El tesoro del saber retro

TV CRT, 240p, Vídeo compuesto, S-Video – alegorías y jerigonzas = desconcierto. En la hora gafapaster!!

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Ups!! Un mismo cuento contado de otra manera!!

Esta entrada estará destinada a reconstruir algunas ideas sobre la TV análoga,  prometo que será larga y divulgativa,  sin mayores esquemas y expandiendo lo que escrito al respecto en varios artículos.

La presente entrada parte de la duda:

¿240p es lo mismo que vídeo compuesto o S-video?

Estimados amigos cualquier solicitud de aclaración, comentarios sobre gazapos e incorrecciones, agradeceré que sean enviados formalmente.

JERIGONZA (nombre femenino)  1.Lenguaje difícil de entender. “apenas se le podía entender, tal era la jerigonza de su lenguaje” 2.Jerga, lenguaje especializado y difícil de comprender para las personas que no pertenecen al grupo.

ALEGORÍA (nombre femenino) 1. Representación en la que las cosas tienen un significado simbólico. “la alegoría de la fama en un cuadro del siglo XVIII” 2. Composición literaria o representación artística que tiene sentido simbólico.

INTRODUCCIÓN

En el pasado he escrito muchas líneas de texto sobre la divulgación del tema de la TV ANÁLOGA, sin apelar al uso de mayor número de ecuaciones o esquemas complejos.  Sin embargo la presente entrada será enfocará en el 240p, el vídeo compuesto y S-video; aun cuando en principio lo consideraba una “alegoría” resulto por sorpresa ser “jerigonza”, en la entrada esperaría resolver varios viejos mitos repasando muchas de las ideas del tema.

El enfoque de la entrada es partir del repaso del CRT, luego describiré como dibujar las imágenes, abordaré la modulación, el vídeo compuesto, 240p como alegoría y el vídeo en color para mostrar cosas del S-VIDEO y finalmente unas muy cortas líneas sobre las maquinas árcade.

REPASEMOS…. EL CRT  (Catodic Ray Tube)- TUBO DE RAYOS CATODICOS

El principal elemento tecnológico de la TV es un tubo de vidrio al vacío, retiramos todo rastro de aire.

En la parte inicial del tubo, CAÑÓN, encontraremos un filamento como el de las viejas bombillas, frente  a ella una placa nombrada como cátodo conectado  negativamente y cilindro conectado positivamente (ánodo).

Fuente de la imagen Wikipedia.

 

Cuando el ánodo es calentado por el filamento a este le es más fácil donar carga,   nombradas electrones,   efecuto termoionico  o el descubrimiento del electrón.

Fuente de la imagen School Phisics

Para  construir un haz de electrones desde el ánodo requerimos de una diferencia de tensión (potencial) de cientos de miles de voltios,  ayudando a desprender un mayor número de electrones o CATIONES. La tensión no es como las tomas de la casa,   “podría” matarnos les solicito prestar cuidado.

Los electrones son acelerados y disparados  hasta la parte frontal del tubo para chocar al ser  atraídos por los materiales contra el frente, un tanto ancho, y lo llamamos “la pantalla”. La pantalla contiene diminutos puntos de material FLUORESCENTE,  tienen dos propiedades son electro-positivos o  les encanta recibir electrones, y  al ser impactados emiten una partícula de luz (fotón); como el FÓSFORO .

Siempre y cuando choque el electrón se integrarán al fósforo y de paso liberararán luz, así que cada PUNTO brilla en cada  instante que es impactado.

Para controlar el flujo del haz de electrones es ubicada  frente al CATODO una REJILLA DE CONTROL, que permite controlar la intensidad o brillo que apreciamos en pantalla.

Rejilla de control de un tubo electrónico de vacío,  Contiene carga negativa o electrones se oponen al paso del rayo de electrones al interior del cañón.  Fuente de la imagen Wikipedia.

La alta tensión es generada por el FLYBACK que es un transformador de fabricación especial que puede generar un poco más de 50 mil voltios.

Otro detalle interesante de la TV es la energía residual que producen los electrones al rebotar en la pantalla y  es de mayor energía que la luz visible, RAYOS X y son altamente peligrosos, es por esto que los monitores están recubiertos con un material reflector con partículas de plomo, vidrio de plomo.

Fuente Imagen Wikipedia:Philo T. Farnsworth inventor original de la TV

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..EL VIAJE DE LOS ELECTRONES…

Las partículas viajeras pueden ser desviadas usando dos pares de placas positivas (atracciones de cargas o campo eléctrico), resuelto mediante el uso de un electroimán, campo magnético que requiere menos energía, les hacen fáciles de manejar. Colocamos este electro imán y la tensión (voltaje) en sus puntas  ayudan a controlar el viaje de los electrones, tanto en sentido horizontal como el vertical

Fuente de la imagen Wikipedia

Los electrones bien podrían ser desviados en cualquier sentido, lo observamos en los osciloscopios, viejos aparatos de luz verde,  a cada entrada es asocia a un eje ; al vertical  el eje Y y otra al  eje horizontal X, les convierte en herramienta para estudiar los fenómenos eléctricos.

Fuente de la imagen Wikipedia.

Las propiedades del tubo de rayos catódicos  son aprovechados para estudiar de manera gráfica las señales eléctricas.

Pero, la TV CRT es un poco parecida una impresora de gran formato,  el rayo  recorre la pantalla  de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en sentido de lectura de texto occidental, llamado exploración de pantalla.  Por eso tengo un blog para escribir y la gente practique su lectura de izquierda a derecha …arriba y abajo.

Fuente de la imagen: http://www.wayneandlayne.com

Del  desarrollo técnico del CINE  que fue previo a la TV, habíamos aprendido a generar  imágenes que el cerebro comprende como “en movimiento”, con un valor mínimo de  12 fotografías o cuadros cada segundo,  en cine estándar son 24 fotografías cada segundo. En la TV la imagen es completada  en PAL con 25 fps o NTSC 30 fps. Si alguien pensó en 50 o 60,  algunos de los muchos mitos que deberemos verificar y los revisaremos tema  por tema.

Notas:

a) FRAME= Cuadros + PER = Por, SECOND = segundo =>  FPS
b) En el NTSC COLOR  o estándar americano los FPS son de 29.970.

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LÍNEAS DE EXPLORACIÓN O DE IZQUIERDA A DERECHA..ARRIBA BAJO …SINCRONIZAR ESA ES LA CLAVE

Para que la TV  sea la TV lo primero es definir el sentido del recorrido, y lo siguiente es definir cuánto demora  el recorrido de los electrones.

Señal en forma de dientes de sierra  fuente de la imagen docs.scipy.org

Para que el rayo recorra la pantalla de arriba abajo e izquierda a derecha el  electroimán es conectado a un circuito que genera  una señal DIENTE DE CIERRA, aumenta su tensión gradualmente y luego la reduce en un instante muy cercano a 0 voltios.

Los generadores “dientes de sierra” son el pilar de la TV CRT, y los electrones (Cationes)  acelerados.

Repasemos la  CÁMARA DE TUBO o análoga, es como  una TV CRT pero a la inversa, con tubo al vacío. La cámara CRT  aprovecha el efecto Termoiónico y el efecto Fotoeléctrico. Cuando AL MISMO TIEMPO  la luz (fotón) llega a la parte  frontal de una lámina  con  diminutos puntos de material fotoeléctrico (símil a una película de fotografía) y un electrón (del haz), el material Fotoeléctrico CEDE un electrón o  señal eléctrica. Si queremos conectar  la CAMARA DE TUBO a la TV CRT   las señales de barrido deben ser idénticas es decir SINCRONIZADAS. 

Fuente de la imagen britannica.com

Lo que he descrito son LÍNEAS DE ESCANEO o EXPLORACIÓN (RASTER SCAN, SCANLINES o PICTURE LINES) que CONTIENEN INFORMACIÓN DE LA IMAGEN!!. Párrafos adelante en el tema de “vídeo compuesto”, explicaré como las señales de sincronización pueden entenderse como líneas adicionales.

La señal que sale de la cámara  de TV CRT primitiva es muy débil  y no llegará muy lejos, no nos hagamos ilusiones, requeriremos del uso de un amplificador de señal.

Debo rescatar que en la TV el barrido o viaje de los electrones debe ser estandarizado o acordado.

RESOLUCIONES DE IMAGEN ANÁLOGA…

Existen dos elementos que definen la resolución de la imagen análoga. Es  lógico pensar que  se trata de la señal de dientes de sierra,  o lo mismo el total de las líneas de exploración que vemos en pantalla;   número de líneas horizontales  contra las lineas verticales. El otro elemento “la rejilla” es algo que atañe más a la  TV CRT  a color.

Aunque nos viéramos tentados a contar con una lupa cada una de las lineas en una TV CRT, es posible usar gráficos normalizados para estimar su número (tanto verticales como horizontales).

Lo importante es la palabra estandarizar, para que todas la TVs puedan reproducir la misma señal, de todas las cámaras definimos  el número total de líneas . Para resolver este tema la base son las líneas HORIZONTALES, mientras que las verticales no les damos mayor importancia. Para  Europa el PAL de 520 líneas horizontales y  Norteamérica el NTSC 483≅480 líneas horizontales.  ESPEREN UN MOMENTO!! esto también tiene un truco y lo explicaré cuando lleguemos al modo entrelazado líneas adelante.

Tengan presente en el mundo de la TV CRT no existe nada como los píxeles!!

En el caso de las líneas verticales TVL (TV vertical lines),  son el número máximo de alternancia de color y franjas oscuras por altura de imagen. Esto depende de la TV CRT, si una TV CRT indica que posee una resolución de TVL de  400 líneas  implica que son 200 franjas  oscuras y 200 franjas  de imagen. Pero, siempre tengan presente en TV CRT aquella información es considerada muy poco relevante. 

Sin importar cuales quiera que sea nuestras consideraciones, la resolución debe respetar la relación de aspecto (Aspec Ratio). La TV CRT tomo la relación de aspecto de los primeros filmes del cine “4:3 “,  no de los modernos que son achatados. Como muchas cintas  de cintas del cine  en  aquella época se encontraron formato  “4:3”  fue la más favorecida para su uso en la TV CRT.

Hagamos un ejercicio práctico con las resoluciones verticales antes de continuar, recordemos que la relación es horizontal/vertical = 4/3; por tanto para NTSC v=480*3/4=360 líneas verticales y  en PAL v=520*3/4=390 líneas verticales.

 Para mantener lo didáctico del ejercicio asumiremos que cada linea visible existe una oscura por la  rejilla de apertura por tanto NTSC son 360×2=720 TVL y en PAL 390*2=780 TVL.

Bajo estas consideraciones NTSC es de 480 por 720 TVL y en PAL de 520 por 780 TVL.

Como ejemplo: en las TV CRT con máscara de sombra o  TRINITRON  del fabricante SONY documentan un total de  700 TVL en NTSC.

Nota  acerca de la filosofía detrás de RESCATANDO SCANLINES:

A las líneas de exploración  tanto horizontales como verticales de la TV o popularmente como SCANLINES. En este punto, confieso que he propiciado una idea romántica del tema.  Es posible observar lineas de huecos (negros) en TV CRT de gran tamaño 30 pulgadas diagonales, ya que en aquellos tamaños de pantalla  es suficientemente visible  el espacio entre las líneas horizontales.

FUENTE: HTTP://SCANLINES.HAZARD-CITY.DE/

Esto quiere decir que para eliminar las odiosas y notables  scanlines en  TV  CRT de grandes tamaños 40″, 50″ (pulgadas) etc.   requieren otras consideraciones que no son abordables bajo la presente descripción.

La TV que he descrito hasta el momento no daría mucho para conectar una en cada hogar, y por ahora no estamos cerca de la TV CRT en COLOR.

Cuenta la leyenda que antiguos humanos del siglo XX adoraban al cielo y le imploraban por una buena señal de  TV

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AM FM, DEL ÉTER AL  ELECTROMAGNETISMO

Entenderán que en lo que llevamos de relato de la CRT , por no decir CAMARA+ TV  conectadas directamente con cables son completamente inútiles. Afortunadamente la radio o la transmisión de la voz mediante ondas electromagnéticas (radio difusión)  era un invento consolidado, no era misterio transmitir señales a larga distancia mediante la modulación de frecuencias y el campo electromagnético.

Ondas electromagneticas desde el sonido hasta la energía nuclear

Existen dos tipos de modulación análoga de amplio uso AM y FM.  En principio la modulación tiene que ver con formas de onda seno, si de esas de las clases de  trigonometría. Una onda de estas es muy suave sube y baja a en un tiempo definido (FRECUENCIA) y tiene una altura arriba-abajo uniforme durante “mucho tiempo” (AMPLITUD).

Lo que conocemos como “SONIDO” es la oscilación de espacio de aire que nos rodea, vibra entre 20 y 20 mil oscilaciones por segundo (hercios o Hz).

Modular en amplitud o AM, como en el caso de la radio indica que variamos la altura de las señales sumando cosas como la música y la voz humana. Si lo pensamos detenidamente,  todo cuanto escuchamos es modulación AM y llegan a nuestros oídos;  como el  cantante y su guitarra. Bien  entenderán gritando la voz no llega muy lejos, requerimos señales de mayor frecuencia,  cientos de miles hercios, ondas que  viajan sin aire, viajan como variaciones de energía u ondas electromagnéticas.

Fuente de la imagen. Wikipedia.

NOTA SOBRE EL ÉTER: En el caso de la luz visible  como onda electromagnética, no sabíamos que era una onda, y menos  en qué diablos viajaba en ausencia de aire, algunos asumieron algo llamado ÉTER, a pesar de muchos experimentos nunca le encontramos y lo descartamos. Debemos agradecer a Michael Faraday por descubrir  las “ondas invisibles” u ondas de RADIO, el padre del electromagnetismo.

La radio de onda modulada en AM surge con la brujería de la electrónica, es decir mediante montajes de elementos electrónicos.  La captura del sonido es posible mediante un micrófono que convierte en señal eléctrica y le SUMAREMOS con la señal proveniente  de un oscilador electrónico que produce  ondas de  altas frecuencias, cientos de miles de ciclos por segundo (kilo hercios).  El AM es fácil de ser perturbado dado que todo tipo de señal que lleve esa frecuencia  se sumaran a nuestra señal.

. Fuente de la imagen http://www.duntemann.com

Los primeros transmisores y receptores de “RADIO” y “TV” hacían uso de tubos de vacío (efecto termoiónico) para los amplificadores y detectores

El sonido va entre 20 y 20mil oscilaciones por segundo (HZ), si restamos esto nos da como un ancho de 20kHz,  o el ANCHO DE BANDA MINIMO  requerido para transmitir la señal de sonido; no muy distinto como cuando tomamos  un metro y medimos.

Todo esto es solo para llegar y modular en frecuencia o FM. En el FM la amplitud  idéntica a la del OSCILADOR ELECTRÓNICO pero la frecuencia varia, la distancia entre las crestas es modificada. Resolvemos el tema del ruido aumentando en complejidad la electrónica, podemos modular el sonido en frecuencias mucho más altas .

Modulación FM Fuente de la imagen Wikipedia.

Una señal de VÍDEO de la TV  CRT no es sonido, es una variación de tensión eléctrica que proviene de la cámara, el rayo realiza todo su recorrido en la CÁMARA CRT a razón de  30  o 25 cuadros cada segundo, cada 480 a 520 veces  cambia de sentido, es decir va de izquierda a derecha y baja a la siguiente linea. Sin mucha matemática son 480*30= 14400 o 520*25=13000 veces cada segundo. Deberemos reducir la cantidad de información para hacer sencillo esto de la TV sobre sin cables.

Modulacion AM vs. FM. Fuente de la imagen Wikipedia.

 

Nota: Antes de continuar me gustaría recordar que este no es un tratado reparación de TV CRT, no son tips de reparación, MUCHO MENOS como un  tratado de comunicaciones RF.

http://slideplayer.com

El sonido de la TV CRT bien sea PAL o NTSC es modulado frecuencia FM, mientras que la señal de vídeo compuesto es modulado en AM. No es el AM de  la “RADIO”, palabras más palabras menos es una técnica un tanto avanzada con la cual se separa la señal en dos secciones (bandas) de modulación

Fuente cisco https://www.cisco.com

Esto es complejo, pero en resumidas cuentas la AM en AUDIO usa dos regiones de modulación, desperdiciando la banda de frecuencia “INFERIOR”. En resumen  las frecuencias bajas de modulación. Mientras, el AM de VÍDEO hace  un mejor uso de ambas bandas.

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PROGRESIVO O ENTRELAZADO.. SER O NO SER

Si queremos reducir el ancho de banda  requerido por la señal de vídeo para transmitirla como onda electromagnética debemos hacer sacrificios, al mismo tiempo manteniendo la capacidad de la TV para  mantener una ilusión o una imagen en movimiento lo suficientemente decente.

La mejor opción es dividir las líneas  de barrido horizontal en dos (2), con ello ya obtendremos la mitad de ancho de banda requerido, una solución elegante si lo pensamos detenidamente. La nombraremos ENTRELAZADO (interlazed) de imagen.

Fuente de la imagen Wikipedia.

A este entrelazado de imagen le nombraremos con la vocal “i”, y la uniremos al número o  resolución de las líneas horizontales NTSC 480i o PAL 520i, porque no decir 1080i.

Nota: Como referencia  las lineas pares e impares se les llamó  CAMPO, y ahora les llamamos Campo 1 y campo 2, pero “PAR” e “IMPAR” son  MÁS fáciles de entender

Llegamos a otra triste verdad, cuando nos enfocamos en la cámara CRT la imagen entrelazada realmente no tiene toda la resolución de líneas al mismo tiempo, POSEEN LA MITAD!! así en mayúsculas. En otras palabras, una imagen  NTSC de 480i es de aproximadamente de 240 líneas de exploración horizontal y una imagen PAL 520i es de   262.5≅260 líneas de exploración horizontal, POR  CADA CAMPO CAPTURADO y DIBUJADO!!

Para cuando queramos transmitir señal directamente entre dispositivos de vídeo  en donde el ancho de banda no es un problema; simplemente vamos a transmitir ambos campos, por no decir TODA LA IMAGEN. Le llamamos EXPLORACIÓN PROGRESIVA . Lo vemos en las computadoras/ordenadores y son las primeras formas  de vídeo con componentes separados (tema que no trataré, como tampoco hablaré de los modos progresivos).

Fuente de la Imagen Wikipedia.

El mecanismo es completamente imperfecto, por lo que observaremos dos tipos de fallos en transmisión de información de la LINEA de exploración; el OVER SCAN y el FACTOR KELL.

OVER  SCAN,  nos indica que no es posible generar números exactos de lineas, por consiguiente pueden producirse líneas adicionales por problemas de ajuste dentro del TV.

En referencia al FACTOR KELL,  relacionado con la ausencia de sincronización perfecta entre CÁMARA y TV, desde el lado de la TV y es observado (subjetivo) como una pérdida de las líneas visibles. Para el escaneado entrelazado el factor es de 0.7.

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 60 HZ O 50 HZ QUEÉ !!! ¿QUÉ LOCURA ES ESA?

Es simple de entender si no entramos en muchos detalles. La explicación inicia con  la frecuencia de tensión (voltaje) que salen de las tomas en nuestras casas. Los americanos optaron por  TRANSMITIR ENERGÍA ELECTRICA en 60Hz y los EUROPEOS en 50Hz para alimentar sus aparatos eléctricos, cada uno planteó razones en la selección de su opción por ejemplo la relación de latidos del corazón etc. pero no nos extendamos.

Fuente de la imagen. lifeboat.com

La generación de energía eléctrica hace uso de un alternador  que gira a velocidad fija y  toda la red de generadores deberán mantenerse sincronizada.

Si recuerdan la señal de dientes de sierra,  podemos tomar la  señal de las tomas eléctricas como guía para SINCRONIZAR el generador de dientes de sierra,  es similar a  los 60/50Hz que alimentan la cámara, televisora,  antena repetidora local y la vieja  TV CRT.  Lo relacionamos con los FPS posibles por cada estándar zonal (América  o Europa) 60  o 50 Hz   y con el dibujo entrelazado o de campos, ya que los cuadros por segundo siempre serán NTSC 60/2=30 cuadros o PAL 50/2=25 cuadros.

Nota: Como consecuencia, en algunas regiones PAL en Surámerica un  de PAL  especial de 60Hz.

Antes que la inquisición me queme en la hoguera debo hacer una pausa para aclarar unos temas. Recuerden cada cuadro o foto dividido en 2 campos, en otras palabras para completar una FOTO dibujados dos campos. Cada campo SI es dibujado de manera alternada a razón  60hz/50hz, es por eso lo dividimos entre 2 es decir NTSC 60/2=30 cuadros o PAL 50/2=25 cuadros.

Igualmente,  debo enfatizar que los electrones si viajan desde la punta izquierda superior a la punta derecha inferior cada 60hz/50hz.

LA ÉPOCA PRIMITIVA DE LA TV CRT MONOCROMÁTICA EN LOS HOGARES

Una de las cosas interesantes de la TV tal como la describo, la TV original monocromática CRT; es que en aquellos tiempos no habíamos desarrollado los métodos para almacenar información ni audio ni vídeo.  Por tanto, muchas televisoras eran pequeños estudios de teatro en donde se encontraban los camarógrafos, iluminación, tal vez algo de público, junto con los actores, además de un pequeño conjunto de música orquestal. Tampoco existían cosas como vídeo  consolas ni maquinas árcade, por eso cuando fue presentado la primera vídeo consola  la MAGNAVOX, muchas personas preguntaron cómo es posible ver una imagen en TV CRT sin ayuda de una televisora.

TV teatral, Show de LUCY, programa  longevo y emitido en Norteamérica que vivió todas las eras tecnológicas de la TV CRT

EMPAQUETANDO EL VÍDEO O EL VÍDEO COMPUESTO ..LA JERIGONZA MAYOR!!

Antes de enviar la señal al “ÉTER”, mentira, antes que la señal viaje en forma de  una onda electromagnética debemos hacer un paso intermedio y es construir una base de señal que entiendan todas las TV.

El CVBS permite combinar la señal de la TV, que es en la que tengamos tanto la SINCRONIZACION como  LA INTENSIDAD, en una sola señal.  Además de estos dos elementos nos interesa reducir el ancho de banda por tanto será  una señal de vídeo ENTRELAZADA.

También recordemos esos famosos  ESTÁNDARES!! primero 50/60 Hz base y segundo con líneas horizontales fijas por cada campo de 480/2=240 y  520/2=260, ya con esto tenemos completamente  diferenciadas las señales PAL y NTSC.

En un mundo análogo  cada nano segundo un Rayo de electrones en la cámara o en la TV análoga pasa por cada punto capturado es transmitido remotamente y brilla en la pantalla en la TV de cada hogar. EL rayo de electrones viaja con el cuidado de dejar suficiente espacio de tiempo que permita entender la imagen como un “algo” en movimiento.

Esta solución es lo que llamamos “vídeo compuesto”  (composite video), es realmente UN TREN de pulsos:

La señal de sincronización vertical es un tanto interesante, no solo por ser el paso entre cada CAMPO o MEDIO FOTOGRAMA. Es un tanto más prolongada, entre 10.9 a 12 microsegundos. La razón es un tanto compleja, las TV al usar electroimanes son  limitadas por la HISTÉRESIS MAGNÉTICA o en otras palabras cierta inercia que tienen los materiales metálicos (ferromagnéticos) al cambio en el sentido del campo, o lo que llamamos polo norte y polo sur.

Fuente de la imagen http://www.pyroelectro.com/

Como comprenderán al ser  una señal de vídeo entrelazada primero dibujamos el campo  impar (ODD o field 1) y posteriormente le sigue el campo par (EVEN o field  2).

El siguiente gráfico de vídeo PAL muestra algo muy interesante. Es posible asimilar los tiempos de sincronización a tiempos de trazado de líneas de pantalla o líneas de exploración.  Los dos campos completos observados más las sincronizaciones ocupan el tiempo de 625 líneas en PAL , pero ojo que son solo 260+260=520 visibles, sin contar el “over scan” o esas líneas perdidas por fallos en  los tiempos .

Representación de una señal  PAL. Fuente de la imagen martin.hinner.info Retomaré el gráfico líneas adelante, porque lo considero muy importante.

En PAL según indica  el Sr. Martin Hinner (dejo enlace para que lo visiten), el ancho de cada linea  así descrita o en vídeo compuesto es de  63.5  micros de los cuales solo 52.6 micro segundos son información de imagen.

Cuando describimos de esta manera la  SEÑAL DE VIDEO:

Todo esto para recordar que el vídeo compuesto es entrelazado “i” y en resoluciones de 480i o 520i ( 483i y 520i )!! Pues si, al parecer es el sol  que podremos tapar con una sola mano!! por tanto una verdadera jerigonza!!

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Advertencia: En los siguientes apartados solo describiré  partiendo de información  documentada, me gustaría extrapolar y elucubrar pero me temo debo hacer un alto en el camino. 

 

..EL 240p COMO ALEGORÍA

Recuerden que las TV son anteriores a las computadoras  y las vídeo consolas de casa.

Parece que quedo listo!!, el vídeo compuesto le hemos definido, nos falta  el tema del S-Video pero ya con esto iniciamos fácilmente con el tema del mito del 240p.

En esta parte del relato, esto del 240p parece un tanto más extraño o como una alegoría,  y de paso destacaré varias mentirillas en el 240p en las vídeo consolas primitivas.

Recordemos como en las consolas y árcades primitivos usan un MUY LIMITADO!! tipo de   IMAGEN RASTER. La imagen raster es un tipo especial que parte de un espacio de memoria RAM y en donde guardamos toda la información antes de ser dibujada en pantalla, también la conocemos con el nombre de MAPA DE BITS.

 

La  imagen Raster es una colección de bits que componen una imagen, o mapa de bits. Imagen Wikipedia

Una imagen “raster” si es definida PÍXEL a PÍXEL es decir que  cada campo de información de RAM (bytes o señales on-off)  representa la imagen en pantalla. Cuando definimos toda una PANTALLA en un espacio RASTER en RAM le denominamos como   “front-FRAME-BUFFER”, no existía en las consolas primitivas ni en maquinas árcade muy primitivas.

Debo hacer una pausa me veo obligado a diferenciar dos temas, el primero es la IMAGEN RASTER ya comentado.   el segundo es RASTER SCANER, es un término anglo, el  BARRIDO  DE LA PANTALLA

Definición, RASTER SCANER : a rectangular pattern of parallel scanning lines followed by the electron beam on a television screen or computer monitor.

EL grandioso mundo de los rompecabezas o tile maps. Fuente de la imagen WEB.

En la teoría del RASTER si existe la RESOLUCIÓN o la altura por el ancho en número de puntos por pantalla (PÍXELES).  Sin embargo, las vídeo consolas que místicamente usan estos llamados 240p  poseen un CHIP GRAFICO que pinta en pantalla mediante recursos gráficos llamados  TILE+SPRITES. Con esto quiero decir,  la imagen es compuesta como un rompecabezas, reduciendo increíblemente la cantidad de memoria RAM, no requerimos de bits para representar información  de pantalla (front-buffer). Si existen los píxeles al interior de cada recurso TILE+SPRITE, pero como la alegoría a la totalidad de la imagen generada, definida en líneas de TV ANÁLOGA.

Además de los SPRITE+TILES Otro truco del CHIP GRÁFICO es el MODO DE VIDEO,  es un termino artístico+técnico.  El CHIP permite al programador usar varios efectos o números de colores  máximos limitados a conveniencia en cada modo. Una imagen generada en un MODO DE VIDEO puede entenderse como un conjunto de planos, como un sándwich,  a cada recursos le es asignado un plano de representación.

El CHIP DE VIDEO anda en su cuento, es  el encargado de todo el trabajo de dibujado, la CPU le comanda mediante unas entradas llamadas registros, ordenándole los elementos a dibujar.

Insistiendo, al no existir el 100% de la pantalla en RAM, el trabajo de CHIP GRAFICO es componer la imagen LINEA A LINEA (scanline a scanline) sumando cada uno de los recursos y en el orden descritos en la corta RAM:

Esto supone  una gran desventaja  para el número de sprites dibujados en pantalla.

Si llegaron a entender la idea de la TV CRT , quedaría comprendido que son las vídeo consolas las cuales deben acomodarse a las limitaciones de la TV, esto quiere decir que el CHIP GRAFICO no solo debe tener una resolución Horizontal cercana a los dos estándares (NTSC/PAL), además de eso debe mantenerse en los tiempos requeridos para cada una de las líneas de vídeo.

El problema de la emulación de “gráficos” en vídeo consolas viejas en maquinas superiores lo he comentado en entradas previas. Los procesadores (CPU) son fácilmente implementables resolviendo cada una de las instrucciones del lenguaje de maquina, sin embargo el chip gráfico es emulado partiendo de los registros de escritura. NO EMULAMOS  EL HARDWARE, imitan los principios de SPRITES,  TILES Y MODOS GRAFICOS, en donde esperaremos una salida similar.

A continuación dos teorías o visiones diferentes sobre los 240p:

NOTAS SOBRE 240p a 60FPS: Solo es posible mediante un  back  buffer,  espacio de memoria intermedio VRAM, en el que extrapolaremos la secuencia de animación o  proceso de render parar ser enviados independientemente en por cada campo de vídeo entrelazado; 30fps+30fps=60fps de 240p. Es decir SI y SOLO SI poseemos un Back Buffer  podríamos en un caso hipotético utilizar 60 cuadros en 240p. Pero, lo siento, no abordo en la presente entrada sistemas específicos,  y les dejaré  de tarea: investigar cuales consolas tienen este buffer y realizan su proceso de render a  estos 240p con 60FPS.

Notas de  SNES DEV BOOK: Con el fin de convertir los TILE-SPIRTES se aplica un proceso llamado “Scaning”. El Scaning o  escaneando toma uno a uno pixles leyendolos de línea a línea de los recursos TILE+SPRITE y son enviándolos en a  respectivos campos, par e impar. Es decir, se envían ambos campos y no existe un campo negro puesto que produciría cambios bruscos o “Flicker” y cada cuadro se genera para  262 es decir 262+262=524 lineas de las 525 requeridas por el NTSC.

NOTAS SOBRE RACING THE BEAN libro de Nick Montfort y Ian Bogost. Acerca del  ATARI 2600 o VC 2600

[A continuación me tomaré el atrevimiento de realizar una referencia de un interesante libro y espero con él, resolvamos muchas de las dudas.]

TIA: es el chip de computadora corazón de la consola de juegos Atari 2600, que genera la imagen y los efectos de sonido .

La imagen más importante del libro en cuestión es observable en la parte inferior,  recalcando que el libro es educativo como la presente  entrada.  Si recuerdan el gráfico de las 625 líneas en PAL, de la misma manera pedagógica ellos asumieron la existencia de líneas como  una  alegoría o ayuda a los programadores. Con esta ayuda es posible  estimar los tiempos de trabajo del TIA,   controlar el semáforo de los tiempos entre las diversas tareas del chip.

El gráfico es un CAMPO, de longitud de 262 líneas , pero un CUADRO NTSC es el doble o de  262+262≅525 líneas. Recuerden, solo 240 líneas de cada CAMPO ENTRELAZADO son información o líneas de escaneado en pantalla. Por tanto, todo lo que no es imagen en líneas de exploración son “alegorías”. Otra alegoría interesante son esos  3 ciclos de CPU que toma dibujar un punto de color descritos como “COLOR COUNTS”.

Según el gráfico:

En la tabla inferior muestro un  ejercicio de sumar el total de tiempo que el TIA no está  dibujando, aquí entre nos, es lo mismo la señal que envía el procesador). Tenemos que el 48% del tiempo el procesador esta libre para las mecánicas o programación y el 51% esta realizando tareas de dibujado.

TIEMPO NO DIBUJO AREA TOTAL  
Vertical Blank 228*(3+37) 9120
Holizontal blanck 68*192 13056
Overscan (30*228) 6840
TOTAL DE COLOR CICLES NO DIBUJA EL TIA 29016
TOTAL CICLOS DE PROCESADOR (COLOR/3)   9672 48,57%
TIEMPO  DIBUJO AREA TOTAL  
Vertical Blank 160*192 30720
TOTAL CICLOS DE PROCESADOR (COLOR/3)   10240 51,43%
TOTAL CICLOS DE PROCESADOR 19912

En otras palabras el gráfico es  DIDÁCTICO, la VC 2600 NO produce 262 líneas progresivas visibles, solo son 192 líneas para cada campo, un  total de 396 líneas de exploración visibles,  de las 480 líneas requeridas por el NTSC.

El VC 2600 es muy primitivo, pero al igual que las consolas predecesoras deben sus limitaciones a:  Las resoluciones visibles en la CRT, la relaciones de aspecto (aspect ratio), el FACTOR KELL y el OVER SCAN.

Sin embargo, estos fabricantes en su tiempo debieron  exponer a sus usuarios y programadores  especificaciones de “resolución en líneas de TV visibles”, en otras palabra debió darse en líneas de exploración o imagen.  Les invito a reflexionar que los valores que puedan encontrar en el “INTERNET”, nunca deberían ser  asumidas como PÍXELES.

Por tanto y bajo las anteriores premisas o la teoría de la TV CRT lo mejor es asumir como arbitraria la resolución HORIZONTAL del CHIP GRAFICO,  puede ser  un poco menor a  240, pero no podrá ser mayor a  260 líneas.

Pueden no contener imagen o ser OVER SCAN y finalmente la percepción (subjetiva) de las líneas horizontales visibles fue medida por el Sñr Raymond_D._Kell una reducción de  valor del 70%.

Con estas premisas en mente ya tendremos un rango bastante amplio para evaluar si lo que nos cuenta una determinada ficha técnica es real o solo “PROPAGANDA”.

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EVOLUCIÓN DE LA IMAGEN RASTER Y EL FRAME BUFFER…..VIDEO GRAPHICS ARRAY

[Una vez hemos dejado atrás las viejas vídeo  consolas damos el paso siguiente: verificar el tema de los míticos 240p desde el “mundo real de los PÍXELES”.]

Un buen ejemplo de partida es la computación personal, y en especial en esos clones  PC-AT (compatibles) con viejos adaptadores de vídeo,  aprovechamos la imagen raster implementando el FRONT BUFFER o ese espacio de imagen en RAM, y cada modo de vídeo  SI es una lectura secuencial de los valores. Ademas, es posible modificar la resolución de la imagen píxel a píxel mostrada en pantalla.

Existe un tema muy interesante con la resoluciones en VGA en píxeles, sólo están definidas las siguientes opciones: 800×600, 640×480, 640×350 y 320×200. Con esto quiero decir que una resolución de  1024×768 es una resolución SUPERIOR a VGA o SVGA.

Nota: El mítico TMS99xx se puede valer de un FRONT BUFFER si acoplamos  suficiente vídeo RAM.

El CRT “RASTER” o monitor de PC primitivo, debe hacer un esfuerzo mayor con la ayuda de señales de sincronización verticales y horizontales separadas. En este caso SI hablamos de 320×240 píxeles,  son los  viejos modos PROGRESIVOS en señal VGA tanto en pantalla =  hardware y software (o tal vez un poco más cercanos).

Antes de continuar, Pasemos nuevamente por los números para revisar unas cosas interesantes,  usemos el NTSC 480i,  este tiene 30 FPS que es lo mismo que 30 Hz, pero partamos de todas las líneas  525. Como truco de mago matemático, voy a multiplicar estos valores para saber con qué frecuencia es el cambio de CUADROS, 525 líneas *30Hz=15,525  líneas-Hz. Esto son los famoso 15 kHz del vídeo compuesto.

Señal VGA 640×480, 3 líneas o señales RGB, una señal de sincronización  horizontal con Blanking interval  y señal de sincro-vertical

En VGA bueno la cosa es algo así, 640×480 pero sabemos que este si va a 60Hz, cuantas veces cambia la linea horizontal, serán 480  líneas *60Hz?. Un momento algo va mal!! Estamos obviando la señales de sincronización. Adivinaron, también debemos hacer pausas, aun cuando las señales de sincronización sean separadas. El tiempo total que toma toda la línea VGA es de aproximadamente  31,77 khZ. Con una pequeña regla de tres para  320×200 adivinaran 15 khZ.

MCGA/VGA 320×200 pix Señal Digital, TTL
Resolución 320h × 200v
H-freq (cambio de linea -Hz) 15.75 kHz
V-freq (cambio cuadro /refresco  -Hz) 60 Hz

Los números no quieren decir que ambas señales sean la misma, es más no son compatibles. Sólo son similares en NÚMEROS.

Para nuestra fortuna, posteriormente fueron desarrollados, maquinas de entretenimiento electrónico con la tecnología de la imagen RASTER , componían la imagen en modos de baja resolución al interior de su memoria (“frame buffer”).

Como sería lógico,  para resolver la IMAGEN RASTER en un modo entrelazado vídeo compuesto, la GPU, depende del tamaño del la información suministrada, para tal caso es posible usar una memoria adicional acoplada a un conversor análogo digital o en inglés RAMDAC .

En resoluciones tipo VGA 640×480, mediante una lectura secuencial. Se leen las líneas HORIZONTALES desde el RAM(DAC); primero las  pares y luego las impares (campo 1 y campo 2), no puede ser más lógico, de manera que enviaríamos la información a un TV CRT.

Mientras que en resoluciones del  tipo VGA 320×200, enviaríamos todas las líneas horizontales a los dos campos de video, lo que es en principio es una duplicación de las líneas.

El proceso inverso es el usado para expandir la imagen o escalarla, es decir que la imagen de TV de 240 líneas de vídeo es duplicado o triplicado,  observado como una de mayor resolución, mientras que las TVL simplemente incrementarán en periodo de tiempo su señal (se escalarán) en relación con su velocidad final al recorrer toda la pantalla en una sola línea (la escala es relativa a la frecuencia).

EL RAMDAC es un espacio intermedio consiste en un banco RAM y un Conversor análogo digital (DAC). La informacion es obtenida mediante la lectura progresiva de cada uno de los Bits+Pixles. Fuente de la imagen http://www.karbosguide.com

Me gustaría insistir que esto da mucho pie para pensar que el RAMDAC contenga los 240p. Pero, insisto si están en el RAMDAC cualquiera que sea el tamaño de la imagen 320×200 o 640×480 son resoluciones Raster como el VGA,  es completamente absurdo asimilarlas como resoluciones de una TV CRT.

“Cada cartucho SuperFX para Super Nintendo tiene una RAM incorporada que el chip usa como un frame buffer y para operaciones de propósito general que puede compartir con el Super NES.”    https://en.wikibooks.org/wiki/Super_NES_Programming/Super_FX_tutorial

Cerrando el tema y para recordar,  los  sistemas modernos no permiten manipular la imagen del framebuffer en video RAM, basan su funcionamiento en la proyección de polígonos planos con recursos llamados texturas.  En resoluciones menores a 720p es posible usar una gran porción de la memoria como raster  y transmitir a un monitor;  conversión byte a punto en pantalla, sin embargo es viejo ya no es usado. En la actualidad vemos en boga el renderizado por pedazos o TILES.

Si lo pensamos es interesante al aumentar la capacidad y aumentar la resolución de una GPU, tendrá menos la capacidad  de vídeo raster en 320×200 píxeles.

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FINALMENTE!! EL S-VÍDEO!..

BIENVENIDOS A LA TV CRT EN COLOR!!

Una vez hemos instalado una gran base de TVs Monocromáticas al rededor de todo el mundo, el problema es cómo construimos una TV CRT COLOR compatible bajo los mismos principios de señal.

Lo primero es adaptar el tubo, en lugar de tener un cañón  con un filamento y ánodo, le instalaremos 3 filamentos, la sincronización será la misma, los tres líneas de electrones viajaran juntos hasta estrellar en la rejilla, golpearan 3 elementos y producirán 3 Colores.  En la CÁMARA ANÁLOGA  tres haces, tres materiales o tres tubos independientes (tres cámaras y un prisma).

El sistema  usado en la TV es aditivo, con la  suma de 3 colores Rojo (Red),  Verde (Green) y Azul (Blue), RGB podremos generar casi cualquier color distinguible.

Fuente de la imagen Web
Máscara de sombras y Rejilla de apertura, Fuente de la imagen Wikipedia.

En TV CRT a color encontramos la rejilla la que da el “sabor” a los puntos en pantalla, colaborando con la separación de las señales de color. Igualmente conocido como máscara de sombra (SHADOW MASK).

De la TV monocromática base tenemos una señal de INTENSIDAD, le llamaremos LUMA, que es una suma ponderada de colores primarios Rojo, Azul y Verde. Para los colores, una opción hubiera sido el  RGB,  pero por compatibilidad con la base de TV  CRT MONOCROMÁTICOS instalados descartado por un esquema de 2 colores sumando el LUMA, ¿Qué color sacrificaremos?, lo siento VERDE, eres bueno, pero eres muy común el cerebro puede asumirte así que los siento nos quedamos con AZUL y ROJO.

Con ayuda de matemáticas formaremos es un conjunto de 3 ecuaciones que permiten convertir RGB a un nuevo espacio de color con LUMA, algo de AZUL y algo de ROJO.

De estos desprenderemos dos sistemas de ecuaciones diferentes uno es el YIQ para NTSC y el otro es YUV en PAL , son ecuaciones y son implementadas con elementos llamados amplificadores, es decir electrónica. Aquí entre nos son transformaciones de color, no nuevos espacios de color.

Fuente: ORTHOGONAL SYSTEMS   (A) YUV, (B) YIQ and (C) YCbCR

EN RESUMEN: La INTENSIDAD ahora es la  letra “Y” o LUMA, mientras que a los dos componentes resultado de la matemática les llamaremos CROMA.

Didácticamente podremos entender a las ecuaciones de la siguiente manera:

LUMA = Y = 29.9% Rojo + 11.4% Verde + 58,7% Azul
Componente 1
 (Y o I) = Rojo  –   Luma
Componente 2 (U  o Q) = Azul – Luma

En vídeo compuesto en color tiene 4 principios básicos.

  1. El croma lo modularemos en amplitud con el LUMA, AM
  2. Para evitar ruido AM modularemos el CROMA a una frecuencia mayor, SUB-PORTADORA (variará según si es PAL o NTSC).
  3. Para sumar los componentes del croma usaremos trigonometría de Senos + cosenos.  MODULACION DE CUADRATURA

 

fc= Frecuencia de la subportadora 4,43 MHz en PAL, de 3,58 MHz en NTSC,

Recuerden que la frecuencia de cada línea es de 15kHz, la subportadora es unas 233 veces más rápida, en oscilaciones por segundo. Les observaremos como unas pequeñas muescas en la señal de cada línea de TV.

Nota: Multiplicaremos U con Coseno y el valor V por Seno (integración de señal Coseno)

Esto nos da una bella formulita  para PAL y  NTSC.

Las señales de modulación son base SENO.

Lo que deseo mostrar con la animación anterior, es que al sumar las dos señales de CROMA, obtendremos una nueva señal tipo COSENO con un desplazamiento, o desfase, este desfase generalmente llamado como HUE.

Para dar a la TV una pista de como demodular o retirar el CROMA del LUMA tendremos que agregar a la cola de Sincronización horizontal una pequeña muestra de la  señal de subportadora como referencia o COLOR BURST.

Fuente de imagen maximintegrated.com

La modulación de AM de LUMA  y CROMA  tiene un gran defecto, perdemos calidad del los componentes croma. Dejando como opción separar el CROMA del LUMA manteniendo el mismo aspecto de la señal de vídeo compuesto,   llamado S-VIDEO. Esto solo aplica cuando conectamos la TV CRT a algo como por ejemplo una vídeo casetera  con un cable especial y un conector especial MINI DIN 5 o S-VIDEO.

En lugar de tener un conductor y una señal, tendremos dos señales separadas para LUMA y CROMA, el croma modulado en cuadratura. Solo faltará un condensador para sumar ambas señales y convertirles en vídeo compuesto sacrificando la mejora en el color!!

Como entenderán el S-VIDEO heredó del Compuesto la limitación más importante el  MODO ENTRELAZADO!!

Notas  aparte sobre …. LA IDENTIDAD DEL PÍXEL!!!

En este mundo moderno de psicología y estudios antropológicos, quien pensaría que el PÍXEL tendría una IDENTIDAD. Al parecer todo lo relatado, el PÍXEL ya no quiere ser una representación de Bytes , quiere ser algo más!!; algo SUBJETIVO!!,. Pero, para no llamar a un pos-doctor en psicología  explicaré  tres dilemas modernos de la “identidad del los  píxeles“:

  1. En el viejo mundo del MONITOR CRT  para ordenadores, no existen los píxeles verticales!! solo líneas horizontales.
  2. Es posible asimilar un PÍXEL como la REGIÓN MÍNIMA DE PANTALLA, de tal manera que todas las áreas que llamamos píxeles sean del mismo tamaño.
  3. Finalmente en las TV CRT al no existir píxeles, la resolución vertical depende directamente de la información que el CHIP GRÁFICO pueda construir como información de vídeo (durante los 52.6 micro segundos de tiempo de cada línea).

Lo que quiero recalcar es que: cuando el PIXEL es un espacio de memoria en RAM o en una MATRIZ LCD/LED/AMOLED, le podemos definir. Sin embargo, en el mundo ANÁLOGO  podemos dar muchas vueltas y no llegaremos a ningún a cuerdo.

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UN MOMENTO, Y ¿¿LAS MAQUINAS ÁRCADE!!!?

Las máquinas árcade usan RGB-HV

Todo cuanto he descrito es la TV CRT, ese aparato que colocamos y nos atonta, pero las maquinas arcade implican unas consideraciones especiales.

Una maquina árcade es como una forma de reducir costos es reducir materiales. La  TV CRT fue producida en cantidades industriales, pero  podremos reducir el COSTO retiraremos toda esa parafernalia de codificadores de vídeo compuesto, solo dejamos el tubo y los elementos que lo controlan. El monitor árcade lo encontraran similar a un monitor CRT de ordenadores,  sin embargo los niveles de señales en tensión son diferentes requiriendo una adaptación o circuito electrónico.

A esta forma de controlar el vídeo el  RGB HV es decir que son 5 señales separadas o componentes  enviamos directamente al CRT  desde los circuitos de la maquinita de entretenimiento.

Rojo, Verde, Azul, Sincronización vertical y Sincronización Horizontal

Con señal RGBHV podemos arbitrariamente resolver la resolución como bien quiera no se 1080p, ¿o no?; pues claro que NO, porque como siempre tendremos las mismas limitaciones  tecnológicas que las vídeo consolas del hogar de la época lo más sencillo es utilizar esos 240p alegóricos, señales muy cercanos al  ejemplo del  VGA 320×200.

Para facilitar el intercambio de las placas árcades, los japoneses propiciaron un estándar llamado JAMMA fuente de la imagen Retro Otaku

 

MAME 240p ejercicio de númeritos y hoja de cálculo:

Sin pretender llegar muy lejos, tomando un listado clásicos de juegos “emulables” MAME revisé un poco el tema con una muestra con 8434 juegos.

El año 1981 listado el primer  par de juegos en 320×240.

Sólo  el 5.82% son juegos a 320×240, ocupando el 5° puesto

RESOLUCIÓN %
320×224 9,14%
256×224 8,35%
224×256 7,30%
640×480 6,43%
320×240 5,82%
384×224 5,51%

Líneas horizontales de 240p, sólo el 19.16% ocupando el  2° puesto.

H-Líneas % # títulos
224 31,14% 2626
240 19,16% 1616
256 15,07% 1271
480 7,71% 650
288 5,58% 471
384 3,79% 320
320 3,01% 254

 

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MORALEJA….LIMITACIONES Y FUTURAS DIVAGACIONES

Debemos separar el mito de la realidad,

PRIMERO.  Lo que esta al interior del CHIP GRAFICO. Una opciones componer la imagen como un rompecabezas de varias capas.  La segunda opción es un raster, frontbuffer. Ambas opciones no son señales ni progresivas ni entrelazadas.

SEGUNDO. Lo mejor es distinguir a su posterior transmisión en señal de vídeo compuesto:  la imagen debe ser entrelazada y a 480i/520i; para ser entendida por cualquier TV CRT.

Ahora bien existen otros elementos que no alcancé a cubrir al no encontrar documentación de primera mano de los cuales destaco:

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