PALETA DE LA NES/FAMICOM PARTE 4: VÍDEO COMPUESTO LA TÉCNICA BÁSICA DE DEMODULACIÓN

En esta corta entrada quisiera dedicar algunas cortas lineas retomar después de una larga temporada algunos temas de color en la NES/FAMICON, de paso exponer algunas ideas interesantes sobre vídeo análogo o TV CRT  relacionados con el VÍDEO COMPUESTO abordando  temas un tanto más avanzados.

MDO3000-Oscilloscope-Datasheet
https://www.tek.com

Advertencia, antes continuar con la lectura les invito a visitar las entradas anteriores, por cuanto lo que quiero exponer contiene información técnica   avanzada, en especial la entrada Mini-Trato de TV COLOR.  Igualmente, les recuerdo que todo esto trata de “matemáticas“, pero espero sea fácil de entender a quienes ya han dado un saltado a temas más subjetivos y superficiales. No se preocupen, haré mi mejor esfuerzo para que cualquiera que abordé estos temas los encuentre amigables,   pero no los exime de investigar ustedes mismos si desean entrar en mayores detalles.

RALPH H. BAER Y EL ..VIDEO + juego

Con el fin de superar el “misticismo” les invito a reflexionar sobre lo ignorado que es el tema del “vídeo” dentro de universo vídeo jueguil,  solo es un poco menos complejo que la ingeniería del hardware de la CPU e incluso la CPU.

La complejidad del estudio del “vídeo”  lo encontrarán a años luz a la tarea de alquilar una cinta (filme) en servicios de streaming y luego buscar una referencia de autor apelando la maquina cinemática, de paso usando escuetas y mal intencionadas referencias pseudo-técnicas.

ralph_baer

 Ralph H. Baer  inventó todo esto  de la vídeo-consola en su tiempo libre, mientras trabajaba empresa Magnavox, en su antigua fabrica de Televisiones CRT, lo consiguió inyectando señales en la TV mediante condensadores, transistores, resistencias, bobinas, etc. sin hacer uso de procesadores.

RESUMEN DE LA SERIE PALETA DE LA NES/FAMICOM

  • Prologo o “RGB resumen” pretende exponer la señal de RGB
  • En la Primera parte describí los dilemas de la paleta  del FAMICON/NES.
  • Segunda parte abordaré unas explicaciones sobre la modulación de cuadratura y su relación con la paleta
  • Tercera parte abordaré los temas de transistores JFET, el DAC  y  la Señal de modulación de la patente.
  • En TV CRT, 240p, Video compuesto, S-Video, una larga entrada para exponer mayores detalles en los principios de la TV CRT y el vídeo primitivo en vídeo consolas.
  • En esta Cuarta parte, es una introducción en español en temas de vídeo compuesto y su detección.
  • La Quinta parteserá una larga entrada en la búsqueda de la PALETA IDEAL, mediante: ecuaciones y  vectores de color en espacio YIQ/NTSC.

 PROLOGO –  LA OTRA TV COLOR:  MEXICANA Y  LA MECÁNICA

La TV CRT es algo casi del pasado remoto,  aun a pesar que no han pasado más de 15 años de su retiro. La vieja TV CRT COLOR disfrutó de una vida de un tanto más que 40 años, y debe su nacimiento estudios de la empresa RCA, además otros investigadores, pero no fueron los únicos!.

Para inicios de la década de los 1950 se habían formalizado muchos de los principios que pretendo exponer.  Pero, la TV COLOR que conocemos compartió su tiempo con  dos alternativas: TV de Guillermo Gonzales y la TV Mecanica.

Aun cuando pareciera descabellado el ingeniero Guillermo González Camarena de  nacionalidad mexicana   propuso sistema RGB mediante la transmisión de 3 campos de color. Por motivos políticos su sistema sucumbió ante el naciente NTSC de RCA,  su  legado en la historia mexicana no tiene par.

http://www.mipatente.com

En el otro extremo tenemos la TV MECANICA. En lugar de usar un tubo de 3 cañones  usaron  el cañón clásico de señal blanco y negro, o información de LUMA.  El extraño aparato es una pequeña TV   a la cual se acopla un disco de colores, de tal manera que al ocupa un campo de vídeo completo y se asimilaba como la “experiencia” de una TV A COLOR.

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

Estas  tan particulares soluciones no son distintas a esta locura de generación de color de la NES/FAMICON, convirtiendo este tema en un CÓDIGO ENIGMA personal, a largas horas de verificación en varios de estos viejos  y olvidados temas.

Visitar:

PROPIEDADES DEL COLOR EN VÍDEO COMPUESTO

Antes de iniciar con e la demodulación de color de color en vídeo compuesto me gustaría mostrar alguna de sus propiedades, que son muy importantes para retomar las elucubraciones sobre la paleta del NES/FAMICON.

FRAME

El IRE, estandariza la altura de la señal de vídeo compuesto sin necesidad de hacer referencia a valores de tensión (voltaje),   su valor máximo es de 100 IRE o el Blanco más Blanco y el cero (0) bueno sera el negro (solamente).  El valor negativo máximo corresponde a -40 IRE usado para los flancos de señal de sincronización. Todo esto suma un total de 140 IRE.

IRE son las siglas de Institute of Radio Engineers, o Intistuto de Ingeniero de Radio. En 1963 se incorporo a la IEEE o Institute of Electrical and Electronics Engineers

En NTSC la altura del pico estándar máxima  0.714 Voltio y mínima -0.286 Voltio es decir de altura de 1 Voltio

Fuente de la imagen: Wikipedia.

Matiz o HUE, o El desplazamiento de la señal deunda sinusoidal o la modulación de cuadratura  QAM, no debería confundirse con el HUE con el  termino en otros espacios/transformaciones color.

SATURACION es la altura de la señal QAM, la altura de las pequeñas crestas al alterar modificar saturación de color mostrada en pantalla.

Fuente de imagen maximintegrated.com

LUMA, o  29.9% Rojo + 11.4% Verde + 58,7% Azul ;por tanto un ponderación de colores es una propiedad de la señal de vídeo compuesto, dado que se relaciona con el BRILLO y el CONTRASTE.

COLOR COMO VECTOR, Una vez definidos CROMA y su angulo es posible construir el color como un VECTOR, es decir una flecha con magnitud y dirección. En otras palabras partiendo de componentes de color. Cuando enmarcados la idea dentro de un circulo de colores, podremos saber el color al cual se acerca una señal o CROMA especifico.

La magnitud de vector de señal de croma se puede resolver mediante  el uso de Pitagoras de los componentes. El desplazamiento de fase puede calcularse como el arco tangente de la Q/I  o en PAL de   U/V

Chroma decoder  The main function of chroma decoder is to recover U and V colour difference signals which are combined wi...

La magnitud nos dice que tan saturado es el color y el angulo que tan matizado lo veremos. Este tema quisiera retomarlo en la próxima entrada, espero comprendan al continuar con la lectura.

Fuente de la imagen https://antiqueradio.org/

Visitar:

RECONSTRUCCION DE LOS PRINCIPIOS DE DEMODULACIÓN DE VÍDEO COMPUESTO

Recordemos,  todo esto trata del estudio de la paleta del NES/FAMICON, no es una cátedra de demodulación de la  AÉREA o de las ondas electromagnéticas.

En la parte 2, abordé superficialmente la demodulación y la detección, en especial  el “detector de fase FM PPL” para demoldular la señal en cuadratura, porque confieso fue el primero que logre ubicar. Sin embargo, debemos recavar tan profundamente como nos sea posible con el propósito  de continuar con el  estudio de la paleta de la NES/FAMICON y por supuesto el estudio del “VIDEO Juego”.   Retomaremos estos temas con el objetivo de mostrar algunos principios técnicos importantes.

A grandes rasgos las soluciones que mostraré son para tipos de  TV CRT bastante antiguo, no es una TV de finales 90s, pero tal vez si es suficiente didáctico resolver la primera parte del proceso de la señal de vídeo compuesto en una TV CRT.

En la parte inferior observaran un es quema básico de un receptor de TV CRT, con el que vamos a jugar en este apartado, que es el mismo de la parte 2.

Demodulación  B-Y R-Y de señal de TV Fuente http://www.ntsc-tv.com/

El esquema tiene como propósito trabajar con la señal de vídeo compuesto, que es una señal que unifica la sincronización horizontal, vertical, la señal de intensidad (luma o Y) y la señal de color en QAM.

Figure 5. NTSC composite video waveform.

Repasemos el tema,   la modulación de cuadratura (QAM) es un forma de modulación AM en la que se suman  señales en fases diferentes de  90 grados, funciones de una onda subportadora  (COSENO y SENO) se multiplican con los componentes croma,  modulados o sumados al LUMA.

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

La forma de la señal de vídeo  de las lineas activas se resuelve mediante la siguiente ecuación onda:

Es el resultado de un modulador de cuadratura, se observa a continuación. Un momento, esperen, a este sistema se le conoce como “sincrónica” o “sincrona”.

nes famicon subportadora y crominancia

Iniciamos con la de-modulación. La primera parte  es rescatar el LUMA o Y no es un gran lió, con un buen  filtro con un corte menor a los 15kHz, igualmente se puede usar un filtro más selectivo.

El LUMA no fue lió, sin embargo el croma debe continuar el proceso a través de una gran cantidad de dispositivos electrónicos,  es decir toda la electrónica hace que la señal  de color quede rezagada, como consecuencia debemos dar al LUMA el mismo retraso (DELAY). No se preocupen no a llega ser  INPUTLAG. La linea de retardo o DELAY es un bobinado lo suficientemente “largo” para generar  unos pocos micro segundos en la propagación de la onda de señal de LUMA.

Illustration: Replace center conductor with metal rod. Wind 2,816             turns of # 36 enameled wire over coax.
Ejemplo de bobinado retraso (DELAY) para luma. http://www.hawestv.com

Visitar: http://www.hawestv.com/mtv_color/delayline.htm

Lo siguiente será restaurar la señal de Subportadora, un poco estropeada después de su viaje por la ionosfera-atmósfera; mediante el ColorBurst o la cola de señal en el sincronismo horizontal para sincronizar  un oscilador a la frecuencia de nuestra subportadora.

COLORBURST cola de señal de sicronización vertical antes de cada campo de video.Fuente de la imagen Wikipedia.

Tomemos el caso del NTSC, si queremos  retirar los componentes I y Q. L, inyectaremos (multiplicar) la subortadora una tal como la generamos y otra  la trasladamos 90°

Recuerden que Cos Θ = Seno ( Θ+90°) y Coseno  Θ =  Seno ( Θ-90°) 

Prinzip QAM demodulation.svg
Fuente de la iamgen Wikipedia. Demodulador de CROMA

El objetivo del filtro TP (pasa bajos) es atenuar todas las señales que tienen frecuencias superiores a subportadora, o ruido no información de CROMA.

Un vez separadas debemos hacer unos pequeños trucos matemáticos. tendremos 3 señales, repasando un poco:

I =  R-Y = Rojo –   Luma  (Mezcla de color próxima al ROJO)
Q = B-Y = Azul  – Luma   (Mezcla de color próxima al AZUL)

Con  la señal de Verde usaremos un divisor de tensión y amplificador inversor (es decir un menos uno -1):

G-Y  =  Verde – Luma = 0.51%(R-Y) – 0.19%(B-Y)        (Mezcla de color próxima al Verde)

Este truco se denomina “señales de diferencia de color” y también se llama demodulación “B-Y R-Y”.

Posted Image
Fuente de la imagen FOROS

Las señales son inyectadas directamente en el tubo de tal manera que este se encarga del resto de la matemática; LUMA o Y ingresa al tubo  e ingresa B-Y por tanto  = +Y + B – Y = B, de la misma forma con el resto de los componentes.

NES FAMICON TUBO MEZCLADOR

Es posible hacer uso de otro tipo de modulación que observan en la imagen inferior.  Las señales I y Q se manipulan de tal manera que puedan ser ingresadas a un circuito que implementa la matemática de codificación  I-Q + MATRIX o las ecuaciones de codificación de la señal. La salida son valores RGB para ser inyectados al cañón.

Fuente de la imagen antiqueradio.org

NO hemos resuelto todo el tema, solo tenemos cajas que dicen “demodulador” y por ahora no sabemos de que trata todo esto y como se “demodula” la señal, deberemos continuar profundizando en estos estudios.

Visitar:

MUY BREVE INTRODUCCIÓN A LA DETECCIÓN DEL VÍDEO COMPUESTO – TIEMPOS Y MOVIMIENTOS

Esto del vídeo compuesto se asemeja cada vez más a un reloj suizo cuyos engranajes se encuentran perfectamente alineados. Así que repasemos unos datos interesantes antes de iniciar con esta parte de la entrada:

  • El colorburst tiene una duración de 9 a 12 ciclos, sube y baja nueve veces. Se referencia en fase de 180°.

Recuerden que frecuencia = 1/ Periodo =1/T

  • El tiempo que toma cada linea activa de vídeo, las que producen imagen, es de 52 μS (micros segundos) en NTSC/PAL.
  • La frecuencia de modulación de color SUBPORTADORA es de 4,43 MHz en PAL ,  315/88 MHz=3,58 MHz de en NTSC.

Si evaluamos cada ciclo de subportadora:

  • La subportadora en NTSC tiene un periodo (f=1/T) de 0.27μ-seg y  PAL de 0.21μ-seg.

 

A partir de ahora me tomaré un gran atrevimiento y llamaré al tiempo entre cada linea de color, VENTANA DE COLOR, para facilitar algunas explicacionesLa primera va 0° (0 rad) hasta  90° (π)  y  la segunda de  90° (π/2)   hasta  360° (2π), es una señal tipo seno (+180°).

Función Trigonométrica R100.svg

Dividiremos el tiempo de cada linea activa contra el periodo o tiempo de cada: oscilación completa (0 a 2π) y lo compararemos contra la resolución vertical, pero OJO no es la TLV es la resolución a partir de la relación de aspecto 4:3:

  • En NTSC 52μ/0.27μ= 186.16 versus  NTSC v=480*3/4=360.
  • Mientras que en PAL tenemos  52μ/0.21=230.36  versus PAL v=52*3/4=390.

Nota. LA TV CRT no tiene resolución vertical, las lineas horizontales son la base del recorrido del haz de electrones, pero hubiera podido definirse de otra manera sin embargo es lo que tenemos.

Ahora calculemos el tiempo de cada ventana partiendo de la idea que es la mitad del periodo o media onda (0 a π):

  • NTSC 0.27μ/2 = 0.14 μ segundos
  • PAL 0.21μ/2=0.128μ segundos.

Solo nos faltaría saber cuantas ventanas tenemos en la linea activa de 52μ-Segundos, al comprara el primer calculo:

  • NTSC 186.16 *2=372,32 faltaría dividir contra las  lineas imaginarias verticales 372.32/360=1.03
  • PAL  230.36 *2/390=1.181

Según estos trucos e tiempo estas ventanas 1 y 2 son dos lineas verticales contiguas tiene variaciones  del +3% en NTSC y del +18% en PAL, que no nos dice mucho por ahora pero que nos confirman que eso de la “ventana de color” es una interesante alegoría.

Pero, el truco  tambien puede hacerse con el ancho de toda la linea  de vídeo compuesto (incluye las sincronizaciones). La señal completa tiene una duración de 63.5μ obtendremos NTSC 227.3 y en PAL 300 ciclos por linea. Que según indica el Sr. Savage, que espero  visiten sus excelentes artículos: Los filtros de TV moderna bloquean las señales que son menores a estos ciclos, generando pequeños artefactos en la imágenes, como es el caso en la maquinas como la ATARI 2600.

Esto me lleva a la primera conclusión, que algo anda mal con las ecuaciones que usaba como referencia. Por tanto deberé verificadas usando una nueva referencia como puede serl NTSC SIGNAL SPECIFICATIONS:

NES PALETA NTSC ECUACIONES

Quiero anotar que en PAL la diferencia o desfase es de 0° pero en NTSC se suman +33°. De paso, nos lleva a esto de los famosos +33° del NTSC.  Primero, este pequeño adelanto de la función SENO facilita al decodificar detectar la señal  al mover la “joroba”  del seno  de 0 grados a 1/3 a la izquierda de la “ventana  de color”. Los segundo, tambien tiene relación rotación de color  de vector de croma que solo podre abordar entradas adelante.

nes famicon paleta de color base de modulacion
Fuente del imagen: Hutson-ColourTelevisionTheory

La razón por la que es tan interesante la alegoría de la ventana de color es muy simple, les invito a pensar en la este truco como la codificación/codificación  de PUNTOS DE COLOR .  No llevaría a intuir que las variaciones de color en la TV CRT en vídeo compuesto tiene unos porcentajes bastante interesantes. Resaltando la importancia de emitir una referencia de la soportadora o el COLORBURST aunque no disminuye la gran cantidad de “artefactos” que podremos observar en pantalla.

http://www.chrismcovell.com/gotRGB/screenshots.html

Como dato curioso la codificación del tipo QAM se mantiene para la DTTV (Digital terrestrial television), relacionado con la números binarios, es decir otro universo pero esta introducción  puede servirnos a todos.

Mi segunda conclusión es: Lo importantes es comprender que no existen  miles de ondas de croma sobre la señal de luma, con un osciloscopio de suficiente resolución podríamos contar cada una de las crestas de onda.

Frente de la imagen: http://www.bom.gov.au

Toda la idea del articulo era llegar a este punto y  revisar otro detector de fase mucho más primitivo que el PPL,  el puente rectificador usado en la TV CRT color primitiva.

La señales de CROMA es la suma de dos ondas sinusoidales desfasadas (phase shift), que tiene como resultado una nueva onda con desfasada.

La siguiente imagen muestro un rectificado de onda con dos diodos, la idea es que el diodo solo deja pasar las polaridades positivas de la toma por cada pase, ¿Qué pasaría si usáramos 2 de estos rectificadores en uno pones la señal de subportadora y en el segundo la entrada de la señal?.

ttps://jeechemistry.files.wordpress.com

El detector final, que se observa en la parte inferior y lo quiero resumir en una sola idea: los rectificadores producen voltajes de salida de igual magnitud y polaridad inversa de acuerdo al nivel de desfase entre ambas señales la tensión de salida es menor o mayor.

PALETA NES FAMICON NTSC DETECCION DE FASE
Fuente de la imagen: Sistemas de. Comunicaciones Electrónicas. Cuarta edición. Wayne Tomasi
PALETA NES FAMICON DUPLICADOR CON RECTIFICADOR DETECTOR DE FASE
Fuente del imagen: Hutson-ColourTelevisionTheory

En Vídeo Compuesto este esquema no tiene mucho sentido dado que cada punto de color es solo 1/2 de la onda de señal y no resuelve la señal de voltaje del rectificador de media onda, se debe aumentar la frecuencia por ejemplo a 2 veces (duplicar) para que tengamos una mejora en la detección de la señal o es decir determinar el desfase de croma en QAM contra la subportadora rescatada del colorburst.

NES PALETA DETECTOR DE FASE DEMODULADOR
Fuente del imagen: Hutson-ColourTelevisionTheory

Finalizando la entrada, debo aclarar de la existencia de un sin fin de opciones para resolver la detección de la detección de fase, por consiguiente todo cuanto estudie en adelante en la paleta estará  relacionado en el estudio de “la fase” de los colores de la paleta NES/FAMICON, ademas de … análisis de fourier,  los vectores de color y algunas revisiones de la patente de la PPU.

PROXIMAS PARTES ….

Debo cerrar esta entrada, superado las 3200 palabras, pero la siguiente esta al caer, temas como vectores de color y su relación con la PALETA, lo siento no quedó espacio en esta corta  entrada.

Es posible comparta algunos archivos en hoja de calculo, demás algunos scripts en Scilab, lo que requiera para continuar con estas entradas.

Scilab cargar paleta..pequeño adelanteo
[fd, err] = mopen('C:\temp\nespal.pal')
 x = mgeti(196,'uc',fd)
mclose(fd)

 

 

 

 

 

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