Señales de Audio y Video.

Señal de audio


Una señal de audio es una señal analógica eléctricamente exacta a una señal sonora; normalmente está acotada al rango de frecuencia audible por los seres humanos que está entre los 20 y los 20.000 HZ, aproximadamente (el equivalente, casi exacto a 10 octavas).
Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (ondas analógicas).
Un sólo micrófono puede captar adecuadamente todo el rango audible de frecuencias, en cambio para reproducir fidedignamente ese mismo rango de frecuencias suelen requerirse dos altavoces (de agudos y graves) o más.
Una señal de audio se puede caracterizar, someramente, por su dinámica (valor pico,rango dinámico, potencia, relación señal-ruido) o por su composición espectral (ancho de banda, frecuencia fundamental,armónicos, distorsión armónica, etc.).

Así, por ejemplo, una señal que represente voz humana (señal vocal) no suele tener información relevante más allá de los 10 khz, y de hecho en telefonía fija se toman sólo los primeros 3.8 kHz. Con 2 kHz basta para que la voz sea comprensible, pero no para reconocer al hablante.

Audio digital

El audio digital es la codificación digital de una señal eléctrica que representa una onda sonora. Consiste en una secuencia de valores enteros y se obtienen de dos procesos: el muestreo y la cuantificación digital de la señal eléctrica.

Muestreo digital de una señal de audio.

El muestreo consiste en fijar la amplitud de la señal eléctrica a intervalos regulares de tiempo. Para cubrir el espectro audible (20 a 20000 Hz) suele bastar con tasas de muestreo de algo más de 40000 Hz (el estándar CD-Audio emplea una tasa un 10% mayor con objeto de contemplar el uso de filtros no ideales), con 32000 muestras por segundo se tendría un ancho de banda similar al de la radio FM o una cinta de casete, es decir, permite registrar componentes de hasta 15 kHz, aproximadamente. Para reproducir un determinado intervalo de frecuencias se necesita una tasa de muestreo de poco más del doble (Teorema de muestreo de Nyquist-shannon). Por ejemplo en los CDs, que reproducen hasta 20 kHz, emplean una tasa de muestreo de 44,1 kHz (frecuencia Nyquist de 22,05 kHz).

La cuantificación consiste en convertir el nivel de las muestra fijadas en el proceso de muestreo, normalmente, un nivel de tensión, en un valor entero de rango finito y predeterminado. Por ejemplo, utilizando cuantificación lineal, una codificación lineal de 8 bits discriminará entre 256 niveles de señal equidistantes (2⁸). También se pueden hacer cuantificaciones no lineales, como es el caso de cuantificadores logarítmicos como la Ley Mu o la Ley A, que, a modo de ejemplo, aún usando 8 bits funcionan perceptualmente como 10 bits lineales para señales de baja amplitud en promedio, como la voz humana por ejemplo.

El formato más usado de audio digital PCM lineal es el del CD de audio: 44,1 kHz de tasa de muestreo y cuantificación lineal de 16 bits (que mide 65536 niveles de señal diferentes) y que, en la práctica, permite registrar señales analógicas con componentes hasta los 20 kHz y con relaciones señal a ruido de más de 90 dB.

Linea de Audio

En el campo del audio, una línea es un camino de ida y vuelta (circuito) que transporta la señal de audio desde un punto de origen (equipo, dispositivo) a otro de llegada.

Una línea indistintamente, sirve para enviar la señal o recibirla, dependiendo de lo que haya conectado al principio y al final de la misma. La línea siempre lleva la señal desde la salida (Out) de un equipo a la entrada de otro (In). Hay que tener en cuenta que si se conecta entrada con entrada o salida con salida la línea no transporta señal alguna.

Al definir la línea como camino de ida y vuelta, queda establecido que la línea siempre está constituida por dos conductores, en los que la señal que parte de A, llega a B y termina su recorrido (cierra el circuito) nuevamente en A.

No hay que confundir línea con cable. La línea sigue una ruta a través de cables, patch, o conectores, etc. El cable forma parte de la línea, la línea no es el cable en sí:

• En las líneas no balanceadas, dentro del cable hay un conductor que transporta la señal de ida (conductor vivo o caliente), mientras que el cierre del circuito (conductor de retorno o frío) se hace por la malla que recubre al anterior. Un caso típico de línea desbalanceada es la formada por un par coaxial.
• En las líneas balanceadas, dentro del cable hay dos conductores idénticos, uno para la ida y otro para el retorno. Casos típicos de líneas balanceadas son las constituidas mediante par simétrico o par trenzado

Tampoco hay que confundir línea de audio con canal de audio.

Además del concepto retorno de la señal o más exactamente cierre del circuito que antes se ha definido, hay ciertas líneas especiales que reciben el nombre de retorno, pero ambas cosas aunque son conceptos próximos, no son sinónimos.

El retorno es una línea propiamente dicha a través de la cual el equipo devuelve, hacia el punto de origen, la señal tras ser procesada.
Por ejemplo... este concepto se usa mucho en radio, donde el locutor escucha lo que sale de la propia mesa (lo que sale al aire tal como sale) a través de los cascos.

Nivel de linea

Nivel de línea es un término usado para denotar el nivel de una señal de audio utilizada para transmitir las señales analógicas entre los diversos equipos de audio, tales como reproductores de CD y DVD, televisiones, amplificadores de audio, mesas de mezclas e incluso los reproductores de MP3.

En contraste con el nivel de línea, también existen señales de audio más débiles, como en el caso de los micrófonos y pastillas de instrumentos, y señales más fuertes, como las usadas en los auriculares y altavoces. La fuerza de señales no se correlaciona necesariamente con el voltaje de la salida del dispositivo; también depende de la impedancia de salida de la fuente, o la cantidad de corriente disponible para mover la carga.

Señal de video

El término video (en América) o vídeo (en España) define a la señal de imagen de televisión. Etimologicamente la palabra video proviene del verbo latino videre, y significa "yo veo". Video en algunos países identifica también a una grabación de imágenes y sonido en cinta magnética o en disco de láser (DVD), aunque con la aparición de estos últimos dicho término se identifica generalmente con las grabaciones anteriores en cinta magnética, del tipo VHS.

La señal de video está formada por un número de líneas agrupadas en varios cuadros y estos a la vez divididos en dos campos portan la información de luz y color de la imagen. El número de líneas, de cuadros y la forma de portar la información del color depende del estándar de televisión concreto. La amplitud de la señal de video es de 1Vpp estando la parte de las señal que porta la información de la imagen por encima de 0V y las de singronismos por debajo el nivel de 0V. La parte positiva puede llegar hasta 0,7V para el nivel de blanco, correspondiendo a 0V el negro y los sincronismos son pulsos que llegan hasta -0,3V.

Partes de la señal de vídeo analógica

La señal de vídeo consta de lo que se llama luminancia, crominancia y de los sincronismos. La amplitud se sitúa entre los -0,3 V del nivel inferior del sincronismo hasta los 0,7 V que corresponde al blanco. La señal propia es la referida a la luminancia con los sincronismos, a la que se le añade la señal de crominancia, con su sincronía propia, la salva de color, de tal forma que la crominancia monta encima de la luminancia.

El ancho de banda de la señal de luminancia suele ser del orden de 5 MHz, pero depende del sistema empleado. La crominancia es una señal modulada en cuadratura (es decir en amplitud y en fase). A la portadora se la denomina «subportadora de color» y es una frecuencia próxima a la parte alta de la banda, en PAL es de 4,43 MHz; evidentemente, esta frecuencia tiene relación con el resto de frecuencias fundamentales de la señal de vídeo que están referenciadas a la frecuencia de campo que toma como base, por cuestiones históricas, la frecuencia de la red de suministro eléctrico, 50 Hz en Europa y 60 Hz en muchas partes de América.

Información de la imagen

La imagen esta formada por luz y color; la luz define la imagen en blanco y negro (es la información que se utiliza en sistemas de blanco y negro) y a esta parte de la señal de vídeo se la llama luminancia.

Existen estándares diferentes para la codificación del color, NTSC(utilizado en casi toda América, dependencias estadounidenses, Corea, Japón y Myanmar), SECAN(Francia, sus dependencias y ex colonias; mayoría de Rusia) y PAL(resto de Europa; Argentina, Brasil, Groenlandia y Uruguay en América; mayoría de África, Asia y Oceanía).

sincronismo

En lo referente a los sincronismos se distinguen tres clases, de línea u horizontales, de campo o verticales y los referentes al color.

Los sincronismos de línea indican donde comienza y acaba cada línea de las que se compone la imagen de video; se dividen en, pórtico anterior, pórtico posterior y pulso de sincronismo.

Los sincronismos verticales son los que nos indican el comiezo y el final de cada campo. Están compuestos por los pulsos de igualación anterior, pulsos de sincronismo, pulsos de igualación posterior y líneas de guarda (donde en la actualidad se inserta el teletexto y otros servicios).

La frecuecia de los pulsos de sincronismo depende del sistema de televisión: en América (con excepción de Argentina y Uruguay que siguen la norma europea) se usa frecuencia de línea (número de líneas) de 512 líneas por campo y 60 campos por segundo mientras que el Europa se utiliza 625 líneas por campo (una frecuencia de 15.625Hz) y 50 campos por segundo, (25 cuadros). Estas cifras se derivan de la frecuencia de la red eléctrica en la que antiguamente se enganchaban los osciladores de los receptores.

En lo referente al color, en todos los estándares se modula una portadora con la información del color. En NTSC y PAL lo que se hace es una modulación en amplitud, para la saturación, y en fase, para el tinte, lo que se llama modulación en cuadratura. El sistema PAL alterna la 180º en cada línea la fase de la portadora para compesar distorsiones de la transmisión. El sistema SECAM modula cada componente del color en las respectivas líneas.

El término vídeo se refiere comúnmente a varios formatos: los formatos de vídeo digital, incluyendo DVD, QuickTime, DVC y MPEG-4 y las cintas de vídeo analógico, incluyendo VHSy BETAMAX. El vídeo se puede grabar y transmitir en diversos medios físicos: en cinta magnética cuando las cámaras de vídeo registran como PAL, SECAM o NTSC señales analógicas, o cuando las cámaras graban en medios digitales como MPEG-4 o DVD (MPEG-2).

La calidad del vídeo depende esencialmente del método de captura y de almacenamiento utilizado. La televisión digital (DTV) es un formato relativamente reciente con mayor calidad que los primeros formatos de la televisión y se ha convertido en un estándar para la televisión. El vídeo 3D, vídeo digital en tres dimensiones, estrenado a finales del siglo XX. Para capturar secuencias de vídeo en 3D se utilizan normalmente seis u ocho cámaras con medición en tiempo real de la profundidad. El formato de vídeo 3D se fija en MPEG-4 Parte 16 Animation Framework eXtension (AFX).

En el Reino Unido, Australia, Países Bajos y Nueva Zelanda, el término vídeo se utiliza a menudo informalmente para referirse a las grabadoras de vídeo y a las cintas de vídeo más destacadas el sentido normalmente se desprende del contexto.

Formatos de video

Estándares de dispositivos de video

•  digitales:
  
  • ATSC (EE. UU., Canadá, México, etc.) 
  • DVB-T (Europa, Digital Video Broadcasting)
  • ISDB-T (Japón, Brasil, Chile, Perú, etc., Servicios Digitales Integrados de Broadcast)
•  analógicos:
  
  • MAC (Europa - Obsoleta)
  • MUSE (Japón-analog HDTV)
  • NTSC (EE. UU., Canadá, Japón, etc.)
  • PAL (Europa, Asia, Australia, etc.)
    
    • PALplus (extensión PAL; solo en Europa.)
    • PAL-M (variación de PAL; brasil.)
  • SECAM (Francia, la antigua URSS y África central.)
  
  
  
  
  Estándares de conectores de video
  
  

  • Video compuesto (1 RCA o BNC)
  • Videos componente (3 RCA o BNC)
    
    • D4 video connector (nuevo para HDTV)
  • S-video (para video separado, 1 mini-DIN)
  • SCART Euroconector / Peritel (usado en Europa)
  • DVI (sólo video no comprimido). HDCP opcional
  • HDMI (video y audio no comprimido). HDCP mandato.
  • RFs (para Radiofrecuencia conector coaxial)
    
    • BNC (Bayonet Niell-Concelman)
    • conector C (conector Concelman)
    • conector GR (conector General Radio)
    • conector F (usado para instalaciones domésticas de televisión en EE. UU.)
    • IEC 169-2 (IEC connector, usado habitualmen en Gran Bretaña)
    • conector N (conectorNiell)
    • TNC connector (Threaded Niell-Concelman)
    • UHF (e.g. PL-259/SO-239)
    • SDI y HD-SDI
  • VGA (DB-9/15 or mini sub D15)
  • Mini-VGA (usado por ordenadores portátiles)