagem são mostradas, depois as pares. O resultado pode ser visto na imagem abaixo:

O sistema usado no cinema, de se repetir a imagem 2 vezes, não podia ser usado na televisão por razões técnicas. De qualquer forma, o interlaçamento resolve bem o problema.
Além do mais, como agora temos um sistema de transmissão e reprodução elétrico, há a preocupação com a interferência eletro-magnética. Assim, na televisão, costuma-se adotar uma frequência de cintilação igual à frequência da rede elétrica, que no caso do Brasil é de 60Hz. Assim, a frequência de amostragem é de 30 quadros por segundo, enquanto a frequência de cintilação é de 60 quadros por segundo.

Número de Linhas e Resolução

Como cada ponto da imagem é reproduzido em linhas, o número de linhas da tela irá definir a dimensão vertical da imagem. No Brasil, o padrão M é adotado, onde o número de linhas horizontais é 525. Destas, 31,5 linhas são apagadas para permitir o retorno da varredura vertical, sobrando um total de 493,5 linhas horizontais visíveis na tela.
Esta varredura, assim como a varredura horizontal, é produzida pelo conjunto de bobinas que vimos acima. Estas bobinas são alimentadas por correntes alternadas na forma de dente-de-serra, para deslocar o feixe de elétrons. Assim a frequência destes sinais depende muito da quantidade de linhas e colunas da imagem.

Conclusão

Na primeira parte desta nova série de posts, vemos alguns elementos básicos da televisão e como a imagem é gerada. No próximo post, estaremos verificando mais sobre o sinal de vídeo e como ele é usado para gerar a imagem no monitor.

Fontes

1 - Electrónica, no endereço http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/12/26/
2 - Eletrosys, no endereço http://eletrosys.blogspot.com/2009/10/basicos-do-horizontal-e-vertical.html
3 - NINCE, Uvermar Sidney, Sistemas de televisão e vídeo, Livros técnicos e científicos editora Ltda.