Señales de vídeo

Clasificación

Señal Analógica

Los principales modelos de transmisión analógica de imagen son: RGB, Componentes (YPbPr), S-Video (Y/C), Compuesto (CVBS) y Radiofrecuencia (RF); ordenados de mejor a peor calidad debido a sucesivas conversiones. El modelo RGB puede considerarse el modelo madre a partir del cual los otros derivan.

RGB

El modelo RGB está formado por los tres componentes de colores primarios aditivos y como mínimo un componente de sincronismo. Los componentes de color son las señales rojo, verde y azul (viniendo el nombre de las iniciales de su nomenclatura inglesa Red, Green, Blue); siendo transmitidos cada uno independiente y aislado del resto. De esta forma no hay pérdidas en el tratamiento de la imagen puesto que los colores primarios siguen existiendo como tal en su transmisión. Por contra, mediante este sistema hay mucha información redundante, con el consiguiente aumento del ancho de banda necesario respecto a otros métodos de transmisión. Por ejemplo, cada color lleva el valor de brillo de toda la imagen, de forma que esta información está por triplicado.

La señal de sincronismo es necesaria para poder marcar la pauta de guiado de la muestra de colores en pantalla, tanto en el sentido horizontal (el avance de la línea de imagen), como en sentido vertical (el salto a una nueva línea de imagen). El sincronismo puede transmitirse principalmente de tres formas:

• Sincronismos separados (RGBHV): Mediante este método existe una señal para el sincronismo horizontal HSync y otra señal para el sincronismo vertical VSync, ambas independientes entre sí y entre las señales de colores, teniendo en total 5 señales en la transmisión.

• Sincronismo compuesto (RGBS): Mediante este método existe una señal con toda la información del sincronismo horizontal y vertical, independiente entre las señales de colores, teniendo en total 4 señales en la transmisión.

• Sincronismo en verde (RGsB o SoG -Sync on Green-): Mediante este método existe una señal con toda la información del sincronismo horizontal y vertical multiplexada junto con la señal de color verde, teniendo en total 3 señales en la transmisión.

Componentes (YPbPr)

Este modelo se crea para corregir el gran defecto del RGB, la redundancia en información conllevando un desperdicio de ancho de banda. Estrechamente relacionado con el estándar YUV (es una derivación de él), YPbPr codifica una imagen RGB en tres componentes:

• Luma (Y'): Es el componente de brillo de la imagen, o dicho de otra forma, la cantidad de blanco y negro de la misma.
• Diferencia de color azul (Pb): Es el componente resultante de restar la luma a la señal azul, aplicando unos coeficientes.
• Diferencia de color rojo (Pr): Es el componente resultante de restar la luma a la señal rojo, aplicando unos coeficientes.

Se puede observar como no hay un componente de diferencia de color verde debido a que este color puede recomponerse a partir de la información del resto de señales. El motivo que se haya escogido omitir el verde y no otro es porque este color requiere más ancho de banda para transmitirse dado que el ojo humano es más sensible a la percepción del verde.

Las ecuaciones para convertir de RGB a YPbPr son las siguientes:

<math>Y' =\ 0,299 * R' + 0,587 * G' + 0,114 * B'\,</math>

<math>Pb =\ 0,564 * (B' - Y')</math>

<math>Pr =\ 0,713 * (R' - Y')</math>

Según el estándar ITU-R BT.601. Otros estándares existen, pero este es uno de los más usados. Sustituyendo y agrupando en el sistema de ecuaciones los valores de Y' en los componentes Pb y Pr, se obtienen las ecuaciones de conversión RGB a YPbPr:

<math>Y' = 0,299 * R' + 0,587 * G' + 0,114 * B'\,</math>

<math>Pb =\ -0,169 * R' - 0,331 * G' + 0,5 * B'\,</math>

<math>Pr =\ 0,5 * R' - 0,419 * G' - 0,081 * B'\,</math>

De igual forma, aislando los componentes R', G', B' de las ecuaciones originales se obtienen las ecuaciones de conversión YPbPr a RGB:

<math>R' =\ Y' + 1,402 * Pr\,</math>

<math>G' =\ Y' - 0,344 * Pb - 0,714 * Pr\,</math>

<math>B' =\ Y' + 1,772 * Pb\,</math>

El componente Y' está codificado en tanto por uno, de forma que una imagen completamente en negro tiene un valor de luma de 0, y una imagen completamente en blanco tiene una luma de 1. Los componentes Pb y Pr se mueven en un rango de -0,5 a +0,5. Los colores R', G', B' también están codificados en tanto por uno (el llamado ajuste en gama).

El sincronismo en este caso es una señal compuesta multiplexada en el componente Y'. Así pues, con tres componentes tenemos la imagen completa y sin redundancia de información, con lo que ahorramos ancho de banda. Por contra existen pérdidas debido a la codificación RGB-YPbPr del emisor y decodificación YPbPr-RGB del receptor, sin embargo éstas son cuasi inapreciables, dada la naturaleza de las imágenes en movimiento.

S-Video (Y/C)

S-Video es un modelo de transmisión de vídeo en el cual la información de la luma se transmite por una señal (al igual que en YPbPr), pero toda la información de color se transmite junta por otra señal, teniendo así dos señales aisladas e independientes para obtener toda la imagen.

En este modelo ya hay que desarrollar un nuevo sistema de transmisión de la información de color. La información de color se codifica primero bajo el modelo YUV (muy similar a YPbPr, siendo los componentes U y V parecidos a Pb y Pr), y luego, dependiendo del sistema de televisión que se vaya a usar, generar una señal subportadora de color formada por una suma de un seno y un coseno de igual frecuencia, pero distintas amplitudes. Esto es lo que se conoce como modulación de amplitud en cuadratura o QAM (Quadrature Amplitude Modulation), siendo la fórmula general la siguiente:

<math>\ c(t) = U (t) \cos (2 \pi f_0 t) + V (t) \sin (2 \pi f_0 t)</math>

<math>\ f_0</math> es la frecuencia de la subportadora, siendo 3,58 MHz para NTSC y 4,43 MHz para PAL. SECAM usa otro método de codificación del color con modulación en frecuencia. <math>\ U (t)</math> y <math>\ V (t)</math> son los componentes de color descritos previamente. Así pues, habrá un desfase de 90º entre ambas señales. En el sistema PAL además, se va alternando la fase de cada línea de imagen 180º para cancelar errores de transmisión, perceptibles en NTSC. Como resultado, la señal de color varia en fase y en amplitud, indicando la ubicación exacta del color a mostrar dentro del plano YUV. La variación de fase indica un movimiento de coordenadas en el eje X y la variación de amplitud un movimiento de coordenadas en el eje Y.

La señal de sincronismo sigue siendo necesaria, multiplexándose en el componente luma. Ahora bien, para poder recomponer la información de color se necesita una muestra de la subportadora "limpia" (sin multiplexar el color en ella) consiguiendo así una referencia de la amplitud y fase originales para saber a partir de qué valor hay que comparar el nivel de tonalidad y saturación. Para ello, se añade unos ciclos de la subportadora a la señal de sincronismo después de cada barrido horizontal. Estos impulsos se conocen como Burst o Color Burst.

Así pues, mediante el modelo S-Video o Y/C (Y= luma y C= Croma), obtenemos una codificación de imagen en dos componentes, teniendo el componente Y la información de luma, sincronismos y burst, y el componente C la información de color. Mediante este modelo existen más pérdidas que en YPbPr dado que el color se codifica más, perdiéndose información en las conversiones del emisor y del receptor.

Compuesto (CVBS)

El vídeo compuesto es una versión más antigua del S-Video. En el S-Video, las señales Y (luma) y C (croma) se transmiten de manera sepada. En el vídeo compuesto, estas señales se transmiten por un mismo cable. Esto es posible, ya que la señal Y es una señal en banda base, y la señal C está mezclada con una portadora. Esto significa, sin entrar en tecnicismos, que las señales están a diferentes frecuencias, y se pueden sumar sin solapamiento. Hay que tener en cuenta que esto solo es en el caso ideal, en el caso real, siempre hay solapamiento. Este solapamiento es bastante habitual, causando una interferencia denominada como dot crawl, que se caracteriza por interferencias en los cambios de color horizontales.

Estas interferencias fueron lo que obligaron al vídeo compuesto a proseguir su evolución primero hacia estándares de mayor calidad.

RF

En el modo RF la señal de vídeo y la de sonido son transmitidas por un único canal. Esto resulta en una calidad de imagen baja y sonido mono ("Monoaural"), es decir, de un único canal.

Es la entrada que los televisores poseen en su parte trasera para la toma de antena.

Señal Digital

La transmisión de vídeo como señal digital es algo relativamente nuevo. Este método se ha desarrollado para alcanzar anchos de banda mayores, mejorar la calidad de la imagen e implementar métodos de control de contenido (DRM). Por ahora existen dos interfaces, DVI y HDMI, siendo ambas exactamente iguales en cuanto a señal de vídeo, con la única modificación de que HDMI integra audio.

Una de las grandes ventajas de una interfaz digital sobre una analógica, es que no necesita compresión y descompresión. La mayoría de medios hoy en día son digitales (Blu-Ray, Divx, DVD...), y para ser transmitidos por señal analógica, requieren la conversión digital-analógica, y posteriormente vuelta a digital en pantallas digitales. Esto reduce la calidad de la señal bastante, mientras que una interfaz digital transmite los datos directamente, sin este ciclo.

DVI

DVI, siglas: interfaz de vídeo digital. Esta interfaz hoy en día se usa casi exclusivamente en PCs, pero durante unos años se pretendía que fuera el sustituto digital del sistema RGB para televisores HDTV, EDTV y televisores plasma. A día de hoy está siendo generalmente utilizada con la interfaz HDMI, DVI con audio.

HDMI

HDMI, siglas: interfaz multimedia de alta definición. Es la misma interfaz digital que el DVI, solo que incluye la señal de sonido. Las interfaces HDMI consisten de 19 hilos, y en la versión de su especificación más reciente, es capaz de transferir hasta 10.2 Gbps.

Errores comunes de nomenclatura

Cabe recalcar un error muy común en el lenguaje y es llamar únicamente Componentes a la señal YPbPr. De hecho, tanto RGB como YPbPr como S-Video son modelos por componentes, ya que por definición, separan la imagen en dos o más señales (componentes). En este artículo se mantiene la denominación de Componentes en el título al modelo YPbPr para evitar confusiones.

Enlaces relacionados

• Sistemas de Vídeo