Il segnale video
Dall'immagine al segnale elettrico
Un segnale video è un segnale elettrico usato per rappresentare una immagine video, ovvero una immagine bidimensionale in movimento.
Dato che una immagine ha due dimensioni mentre un segnale elettrico ne ha una sola, è necessario un "trucco" per passare dall'immagine al segnale elettrico e viceversa.
Il trucco consiste nell'esplorare l'immagine con una linea continua a "zig-zag" e misurare la luminosità in ciascun punto di questa linea.
Questo processo si chiama scansione dell'immagine.
Per una convenzione che nasce dai primordi della televisione, la scansione avviene da sinistra a destra e dall'alto verso il basso.
Per riprodurre l'immagine basta riprodurre la luminosità dei punti della linea a zig zag in modo proporzionale al segnale elettrico.
Se le linee di scansione sono abbastanza vicine una all'altra, l'occhio non riesce a distinguere lo spazio tra una riga e l'altra e percepisce una immagine unica.
Anche il tempo impiegato a scandire una immagine deve essere breve, per fare in nodo che l'occhio non percepisca il movimento del punto luminoso ma veda una immagine stabile.
Il fastidioso effetto visivo dovuto alla percezione del movimento del punto luminoso sull'immagine è detto flicker, o sfarfallio.
Per diminuire questo effetto senza diradare troppo le linee, si usa percorre l'immagine in due passate, intrecciando le linee della scansione una con l'altra.
Questo modo di procedere nella scansione si chiama interlaccio.
Le due immagini distinte che si ottengono nelle due scansioni si chiamano semiquadri, o campi (dall'inglese fields).
L'immagine ottenuta dalla sovrapposizione dei due semiquadri si chiama quadro o fotogramma (in inglese frame).
Per avere linee parallele ed equidistanti, il punto luminoso viene acceso solo durante i percorsi da sinistra a destra, mentre viene spento nel percorso da destra a sinistra.
Altrettanto viene nel percorso dal basso in alto.
I percorsi di ritorno si chiamano ritracce, rispettivamente orizzontale e verticale, e il periodo di spegnimento si chiama blanking.
Un po' di numeri
Nello standard televisivo PAL la scansione avviene in 625 linee interlacciate, 312,5 per ogni semiquadro.
Ogni linea dura complessivamente 64 microsecondi, di cui 52 sono dedicati alla traccia e 12 allo spegnimento.
Così 312,5 x 64 = 20000 microsecondi, ovvero 20 millisecondi o 0.02 secondi, è la durata di un semiquadro.
Dato che 1/0.02 = 50, la frequenza di quadro è di 50 Hz, proprio come la frequenza di rete.
Dato che i vecchi cinescopi hanno deflessione magnetica, questo rende quasi invisibili i disturbi indotti nell'immagine per effetto del flusso disperso dei trasformatori.
Questi numeri nascono da considerazioni tecnologiche fatte negli anni '40 e rappresentano lo stato dell'arte della elettronica di quei tempi.
La frequenza orizzontale di 15625 Hz era il massimo che si potesse ottenere con costi ragionevoli dai circuiti di deflessione di quel tempo.
Oggi sarebbe possibile avere prestazioni ben più elevate, ma questi numeri sono rimasti invariati per mezzo secolo per il rispetto degli standard. Grazie alle trasmissioni digitali la dominanza degli standard della TV analogica sta scomparendo, ma i numeri derivanti dagli antichi standard rimarranno probabilmente vivi ancora per molti anni, magari nascosti da altri numeri, per la necessità di mantenere la compatibilità e la portabilità di tutto quanto è stato prodotto fino ad ora.
Dal segnale in bianco e nero al segnale a colori
Nella prima parte della nostra esposizione abbiamo visto come sia possibile ottenere un segnale elettrico che rappresenta una immagine e viceversa.
Con il metodo proposto però si può riprodurre solo la luminosità della immagine originale, e quello che si ottiene è un video in bianco e nero; è possibile distinguere le forme degli oggetti ma non il loro colore.
Il colore di una superficie dipende dalla distribuzione delle lunghezze d'onda della luce riflessa, un concetto abbastanza complicato e quasi impossibile da riprodurre tecnicamente, se non avessimo a disposizione un altro “trucco”.
Durante gli studi sul colore, infatti, si è osservato che la percezione di qualsiasi colore può essere riprodotta usando solo tre sorgenti luminose di colore diverso, rispettivamente rossa, verde e blu, la cui intensità sia opportunamente regolata.
Per ottenere una immagine a colori, quindi, basta semplicemente registrare, per ogni punto della nostra scansione, non solo la luminosità, ma la intensità delle tre componenti del colore. Riproducendo in ogni punto la stessa combinazione dei tre colori si otterrà la percezione dello stesso colore che si aveva in origine.
Il problema che rimane è che mentre per una immagine in bianco e nero bastava un solo segnale, per una immagine a colori ne servirebbero tre. Questo non è grave se si deve trasferire il video per pochi metri, basta usare tre cavi, ma quando si deve trasmettere un segnale televisivo nessuno può pensare seriamente di usare tre canali televisivi separati!
A questo punto si può ricorrere ad un ulteriore trucco, basato ancora una volta sulle caratteristiche psicopercettive del nostro occhio. Si può osservare infatti che se siamo sensibili a piccoli dettagli, come i caratteri neri su una pagine bianca, non riusiamo a distinguere con altrettanta precisione le piccole variazioni di colore di questi dettagli.
Ecco che, se troviamo il modo di aggiungere al segnale in bianco e nero le informazioni sul colore, possiamo usare dei canali a banda limitata per trasmettere l'informazione sul colore, e, su questi canali, possiamo anche sopportare un livello di disturbi maggiore, proprio per la minore sensibilità dell'occhio.
Possiamo inoltre notare che il segnale di luminosità che trasmettiamo in bianco e nero, in realtà è la somma dei tre segnali rosso, verde e blu.
Da qui nasce l'idea che sta alla base dei segnali televisivi a colori: trasmettere la somma R+G+B, che chiameremo Y come segnale principale, e poi ricavare due segnali ausiliari, R-Y e B-Y da trasmettere modulando una sottoportante, con potenza e banda limitate.
Dal lato ricevente sarà possibile ricavare i tre segnali R,G e B originali (a meno delle limitazioni di banda e rapporto segnale/rumore) mediante una ricombinazione dei segnali trasmessi.
