Sinais de sincronismo da TV analógica e micros antigos.

Nas TVs de tubo, um feixe de elétrons é gerado a partir do aquecimento de um metal no catodo do tubo. Este feixe é acelerado por uma alta tensão nos anodos para adquirir energia cinética que depois é convertida em luz quando o feixe incide sobre uma superfície contendo sais de fósforo (tela).

Como o CRT (Cathode Ray Tube) só consegue iluminar um ponto por vez (tês pontos por vez nos CRTs coloridos), é necessário 'passear' o ponto pela tela numa velocidade tal que nossos olhos não consigam enxergar um ponto fixo, mas sim uma imagem contínua. Este processo é chamado de varredura.

Embora existam monitores CRT que desenhem diretamente a imagem na tela (os chamados  monitores vetoriais como os osciloscópios e antigos consoles de radar), a televisão utiliza um sistema baseado em linhas sequenciais, ou linhas de varredura, que são geradas a partir da ação do campo magnético gerado nas bobinas defletoras.

fonte: Techtudo

Estas bobinas são acionadas através do sinal gerado em dois osciladores, de forma a gerar um padrão de linhas que começa no canto superior esquerdo da tela e termina no canto inferior direito.

Ao final de cada linha o feixe de elétrons desce um pouco e retorna ao lado esquerdo da tela. Este é o chamado retraço horizontal. Ao final da última linha o feixe é deslocado novamente para o início. Assim é formado um campo de vídeo.

Fonte: what-when-how.com

 A TV analógica que conhecemos opera entretanto com 2 campos de vídeo entrelaçados conforme definido  pelo padrão RS-170  chamados de campo par e campo ímpar. Dois campos consecutivos constituem um quadro (frame).  Cada campo possui 262,5 linhas, totalizando 525 linhas de varredura por quadro. O entrelaçamento permite obter o dobro da resolução vertical porém a taxa de quadros cai pela metade. Assim, se a frequência vertical é de 60Hz, o vídeo é exibido a 30 quadros por segundo (valor nominal, pois a norma define 29,97 quadros por segundo).

Fonte: Radiologyclub.com

Fazendo a matemática, temos 29,97 quadros por segundo vezes 525 linhas por quadro que resulta em 15734,25 linhas por segundo o que significa que equivale a uma frequência horizontal de 15,734KHz, comumente arredondada para 15KHz nas discussões sobre monitores LG1x21 e afins.

A varredura da imagem na tela é comandada por dois osciladores - horizontal e vertical, que devem ser sincronizados com a imagem a ser exibida. Para isso o sinal de vídeo possui pulsos de sincronismo incorporados a cada linha.


Uma linha típica de vídeo é composta por um período de retraço horizontal (em que o feixe de elétrons é apagado, daí o nome 'blanking' seguido da imagem (linha) a ser exibida. Como o CRT não consegue apagar o feixe instantaneamente, o início do sinal de sincronismo ('frontporch') existe para garantir que a imagem esteja no nível de preto quando o pulso de sincronismo horizontal começar, evitando assim que se perceba o início do retraço horizontal.

Logo após pulso de sincronismo ocorre o período do  'backporch', que é quando os circuitos internos da TV fazem a amostragem do nível de referência (nível de preto) para poderem assim exibir a imagem com o contraste correto.

Fonte: Batsocks.com

O sincronismo vertical ocupa ao todo 9 linhas de vídeo, sendo 3 linhas de pulsos de pré equalização (front porch vertical) seguidas de 3 linhas do pulso de sincronismo vertical em si (vertical serration) e finalmente mais 3 linhas de pós equalização.

O que diferencia os campos pares e ímpares é a posição do início do pulso de sincronismo vertical em relação ao pulso de sincronismo horizontal. Se ambos coincidem temos um campo ímpar, mas se o pulso de sincronismo vertical inicia no meio de uma linha, ou seja, no meio tempo entre dois pulsos horizontais então temos um campo par.

Fonte: http://www.maximintegrated.com

As linhas de pré e pós equalização, bem como as linhas de sincronismo vertical possuem pulsos extras de sincronismo cujo objetivo é permitir que os circuitos separadores de sincronismo do monitor possam diferenciar entre os campos par e ímpar. Mais detalhes nesse (link)

Entre o final do pulso de sincronismo horizontal e o início da primeira linha de vídeo ativa, existem algumas linhas vazias (blank lines) que não são visíveis pois ocorrem durante o tempo de retorno do traço até o alto da tela. Por isso, das 525 linhas de vídeo que compõem um quadro, apenas 483 são visíveis. É daí que vem o nome 480i que significa 480 linhas de vídeo visíveis, num quadro entrelaçado.

Quando os primeiros computadores pessoais começaram a aparecer, eles não possuíam muita capacidade gráfica, e as resoluções verticais raramente excediam 192 linhas, tornando desnecessária a geração de quadros entrelaçados.

Assim, os fabricantes de microcomputadores criaram circuitos mais simples para gerar os sinais de vídeo desconsiderando então toda complexa a geração de pulsos durante o intervalo de sincronismo vertical. O resultado era uma imagem progressiva com 240 linhas úteis, composta de apenas do campo ímpar que se repetia a 60Hz (também chamado de 240p - de progressivo).

Abaixo seguem as formas de onda do intervalo de sincronismo vertical de alguns micros populares no Brasil na década de 80:
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No TK90X as linhas de 'frontporch' e 'backporch' são brancas, em vez de serem linhas em nível de preto ('blank' lines), e o pulso de sincronismo vertical ocupa o tempo de 4 linhas de vídeo e não começa ao mesmo tempo que o pulso horizontal (começa um pouco antes do final da última linha e termina um pouco antes do próximo pulso de sincronismo.

Intervalo de sincronismo vertical no TK90X. Azul: Vídeo composto / Laranja: Sincronismo composto

No MSX1 (TM9128) o sinal de sincronismo é mais bem comportado, contendo linhas de 'frontporch' e 'backporch' em nível de preto.

Intervalo de sincronismo vertical no TMS9128. Laranja: Vídeo composto

A ausência do campo par nunca foi um problema para os televisores analógicos, pois havia uma margem grande em relação aos pulsos de sincronização vindos do sinal de vídeo. Eles simplesmente resetavam seus osciladores e exibiam novamente o quadro ímpar.  A falta das linhas pares somente evidenciava o efeito das 'scanlines' por causa do aumento do espaço vago entre duas linhas devido à falta das linhas pares.

Nos televisores modernos com circuitos totalmente digitais isso pode funcionar ou não, dependendo de como foi implementada a captura de vídeo, principalmente se a geração dos sinais de sincronismo for meio fora do convencional, como é o exemplo do TK90X. Tudo vai depender da implementação interna do firmware dos monitores.