Como funciona a televisão

Por Guilherme Farias em 05 de fevereiro de 2009

Como funciona a televisão
[fonte: HowStuffWorks Brasil]

Introdução
Para muitas pessoas, assistir à televisão tornou-se um hábito.
Por meio desse equipamento nós temos acesso a notícias, esportes, entretenimento, informações e comerciais.
Você já se perguntou sobre a tecnologia que torna a televisão possível? Como dezenas ou centenas de canais chegam até sua casa? Como a televisão decodifica os sinais para produzir uma imagem? Como os novos sinais de televisão digital funcionam? Se você já se perguntou sobre sua televisão, então leia este artigo, pois vamos responder a essas e outras questões.
Coisas impressionantes sobre o cérebro: remontagem
Vamos começar com uma nota rápida sobre o cérebro. Há dois fatos surpreendentes sobre ele que estão relacionados à televisão. Compreendendo-os, você conseguirá entender o modo como as televisões são projetadas.
Há dois princípios que fazem a TV possível. O primeiro é que se você dividir a imagem parada em uma coleção de pequenos pontos coloridos, o cérebro vai reagrupar os pontos em uma imagem significativa. O único modo pelo qual podemos ver que isso está realmente acontecendo é ampliar tanto os pontos que nosso cérebro não possa mais reuni-los (como na imagem abaixo):

A maioria das pessoas, sentada muito perto da tela de um computador, não pode distinguir o que mostra esta foto: os pontos são muito grandes para o cérebro processar. Se você ficar de 3 a 4,5 metros de distância de seu monitor, entretanto, seu cérebro será capaz de reunir os pontos na imagem e você verá claramente que é a carinha do bebê. Ficando à distância, os pontos ficam pequenos o suficiente para que seu cérebro possa integrá-los, formando uma imagem reconhecível.
Tanto as telas da TV e do computador como as fotos de jornais e revistas contam com essa capacidade que o cérebro tem, de fazer a fusão de pequenos pontos coloridos, para cortar as imagens em milhares de elementos individuais. Em uma tela de TV ou computador, os pontos são chamados de pixels. A resolução da tela de seu computador deve ser de 800 x 600 pixels, ou talvez de 1024 x 768 pixels.

Coisas impressionantes sobre o cérebro: movimento
A segunda característica impressionante do cérebro humano em relação à televisão é que se você divide uma cena em movimento em uma seqüência de imagens paradas e mostra a imagem parada em uma rápida sucessão, o cérebro vai reagrupar as imagens paradas em uma única cena em movimento. Observe as figuras abaixo:

Cada uma das imagens é um pouco diferente da outra. Se você olhar com atenção para o pé esquerdo do bebê, verá que este é levantado nos quatro quadros. O brinquedo também se move um pouco para a frente. Juntando habilmente 15 ou mais diferentes quadros por segundo, o cérebro os integra em uma cena em movimento. Esse é o tempo mínimo possível: qualquer quantidade menor do que essa é vista aos trancos.
O cérebro integra os pontos de cada imagem para formar as imagens paradas e, então integrar as imagens separadas, juntando-as em uma cena em movimento. Sem essas duas capacidades, a TV convencional não seria possível.

O tubo de raio catódico
Quase todas as TVs em uso atualmente contam com um aparelho conhecido como tubo de raio catódico, ou CRT, para exibir suas imagens. LCDs e telas de plasma também são usadas, mas as CRTs são mais comuns, sendo possível fazer uma tela de televisão com milhares de lâmpadas comuns de 60 watts. Você pode já ter visto algo como isso em eventos ao ar livre, como em jogos de futebol. Vamos começar com o CRT, contudo, porque CRTs ainda são o modo mais comum de exibir imagens hoje em dia.

Os termos ânodo e cátodo são usados em eletrônica como sinônimos para terminais positivos e negativos. Por exemplo: você pode se referir ao terminal positivo de uma bateria como o ânodo e o terminal negativo como cátodo.
Em um tubo de raio catódico, o “cátodo” é um filamento aquecido (não diferente do filamento em uma lâmpada normal). O filamento aquecido está em um vácuo criado dentro de um “tubo” de vidro. O “raio” é um fluxo de elétrons que naturalmente saem do catodo aquecido para o vácuo.
Os elétrons são negativos. O ânodo é positivo. Por essa razão, ele atrai os elétrons do cátodo. Em um tubo de raios catódicos de TV, o fluxo de elétrons é focalizado formando um raio (ou feixe) concentrado e acelerado por um dispositivo de aceleração localizado logo após o cátodo. Esse feixe de elétrons acelerados viaja pelo vácuo no tubo e atinge a tela plana na outra extremidade do tubo. Essa tela é revestida de fósforo e brilha quando atingida pelo feixe.

Dentro de um CRT
Há um cátodo e um par (ou mais) de ânodos, uma tela revestida de fósforo e um revestimento condutivo dentro do tubo para absorver os elétrons que se acumulam na extremidade da tela do tubo. Entretanto, no diagrama abaixo, você pode ver que não há modo de “direcionar” o feixe, que sempre vai parar em um ponto pequeno bem no centro da tela.

Isso acontece porque se você olhar dentro de qualquer aparelho de TV, vai descobrir que o tubo possui bobinas de fio. abaixo você vai ter uma boa visão das bobinas de direcionamento.

Bobinas de direcionamento
As figuras a seguir dão três visões diferentes de um conjunto comum de bobinas de direcionamento:


Note um grande eletrodo preto conectado ao tubo próximo da tela: ele está conectado internamente ao revestimento condutivo

As bobinas de direcionamento são simplesmente enrolamentos de cobre (veja Como funcionam os eletroímãs para mais detalhes sobre as bobinas). Essas bobinas são capazes de criar campos magnéticos dentro do tubo e os feixes de elétrons respondem aos campos. Um conjunto de bobinas cria um campo magnético que move o feixe de elétrons verticalmente, ao passo que outro conjunto move o feixe horizontalmente. Controlando a tensão das bobinas, pode-se posicionar o feixe de elétrons em qualquer ponto da tela.

Fósforo
Fósforo é um material que, quando exposto à radiação, emite luz visível. A radiação deve ser de luz ultravioleta ou um feixe de elétrons. Qualquer cor fluorescente é, na realidade, fósforo – as cores fluorescentes absorvem a luz ultravioleta invisível e emitem luz visível em uma cor característica.
Em um CRT, o fósforo reveste o interior da tela. Quando os feixes de elétrons atingem o fósforo, ele faz a tela brilhar. Em uma TV preto e branco, o fósforo brilha branco quando atingido. Em uma TV colorida, existem três fósforos organizados como pontos e linhas que emitem luz vermelha, verde e azul e, também, três feixes de elétrons para iluminar as três cores diferentes juntas.
Há milhares de fósforos diferentes formulados. Eles são caracterizados pela emissão de cor e pelo tempo de duração da emissão depois que são excitados.

O sinal da TV preto e branco
Em uma TV preto e branco, a tela é revestida com fósforo branco e os feixes de elétrons “pintam” uma imagem na tela movimentando os feixes de elétrons através do fósforo uma linha por vez. Para pintar a tela inteira, os circuitos eletrônicos dentro da TV usam bobinas magnéticas para mover os feixes de elétrons em um padrão de escaneamento, através e para baixo da tela. O feixe pinta uma linha através da tela, da esquerda para a direita. Ele então rapidamente segue de volta (e para baixo) para o lado esquerdo, move-se rapidamente para a direita e pinta outra linha horizontal, e assim por diante, por toda a tela, deste modo:

Nessa figura, as linhas azuis representam linhas que os feixes de elétrons estão pintando na tela da esquerda para a direita, ao passo que o tracejado de linhas vermelhas representa os feixes viajando de volta para a esquerda. Quando o feixe alcança o lado direito da linha inferior, ele tem que voltar para o canto esquerdo superior da tela, como representado pela linha verde na figura. Quando o feixe está pintando, está ligado, e quando está voltando, está desligado, para que não deixe uma trilha na tela. A expressão resolução horizontal é usada para se referir ao movimento do feixe voltando para a esquerda no final de cada linha, ao passo que a expressão resolução vertical se refere ao movimento de baixo para cima.
Enquanto o feixe pinta cada linha da esquerda para a direita, a intensidade do raio é mudada para criar diferentes tonalidades de preto, cinza e branco pela tela. Como o espaço entre as linhas é muito curto, o cérebro integra todas como uma única imagem. Uma tela de TV normalmente tem 480 linhas visíveis de cima até embaixo. abaixo, você vai descobrir como a TV “pinta” essas linhas na tela.

Pintando a tela
A TV padrão usa uma técnica de entrelaçamento quando pinta a tela. Nessa técnica, a tela é pintada 60 vezes por segundo, mas apenas metade das linhas é pintada por quadro. Os feixes pintam alternadamente as linhas enquanto se move para baixo na tela, por exemplo: cada uma das linhas com números ímpares. Então, da próxima vez que ele se mover para baixo, pintará as linhas com números pares, alternando para frente e para trás entre as linhas de numeração par e ímpar em cada passagem. Em duas passagens, a tela inteira é pintada 30 vezes por segundo. A alternativa para o entrelaçamento é chamada escaneamento progressivo e pinta cada linha na tela 60 vezes por segundo. A maioria dos monitores de computador usa o escaneamento progressivo porque ele reduz significantemente a tremulação.
Como o feixe de elétron pinta todas as 525 linhas 30 vezes por segundo, ele pinta um total de 15.750 por segundo (algumas pessoas realmente podem ouvir essa freqüência como um som muito agudo emitido quando a televisão é ligada).
Quando um canal de televisão quer transmitir um sinal para sua TV ou quando seu videocassete quer exibir o filme da fita em sua TV, o sinal precisa se compor com os dispositivos eletrônicos que controlam os feixes para que a TV possa pintar precisamente a imagem que o canal de TV ou o videocassete envia. Depois, o canal de TV ou o videocassete envia um sinal bem conhecido para a TV que contém três partes diferentes:
*informação de intensidade para o feixeo pintar cada linha;
*sinais de resolução horizontal para informar à TV quando movimentar o feixe de volta para o final de cada linha;
*sinais de resolução vertical 60 vezes por segundo para mover o feixe do canto inferior direito para o esquerdo superior.
Então, como essa informação é transmitida para a TV? Leia a seguir para descobrir

Sinal de vídeo
Um sinal que contém esses três componentes – informação de intensidade, resolução vertical e resolução horizontal – é chamado de sinal de composição de vídeo. Uma entrada de composição de vídeo em um videocassete é normalmente um plugue RCA amarelo. Uma linha de um sinal de composição de vídeo comum é parecida com isto:

Os sinais de resolução horizontal são pulsos de 5 microssegundos (abreviado como “ms” na figura) a zero volt. A eletrônica dentro da TV pode detectar esses pulsos e usá-los para disparar a resolução horizontal do feixe. O sinal real para a linha é uma onda que varia entre 0,5 volts e 2,0 volts, com 0,5 volts representando o preto e 2 volts representando o branco. Este sinal controla o circuito de intensidade para um feixe de elétron. Em uma TV preto e branco, esse sinal pode ocupar cerca de 3,5 megahertz (MHz) da largura de banda, ao passo que em um aparelho colorido o limite é de cerca de 3,0 MHz.
Um pulso de resolução vertical é similar ao pulso horizontal, mas dura de 400 a 500 microssegundos. O pulso de resolução vertical é serrilhado com pulsos de resolução horizontal para manter o circuito de resolução horizontal na TV sincronizado.

Adicionando cor
Uma tela de TV colorida é diferente da tela preto e branco de devido a três motivos:
*há três feixes de elétrons que se movem simultaneamente pela tela, chamados de feixes vermelhos, verdes e azuis;

*a tela não é revestida com uma simples folha de fósforo como na TV preto e branco. Ela é revestida com fósforos vermelho, verde e azul organizados em pontos e linhas. Se ligar a TV ou o monitor do computador e olhar bem de perto a tela com uma lupa, você vai poder ver os pontos e linhas;

*do lado de dentro do tubo, bem próximo ao revestimento de fósforo, há uma fina tela de metal chamada de máscara de sombra. Essa máscara é perfurada com furinhos bem pequenos, alinhados com os pontos (ou linhas) de fósforo na tela.
A figura a seguir mostra como a máscara de sombra funciona:

Quando uma TV em cores precisa criar um ponto vermelho, ela dispara o feixe vermelho no fósforo vermelho. O mesmo acontece para os pontos verdes e azuis. Para criar um ponto branco, os feixes vermelho, verde e azul são disparados simultaneamente – as três cores se misturam para criar o branco. Para criar um ponto preto, todos os três feixes são desligados enquanto escaneiam o ponto. Todas as outras cores na tela da TV são combinações de vermelho, verde e azul.
Na página seguinte, você vai aprender sobre o sinal da TV em cores.

Sinal da TV em cores
Um sinal de TV em cores começa exatamente como um sinal preto e branco. Um sinal extra de crominância é acrescentado pela superposição de uma onda senoidal de 3,579545 MHz sobre um sinal padrão preto e branco. Logo depois de um pulso sincronismo horizontal, oito ciclos de uma onda senoidal de 3,579545 MHz são acrescentados como uma explosão de cores.

Seguindo esses oito ciclos, uma mudança de fase no sinal de crominância indica a cor a ser exibida. A amplitude do sinal determina a saturação. A tabela a seguir mostra a relação entre a cor e a fase:
Cor / Fase
explosão / 0 graus
amarelo / 15 graus
vermelho / 75 graus
magenta / 135 graus
azul / 195 graus
ciano / 255 graus
verde / 315 graus

Uma TV preto e branco filtra e ignora o sinal de crominância. Uma TV em cores retira essa informação do sinal e decodifica a mesma, juntamente com o sinal de intensidade normal, para determinar como modular os três feixes coloridos.

Recebendo o sinal
Agora você conhece um sinal de composição de vídeo padrão. Note que não mencionamos o som. Se seu videocassete ou DVD player tem um plugue (amarelo) de composição de vídeo, provavelmente você notou que, próximo a ele, há plugues de som. O som e o vídeo são completamente separados em uma TV analógica.
Provavelmente, você conhece cinco modos diferentes de obter um sinal em seu aparelho de TV:
*programação recebida através de uma antena;
*vídeo cassete ou DVD player conectados aos terminais de antena;
*TV a cabo chegando a um decodificador que se conecta aos terminais de antena
grandes (1,8288 a 3,6576 metros) antenas de satélite chegando aos decodificadores conectados aos terminais de antena;
*pequenas (0,3048 a 0,6096 metros) antenas de satélite chegando aos decodificadores conectados aos terminais de antena.

Os primeiros quatro sinais usam formas de ondas analógicas padrão NTSC, como descrito nas seções anteriores. Como ponto de partida, vamos observar os sinais de transmissão comuns chegam à sua casa.
Um sinal comum de TV, como descrito acima requer 4 MHz de banda. Quando você acrescenta som, algo chamado banda lateral inferior e um pequeno espaço de armazenamento temporário, um sinal de TV necessita de 6 MHz de banda. Porém, o FCC (órgão regulador das freqüências nos EUA) aloca três bandas de freqüência no espectro do rádio, dividido em faixas de 6 MHz, para acomodar os canais de TV:
*54 a 88 MHz para os canais 2 a 6
*174 a 216 MHz para os canais 7 a 13
*470 a 890 MHz para os canais UHF 14 a 83
A composição do sinal de TV, descrita nas seções anteriores, pode ser transmitida para sua casa em qualquer canal disponível. O de sinal de vídeo composto é um sinal de amplitude modulada numa freqüência apropriada. Já o sinal de som é um sinal de freqüência modulada (+/- 25 KHz), separado, conforme mostrado a seguir:

À esquerda da portadora de vídeo fica a banda lateral inferior (0,75 MHz), e à direita está a banda lateral superior (4 MHz). O sinal do som é centralizado em 5,75 MHz. Como exemplo, um programa transmitido no canal 2 tem sua portadora em 55,25 MHz e a portadora de som, em 59,75 MHz. Quando o seletor de sua TV está sintonizado no canal 2, extrai o sinal de vídeo composto e o sinal de som das ondas de rádio, que as transmitem para a antena.

Videocassete e cabo
Videocassetes são essencialmente, a sua própria e pequena emissora de TV. Quase todos os videocassetes têm um botão na parte de trás para selecionar o canal 3 ou 4. A fita de vídeo contém um sinal de vídeo e um sinal de som separado. O videocassete possui um circuito interno que captura os sinais de vídeo e de som da fita, e os converte em sinal que, para a TV, parece exatamente como o transmitido pelo canal 3 ou 4. O mesmo princípio vale para o DVD player, com a diferença, claro, que os dados são lidos de uma mídia DVD.
A TV a cabo contém um grande número de canais transmitidos pelo cabo. Seu provedor de TV a cabo simplesmente modula os diferentes programas de TV em todas as freqüências normais e transmite isso para sua casa via cabo. Após essa etapa, sua TV deveria receber o sinal sem necessitar de um decodificador. Infelizmente, essa abordagem facilitaria o roubo de serviços. Sendo assim, os sinais são codificados de modo interessante. O aparelho fornecido junto com a TV a cabo é um decodificador. Você seleciona o canal no decodificador e este converte o sinal do provedor para o correto e, então, faz a mesma coisa que um vídeo cassete, transmitindo para a TV no canal 3 ou 4.

Sinais de TV via satélite

Foto cedida DirecTV
Sistema de satélite pequeno
Grandes antenas de satélite captam os sinais decodificados ou codificados que estão sendo enviados para a Terra por satélites. Inicialmente, você direciona o receptor da antena (parte circular) para um satélite em particular e seleciona um canal específico que ele está transmitindo. O aparelho receptor decodifica o sinal, se necessário, e o envia para o canal 3 ou 4.
Sistemas de satélite pequenos são digitais. Os programas de TV são codificados em formato MPEG-2 e transmitidos para a Terra. O conversor desempenha um significativo processamento para decodificar o MPEG-2, convertê-lo em sinal de TV analógico e enviar para sua TV no canal 3 ou 4.

TV digital
O equipamento mais recente é a TV digital, também conhecida como DTV ou HDTV (TV de alta definição). A DTV usa codificação MPEG-2 exatamente como os sistemas de satélite, mas a TV digital permite uma variedade de formatos de telas maiores.

Os formatos abrangem:
480p – 640×480 pixels progressivos
720p – 1280×720 pixels progressivos
1080i – 1920×1080 pixels entrelaçados
1080p – 1920×1080 pixels progressivos
Uma TV digital decodifica o sinal MPEG-2 e exibe o mesmo exatamente como um monitor de computador, dando uma incrível resolução e estabilidade. Também há uma grande variedade de decodificadores que podem decodificar o sinal digital e convertê-lo em analógico para exibir em uma TV normal. Para mais informações, veja Como funciona a televisão digital.

Monitores x TVs
Seu computador provavelmente tem um monitor VGA que parece muito com uma TV menor, tem muito mais pixels e uma exibição muito mais nítida. O CRT e a eletrônica em um monitor são muito mais precisos do que é necessário em uma TV. Um monitor de computador precisa de resoluções mais altas. Além disso, o plugue do monitor VGA não aceita um sinal de vídeo composto. Um plugue VGA separa todos os sinais para que estes possam ser interpretados pelo monitor com mais precisão. Aqui está um típico conector VGA:
*pino 1 – vídeo vermelho
*pino 2 – vídeo verde
*pino 3 – vídeo azul
*pino 4 – terra
*pino 5 – autoteste
*pino 6 – terra vermelho
*pino 7 – terra verde
*pino 8 – terra azul
*pino 9 – sem pino
*pino 10 – terra digital
*pino 11 – reservado
*pino 12 – reservado
*pino 13 – sincronia horizontal
*pino 14 – sincronia vertical
*pino 15 – reservado
Essa tabela indica que o sinal para os três feixes e os sinais de sincronismo horizontal e vertical são todos transmitidos separadamente. Veja Como funcionam os monitores de computador para mais detalhes.

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