La sincronizzazione nel video composito

Come abbiamo visto nel tutorial sulla trasmissione del segnale video, il video composito è un segnale elettrico viaggiante lungo un unico conduttore. Esso è suddiviso in tanti segmenti dalla brevissima durata di 64 microsecondi, ognuno dei quali racchiude tutte le informazioni necessarie a ricreare sul monitor una linea TV orizzontale. Mettendo insieme tutte le linee TV il monitor ricostruisce un fotogramma che è il mattone fondamentale di qualsiasi filmato. Nel tutorial sull'interlacciamento è stato anche spiegato come in realtà un fotogramma (frame) sia composto da 2 blocchi di linee pari e dispari (fields) inviati uno di seguito all'altro e poi rimessi insieme dal monitor.

E' però essenziale che nel segnale video in arrivo dalla telecamera sia anche compresa un'informazione di vitale importanza, la sincronizzazione, che fa capire al monitor quando inizia e finisce una linea TV e anche quando inizia e finisce un fotogramma.

 I segnali di sincronismo (blanking intervals)

A questo scopo vengono inseriti nel segnale video dei periodi di "silenzio" denominati in inglese BLANKING INTERVALS. Ne esistono di 2 tipi:

   I blanking intervals verticali determinano l'inizio e la fine di un fotogramma  (o più tecnicamente di un field - vedi tutorial interlacciamento).

  I blanking intervals orizzontali determinano l'inizio e la fine di una singola linea

 I blanking intervals verticali

Nel disegno qui sotto è riportato un blanking interval verticale che passa nel segnale video prima e dopo ogni fotogramma. Il disegno, per semplicità di esposizione, si riferisce ad un segnale video non interlacciato.

Come potete vedere il Blanking Interval è composto da un segnale iniziale (front porch) ed uno finale (back porch) che racchiudono fra loro il vero e proprio segnale di sincronizzazione. Il blanking interval verticale "dice" al monitor che sta per essere trasmesso un fotogramma e di prepararsi a tradurre in una sola schermata le 625  linee TV che verranno inviate da lì in avanti.

 I blanking intervals orizzontali

Nel disegno qui sotto è riportato un blanking interval orizzontale che passa nel segnale video prima e dopo ogni linea TV. Esso è composto dal segnale di chiusura della linea TV precedente (Back Porch) e dal segnale di inizio della linea TV successiva (Front Porch); in mezzo è racchiuso il segnale di sincronizzazione orizzontale. Il blanking interval orizzontale "dice" al monitor che è terminata una linea TV e che ne sta per arrivare un'altra. Ricevuto il "front porch" il monitor inizia a "scrivere" la linea sul monitor da sinistra a destra. Ricevuto il "back porch" il monitor termina la linea e ricomincia da sinistra con un'altra linea, come farebbe il carrello di una vecchia macchina per scrivere.

 La frequenza di sincronizzazione del video composito

E' evidente che per produrre immagini stabili, il monitor dovrà leggere il segnale proveniente dalla telecamera rispettando scrupolosamente la cadenza imposta dai segnali di sincronizzazione. Questa cadenza viene definita frequenza di sincronizzazione e può essere ovviamente orizzontale o verticale a seconda che si riferisca agli impulsi di sincronizzazione verticali o orizzontali.
Se il monitor non seguisse la frequenza di sincronizzazione della telecamera, l'immagine sul monitor apparirebbe come spostata e vedremmo sullo schermo una striscia nera.

Se ad esempio il monitor leggesse l'immagine con una frequenza di sincronizzazione orizzontale (inizio/fine delle linee TV) diversa da quella della telecamera, finirebbe con fotografare le linee TV a cavallo del Blanking Interval invece che dall'inizio alla fine. Il monitor ci apparirà diviso in 2 parti, dove sulla sinistra si vedrà la fine del fotogramma precedente e sulla destra l'inizio del fotogramma successivo. In mezzo ci sarà una banda nera verticale che non sarà altro che il blanking interval stesso riportato sul monitor: non contenendo nessun segnale video, infatti, esso viene riprodotto come una linea di schermo spento.
Analogamente, se telecamera e monitor lavorassero con diversa frequenza di sincronizzazione verticale (inizio/fine di ogni fotogramma) avverrebbe lo stesso identico fenomeno ma lo schermo sarebbe diviso in una parte alta ed una bassa da una linea nera orizzontale.
Se dovesse sul vostro schermo comparire un'evidente e marcata linea nera, non potete avere dubbi: siete vittima di un problema di sincronizzazione del segnale video.

 I valori di frequenza di sincronizzazione nel sistema PAL

La frequenza di sincronizzazione verticale, è il numero di Blank Intervals verticali che transitano lungo il cavo in un secondo. Come tutte le frequenze si esprime in Hz (Hertz). Nel sistema PAL la frequenza di sincronizzazione verticale ha un valore fisso di 50 Hz che è stato scelto in quanto corrisponde alla frequenza della corrente alternata.
La frequenza di sincronizzazione orizzontale indica invece la cadenza dei Blank Intervals orizzontali che definiscono ogni linea TV, in PAL essa è 15.625 Hz
Perchè proprio 15625Hz ? E' pura matematica, vediamo perchè.
La frequenza verticale di 50 Hz è stata scelta come standard PAL per essere uguale alla frequenza di rete della corrente alternata; questo significa che in un secondo passano lungo il cavo 50 blank intervals verticali e quindi 50 immagini. Come abbiamo però visto nel tutorial sull'interlacciamento e nel tutorial sul segnale video ci vogliono due immagini successive (2 fields) per fare un fotogramma completo  da 625 linee TV, quindi ognuna delle immagini (fields) che passano nel cavo conterrà 312,5 linee TV.  Facendo due conti in un secondo devono passare lungo il cavo 50 fields da 312,5 linee ciascuno quindi un totale di 312,5x50=15625 linee TV.
Per poter definire 15625 linee TV in un secondo ci vogliono altrettanti blank intervals orizzontali, ed ecco spiegato perchè la frequenza orizzontale in PAL è un valore fisso di 15625 Hz.
Per consuetudine i datasheets delle telecamere riportano i valori di frequenza di sincronizzazione verticale ed orizzontale ed il rapporto di interlacciamento di 2:1. Ma a ben vedere si potrebbe evitare, visto che si tratta di valori fissati in tutto e per tutto dallo standard PAL.

 Come sincronizzare le telecamere

Se ora siete curiosi di passare dalla teoria alla pratica leggete il tutorial sulla sincronizzazione delle telecamere

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