TELEVISIÓN DIGITAL
Fundamentos De La Televisión
El término "televisión" es una palabra compuesta de: "Tele" (distancia) "visio" (visión), esto
es imagen o visión a distancia. También se concibe que televisión se refiere a todos los
aspectos de transmisión y programación de televisión y se abrevia como TV, se trata de
un medio de comunicación masivo en la mayoría de los casos para el entretenimiento
familiar, pero también es una herramienta poderosa y útil para el aprendizaje, como
ejemplo claro está la telesecundaria.
La televisión es un sistema de comunicación que transmite a grandes distancias su señal.
Esta transmisión puede ser efectuada mediante ondas de radio o por redes especializadas;
como por cable. La Televisión es el medio de comunicación más usado en todo el mundo.
La Televisión tiene una gran variedad de aplicaciones tanto en la sociedad, como en la
industria, en los negocios y en la ciencia. El uso más común para la TV es el de fuente de
información y entretenimiento para los espectadores en los hogares. Una imagen de
televisión es básicamente una imagen monocromática con variaciones de luz. Una imagen
de televisión en color es una imagen monocromática con adición de color en las áreas
principales de la escena.
La televisión es un medio de comunicación que ha llegado a ser parte de la vida cotidiana
de la mayoría de la población ecuatoriana, puesto que su señal llega a todos los hogares
sin distingo de clases sociales y económicas. Durante sus inicios entretenía e informaba,
pero, con su evolución ofrece mejor calidad y nuevos servicios, cambiando de esta
manera, la forma de mirar televisión.
La televisión y la radio son una manera útil de tener control y regulación de la gente,
inclusive tiene impacto en la forma de pensar de la población, esto por la cercanía con el
poder estatal.
El nacimiento de la Televisión Digital representa el cambio más significativo dentro I de
la industria televisiva, después de la televisión a color. El impacto producido por la
televisión, lejos de disminuir se ha ido incrementando gracias a las aplicaciones que
oferta, pues éstas son una excelente herramienta que, además de entretener, permiten
informar a la población sobre asuntos de interés general como educación, salud, entre
otros.
Breve Historia de la Televisión
La historia del desarrollo de la televisión ha sido en esencia la historia de la búsqueda de
un dispositivo adecuado para explorar imágenes.
La televisión como se le conoce en la actualidad aparece en el año 1884, cuando el alemán
Paul Nipkow inventa el disco para realizar un análisis mecánico de imágenes, conocido
como disco de Nipkow. El dispositivo consistía en un disco plano y circular que perforado
por una serie de pequeños agujeros colocados en espiral partiendo desde el centro. Al
hacer girar el disco delante del ojo, el agujero más alejado del centro exploraba una franja
en la parte más alta de la imagen y así sucesivamente hasta explorar toda la imagen. Sin
embargo, debido a su naturaleza mecánica el disco Nipkow no funcionaba eficazmente
cuando tenía grandes dimensiones o cuando se necesitaban altas velocidades de giro
para conseguir una mejor definición de imagen.
Figura 1 Disco de Nipkow
Figura 2 Disco de Nipkow
Las primeras transmisiones se basaron en transmitir imágenes exploradas principalmente
de películas con cierta regularidad y con una definición de 48 Líneas.
Posteriormente, en 1897, Karl Ferdinand Braun construye el primer tubo catódico o tubo
Braun, el cual en ese momento no posee ninguna aplicación práctica; sin embargo, las
cámaras y receptores de televisión utilizados durante muchas décadas se basaron en este
invento.
Si bien, tiempo atrás ya se experimentaba con la transmisión de imágenes a distancia
mediante la combinación de electricidad y sistemas mecánicos, fue en el año 1900,
durante el primer Congreso Internacional de Electricidad de París, cuando aparece por
primera vez el término televisión, en un documento leído por el científico ruso Constantin
Perskyi.
Los primeros dispositivos realmente satisfactorios para captar imágenes fueron el
iconoscopio inventado por el físico estadounidense de origen ruso Vladimir Kosma
Zworykin en 1923, y el tubo director de imágenes, inventado por el ingeniero de radio
estadounidense Philo Taylor Farnsworth tiempo después. Con la llegada de los tubos de
vacío y los avances en la transmisión radiofónica y los circuitos electrónicos producidos
posteriormente, los sistemas de televisión se convirtieron en una realidad.
Años después, el escocés John Logie Baird, perfecciona el tubo de Nipkow; y, en 1928
logra transmitir imágenes de un lado al otro del atlántico, entre Londres y Nueva York.
La definición estándar en 1929 del equipo era de 30 líneas, empleando un canal normal
de radiodifusión. La totalidad del canal estaba ocupada por la señal de video, por lo que
la primera transmisión simultánea de audio y video no tuvo lugar sino hasta diciembre de
1930.
Un gran impacto tecnológico ocurre en 1939, a manos de González Camarena, al inventar
la televisión a color con el Sistema Tricromático Secuencial de Campos (Utiliza los colores
primarios rojo, verde y azul para captar reproducir las imágenes).
Posteriormente en 1941 la National Television System Comitee (NTSC) estandarizó el
sistema, válido para todos los estados de U.S.A. y de America Latina, basado en 325 líneas
conocido como "NTSC". Francia no quiso estandarizar su sistema al americano y crea su
propio sistema llamado SECAM (SEquentiel Couleur A Memorie), con una definición de
625 líneas. Alemania hace lo propio Con Su sistema PAL (Phase Alternation Line), también
de 625 líneas; según las opiniones de los ingenieros, esta es la mejor de las tres" Al
término de la guerra, la industria de la TV tomó un nuevo ímpetu.
Europa adoptó un sistema de 625 líneas, mientras que Francia poseía uno de 819.
Inglaterra mantuvo el suyo de 405 y U.S.A. estandarizó su sistema de 525 líneas. Un año
después, el sistema de televisión a color, medianamente mejorado, fue introducido en la
ciudad de Nueva York por el inventor Peter Goldmark, pero, debido al elevado numero
de televisores en blanco y negro, era necesario que el debido al elevado número de
televisores en blanco y negro, era necesario que el sistema de color que se desarrollara
fuera compatible con las emisiones monocromáticas; razón por la cual, en 1951, un grupo
de ingenieros desarrollaron el primer sistema de televisión a color que respetaba la doble
compatibilidad.
Por otro lado, la historia de la televisión en el Ecuador data del año 1954, cuando Gifford
Hartwell encontró un televisor abandonado en las bodegas de General Electric en New
York, dicho equipo fue reparado; y, en 1959 llevado a HCJB en Quito. Una vez en Ecuador,
por pedido de la Unión Nacional de Periodistas, el televisor fue llevado a una exposición
para que los quiteños vean imágenes blanco y negro. La exhibición llena de curiosidad a
los presentes, entre ellos al alemán Horts Michaell Rosembaum y su esposa Linda
Zambrano, quienes, en 1960, a pesar de los elevados costos, importan los primeros
equipos profesionales para televisión; y, el 12 de diciembre del mismo año, Telesistema
(actualmente RTS) realiza la primera transmisión comercial en el país bajo el modelo
norteamericano NTSC.
Dos años después de la primera emisión en Ecuador, ocurre un nuevo adelanto en la
televisión a nivel mundial, cuando se implementa el satélite para la transmisión de
información, permitiendo enviar una señal de Estados Unidos a Europa.
Con la introducción de los sistemas de televisión vía satélite DBS (Direct Broadcast
Satellite) o DTH (Direct To Home) inicia la Televisión Digital, este hecho es el resultado de
la aplicación de la tecnología digital a la actual televisión analógica, proceso que permitirá
optimizar el espectro radioeléctrico e implementar nuevos servicios audiovisuales e
interactivos.
Principios básicos de la Televisión Analógica.
Un sistema de televisión usa varias cámaras de televisión para convertir la energía
luminosa de una escena natural visible y en movimiento, sea en el estudio o en los
exteriores en una señal electrónica. Otra alternativa es que la señal puede también
obtenerse de un aparato grabador de video en cinta de proyectores de tele cine o de un
proyector de diapositivas, en los cuales se tiene que estos dos últimos convierten las
películas o las diapositivas en señales adecuadas para su tratamiento, las cuales son
llevadas por línea a una estación transmisora donde modula una señal portadora y la
onda portadora resultante modulada en vídeo se pasa a la antena transmisora, a través
de la cual es radiada en todas las direcciones como señal de imagen a difundir.
Simultáneamente se capta por un micrófono la información de la energía sonora asociada
con la escena visual y se convierte en una señal electrónica que también se pasan por
línea a la estación transmisora para modular una señal portadora de un generador
diferente al video. La señal portadora modulada por el sonido resultante se lo guía a la
antena transmisora para ser radiada a la atmósfera con la portadora modulada en imagen.
Una antena receptora de TV, ubicada a una determinada distancia de la antena
transmisora dependiendo de la potencia radiada de radiofrecuencia, capta la onda
modulada con la combinación de sonido e imagen para pasarla al equipo receptor de
televisión, en la cual se amplifica la señal recibida y después se separan las componentes
de imagen y sonido mediante un proceso de demodulación. La señal de imagen
demodulada se pasa a un tubo de rayos catódicos para que se pueda reproducir tan
fielmente como sea posible la escena original en movimiento del extremo emisor, la señal
demodulada del sonido se pasa a un altavoz para que se reproduzca tan fielmente como
sea posible la información original del sonido asociada a la escena visual.
Se está familiarizado con la producción de imágenes en movimiento por un proyector de
películas. Al ojo humano se le presentan en la pantalla numerosas imágenes "en reposo"
en rápida sucesión, siendo cada imagen "en reposo" ligeramente diferente de la
inmediatamente anterior.
El ojo humano tiene una característica llamada "persistencia de imagen" por la señal que
se envía al cerebro, cursada por una fuente luminosa que alcanza al ojo, se mantiene por
un pequeño intervalo de tiempo después que la fuente luminosa se haya retirado. Si las
imágenes "en reposo" se presentan una después de otra ante el ojo humano a una
velocidad de mas de 16 segundos, se logra crear una sensación de una escena en
movimiento sin ningún parpadeo significativo, por lo que un Sistema de Televisión se
debe diseñar para que presente al ojo humano imágenes desde el receptor de televisión
a una velocidad igual o superior a 16 por segundo.
En el tubo de rayos catódicos la señal electrónica de imagen se vuelve a convertir en
energía luminosa, el TRC consta de una envoltura de vidrio en forma de estrecho cilindro
en el cual se ha practicado el vacío que en un extremo abre su "cello" en un frente
rectangular más ancho que forma la pantalla, se tiene un cátodo en el extremo del tubo
tiene un dispositivo llamado "cañón de electrones", el cual sirve básicamente para enfocar
los electrones emitidos en un haz estrecho que es lanzado a lo largo del tubo bajo la
influencia de la tensión positiva aplicada a los ánodos. El haz de electrones se puede
mover ya sea en la dirección horizontal y vertical por campo; magnéticos producidos por
corrientes que pasan por las bobinas de deflexión situadas en el exterior y alrededor del
"cuello" del tubo.
La superficie interior de la pantalla rectangular esta cubierto por un material luminoso, en
el cual golpea el haz de electrones con velocidad suficiente se tiene que la energía del
haz de electrones hace que sea emitida luz por la capa que esta cubriendo la superficie y
se visualiza un punto luminoso en la pantalla del tubo al situarse frente a ella.
La cubierta luminosa de la pantalla normalmente tiene el material fósforo, el número de
P especifica la pantalla de fósforo, el P4 se emplea para todos los tubos de imagen de
blanco y negro y para el de color se adopta el número P22 en todos los tubos con fósforo
rojo, verde y azul.
Número de
fósforo
Color
Persistencia
Usos
P1
Verde
Media
Osciloscopios
P4
Blanco
Media-Corta
P7
Blanco-Amarillo
Corta, Larga
P14
Azul-Naranja
Corta, Larga
P15
Verde-Ultravioleta
Muy Corta
P22
Rojo, Verde y Azul
Media
Tubos de imagen
monocromática
Pantalla de dos
capas
Pantalla de dos
capas
Explorador de
punto Móvil
Tubos de imagen
tricolor.
Ta Televisión en blanco y negro es un que utiliza técnicas de barrido en la transmisión de
información bidimensional X, y (imagen) a través de un sistema unidimensional t(tiempo);
es decir la señal de televisión es una función de tres dimensiones que son: (x, y, t).
La imagen es explorada secuencialmente con líneas horizontales una a continuación de
la otra. completando de esta manera un cuadro. si se presentan estos cuadros en una
sucesión muy rápida, se adquiere la sensación de continuidad.
Elementos de Imagen
Se tiene que cada imagen es una sucesión ordenada de varias áreas pequeñas de
diferente luminosidad (elementos de imagen) que se les conoce como pixel, que, al ser
explorados en un orden secuencial en relación con el tiempo, se va a generar una señal
de video. El barrido se efectúa de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, línea por
línea, produciéndose de esta manera movimiento de exploración tanto horizontal como
vertical. sin embardo, el número de líneas de exploración en que se divide una imagen
debe ser suficientemente grande de tal manera que pueda tener un mayor número de
elementos de imagen, con 10 que se captan más detalles en la escena mejorando la
calidad resolutiva de la imagen.
Secuencia de Exploración vertical y horizontal
Para producir una ilusión de movimiento y de continuidad de la imagen, la escena tiene
que ser explorada a cierta velocidad, proporcionando de esta manera un número
suficiente de imágenes completas (cuadros) por segundo; se ha normalizado para el
sistema NTSC una exploración de 525 líneas para un cuadro, y el tiempo correspondiente
a un cuadro es 1\30 seg., por tanto la frecuencia de repetición de imagen es de 30 Hz
(que es la mitad de la frecuencia de línea de distribución de energía de C. A. de 60 Hz). El
sistema NTSC asigna a cada canal de difusión comercial un ancho de banda de 6 MHZ
Para reducir el ancho de banda de la señal de video a la mitad, se envían líneas alternadas:
entrelazando las líneas de exploración horizontal en dos grupos cada uno de 262.5 líneas
denominados campos; conteniendo el primero las líneas impares y el segundo líneas
pares, por tanto el tiempo de barrido de un campo es de 1\60 de segundo (en los países
en donde la frecuencia de la línea de energía es 50 HZ, la velocidad de campo es 50 Hz y
la frecuencia de cuadro es 25 Hz) f con lo que la frecuencia de barrido es de:
262.5 líneas/campo * 60 campos/segundo = 15750 Hz
Siendo este valor la velocidad con que el haz electrónico completa su ciclo de movimiento
horizontal de izquierda a derecha y regresa a la izquierda, por lo tanto, en términos de
tiempo de exploración horizontal será:
th =
1
Hz = 63.5μseg
15750
Barrido Entrelazado
El proceso de barrido de la pantalla adoptado para los sistemas de televisión a nivel
mundial consiste en una exploración horizontal de líneas pares e impares entrelazadas.
izquierda y se efectúa de izquierda a derecha, retrocediendo rápidamente después de
cada barrido de línea, esto lo realiza a razón de 15.75 KHz; debido al lento barrido vertical
generado a una frecuencia de 60 Hz, produce una cierta inclinación de las líneas. Esto se
repite sucesivamente hasta la parte inferior de la pantalla, donde sólo se recorre media
línea, barriéndose de esta manera 262.5 líneas del primer campo impar.
El haz electrónico al final del campo retrocede con un movimiento de zigzag horizontal,
alcanzando el centro superior de la pantalla. Las líneas exploradas durante el retorno
vertical no son visibles, debido a que el haz electrónico queda suprimido por la tensión
de borrado durante este tiempo.
Para la exploración del siguiente campo que contiene las líneas pares, el haz repite el
barrido horizontal y vertical hasta alcanzar la línea inferior izquierda de la pantalla. El
retorno vertical comienza en el lado inferior izquierdo, desde este punto el retorno lleva
el haz a la parte superior izquierda completando de esta manera un cuadro para luego
izquierda completando de empezar con el tercer campo.
La condición principal para el barrido entrelazado es que los puntos iniciales en la parte
superior de la pantalla estén separados media línea entre los campos par e impar, por lo
tanto, este tipo de exploración requiere en los sistemas NTSC, PAL o SECAM un número
impar de líneas horizontales.
Sincronizaciones Horizontal y Vertical
Se necesita una sincronización adecuada para reconstruir una imagen estable en el
receptor; esto es, para que se correspondan exactamente la exploración del transmisor y
la del receptor. Los impulsos rectangulares sincronizadores se transmiten como parte de
la señal completa de televisión, pero ocurren cuando no se está mandando información
de video; es decir, en el tiempo de borrado. Con el pulso de sincronismo se inicia el
retorno, ya sea vertical u horizontal.
Un impulso de sincronización horizontal se manda al final de cada línea, la frecuencia de
la exploración de líneas horizontales es 15750 Hz y la frecuencia de impulsos
sincronizadores horizontales es también 15750 HZ. Si no existieran los pulsos de
sincronismo horizontal, la imagen se desplazaría a la izquierda o a la derecha, perdiendo
estabilidad.
La sincronización vertical y el barrido de media. línea se realiza generando un pulso de
sincronismo al final de cada campo lo que determina el comienzo del retorno vertical, por
consiguiente, la frecuencia de los impulsos sincronizadores verticales es 60 Hz. Sin la
sincronización vertical, la imagen se deslizaría subiendo y bajando en la pantalla, está ya
no permanecería fija.
Durante el tiempo de borrado y de sincronismo vertical se envía un tren de pulsos de
sincronismo horizontal que consiste en una serie de pulsos de igualación y de
sincronización generados al doble de la frecuencia de barrido horizontal; es decir, a 31.5
KHZ con la misma amplitud, pero su anchura o su forma de onda diferente.
También es necesario que, de izquierda a derecha, se debe tener un grupo de seis
impulsos igualadores, la sincronización vertical está compuesta de un impulso
fraccionado, que se aplica a un integrador en el receptor para accionar el oscilador de
barrido vertical. Luego de los pulsos de sincronismo vertical nuevamente se tienen seis
impulsos igualadores adicionales.
Pulsos de sincronismo para a) campo par y b) campo impar.
Los impulsos igualadores están espaciados a intervalos de media línea y se los inserta
para facilitar la sincronización vertical suministrando formas de onda idénticas en la señal
de sincronización vertical, estas señales deben estar separadas para los campos pares e
impares, obteniéndose de esta manera una sincronización constante y un perfecto
entrelazado.
Tiempos de barrido
En una señal de video el borrado de los retornos horizontal o vertical se efectúa con un
ennegrecimiento u oscurecimiento de la pantalla; es decir, la tensión de borrado está en
el nivel de negro, consiguiendo de esta manera hacer, invisibles las líneas de retorno en
la exploración. Las líneas de retorno horizontal de derecha a izquierda son borradas por
los impulsos horizontales de 15750 Hz, mientras que los impulsos verticales a 60 Hz
borran las líneas de retorno desde la parte inferior hasta la parte superior de la pantalla
al final de cada campo.
El tiempo de retorno horizontal corresponde aproximadamente al 16% de cada línea
horizontal incluyendo el trazo el retorno esto es 63.5μseg, por tanto, el tiempo de borrado
de cada línea es 10.2μseg. El tiempo de borrado vertical es el 88 del periodo de barrido
de 60 Hz entonces 0.0013 seg.es el tiempo de retorno de campo. Por lo tanto; la secuencia
de borrado empieza poniendo la señal en un nivel de negro, para dar paso luego a la
señal de sincronismo con 10 que se inicia el retorno ya sea vertical u horizontal.
Como se mencionó antes, el tiempo que toma el intervalo de borrado vertical equivale a
0.0013seg y el tiempo de exploración horizontal de cada línea es 63.5μseg. se tendrá que
durante el borrado vertical se pierden cerca de 21 líneas de las cuales las primeras nueve
líneas están ocupadas por las señales de ecualización y sincronismo dejando de esta
manera las líneas 10 a 21 para otros usos.
Transmisión de Televisión
La información de video para televisión se transmite usando modulación de amplitud
(AM) de gran portadora y la señal de sonido asociada a cada canal a través de modulación
de frecuencia (FM) .
Debido a las restricciones de ancho de banda asignado a cada canal esto es 6 MHz, no se
envían las dos bandas laterales, sino que se usa una forma de banda lateral residual para
transmitir la información de video, como se observa en la Figura.
La banda lateral inferior es filtrada y está limitada en banda a 1.25 MHz por debajo de la
portadora de video. La portadora de audio está a 4.5 MHz por encima de la portadora de
video con una desviación de frecuencia pico de 25 KHz
Fig. Espectro simplificado de un canal de televisión.
Los niveles de la modulación de amplitud usados para video, utilizando una transmisión
negativa, ó6 polaridad negativa de modulación; es decir, menor amplitud corresponde a
una escena más brillante (mayor contenido de blanco), mientras que mayor amplitud
representa, una escena más obscura, obteniéndose de esta manera una eficiencia mayor
ya que la mayoría de las imágenes contienen más niveles blancos que negros, entonces
la amplitud de la portadora es baja a la mayor parte del tiempo y el transmisor utiliza
menor potencia.
Las amplitudes de la señal de vídeo modulada serian:
Pulso de sincronismo: 100% = - 40 IRÉ = 0.286 V
Nivel de borrado: 75% = o IRÉ = 0.0 V
Negro de referencia: 70% = 7.5 + 2.5 IRÉ 0.054 + 0.018V
Nivel de blanco: 12.5% + 2.5% = 100 IRÉ = 0.714 V
Por otro lado, para la asignación de canales debe tomarse en cuenta que la portadora de
imagen debe tener una frecuencia superior que la más alta frecuencia de video de 4 MHZ,
utilizando los canales de televisión comprendidos en las bandas VHF (50-300 MHz) y UHF
(300-900 MHz). En todas las bandas cada canal tiene un ancho de 6 MHz, en el cual está
incluido las señales portadoras de RE de imagen y sonido/ más la información de audio y
video.
Uno de los aspectos importantes en una transmisión de televisión es la potencia del
transmisor que generalmente está determinada por las especificaciones de potencia
máxima o pico de 0.5, 5, 20, o 50 kW. Tomando en cuenta que la potencia radiada efectiva
(ERP) es más alta porque comprende además la ganancia del sistema radiante.
Televisión a Color
Los sistemas de televisión a color tienen el miso principio de funcionamiento que la
televisión monocromática a la que se le ha añadido información de color, debiendo ser
compatible con el sistema en blanco y negro. En la información de imágenes a color, para
hacer una reproducción aceptable para la visión humana, se necesitan 3 colores primarios:
rojo(R), verde (G) y azul (B) ; mezclando de manera apropiada estos colores, es posible
obtener casi todos los colores de la naturaleza. En televisión a color se utilizan mezclas
aditivas; como consecuencia de mezclar fuentes de luz de colores, el color resultante
contiene mayor energía luminosa que los originales como se muestra en la Figura.
Si se mezcla la luz verde y la luz roja se obtiene el amarillo, de igual forma, el rojo y el azul
producen color violeta (magenta) , el verde y el azul producen un azul particular (cyan) .
Cuando se mezclan los tres colores en determinadas proporciones, el resultado es el
blanco.
En televisión es común describir una imagen en términos de su Inminencia (brillantez) y
su crominancia (color), puesto que los receptores blanco y negro utilizan la parte de
luminancia de la señal compuesta, consiguiendo con esto la compatibilidad; mientras que
los de color usan las dos señales. Además los sistemas a color deben conservar las
especificaciones del canal monocromático como son: ancho de banda del canal, relación
de aspecto, número de líneas por cuadro, frecuencia de barrido horizontal y frecuencia
de barrido vertical.
La información sobre la crominancia se describe en términos de matiz y saturación, para
comprender de mejor manera se coloca los tres colores primarios en los vértices de un
triángulo equilátero. A causa de la mezcla de estos colores, se obtiene el amarillo, el
magenta (turquesa) y el cyan (purpura) a lo largo de los lados del triángulo de color y en
su centro el blanco
Se observa en la Figura que los colores pueden definirse por una magnitud radial y un
ángulo; entonces el matiz o tinte será el color que varía con el ángulo, y la medida de
pureza del color se denomina saturación, que varia con la distancia radial desde el centro;
la saturación de un color determinado depende de su grado de mezcla con luz blanca.
Un color está altamente diluido si está cerca del centro, y se denomina pálido o pastel,
mientras que al alejarse está más saturado. Los puntos con igual ángulo a 1o largo de una
línea tendrán el mismo matiz.
La luminancia es una medida de la energía de la luz incidente; es decir, indica la cantidad
de intensidad luminosa que es distinguida como brillo por el ojo humano; así en una
imagen en blanco y negro las partes obscuras tendrán menor luminosidad que las claras.
En los sistemas a color se toma en cuenta la respuesta del ojo humano a las diferentes
longitudes de onda de la luz, la cual no es igual para todo el espectro. Experimentalmente
se ha llegado a obtener una curva de luminosidad relativa por el observador medio.
De dicha curva se concluye que la respuesta del ojo es mayor a una longitud de onda de
550 milimicras que corresponde a un color amarillo verdoso, disminuyendo hacia
longitudes mayores y menores, cayendo más rápidamente hacia el azul. Por lo tanto, en
términos de colores primarios para conformar el blanco no se combinan en proporciones
iguales de R, G y B, sino que lo hace en relación con la sensibilidad del ojo a cada color
primario; se combina 59% de verde, 30% de rojo y 11% de azul.
El ojo humano no capta con la misma sensibilidad todos los colores del espectro visible,
es decir no todas las radiaciones luminosas de frecuencia comprendidas dentro del
espectro visible, sensibilizan por igual al ojo humano. El ojo humano es más sensible para
altos niveles de iluminación. Como consecuencia, para obtener estas luminosidades es
preciso dirigir al ojo potencias luminosas distintas según la longitud de onda. Por ejemplo,
para obtener la misma luminosidad se necesita mayor potencia en el violeta que con el
amarillo. Esto quiere decir que para un sistema de TV a colores se debe tener:
1. Una banda de video de 4MHZ para la información de brillo (se tiene así en la TV
blanco y negro).
2. Una banda de video de 500 KHZ para los tres colores y que sólo cubrirá los objetos
grandes de la imagen.
3. Una banda de 500 KHZ a 1.5 MHZ para objetos o áreas pequeñas con sólo dos
colores (naranja-turquesa) .
4. Para áreas pequeñas, detalles de la imagen no requieren color, sólo información
de brillo.
Principios del Color.
En cierta forma el ojo humano podría ser considerado como una especie de receptor de
radio con un paso de banda entre 430 y 750 THz. La frecuencia o la longitud de onda de
la luz determinan el color o matiz que se ve. Pero algunos colores no corresponden a
algunas longitudes de onda de la luz, por citar algún ejemplo está el color marrón y el
púrpura, estos colores son el resultado de la mezcla de proporciones diferentes del rojo,
verde y azul y la interpretación de estos colores la hace la mente del observador.
El color se puede describir con tres características que son:
•
•
•
Matiz: Matiz se define como la sensación de color producida cuando se ve luz de
una o más longitudes de onda.
Brillo: Brillo es la intensidad de la luz que se observa
Saturación: Saturación se relaciona con el brillo porque si se incrementa el
contenido de blanco de un color saturado, su contenido de energía se incrementa
y lo hace más brillante, por lo que describe el grado de pureza de un color y su
carencia de luz blanca.
Los televisores de color pueden ajustar el grado de saturación, brillo y matiz por medio
de los controles adecuados. El control de saturación se conoce como control de color. El
matiz se ajusta con un control conocido por el nombre de tinte. El brillo se regula con los
controles de brillo y contraste.
Las características de los tres colores primarios a la visión son las siguientes:
•
•
•
El verde es el color más brillante de los tres primarios del sistema aditivo. Es decir,
que el ojo es más sensible al verde.
El rojo es el color que el ojo distingue más fácilmente.
El azul es el color menos luminoso para el ojo.
La mezcla de estos tres colores en diferentes proporciones hace que se genere diversos
colores.
Sistemas de Televisión en Color
El primer sistema de televisión en color aceptado para difusión comercial en forma
permanente fue NTSC (National Televisión Sistems Committee) en 1954. Posteriormente
fueron desarrollados otros sistemas de color teniendo muchas similitudes con el sistema
NTSC, siendo estos el sistema PAL (Phase Alternating Line) y el SECAM (Sequential
couleour a Memoire).
El sistema NTSC de Televisión en color es el normalizado en Estados Unidos, Canadá,
Japón y varios países del hemisferio oeste, el sistema PAL que está vigente en Alemania,
España y otros países europeos y el SECAM es el sistema francés que funciona en Rusia y
otros países de Europa Oriental.
La diferencia fundamental entre estos tres sistemas radica en el método de procesar la
señal que llega a la cámara de color, para posteriormente ser transmitida, tomando en
cuenta que en el receptor debe existir un acondicionamiento de los circuitos para la
reproducción de la señal.
SISTEMA NTSC
El sistema NTSC separa la información en señales de luminancia y de crominancia las
cuales se transmiten en forma simultánea usando multiplexación en frecuencia. Este
sistema se ha diseñado para ser compatible con el monocromático, basándose en 525
líneas y 60 campos por segundo con exploración entrelazada. La componente de
luminancia y está formada por la suma de los tres colores primarios (R/ G/ B) ; esta señal
se cuantifica en igual proporción que la respuesta del ojo humano a las frecuencias de los
colores primarios esto es:
Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B
En esta señal está contenida toda la información que un receptor en B/N necesita para
reproducir una imagen. Además, se transmiten dos señales de diferencia de color que se
obtienen restando la luminancia de R y B.
R – y = 0.7R – 0.59G – 0.11B
B – y = 0.89R – 0.59G – 0.3B
(G – Y) no se transmite y se la obtiene en el receptor combinando adecuadamente las dos
ecuaciones anteriores, además dos mezclas son suficientes para tener toda la información
del color original de los tres primarios.
Puesto que la transmisión de un color totalmente saturado require picos instantáneos
mayores que los requeridos para la monocromática, resultando ser una sobrecarga
bastante grande en el transmisor; se utilizan las señales I y Q:
I = 0.6R – 0.28G – 0.32B
Q = 0.21R – 0.52G + 0.31B
Por otro lado, como la resolución del ojo humano es menor para el color que para el
blanco y negro, y experimentalmente resulta que puede resolver detalles más finos en
naranja y cyan que en verde y magenta; aprovechando esto, la subportadora de
crominancia de referencia puede adelantarse 33° en el transmisor; formándose nuevos
ejes llamados I y Q
Diagrama fasorial de relaciones de fase de crominancia.
Para la señal Q se obtiene que un ancho de banda de 0.5 MHZ es adecuado, y se utiliza
modulación de doble banda lateral (DSB, La señal I necesita una banda más ancha del
orden de 1.3 MHz, utilizando modulación de banda lateral residual para restringir el ancho
de banda a cerca de 500 KHZ sobre la frecuencia subportadora).
Espectro de la señal de televisión en color, mostrando los espectros I y Q.
Estas señales se modulan en cuadratura con el fin de utilizar una sola portadora para la
transmisión y para que en el receptor puedan ser separadas y no se interfieran la una con
la otra.
En el diagrama de bloques se visualiza que la frecuencia de la subportadora de color de
3.58 MHz es acoplada a los circuitos de los moduladores balanceados de las señales I y 2,
que produce modulación de amplitud con portadora suprimida. La señal del oscilador de
3.58 MHZ (Fsc) es desfasada 90° antes de entrar al modulador Q.
Modulación en cuadratura de las señales I y Q.
La expresión matemática de la señal de color es:
C = Q sen(wt+33∘ ) + I cos(wt+33∘ )
Donde:
w=2πFsc
Otro de los valores importantes es la frecuencia subportadora de color; la información
espectral de luminancia tiende a concentrarse alrededor de los armónicos de la frecuencia
de barrido horizontal, siendo la armónica cero o de referencia la portadora de imagen; la
información de crominancia también se muestra a la tasa de barrido horizontal, pero su
referencia se halla en la frecuencia subportadora de color. La elección de esta frecuencia,
se la realiza tomando en cuenta que los espectros de las señales de crominancia queden
exactamente entre los de la señal de luminancia, evitando su interferencia.
Principio de intercalación de las frecuencias horizontales de luminancia y crominancia.
Transmitiéndose de esta manera la señal de luminancia y de crominancia en el mismo
ancho de banda que para una señal monocromática. Por tanto, la frecuencia subportadora
de color debe ser un múltiplo impar de un medio de la tasa de barrido horizontal.
Además, no debe modificarse la separación entre la portadora, de sonido y video de 4.5
MHz, porque el sistema dejaría de ser compatible con la televisión monocromática; por
tanto, se modifica ligeramente la frecuencia de línea.
Considerando 10 anterior se llega a escoger la armónica 286 de la frecuencia de línea de
15.75 KHZ, entonces se tiene:
fh = 4500000/286 = 15734.27 Hz
fv = 15734.27 Hz/262.5 = 59.94 Hz
Estos nuevos valores de la frecuencia horizontal (fh) y de campo (fv) es menor al 1% de
tolerancia aceptable en receptores monocromáticos.
Con estos nuevos valores de frecuencias de barrido y tomando a la subportadora de color
como la armónica 455ava de un medio de la tasa de barrido horizontal, se tendrá que la
frecuencia de subportadora de color será:
FSC = 455 (15734.27 Hz/2) = 3579.55 KHz
Para recuperar la información I y Q en el receptor se necesita generar la misma frecuencia
de subportadora que es suprimida en La transmisión. Para que esta frecuencia generada
en el receptor esté exactamente en fase y en frecuencia con el transmisor se envía una
ráfaga de color (burst) que consiste en nueve ciclos d la frecuencia subportadora y con
una fase especifica durante el intervalo de borrado.
Al analizar una señal compuesta para barras de color y si se explora una de sus líneas
horizontales en un monitor de forma de onda se puede ver una señal de video, con sus
respectivas señales de sincronismo y burst.
Señal de video compuesta para barras de color.
La información de crominancia modulada es añadida luminancia con apropiadas señales
de sincronismo; por tanto, la señal compuesta NTSC (SCNTSC) tendrá la siguiente
expresión:
SSCNTSC =Y+Q sin(wt+33°) +I cos(wt+33°)
En la siguiente figura se muestra la exploración de un cuadro, con las señales de
sincronismo . y la fase respectiva del burst.
Formato NTSC para exploración de un cuadro.
luminancia en banda base
Subportadora modulada en cuadratura
Matiz (Hue) = fase
Saturación = amplitud
linea/campo = 525/60
Eh = 15.734 KHz
Ev = 59.94 Hz
Esc = 3.579545 MHz
Pedestal = 7.5 IRE
Ancho de banda = 4.2 MHz
Sonido = 4.5 MHz (FM)
Principales características del sistema NTSC.
SISTEMA PAL
La denominación "Phase Alternating Line" (línea alternada en fase) describe el modo en
que la información de crominancia (color) de la señal de vídeo es invertida en fase en
cada línea, permitiendo la corrección automática de los posibles errores en fase al
cancelarse entre sí. En la transmisión de datos por radiofrecuencia, los errores en fase son
comunes, y se deben a retardos de la señal en su llegada o procesado.
Aprovechando que habitualmente el contenido de color de una línea y la siguiente es
similar, en el receptor se compensan automáticamente los errores de tono de color
tomando para la muestra en pantalla el valor medio de una línea y la anterior, dado que
el posible error de fase existente será contrario entre una línea y la siguiente. De esta
forma dicho error, en lugar de un corrimiento del tono como ocurriría en NTSC, queda
convertido en un ligero defecto de saturación de color que es mucho menos perceptible
al ojo humano. Esta es la gran ventaja del sistema PAL frente al sistema NTSC.
Las líneas en que la fase está invertida respecto a cómo se transmitirían en NTSC se llaman
a menudo líneas PAL, y las que coincidirían se denominan líneas NTSC.
El funcionamiento del sistema PAL implica que es constructivamente más complicado de
realizar que el sistema NTSC. Esto es debido a que, si bien los primeros receptores PAL
aprovechaban las imperfecciones del ojo humano para cancelar los errores de fase, sin la
corrección electrónica explicada arriba (toma del valor medio), esto daba lugar a un efecto
muy visible de "peine" si el error excedía los 5°. La solución fue introducir una línea de
retardo en el procesado de la señal de luminancia de aproximadamente 64 us que sirve
para almacenar la información de crominancia de cada línea recibida; la media de
crominancia de una línea y la anterior es lo que se muestra por pantalla. Los dispositivos
que eran capaces de producir este retardo eran relativamente caros en la época en la que
se introdujo el sistema PAL, pero en la actualidad se fabrican receptores a muy bajo coste.
Esta solución reduce la resolución vertical de color en comparación con NTSC, pero como
la retina humana es mucho menos sensible a la información de color que a la de
luminancia o brillo, este efecto no es muy visible. Los televisores NTSC incorporan un
corrector de matiz de color (en inglés, tint control) para realizar esta corrección
manualmente. Finalmente, en el sistema PAL es más probable que el aparato receptor
malinterprete una señal de color como señal de luminancia, o viceversa, que en el sistema
NTSC. En consecuencia, el sistema NTSC es técnicamente superior en aquellos casos en
los que la señal es transmitida sin variaciones de fase (y, por tanto, sin los defectos de
tono de color anteriormente descritos), por ejemplo, en la televisión por cable, por
satélite, en videojuegos, en reproductores de vídeo, y en general en todas las aplicaciones
en banda base.
Europa se atrasó en la adopción de un estándar de televisión a color, evaluando varios
sistemas entre 1953 y 1967, que fueran compatibles con su sistema monocromático de
625 líneas, 50 campos por segundo, entrelazado 2:1. Las especificaciones de NTSC fueron
modificadas para superar un inconveniente que presenta este sistema, que consiste en la
distorsión del color; es decir, variaciones del matiz que pueda tener una imagen debido a
problemas en la trayectoria de transmisión.
La señal de luminancia es la misma expresión que para NTSC, debido a que el principio
para obtenerla es el mismo.
Y = 0.30 R + 0.59 G + 0.11 B
La señal de crominancia está determinada como la resultante de dos vectores V y U, que
se obtienen de la diferencia entre la señal de luminancia y las señales básicas RGB.
U = 0.492 (B - Y)
V = 0.877 (R - Y)
U y v tienen un ancho de banda típico de 1.3 MHz. A semejanza con el sistema NTSC,
estas señales son usadas para modular la subportadora de color, usando dos
moduladores balanceados operando en cuadratura de fase. Las salidas de los
moduladores son sumadas para formar la señal de crominancia (C) .
C = U sen(wt) ± V cos(wt)
w = 2πFSC
En este sistema se invierte 180° una de las componentes de la señal de crominancia (V)
de línea a línea en el transmisor. Con esto se consigue que el efecto de los errores en la
fase del matiz ocurridos en la transmisión se pueda minimizar promediando el efecto
sobre varias líneas.
Si se observa un campo por ejemplo el impar se tendrá el efecto que se visualiza en la
siguiente figura
Alternancia del vector V
Al existir un error de fase en cualquier parte del sistema, por ejemplo, de 10°,
vectorialmente se representa como en la siguiente figura a) , el efecto que se produce es
el adelantarse el vector R esos 10°, manteniéndose la misma amplitud, con lo cual el nuevo
ángulo será de α + 10°, y las componentes del vector cambian en magnitud; es decir, V
aumenta en amplitud y U disminuye, esto ocurre en la línea 1. En la línea 3, al invertirse el
vector V y mantenerse el mismo desfase (siguiente figura b), el vector U es el que aumenta
de valor mientras que -V disminuye, y el ángulo será de α - 10°.
La corrección de fase se realiza en el receptor, mediante una línea de retardo, con la cual
se retrasa la señal de crominancia mientras dura una línea; es decir, 64μseg., luego esta
señal se aplica directamente a un circuito sumador y a un circuito sustractor, junto con la
señal de crominancia que proviene de la línea de retardo.
Diagrama vectorial de las señales U y V con un error de fase de 10° para a) la línea 1 y b)
la línea 3.
En la siguiente Fig. se representa solamente los vectores resultantes U y V con sus nuevos
ángulos, es decir (α + 10° ) y (α - 10 °) . Donde se comprueba que el vector resultante
vuelve a formar un ángulo a, como se tenía inicialmente, pero aumenta su amplitud, con
lo que las componentes U y V también aumentan, variando la saturación, pero con la
ventaja de que el ojo no es tan sensible a una variación de saturación como a una de
matiz. En realidad, si se toma U y V con sus valores y se halla matemáticamente el nuevo
valor de R, el error de desfase está comprendido entre 1 y un 1.5%, que el ojo no llega a
notar.
Vector resultante con ángulo de fase α.
En la siguiente figura se observa el diagrama de bloques del receptor PAL para la señal
de crominancia.
Diagrama de bloques del receptor PAL
El efecto que se produce en el sumador se representa vectorialmente en la Fig. 1-18,
cuando la línea que llegue sea por ejemplo la 3, esta se aplicará directamente, pero
también se aplicará la línea 1 que procede de la línea de retardo almacenada en ella
durante el periodo de una línea, entonces se anula la componente V y se suma la
componente U, continuando el proceso línea por línea.
V
Línea 1
U
U
Sv =+V-V=0
Su =+U+U=2U
Línea 3
-V
Señales aplicadas al sumador.
En el canal V el proceso es idéntico, con la diferencia de que como la señal V alterna en
fase, se utiliza un circuito inversor para poder anular la señal U y mantener la V, por tanto
el circuito sustractor está formado por un circuito inversor y un sumador como se muestra
en. la Figura
Circuito sustractor.
Por ejemplo en el diagrama vectorial de la siguiente figura, se tiene directamente la línea
3 invertida y la línea 1 procedente de la línea de retardo que al ser sumadas se obtiene la
señal V y se anula U.
V
Línea 1
U
V
Su =+U-U=0
Sv =+V+V=2V
Línea 3
U
Señales aplicadas al sustractor.
Las señales 2U y 2V pasan a continuación a su demodulador pero el canal V necesita un
circuito conmutador inversor en el circuito de la subportadora de referencia, debido a que
a la salida del sustractor se tiene a veces 2V, y otras -2V.
El receptor PAL tiene un mecanismo con el cual la secuencia conmutada de la señal V es
identificada, esta técnica es conocida como PAL SYNC o "Swinging burst", que consiste
en alternar la fase de la referencia del burst por ±45° a razón de línea como muestra la
siguiente figura.
a) Diagrama vectorial de U y V para barras de color, línea n y b) Diagrama vectorial de U
y V para barras de color, línea n+1.
La señal PAL para barras de color, al explorar una de sus líneas y monitorear su forma de
onda, se observa en la siguiente figura la señal de sincronismo vertical, la señal de burst
que se transmite en el pórtico posterior del impulso de sincronismo, los niveles de blanco,
negro y de borrado.
Señal de video compuesta PAL (B,D,G,H,I,N) para barras de color.
En la siguiente figura se muestra la exploración de un cuadro, con los impulsos
ecualizadores y de sincronismo vertical, con una duración de 2.5 líneas. El borrado de
campo se extiende a 24 líneas.
Formato PAL para dos campos
A diferencia de NTSC, PAL tiene diversas variaciones dependiendo del ancho de banda de
video (4.2, 5.0, 5.5, ó 6.0 MHz) y de la ubicación de la portadora de audio. La señal de
luminancia tanto en PAL como en NTSC ocupa todo el ancho de banda, como se muestra
en la siguiente figura, y las señales de crominancia tienen un ancho de banda aproximado
de 1.3 MHz.
Anchos de banda del Sistema PAL a) I, b) B,G,H, y c) D.
En la siguiente tabla se encuentra las designaciones del CCIR para el sistema PAL en sus
diferentes versiones.
luminancia en banda base
Subportadora modulada en cuadratura
Matiz (Hue) = fase
Saturación = amplitud
Fase de la componente V alternándose en cada línea
'I'
Línea/campo = 625/50
FH = 15.625 KHz
V = 50 Hz
Fse = 4.43361875 MHz
Pedestal = 0 IRE
Ancho de banda = 5.5 MHz
Sonido = 6.0 MHz (FM)
'B, G, H'
Línea/campo = 625/50
FH = 15.625 KHz
V = 50 Hz
Fse = 4.43361875 MHz
Pedestal = 0 IRE
Ancho de banda = 5.0 MHz
Sonido = 5.5 MHz (FM)
'M'
Línea/campo = 525/50
FH = 15.750 KHz
V = 60 Hz
Fse = 3.57561149 MHz
Pedestal = 7.5 IRE
Ancho de banda = 4.2 MHz
Sonido = 4.5 MHz (FM)
'D'
Línea/campo = 625/50
FH = 15.625 KHz
V = 50 Hz
Fse = 4.43361875 MHz
Pedestal = 0 IRE
Ancho de banda = 6.0 MHz
Sonido = 6.5 MHz (FM)
'N'
Línea/campo = 625/50
FH = 15.625 KHz
V = 50 Hz
Fse = 4.43361875 MHz
Pedestal = 7.5 IRE
Ancho de banda = 4.2 MHz
Sonido = 4.5 MHz (FM)
Principales características del sistema PAL
Enlace del Estudio al Transmisor de Potencia.
Los enlaces estudio-transmisor son los destinados a llevar la programación desde los
estudios hasta el sitio de transmisión de la estación matriz, sea por radiodifusión o de
televisión.
Radioenlace Estudio Transmisor
Estos generalmente son enlaces vía microondas, aunque pueden variar según las
exigencias de la empresa. En algunos otros casos, a manera de reserva, se emplean
enlaces satelitales. Inclusive este enlace puede ser por fibra óptica. Los transmisores de
potencia están situados en puntos estratégicos, son lugares de una altitud considerable
donde la radiación de las antenas pueda llegar lo más lejos posible.
El transmisor de televisión.
La salida de cresta o pico de potencia RF de un transmisor VHF típico de señal de imagen
o sonido es de 1 a 50 KW. Sin embargo, la potencia radiada efectiva puede ser más alta a
causa de que incluye la ganancia de la antena transmisora.
La mínima potencia efectiva radiada especificada por la FCC para una población de 1
millón de habitantes o más es de 50 kW, con una altura de antena transmisora de 500
pies (150 m) Para áreas de poblaciones de menos de 50,000 habitantes la mínima potencia
efectiva radiada es 1 kW, con una altura de antena de 300 pies (90m). En la siguiente
figura se muestra en bloques un transmisor de televisión.
Por ejemplo en el diagrama vectorial de la siguiente figura, se tiene directamente la línea
3 invertida y la línea 1 procedente de la línea de retardo que al ser sumadas se obtiene la
señal V y se anula U.
Diagrama a bloques de un transmisor de televisión.
Estaciones repetidoras.
Algunas zonas están sombreadas por montañas o demasiado lejanas de la emisora más
próxima, para que la difusión de televisión pueda prestar un servicio satisfactorio. En este
caso se puede utilizar una estación repetidora situada en un lugar conveniente para la
recepción y para volver a difundir el programa hasta los receptores del área local. Algunas
estaciones repetidoras convierten frecuencias de la banda VHF para volverlo a difundir en
el canal UHF, reduciendo la interferencia. Estas son las estaciones traslatoras o de telé.
Modulación en Amplitud por banda Vestigial
El método de transmitir la señal de imagen modulada en amplitud (AM) consiste en variar
la amplitud de una onda portadora de RF con la tensión de modulación. Es necesaria la
modulación para que cada emisora de radiodifusión pueda tener su propia frecuencia
portadora RF. Así puede ser sintonizada la sección RF del receptor a las diferentes
emisoras. La señal portadora de imagen es transmitida con polaridad negativa de
modulación, lo cual significa que las variaciones tendentes al blanco en la imagen
disminuyen la amplitud de la señal portadora de imagen. Una ventaja de la transmisión
negativa es que los impulsos de ruido incluidos en la señal de RF transmitida aumentan
la amplitud de la portadora hacia el negro, lo que hace que el ruido sea menos perceptible
en la imagen, además el transmisor utiliza menos potencia con amplitudes menores de
portadora para imágenes que son mayormente blancas.
La señal AM no es transmitida como señal de doble banda lateral normal. En los sistemas
del servicio publico de televisión para la señal AM portadora de imagen, se emplea la
transmisión de banda lateral vestigial o residual, se transmite íntegra una banda lateral,
pero de la otra banda lateral sólo se transmite una parte, un vestigio o un residuo.
Asimismo se transmite la portadora, es decir, es transmitida toda la banda lateral superior
de la señal AM de imagen, incluyendo las frecuencias de modulación de video de hasta 4
MHz. La banda lateral inferior incluye solamente las frecuencias de modulación de video
hasta 0.75 MHz aproximadamente, para conservar la anchura de banda en el canal de
servicio. Esta transmisión es designada por la Federal Communications Comisión (FCC)
como emisión tipo A5C.
Atribución de frecuencias y bandas de televisión abierta.
Las señales de televisión se asignan en frecuencias en los intervalos de VHF y UHF. Se
utiliza en intervalo de frecuencia entre 54 y 806 MHz
Tabla 4 Asignación de frecuencias para cada canal de televisión
Televisión de Alta Definición (HDTV)
El desarrollo de nuevas tecnologías en transmisión para radiodifusión y la necesidad de
mejorar la calidad del video en los sistemas de televisión; el enfoque es conseguir el
mejoramiento de la resolución de video. A estos sistemas con calidad superior de video
se los ha denominado Sistemas de Televisión de Alta Definición (High Definition
Televisión HDTV).
Cuando se habla de estos sistemas se piensa exclusivamente en un sistema de televisión
con alta calidad resolutiva de imagen y pantalla más ancha, 10 cual produce excelente
calidad y adecuados efectos psicológicos en las escenas presentadas para información o
entretenimiento, como son: una mayor sensación de realidad y perfección de las
imágenes en relación con lo que un sistema convencional ofrece.
En el mundo fueron tres organizaciones (EE.UU, Japón y Europa) que investigaron el
sistema de televisión de alta definición, con el propósito de conseguir que su sistema
llegue a estandarizarse.
EE.UU. no tiene un sistema HDTV definido, por tal razón el Centro de Pruebas de
Televisión Avanzada (Advanced Televisión Test Center ATTC) en Virginia, es la institución
encargada de realizar las pruebas a los diferentes sistemas de televisión de alta definición
que están en constante competición. La FCC (Federal Communications Comnisions) en
base a los informes que presente el Centro de Pruebas emitirá un estándar, con e. cual se
desea que el sistema seleccionado funcione por muchos años en conjunto con los
sistemas existentes, sin causar interferencia y, además que cumpla con el ancho de banda
estándar dado para los canales de televisión convencionales, molen los sistemas europeo
ni japonés
Sin embargo, la alta calidad que presentan estos sistemas requiere de un mayor ancho de
banda de video, debido a lo cual, es necesario utilizar adecuados métodos de compresión
de video.
Además, con estos sistemas de televisión de alta definición, se logra en gran parte la
eliminación de imágenes fantasmas, causadas por reflexiones sobre superficies
conductoras de la imagen de televisión transmitida; optimizando de esta manera, aun
más este nuevo sistema de televisión.
Características Generales
Se plantea nuevas características para el sistema HDTV como son las siguientes:
•
La resolución espacial definida, tanto por el número de puntos horizontales como
verticales que se pueden distinguir en la pantalla (pixels), aproximadamente es el
doble que en la televisión convencional.
•
•
•
Presenta una mejora en la reproducción de color evitando las interferencias
existentes entre las señales de luminancia y crominancia.
Cambio de la resolución temporal; es decir, paso de exploración entrelazada a
progresiva a en algunos sistemas, que mejora las imágenes en movimiento, así
como el parpadeo existente por la ausencia de información.
Aumento del formato de la pantalla hacia medidas más anchas, con el consecuente
aumento del contenido de la imagen.
• Calidad alta del sonido semejante a la del compact-disc, con sonido digital
cuadrafónico.
Los requerimientos de pantalla más ancha {relación de aspecto mayor), distancia de
observación y ángulo visual, número de líneas exploradas (n), número de imágenes por
segundo, y ancho de banda de la señal (fb), fueron determinados varias pruebas de
evaluación de calidad de imagen, usando sistema de televisión de alta resolución. Estas
pruebas confirmaron que el sistema de televisión con 1000 o mas líneas exploradas, con
un ancho de banda de la señal de luminancia más grande y con relación de aspecto mayor
es completamente válida para una distancia de visión menor.
Relación de aspecto
La relación de aspecto viene dada como el cociente entre la longitud horizontal y vertical
de la pantalla. Este parámetro es importante, no sólo por el formato físico de la pantalla
sino también por su influencia en el ancho de banda del sistema; y porque, además,
estudios psicológicos demuestran que la adopción de un formato más ancho provoca un
mayor grado de participación del espectador en la escena, debido 3 que no capta toda la
pantalla y escoge solamente la parte de la imagen que desea observar.
La sensación de realidad inducida por un despliegue visual de pantalla ancha fue
estudiada en detalle a través de varios experimentos. Una prueba de evaluación que
relaciona La medida de la imagen y la relación de aspecto ha sido realizada proyectando
transparencias largas de color sobre una pantalla.
Los resultados de las pruebas llevaron a la siguiente conclusión:
•
En general, una relación de aspecto de 16/9 da mejores resultados que la relación
actualmente utilizada de 4/3 para sistemas de televisión comunes. La pantalla de
cine da una poderosa sensación de realidad con cuadros finos y detallados sobre
una pantalla larga (16/9), efecto que disminuye en una pantalla de televisión
pequeña.
En la elección del formato especifico de 16/9 se ha tenido en cuenta consideraciones de
ancho de banda y compatibilidad con formatos existentes en cinematografía, además
16/9 tiene una relación cuadrática con el formato actual de 4/3.
Distancia de observación y ángulo visual
Para la obtención de la distancia de observación y ángulo visual adecuados para el sistema
HDTV, se realizó un sinnúmero de pruebas sobre un sistema de televisión de alta
resolución para un número variable de líneas exploradas y a diferentes distancias entre el
televidente y el receptor de televisión (dH) donde H representa el alto de la pantalla. En
la siguiente Tabla, se observa la relación entre número de líneas exploradas requeridas y
ancho de banda de la señal, en función de la distancia de observación del televidente.
Considerando los valores de la Tabla se demuestra que en el cálculo de la distancia de
observación influye de forma determinante el parámetro de resolución vertical, de esta
manera se obtiene:
•
•
Un sistema de video con una distancia de observación de 4H es recomendada para
cines, animación, y para programas de deporte con movimientos rápidos, por la
existencia de un factor adicional de mareo.
Imágenes con pocos y lentos movimientos pueden ser observadas desde una
distancia más cercana, incrementando el efecto psicológico de realidad, y el
sistema será tal que las imágenes podrán ser observadas satisfactoriamente, desde
una distancia de solamente 3H.
Distancia del televidente (dH)
N (lineas)
fb (Mhz)
Angulo Visual (grados)
7,2H
525
4.3
10.7
4H
940
11
23.5
3H
1240
19
31
2,5H
1480
27.5
36.9
2H
1840
42
45.2
Tabla. Número de líneas exploradas requeridas y ancho de banda de la señal (fb) en
función de la distancia de observación del televidente.
A la distancia de 3H, se puede tener un ángulo de visión de 30° . Adicionalmente debido
a la limitada resolución del ojo humano, las líneas se mezclan y dan la impresión de una
imagen uniforme. La Fig. 2.1 compara las geometrías estipuladas para televidentes con
pantallas de televisión convencional y de alta definición, ; las distancias 3 las cuales líneas
exploradas son invisibles. En un sistema convencional, el ángulo de visión es de alrededor
de los 10 pero en el sistema de alta definición suministra un ángulo de visión de 30°
Geometrías para pantallas de televisión convencionales y de alta definición.
De estos experimentos se concluyó que el despliegue visual con más de 1000 líneas y
ángulos de visión de 30° a 40° llegan a producir efectos psicológicos que dan mayor
sensación de realidad. Por esta razón, la técnica más efectiva de producción de efectos
psicológicos, tales como proximidad e impacto, se logra ensanchando la pantalla a una
relación de aspecto de 16/9, que ha sido adoptada por todos los sistemas de HDTV en
estudio.
Consideraciones de color
El uso de los sistemas actuales en video compuesto con la señal de crominancia
compartiendo el espectro de la luminancia, presenta como principales inconvenientes las
distorsiones mutuas entre luminancia y crominancia, así como una reducción del ancho
de banda para las componentes de color; estos dos efectos se eliminan al utilizar formato
de video en componentes, ya que la información se transmite por tres canales
independientes.
Por 1o tanto, HDTV pretende la utilización de video en componentes, pero la transmisión
de cada una de las señales no se efectuará por tres canales independientes, sino con
multiplexación en el tiempo de las componentes.
Otro aspecto importante es el conjunto de colores que pueden ser susceptible de
captación en los sistemas de televisión. Dentro del diagrama de cromaticidad, el sistema
HDTV pretenderá abarcar un conjunto de colores mayor que en los sistemas
convencionales, que se escogerá en función de las experiencias subjetivas. En la siguiente
Figura se aprecian los triángulos de color de los sistemas convencionales y HDTV en los
diagramas de cromaticidad.
Estos triángulos contienen el conjunto de colores susceptibles de ser captados por un
sistema. La curva exterior en forma de herradura representa el conjunto de colores que
puede percibir el ojo humano, los triángulos representan los colores en sistemas
convencionales NTSC y PAL. En este diagrama cada color está definido por dos
coordenadas: X da el porcentaje de rojo y Y que muestra el porcentaje de verde; el
porcentaje de azul se obtiene restando del 100% el valor de rojo y verde.
Triángulos de color de los sistemas convencionales y HDTV en los diagramas de
cromaticidad
Frecuencia de imagen
Este es el factor más conflictivo entre los sistemas propuestos, debido a la preferencia, de
50, 59.94 o 60 campos por segundo según los sistemas europeo, americano y japonés
respectivamente; entonces, para la frecuencia de imagen de cada sistema HDTV se
consideran los mismos valores que en el sistema convencional, la razón de esta elección
viene impuesta por la necesidad de compatibilidad con los sistemas NTSC, PAT SECAM.
Otro factor importante a considerar es el método de exploración entrelazada ó
progresiva. El problema en televisión es que el ancho de banda aumenta cuanto mayor
es el número de imágenes presentadas en un segundo.
Con la exploración entrelazada surgen problemas especialmente con objetos que tienen
movimientos rápidos, pues aparecen con un emborronamiento en los bordes, esto se
debe a que las líneas del segundo- campo se han explorado poco tiempo después de las
del primero, y la posición de la imagen del segundo campo es ligeramente distinta
respecto del primero.
El CCIR menciona la buena calidad en los detalles de imágenes que se obtienen con
exploración progresiva, además considera que el problema causado por las líneas de
exploración con entrelazado 2;1 es aproximadamente la misma que produce la
exploración secuencial con un 40% menos de líneas, aunque de esta manera se requiere
un 20% más ancho de banda para la exploración progresiva.
En cualquier caso, la limitación del ancho de banda de la señal es un factor critico y la
evolución de exploración entrelazada a barrido progresivo será una realidad a medida
que las limitaciones tecnológicas se hagan menos severas.
Sonido en HDTV
Otro elemento importante para considerar dentro del sistema HDTV es el sonido. La
imagen y el sonido deben complementarse para obtener una producción de alta calidad;
el sistema monoaural y el estéreo no dan la calidad suficiente para producir en el
espectador una impresión óptima que complemente a la imagen.
Por las investigaciones realizadas se deduce que cuando coexisten imagen con pantalla
ancha y sonido, es muy importante la posición del espectador respecto a las fuentes de
sonido.
El área de visión/audición se aumenta aceptablemente incrementando el número de
altavoces frontales y sus canales. Además se consideran altavoces posteriores y/o laterales
al espectador.
Sistema de sonido cuadrafónico.
De esta manera el espectador en un receptor HDTV disfruta las características de la Alta
Definición en la imagen y del sonido directo e indirecto. La adición de la dimensión
espacial del sonido proporciona una grata sensación de realismo, y esto se consigue
mediante un sistema de sonido digital surround (circundante) cuadrafónico.
Sistemas de Transmisión
Varias organizaciones dentro de los EE.UU, Japón y Europa están investigando sistemas
para televisión de alta definición, con la finalidad de obtener un estándar a nivel mundial
que facilite el intercambio internacional de información. A estos sistemas HDTV se los
puede clasificar de la siguiente manera:
a) Dependiendo del tipo de la señal a transmitir:
• Transmisión analógica
• Transmisión digital
b) Desde el punto de vista del medio empleado para la transmisión de la señal HDTV:
• Distribución por satélite
• Transmisión terrestre
• Transmisión por cable
Los sistemas HDTV de Europa y Japón emplean transmisión analógica, distribuidos por
satélite o por cable; mientras que en los EE.UU se está investigando el uso de transmisión
terrestre digital dentro del ancho de banda de 6 MHz, asignado a las transmisiones
actuales, y que garantice compatibilidad con los sistemas de televisión existentes.
En los EE.UU, no se tiene un estándar fijo para HDTV, ya que existen varios sistemas con
similares características; de esta manera, la FCC (Federal Comunication Commission) a
través del Centro de Pruebas de Televisión Avanzada (ATTC) tiene la
misión de evaluar varios sistemas para alcanzar un estándar de HDTV en este país. De
todos los sistemas presentados a la FCC (entre ellos los sistemas europeo y japonés)
únicamente quedan tres propuestas americanas, por tener características de transmisión
completamente digital.
De todos los sistemas HDTV investigados a nivel mundial únicamente el sistema japonés
transmite una hora diaria de programación HDTV que es captada en receptores especiales
adecuados para la recepción directa por satélite, y utiliza un sistema de conversión
(decodificación) para que los sistemas actuales puedan recibir la misma señal.
Los sistemas en referencia son:
1. Narrow-MUSE de la Corporación japonesa de Radiodifusión NHK (Nippon Hoso
Kyokai) .
2. HD-MAC (Multiplexed Analog Components High Definition), sistema europeo.
3. DigiCipher de American Television Alliance (ATVA – General Instruments L
Massachusetts Institute of Technology).
4. Televisión Digital Avanzada (Advanced Digital Television ADTV) del Consorcio de
Investigación de Televisión Avanzada, sistema americano.
5. Digital Spectrum Compatible HDTV (DSC) de Zenith Electronics y AT&T, sistema
americano.
Transmisores y receptores para Tv digital.
La televisión de alta definición ge transmite digitalmente, permite enviar una señal
prácticamente sin interferencias. Las estaciones de televisión podrán ofrecer una
transmisión de imágenes y sonido digital (Dolby) con calidad de cine, junto con varias
características mejoradas. La televisión digital es una tecnología más flexible y eficiente
que el sistema analógico actual. En el mismo ancho de banda en que televisora
proporciona un canal de programación analógico, puede proporcionar un programa de
alta definición (HDTV, por sus siglas en inglés) o varios programas de definición estándar
simultáneamente. Se 11 ama multitransmisión (multicasting en inglés) al flujo de varios
programas en un solo canal de transmisión.
El número de programas que una estación puede enviar en un solo canal digital depende
del nivel de detalle de la imagen, también conocido como resolución que se desea para
cada flujo de programación. Una estación de televisión también puede usar la DTV para
proporcionar servicios de interactividad y transmisión de datos que son posibles de lograr
con la tecnología analógica. La HDTV es un tipo de servicio de DTV. La HDTV proporciona
programación de alta resolución en un formato de pantalla ancha. Una imagen normal
de TV analógica está integrada por 480 líneas horizontales y una imagen de HDTV por
1080 líneas que permiten una resolución impresionante de la imagen. LOS programas de
la HDTV pueden incluir sonido digital Dolby. Para recibir las señales remotas de televisión
digital se requiere una antena y un receptor especial que pueda decodificar las señales
digitales.
En general, una antena que tenga una recepción de calidad de las señales remotas
analógicas de TV servirá para recibir las señales digitales. Para otro caso, los proveedores
de señales de TV vía satélite y algunos sistemas de transmisión por cable ofrecen
programas para TV digital. Los abonados al servicio de televisión por satélite (DBS, por
sus siglas inglés) o cable necesitan un nuevo receptor para DTV equipo adicional especial
para recibir la programación digital. Para el caso de televisión por satélite es necesaria
una antena parabólica.
E1 transmisor.
La siguiente figura indica un diagrama a bloques para un transmisor digital OTA (over the
air, a través del aire), es decir emplea ondas electromagnéticas.
Transmisor digital
Las diferentes etapas del transmisor para Televisión digital se indican brevemente a
continuación:
Sincronía de cuadro.
La señal HDTV entra al sincronizador de cuadros el cual alinea la secuencia de datos en
bytes. Esta cadena alimentada la cual consta de 19.39 Mbps está compuesta por 188 bytes
que incluyen 1 byte de sincronía y 187 bytes de data que representan la parte útil de la
carga.
Aleatorizador de datos.
Esta cadena pasa a un aleatorizador de datos el cual asegura que los valores constantes
de datos no existan en la cadena. Esto se hace para que no haya uniformidad en el
espectro causando interferencia por parte de la transmisión en los demás canales.
Codificador REED-SOLOMON.
Es una etapa de corrección de errores. Esta etapa toma los 187 bytes de un paquete de
datos MPEG 2 y los manipula matemáticamente creando luego pin octeto digital el cual
posee ahora 20 bytes adicionales los cuales son conocidos como bytes de paridad ReedSolomon.
Desorden de datos.
El intercalado de datos (data interleaver) corrige futuros errores al originar ráfagas. El
proceso de codificación de trellis, incrementa la señal de entrada doblando los valores de
datos. Cada bloque de 208 bytes es convertido en 832 palabras de 2 bits.
Sincronización e inserción de señal piloto.
El siguiente paso dentro de la cadena del procesamiento de la señal es la inserción de
varias señales que ayudan al receptor a localizar y demodular con precisión la señal de RE
transmitida. Estas son la señal piloto, segmento de sincronía campo de sincronización. La
señal piloto y la señal de sincronía se insertan después de las etapas de aleatorización
codificación de errores, pero sin destruir las relaciones de tiempo y amplitud que estas
señales deben poseer para ser eficaz. 8-VSB emplea una señal de sincronía que permite
al receptor engancharse a la señal entrante y empezar a decodificar, incluso en la
presencia niveles de ruido altos.
La señal piloto simplemente antes de la modulación, una pequeña CD es aplicada a la
señal banda base 8-VSB (la cual está centrada en cero volts sin la componente de CD)
Esto causa que aparezca una portadora pequeña residual en cero.
Esto les da a los circuitos de PLL de RF del receptor algo que enganchar siendo
independiente de la transmisión de datos. La señal piloto de ATSC consume s61o 0-3 dB
o 7% de la potencia transmitida. Las otras señales de * ayuda son las señales ATSC de
segmento de sincronía y campo de sincronía. En ATSC un segmento de datos comprende
207 bytes entrelazado en un paquete de datos.
Después del codificador Trellis, nuestro segmento de datos de 207 bytes ha sido
expandido fuera del flujo de la banda base de 828 símbolos de 8 niveles. El segmento de
sincronía es un pulso de 4 símbolos que se agrega al inicio de cada segmento de datos y
remplazan los primeros bytes (paquete de sincronización) del paquete original de MPEG2.
El segmento de sincronización aparece cada 832 símbolos y siempre toma la forma de un
pulso positivo-negativo-positivo variando entre niveles de +5 y -5
En la recepción la señal de sincronización es usada para regenerar el sistema de reloj y
muestrear la señal recibida. Debido a su frecuencia alta en la recepción, el nivel de señal
balanceado y la larga duración el segmento de sincronía es fácil de detectar. Como
resultado, se tiene una precisa recuperación de la señal de reloj aun con la presencia de
ruido e interferencia. Este robusto sistema de sincronización junto con la señal piloto ATSC
permite al receptor rápidamente engancharse a la señal luego de los cambios de canal.
Segmento de datos ATSC en banda base
Un segmento de sincronización ATSC dura 0.37 milisegundos. El segmento de datos ATSC
dura 77.3 milisegundos como se puede apreciar en la figura anterior. Un campo de datos
se hace a partir de 313 segmentos de datos consecutivos. En la siguiente figura se muestra
un campo de datos ATSC. Un campo de sincronización ATSC es un segmento de datos
entero que es repetido una vez por campo (24.2 milisegundos).
Campo de datos ATSC en banda base.
El campo de sincronización ATSC tiene un patrón de símbolos de pulsos positivo-negativo
y es usado por el receptor para eliminar señales fantasmas causadas por una pobre
recepción. Esto es ocasionado por la comparación entre el campo de sincronía con errores
recibidos contra el campo de sincronía conocido antes de la transmisión. Los vectores de
error resultantes se usan para ajustar el receptor y eliminar los fantasmas. Como el
segmento de sincronización, el nivel de señal balanceado y la naturaleza repetitiva son
características presentes en los campos de sincronización se tiene una satisfactoria
recepción a pesar de los niveles de ruido interferencia.
Modulación 8 VSB.
El sistema de modulación 8-VSB (8 Level Vestigial Side Band) que es banda lateral vestigial
modulada a 8 niveles. 8VSB es un formato estándar de modulación de radiofrecuencia
(RF) seleccionado por el Comité de Sistemas de Televisión Avanzada (ATSC) para la
transmisión de televisión digital para los abonados en los Estados Unidos y en la mayoría
de los países. En Estados Unidos, este estándar esta especificado por la Comisión Federal
de Comunicaciones (FCC) para la transmisión de televisión digital.
La señal en banda base ya con la inserción de sincronía y la componente de CD piloto, es
entonces modulada en amplitud en una frecuencia portadora intermedia (IF) y esto
origina dos bandas laterales sobre la frecuencia portadora. Esto se muestra en la siguiente
figura. Pero el ancho de banda ocupado por esta señal de frecuencia intermedia es
demasiado ancho para ser transmitida en el canal asignado de 6Mhz.
Afortunadamente se puede filtrar sin destruir la información.
Espectro de doble banda lateral creado por la modulación AM.
Una simple inspección en la figura anterior revela el alto grado de redundancia en el
espectro de doble banda lateral. Las varias bandas laterales son copias a escala del
espectro central, y la banda lateral entera más baja al final no es más que un reflejo de la
banda lateral más grande. Esto nos permite desechar las bandas laterales más bajas. La
señal restante (la mitad superior al centro) puede cortarse más allá por la mitad.
Etapas de RE.
La frecuencia intermedia es convertida a un canal en la banda de VHF o UHF a través de
una etapa de circuitos Oscilador-Mezclador-Filtro. La señal de RF es después amplificada
por el transmisor de potencia, el último punto en el transmisor es la antena.
Receptor
El ATSC no especifica requerimientos para los receptores. Sin embargo, el FCC ha dado
una recomendación especificando que todos 1os receptores deben ser capaces de
decodificar el audio, video y señales auxiliares especificadas en los documentos
estándares del ATSC. La funcionalidad de recibir múltiples servicios puede ser
implementada con receptores o adaptadores set-top para convertir señales digitales
ATSC a señales análogas NTSC o señales S-Video. El receptor (figura 3.22) ATSC invierte
las funciones de la transmisión RF y luego de descomprimir y decodificar, genera video y
audio conforme al formato de la pantalla y las condiciones de audio escogidas.
Características del receptor de video
Para simplificar diseños, los receptores de TV no despliegan formatos diferentes. Pueden
construirse de acuerdo con su formato nativo que puedes ser 1920X1080, 1280X720 o
720X480. Estudios revelan que para poder presentar una imagen HDTV es necesario tener
una pantalla de más de 28 pulgadas.
Receptor de televisión digital
CARACTERÍSTICAS DE LA TELEVISIÓN DIGITAL
1.Proceso de digitalización de la señal analógica
2.Transmisión Múltiple ("Multicasting")
La transmisión digital permite las estaciones de televisión transmitir múltiples canales en
definición estándar y/o canales en alta definición de manera simultánea. Esta acción es
llamada transmisión múltiple o también denominada "multicasting". Una estación de TV
puede proporcionar múltiples canales de programación diferente al mismo tiempo, gratis
y a través del aire. Cada flujo de programa es llamado un multicast. Debido a la tecnología
de la tv digital se puede tener cinco o seis canales en uno, esta propiedad es el resultado
de utilizar de una forma más eficiente el espectro electromagnético.
3. Transmisión de Datos ("Datacasting")
La posibilidad de transmitir datos es otra capacidad que la DTV brinda, la difusión de
datos en distintas formas es conocida como "Datacasting". Esta propiedad le permite al
usuario tener acceso a diversas áreas de información como: noticias,» informes del clima,
tráfico, bolsa y otra información la cual puede como no puede estar relacionada con los
programas que se están transmitiendo. También puede tener acceso a cuentas bancarias
y realizar transferencias de esta.
"Datacasting" ofrece un sin número de posibilidades para el entretenimiento personal y
familiar ya que se tiene juegos electrónicos, "videos musicales, entre otras opciones.
4. Video Mejorado
Con la calidad y nitidez de video que proporciona la televisión digital se abre la posibilidad
de desarrollar nuevas aplicaciones atractivas al consumidor como por ejemplo visitar una
galería virtual o un museo, utilizando el televisor, se puede manejar la cámara a diferentes
posiciones y el usuario tiene la opción de controlar la perspectiva. Sin embargo, el mayor
impacto que el video mejorado tiene es en el proceso de enseñanza y aprendizaje, ya que
le ofrece al maestro una variedad de alternativas y posibilidades para competir con el
mundo de los videos.
5. Formatos tecnológicos de la televisión digital
La TV digital es todo formato de difusión de programación de audio y video digitalizado,
que utiliza bits como medio de codificación de la información esencial y que puede ser
canalizado por distintos medios y con distintos protocolos, tales como el espectro
radioeléctrico, el cable coaxial, la fibra óptica, etc. De todas estas posibilidades, los
sistemas de radiodifusión que utilizan el espectro radioeléctrico generalmente son
considerados servicios públicos y se encuentran rigurosamente legislados y regulados en
todos los países del mundo.
Con las nuevas tecnologías informáticas centradas en las redes de datos, el termino
incluye varias de ellas. Las siguientes son algunas alternativas de televisión digital.
5.1.WebTV
El formato WebTV utiliza Internet como medio de transporte. En este formato, los
programas están empaquetados en archivos de audio y video, almacenados en servidores
y pueden ser transmitidos por demanda o en vivo, utilizando técnicas de streaming de
video y audio. Tiene todas las ventajas asociadas a Internet y también las desventajas
propias de este tipo de red, entre ellas la falta de continuidad en la transmisión de los
flujos de datos, mayores posibilidades de fallas o caídas de los sistemas, por el hecho de
que los paquetes deben atravesar múltiples etapas con diversas administraciones de red,
menor capacidad de transporte, etc.
Si bien los servicios de WebTV no llegan a igualar a los otros formatos tecnológicos de
distribución, los avances y las continuas mejoras que se registran en las velocidades de
acceso a Internet desde el domicilio de los usuarios están cambiando la percepción y las
preferencias en cuanto a las formas de ver televisión.
En general, estos servicios están orientados para ser accedidos desde una computadora
personal y no desde receptores de televisión convencionales. Sin embargo, es posible que
esta modalidad cambie rápidamente durante los próximos anos, debido al agregado de
conexiones de Internet en los receptores de televisión (televisión conectada), o por el uso
de dispositivos adaptadores externos al televisor, conocidos como Network Multimedia
Player.
Muchos fabricantes de televisores han desarrollado sus propias plataformas de acceso
por WebTV para sus receptores. El televisor se provee con una interfaz que permite
acceder a sus contenidos audiovisuales específicos, o con sencillos programas (Widgets),
que integran el correo electrónico y las redes sociales. Esta categoría de televisores se
conoce como "SmartTV" y por complementar la recepción de la Televisión convencional
con los contenidos en Internet, también se los denomina Televisores híbridos (HybridTV). además de los receptores convencionales de televisión, en la actualidad se han
incorporado otros dispositivos conectados, cajas decodificadoras, consolas de juego,
teléfonos móviles, tabletas, etc.
Si bien a través de WebTV se puede acceder a una gran cantidad de material de video en
forma libre y gratuita, en general son servicios pagos y funcionan por demanda. La calidad
de imagen y sonido es de media a baja y puede sufrir variaciones de acuerdo con la
congestión de la red. La WebTV está relacionada con la social TV o TV participativa,
conceptos nuevos que comienzan a tener preponderancia partir de las redes sociales y
de la participación de los individuos como generadores de contenido audiovisual.
Un esquema basado en la combinación de servicios como ejemplo de televisión hibrida
es el desarrollo europeo denominado HbbTV2 (Hybrid Broadcast Broadband TV), que
combina las emisiones por aire (o por cable/satélite) con los contenidos existentes en
Internet. En la siguiente figura puede verse los componentes de la HbbTV este esquema
es una solución intermedia que combina la TV Broadcast con los servicios a los que se
acceden por medio de Internet, marcando una clara convergencia entre la televisión y la
World Wide Web. Se requiere una conexión de banda ancha en el domicilio del usuario
para poder acceder a los contenidos emitidos por Internet, desde la planta transmisora
Broadcast y desde los servidores especialmente dispuestos para estos servicios.
Componentes de la HbbTV
La base necesaria para los servicios de WebTV son las conexiones a Internet de banda
ancha en el hogar. Estas conexiones han crecido significativamente, y lo siguen haciendo
en Latinoamérica.
Un informe de la empresa CISCO, revela el elevado porcentaje del crecimiento anual del
consumo IP para video en Latinoamérica, aproximadamente un 64% en los últimos 6 años,
lo que implica la posibilidad de un crecimiento importante de los servicios de WebTV a
futuro.
También, según la empresa ComScore5, la distribución de audiencia de Internet en el
mundo muestra que en Latinoamérica se ha alcanzado el 9%, un porcentaje muy alto que
continua en aumento. Por otro lado, la cantidad de videos on-line vistos en la región
creció en promedio un 74% en 2011 con relación a 2010, y llega así a más de 3 millones
de videos vistos en un año. Este crecimiento promete buenos negocios para la WebTV en
los próximos años.
La WebTV requiere de televisores con conexión a Internet, ya sea aparatos smartTV o
televisores convencionales conectados a cajas adaptadoras conocidas como set top box
(STB) .
En todos los casos, los usuarios disponen de los siguientes servicios:
•
•
•
•
•
•
•
Recepción de emisiones analógicas y digitales.
Acceso a servicios web de diverso tipo: buscar y navegar, servidores especializados
como YouTube, redes sociales, correo electrónico y aplicaciones multimedia,
servicios de comercio electrónico, juegos, etc.
Acceso a programas de comunicación: MSNR, Skype o telefonía IP.
Posibilidad de instalar aplicaciones sobre la plataforma operativa: consolas de
juegos, gadgets, recursos educativos, etc.
Grabación en disco duro o en memoria electrónica.
Visualización de contenidos audiovisuales en alta definición.
Posibilidad de interactuar con los contenidos, a través de las páginas web o de
aplicaciones específicas.
5.2 Plataformas OTT
El mundo digital tiene innumerables siglas y acrónimos utilizados para identificar
tecnologías y servicios. La plataforma OTT significa over the top y se refiere a la
distribución de contenidos audiovisuales a usuarios conectados a internet sin que
participe ningún administrador o distribuidor, en forma directa desde el propietario de
10s derechos 3 creador del contenido. Algunos ejemplos de servicios OTT son NetflixR,
HuluR (NBCR, FoxR y DisneyR), etc. En esta variante de WebTV, existe la participación
directa de los desarrolladores de contenidos y no se refiere al acceso por redes privadas
como en el caso de IPTV.
Este modelo de TV directa desde Internet está creciendo exponencialmente en los países
donde la banda ancha alcanza a la mayoría de los hogares con velocidades cercanas o
superiores a los 20 Mbps y se estima que para el 2019 la audiencia de televisión desde
Internet igualara la de broadcast, desplazándola muy rápidamente. Las plataformas OTT
son servicios pagos por demanda (VoD, video on demand) o por suscripción. En la
siguiente figura se muestra un esquema OTT. Los usuarios acceden a los contenidos desde
diversos dispositivos conectados a internet, utilizando sus navegadores convencionales.
Por otro lado, quien brinda el servicio dispone de sistemas de administración y validación
de usuarios y el control del tráfico de contenidos desde y hacia los servidores, incluyendo
los provenientes de emisiones convencionales previamente convertidas a formato IP.
Esquema de la plataforma OTT
5.3 IPTV
El servicio IPTV consiste en la distribución de programación y servicios mediante redes
que utilizan la suite de protocolos IP. Generalmente son redes privadas que emplean la
infraestructura de los planteles telefónicos, tendidos eléctricos (BPL broadband over
power lines), cable coaxial o fibra óptica y están orientados al aparato de televisión
convencional. Permiten un mejor uso comercial, dada la posibilidad de incluir una gran
cantidad de servicios complementarios en entornos controlados y administrados por un
operador.
LOS servicios de IPTV son pagos, por demanda o por suscripción y los contenidos se
encuentran almacenados en servidores ubicados en las cabeceras (head-end) de las
empresas prestadoras o en la propia Internet, no pueden ser accedidos directamente por
el usuario a menos que pertenezcan a la red. La interactividad está garantizada desde el
momento en que se necesita una conexión para recibir los servicios. Los contenidos llegan
al usuario a su requerimiento y por 10 tanto los mismos no están disponibles de manera
simultánea, se cargan sobre el STB en forma transitoria o permanente. La siguiente figura
se muestra un ejemplo de red IPTV que utiliza la infraestructura de un platel telefónico.
Esquema de una red IPTV
5.4. TV satelital
La Tv satelital se refiere a los servicios que llegan al usuario en forma directa desde un
satélite y por esta razón también se 10 conoce como TDH (televisión directa al hogar). Las
transmisiones son del tipo difusión, unidireccionales y abarcan grandes áreas que incluyen
países completos o regiones del globo. Si bien existen transmisiones libres, en su mayoría
los flujos de datos son encriptados para garantizar los derechos sobre las señales,
accesibles únicamente por suscripción.
Si se establece un canal de retorno es posible brindar servicios interactivos. La norma
adoptada a nivel mundial es DVB-S, su versión mejorada DVB-S2.
5.5. TV por cable
La Tv por cable se refiere a la transmisión de televisión que utiliza redes de cable coaxial
o fibra óptica.
La televisión analógica por cable leva muchos años de servicio en los distintos países y en
los últimos años se han adaptado y mejorado las redes hibridas fibra-coaxial HFC, para
incorporar las transmisiones digitales en convivencia con las analógicas, además de
brindar servicios de Internet. En TV por cable se utilizan varias normas, entre ellas DVB-C
y SCTE-QAM. Los servicios son de acceso pago, con abono y por suscripción; la
interactividad resulta muy simple de implementar, dado que toda la información se
encuentra confinada dentro de la red de cable.
ESTÁNDAR MPEG-2.
El estándar MPEG-2 se puede describir como algo similar a una caja de herramientas" de
compresión más compleja que MPEG-1, por 10 que puede ser considerada como una
unidad superior, esto significa que toma todas las herramientas anteriores y tiene otras
herramientas adicionales. Además, la norma prevé la compatibilidad ascendente, 10 que
significa que un decodificador MPEG-2 debe decodificar trenes binarios elementales de
la norma MPEG-1.
Perfiles y niveles del estándar MPEG-2.
El estándar MPEG-2 se puede utilizar en un amplio rango de aplicaciones, requiriendo
diferentes grados de complejidad y desempeño. Para un propósito práctico el estándar
MPEG-2 es dividido en perfiles y cada perfil es subdividido en niveles.
Un perfil es básicamente el grado de complejidad esperada en la codificación, mientras
que un nivel describe el tamaño de la imagen, la resolución de esta o la velocidad de
transferencia de bits usada en ese perfil.
Perfiles y niveles del estándar MPEG-2
Un perfil simple no soporta una codificación bidireccional. Esto reduce la tasa de
compresión simplificando el codificador y el decodificador;" permitiendo un sencillo
hardware. Un perfil simple solamente está definido en el nivel main (principal). El perfil
main (principal) corresponde actualmente al mejor compromiso entre calidad / tasa de
compresión.
Empaquetado y flujo de datos.
Multiplexado de las señales.
Los codificadores de audio y video proporcionan a su salida los trenes elementales de
datos (Elementary Streams, ES) que constituyen la capa de compresión (compresión layer)
Cada tren elemental se compone de unidades de acceso (Access Units, AU), que son las
representaciones codificadas de las unidades de presentación (Presentation Units, PU), es
decir: las imágenes o tramas de sonido decodificadas dependiendo se trata de video o
audio. Estos trenes de datos, así como eventualmente otros datos llamados "privados",
deben ser combinados de forma ordenada y ampliados con información diversa que
permita al decodificador separarlos y garantizar la sincronización de la imagen y el sonido
en la reproducción.
Multiplexado de las Señales MPEG-2.
Los trenes elementales (ES) están organizados en paquetes para formar los Packetized
Elementary Streams (PES) de video, audio y datos privados; los paquetes PES empiezan
por una cabecera de paquete, cuyo Formato se describe con la ayuda de la siguiente
figura y tabla:
Cabecera de un PES MPEG-2
Estructura de la cabecera del paquete MPEG-2.
La parte "sistema" de MPEG-2 (ISO/IEC 13818-1), que define la organización del
multiplexado MPEG-2, prevé dos maneras diferentes de multiplexar estos PES para formar
dos tipos de trenes, dependiendo de la aplicación a la cual esté enfocada, como se ilustra
en la siguiente figura.
Esquema conceptual de la generación de trenes de programa y transporte MPEG-2.
Tren de programa.
El tren "programa" de MPEG-2 se crea a partir de uno o varias PES que deben
obligatoriamente compartir el mismo reloj de referencia. Este tipo de tren está destinado
a aplicaciones donde el dispositivo de almacenamiento o de transmisión sea susceptible
de introducir muy pocos errores (error free médium), como es el caso, por ejemplo, de las
aplicaciones multimedia en CD-ROM o disco duro. Aquí, estos paquetes pueden ser
relativamente largos (por ejemplo, 2.048 bytes) y está organizada de manera similar a un
tren "sistema" MPEG-1, Este tipo de multiplexado es el que se utiliza para el video MPEG2 en el Video Disco Digital o Digital Video Disk (DVD)
Tren de transporte.
El tren transporte de MPEG-2 está principalmente destinado al transporte de programas
de televisión a larga distancia sobre soportes o en medios susceptibles de introducir un
índice de errores bastante elevado; la longitud de los paquetes debe ser relativamente
corta para permitir la introducción de los dispositivos de corrección de errores eficaces.
La longitud de los paquetes transporte de MPEG-2 han sido fijada, por tanto, en 188 bytes,
valor reservado especialmente para las emisiones vía satélite, cable o terrestres de la
norma europea DVB. Este tipo de tren está destinado a combinar varios programas que
no compartan forzosamente el mismo reloj de sistema (STC) en el interior de un mismo
multiplexor.
Los diferentes PES (video, audio, etc.) que forman un programa dado, deben sin embargo
compartir el mismo reloj con el fin de poder ser sincronizados por el decodificador. La
siguiente figura ilustra el proceso de creación de un tren de transporte MPEG-2.
Creación de un tren Transporte MPEG-2 a partir de los PES que lo componen.
Constitución del paquete de transporte MPEG-2.
Un paquete "transporte" de 188 bytes se compone del una cabecera de paquete (packet
header), de 4 bytes y de una "carga útil" (payload) de 184 bytes como máximo,
eventualmente precedida de un campo de adaptación (adaptation field), como se muestra
en la siguiente figura. La "carga útil" está formada por paquetes de trenes elementales
(Packetized Elementary Stream, PES) que componen los programas de televisión
transmitidos por el canal, así como cierto número de datos auxiliares que permiten al
codificador no perderse por el tren de transporte MPEG-2.
Constitución del paquete de transporte
INTRODUCCIÓN A LOS ESTÁNDARES MUNDIALES DE TELEVISION DIGITAL
TERRESTRE (TVD-T)
En la actualidad existen varias normas de TVD-T en el mundo, las mismas que empezaron
a desarrollarse en forma aproximada a partir de 1990 y que responden a distintos modelos
de migración desde analógico a digital y a los criterios de compatibilidad con los sistemas
de televisión preexistentes en los países de origen, además de variados intereses
tecnológicos, políticos y económicos. Algunos de los conceptos teóricos en los que se
basan los distintos estándares se conocen desde hace más de cien años y recién con los
avances tecnológicos actuales han podido ser implementados en circuitos electrónicos.
Estos avances son cada vez más acelerados Y, por lo tanto, los distintos centros de
desarrollo han pensado sus normas en función de las posibilidades tecnológicas
disponibles en un determinado momento, dando origen a cuatro normas y a su vez a
distintas versiones de las mismas. Estas normas son las siguientes:
•
•
•
•
•
ATSC (Avance Television Systems Committee), Estados Unidos de America.
DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial), Europa.
ISDB-T (Integrated Services of Digital Broadcasting Terrestrial), Japón.
ISDB-Tb introduce modificaciones propuestas por Bradil.
DMB-T (Digital Multimedia Broadcasting Terrestrial), China. También es conocido
como DTMB.
Estándares TVD T en los distintos países del mundo
Cada país ha adoptado, alguna de las cuatro propuestas. El mapa mundial de la siguiente
figura indica como se han distribuido los estándares, con información actualizada al mes
de abril del año 2011.
Estándares de TVD-T en los distintos países del mundo
Clasificación de los estándares de TVD-T
Para analizar las características generales de los distintos estándares, es importante tener
una clasificación considerando la manera en la que cada uno utiliza el ancho de banda
disponible del canal.
Desde ese punto de vista, los sistemas de TVD-T se pueden clasificar en dos grandes
grupos, teniendo en cuenta la cantidad de portadoras que utilizan para el transporte del
flujo binario de datos y la forma en la que se agrupan esas portadoras, la siguiente tabla
presenta dicha clasificación.
Clasificación
Estándar Características
El flujo de bits se transmite modulando una
Portadora única
ATSC
portadora con 8 niveles de amplitud en
banda lateral vestigial (8-VSB1).
El flujo de bits se transmite distribuyéndolo
DVB-T
Banda no
sobre miles de portadoras que ocupan la
DVB-T2
segmentada
totalidad de la anchura de banda del canal
DMB-T
(OFDM3)
El flujo de bits se transmite en miles de
Multiportadora
portadoras, las cuales se encuentran
Banda
ISDB-T
agrupadas en 13 bloques o segmentossegmentada ISDB-Tb Cada flujo de programación se distribuye
en agrupamientos de segmentos (BSTOFDM)
Clasificación de los estándares de TVD-T
Los estándares de TVD-T tienen varias similitudes en su estructura general. En la siguiente
figura se muestran los bloques funcionales más importantes y sus funciones principales.
Bloques funcionales de un transmisor de TVD-T
Codificación . El video y el audio digitalizados son codificados para reducir la velocidad de
transferencia, lo que implica reducir la tasa binaria de cada flujo con la menor pérdida de
calidad posible. De acuerdo con cada norma, se utiliza para el video el perfil principal
MPEG-2 (ISO/IEC 13818-2) y MPEG-4AVC/H264, mientras que para el audio se emplean
Dolby AC-3, MPEG-2 Layer II y MPEG-2 AAC.
Multiplexor.
Conforma el flujo de transporte de paquetes de bits correspondientes a cada señal de
video, audio y datos de cada servicio, entrelazando las secuencias de los distintos
servicios, agregando la información adicional correspondiente a la planta transmisora. Si
bien cada estándar tiene sus particularidades, todos utilizan el modelo de transporte
correspondiente a MPEG-2 TS (ISO/IC 13818-1).
Codificación del Canal
Para proteger los datos a transmitir frente a las características propias e indeseadas del
canal de propagación, tales como el ruido, las interferencias por múltiples trayectos y
otras señales indeseadas, se agrega redundancia a los bits de datos, se aleatorizan y
entrelazan las secuencias de bits y se establecen jerarquías en las señales a transmitir.
básicamente, se utiliza codificación externa Reed-Solomon, codificación interna Trellis y
convolucional con tasa variable. Los estándares más recientes, utilizan codificaciones
avanzadas como BCH y LDPC15, entrelazado externo, interno, de frecuencia y de tiempo.
Modulación
En estos bloques se define la forma de transportar los datos binarios, aplicando esquemas
de modulación digital a una portadora o a miles de portadoras de acuerdo al estándar.
También se agrega la información de sincronización necesaria para que el receptor se
ajuste al patrón de transmisión y pueda realizar el proceso inverso, recuperando los datos
originales. Se realiza un entrelazado de frecuencias y de tiempo para mejorar la inmunidad
frente a las interferencias en el camino de transmisión.
En cuanto a la modulación de las portadoras, se utiliza 8-VSB para portadora única o
DQPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM y hasta 256-0AM para los sistemas OFDM, con
intervalos de guarda seleccionables y en tres modos diferentes.
Conversión-amplificación de RF. En estas etapas se conforma la anchura de banda de emisión
mediante filtros que eliminan o atenúan las emisiones no deseadas sobre los canales
adyacentes. También se hacen ajustes de linealidad y recortes en la señal de
radiofrecuencia. En los pasos finales se realiza una conversión que lleva la señal desde
una frecuencia intermedia (FI) hasta la frecuencia de emisión del canal. Por último, se
amplifica potencia hasta obtener el nivel necesario para conseguir el área de cobertura
buscada para el servicio considerado.
ATSC
Desarrollado en los Estados Unidos por el Advanced Television Systems Committee
(ATSC), para reemplazar el estándar analógico NTSC, fue adoptado formalmente por la
FCC en 1995, bajo la Norma A/53.
El desarrollo fue orientado hacia los servicios de TVD-T gratuitos en alta definición (HDTV)
sobre canales de 6 MHZ, que transmiten una señal en cada canal, aunque también puede
utilizarse para multiprogramación con señales de baja resolución y canalizaciones de 1 y
8 MHz.
ATSC se adapta tanto a la televisión fija como a la portátil y móvil y para esta última se
utiliza una versión de ATSC conocida como ATSC M/H. También se utiliza para la TV por
cable digital en varios países. ATSC se ha desarrollado de manera importante en los
últimos años, principalmente por la evolución de los receptores y sus decodificadores.
Se han hecho algunos avances en aplicaciones de redes de frecuencia única y servicios
interactivos, aunque ATSC no fue diseñado específicamente con ese fin.
En cuanto al sistema de modulación y codificación digital, emplea una codificación de
Trellis en ocho niveles y modulación de la portadora en banda lateral vestigial 8-VSB de
8 niveles, insertando una señal piloto como referencia para el receptor. La capacidad de
transporte de datos llega a los 19,40 Mbps para canalizaciones de 6 MHz. El sistema fue
desarrollado para replicar el área de cobertura del servicio analógico y convivir con NTSC
durante el periodo de servicios simultáneos (simulcasting).
Dispone de mecanismos de protección contra distintas interferencias, tanto de estaciones
analógicas como digitales adyacentes o en cocanal y frente a ruidos que se suman sobre
la señal principal en el trayecto de transmisión, o por interferencias en el receptor cuando
es afectado por múltiples reflexiones de la señal.
En la siguiente figura se muestra el diagrama en bloques del transmisor ATSC. Las distintas
señales para transmitir se multiplexan con el agregado de información adicional y se
conforma un flujo único MPEG-2 TS. Luego sigue la conformación de tramas, la
codificación FEC en distintas etapas y el agregado de las señales de sincronismo, inserción
del piloto de referencia, la modulación 8-VSB, y finalmente las etapas de conversión,
filtrado y amplificación de RF a la frecuencia de transmisión.
Diagrama en bloques del transmisor ATSC
En la siguiente figura se indica el espectro de la señal ATSC, para una canalización de
6MHz del ancho de banda y en el extremo izquierdo se puede observar la señal piloto de
referencia.
Espectro de la señal ATSC
DVB-T
Este formato fue desarrollado en Europa por un consorcio integrado por organizaciones
públicas y privadas en el denominado Digital Video Broadcasting Project. DVB comprende
un conjunto de normas que se aplican a distintos servicios de datos, video y audio, como
DVB-T, DVB-S y DVB-C para televisión terrestre, por satélite y cable respectivamente.
DVB-T fue diseñado para operar en bandas de UHF con canalizaciones de 6, 7 u 8 MHz,
haciendo un uso eficiente del espectro y teniendo en cuenta las complicaciones que se
presentan en los países europeos a la hora de asignar frecuencias.
En el diseño de DVB-T se ha considerado el funcionamiento en condiciones adversas del
canal de comunicación en canto a ruido y propagación por trayectorias múltiples. Una de
las características más importantes de DVB-T es la posibilidad de configurar redes SFN. El
modulador puede ser ajustado para distintas situaciones y entornos, mostrando una gran
flexibilidad, permitiendo transmisiones para dispositivos de recepción fijos, portátiles o
móviles.
La capacidad de transporte de datos depende de la configuración del sistema,
disminuyendo sustancialmente para servicios móviles o portátiles, pero con una robustez
de señal que segura una señal correcta y In servicio de gran calidad en estos receptores.
El sistema transporta los datos modulando miles de portadoras dentro de la anchura de
banda del canal, empleando la multiplexación OFDM. Los datos son codificados antes de
ser transmitidos, introduciendo un sistema de corrección FEC que agrega redundancia en
la información, y hace posible la detección y corrección de errores en receptor. DVB-T
tiene dos modos de trabajo, 2K y 4K según la cantidad de portadoras que se transmiten
y tres métodos de modulación digital QAM. Previo a la transmisión, se agrega a la señal
un intervalo de guarda ajustable, que proporciona protección contra la interferencia de
trayectorias múltiples.
La tasa binaria varía entre los 3,7 Mbps y 23,7 Mbps en canales de 6 MHZ. La mayor
velocidad de transporte se consigue con modulación 64-QAM, intervalo de guarda de
1/32 y relación de codificación convolucional de 7/8.
DVB-T originalmente fue pensado para proporcionar servicios de multiprogramación con
diversas calidades de video y audio, permite jerarquizar los flujos de datos hasta en dos
niveles o capas, y garantiza coberturas diferenciales.
En la siguiente figura, se visualiza los distintos bloques funcionales que componen el
transmisor. A la entrada ingresan las señales a transmitir divididas en dos jerarquías, y se
obtienen en los multiplexores los flujos MPEG-2 TS LP y HP, que luego ingresan en forma
separada a las etapas de corrección FEC. Ambos flujos se suman en el entrelazador de
bits, luego se realiza el mapeo de símbolos, la conformación del cuadro OFDM y se
añaden las portadoras piloto y demás elementos de sincronización. La señal de RF en el
dominio del tiempo se genera en el bloque de transformada rápida inversa de Fourier
(IFFT), sigue con la inserción del intervalo de guarda y finalmente el filtrado y la
conformación del canal de transmisión.
Diagrama en bloques del transmisor DVB-T
En la siguiente figura se puede ver el espectro de la señal DVB-T, para una canalización
de 6MHZ del ancho de banda. Las más de mil portadoras conforman un bloque de igual
amplitud y los datos se transmiten modulando a cada una de las portadoras.
Espectro de la señal DVB-T
ISDB-T
En el estándar ISDB-T las siglas significan: Integrated Services for Digital BroadcastingTerrestrial y fue desarrollado por la Asociación de Empresas e Industrias de Radio del
Japón, ARIB21. ES fundamentalmente para transmisiones terrestres (ISDB-T) y satelitales
(ISDB-S), con la posibilidad de transmitir multiprogramación de señales LD, SD y HD, y
dispone de grandes facilidades para establecer jerarquías que permitan llegar al receptor
con distintos parámetros de calidad que contemplen las más variadas situaciones.
ISDB-T permite la transmisión de audio y video, gráficos, textos, programas informáticos
e información de programación que pueden ser descargadas en el decodificador del
usuario.
El sistema transporta los bits modulando con datos codificados miles de portadoras
dentro del canal, el ancho de banda total se divide en 14 segmentos, de los cuales 13
están ocupados con portadoras. El segmento restante se reparte en ambos extremos del
canal para conformar las bandas de guarda que separan la emisión de los canales
adyacentes. Esta forma particular de dividir el espectro se conoce como transmisión
OFDM en banda segmentada (BST-OFDM22) y es propio de ISDB-T. Desde su origen, se
contempló la posibilidad de transmitir programación para dispositivos móviles y
portátiles, utilizando especialmente para este servicio el segmento central. Este segmento
es conocido como "one-seg".
En ISDB-T se pueden establecer tres jerarquías o capas (A, B y C) donde se ubican las
señales a ser transmitidas, y seleccionar para cada caso la cantidad de segmentos y los
parámetros FEC y esquemas de modulación que se deseen. según la cantidad de
portadoras que se utilizan, hay tres modos de operación: Modo 1 con 1405 portadoras,
Modo 2 con 2809 y Modo 3 con 5617, esto posibilita disponer de una gran variedad de
intervalos de guarda, que 10 hacen muy adecuado para adaptarse a una diversidad de
entornos de transmisión, además de poder configurar redes de frecuencia única (SFN).
ISDB-T Internacional (ISDB-Tb)
En Brasil, el gobierno dio los lineamientos para la TVD-T en I noviembre del año 2003, y
puso en funcionamiento el Sistema Brasileño de Televisión Digital Terrestre (SBTVD-T).
Bajo este marco se estableció una alianza con el gobierno japonés que permitió introducir
algunas modificaciones al estándar ISDB-T, para adecuarlo a ciertas necesidades
planteadas por Brasil. En virtud de dichas modificaciones, surgió el estándar ISDB-Tb,
también conocido como ISDB-T Internacional, que fue adoptado por Brasil en junio de
2006. Uno de los acuerdos celebrados entre ambos países estableció la necesidad de
difundir el estándar en toda la región, con el objetivo de formar un conglomerado que
permitiera disminuir los costos de implementación y generara nuevas industrias
relacionadas con la televisión, en Brasil, el organismo de estandarización es la ABNT23
En la siguiente figura se visualizan los bloques que conforman el transmisor, donde
ingresan las distintas señales o programaciones al remultiplexor (REMUX). Este último es
un proceso especifico de ISDB-T, en donde se realiza la multiplexación de las señales y se
agrega información que permite definir los parámetros de transmisión. A su salida,
entrega un flujo especial de datos denominado BTS (Broadcast Transport Stream), que
utiliza el formato TS MPEG-2.
Le siguen las etapas de corrección FEC que procesan los datos en tres capas jerárquicas.
A cada señal o grupos de señales a transmitir se les asigna una de las tres capas, a fin de
seleccionar los parámetros de transmisión en forma independiente, también se le asigna
a cada capa un número determinado de segmentos en función de la tasa de datos que
se necesite en cada una.
Diagrama en bloques del transmisor ISDB-Tb
En la siguiente figura se indica el espectro de la señal ISDB-Tb, para una canalización de
6 MHz de ancho de banda. El segmento numero o corresponde a one-seg y su uso no es
obligatorio.
Espectro de la señal ISDB-Tb
DMB-T (DTMB)
El sistema DMB-T fue desarrollado en la Universidad de Tsinghua en Pekín y publicado en
el año 2006 bajo la denominación "Framing Structure, Channel Coding and Modulation
for Digital Television Terrestrial Broadcasting System" 24 y comenzó a aplicarse en China
a mediados de 2007.
Las siglas DMB-T significan Digital Multimedia Broadcasting Terrestrial, un estándar
diseñado inicialmente para canalizaciones de 8 MHz de ancho de banda, pero que
también puede aplicarse a canales de 6 y 7 MHZ.
Fuel pensado para la transmisión de multiprogramación, incluyendo señales de alta
definición y señales para dispositivos fijos, portátiles y móviles con resoluciones estándar
y bajas (SDTV y LDTV) dentro del mismo ancho de banda. Tiene una elevada capacidad
de transporte que llega a los 22 Mbps en canales de 6 MHz. El transporte de datos se
realiza modulando miles de portadoras y a diferencia de DVB-T e ISDB-T, utiliza un
método de multiplexación denominado TDS-COFDM (Time Domain Synchronous Coded
Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
En DMB-T se pueden configurar dos modos de transmisión, que fueron pensados para
resolver específicamente la problemática planteada por la extensión del territorio chino y
sus múltiples escenarios: ADTB-T (Advanced Digital Television Broadcasting Terrestrial)
con portadora única y DMB-T con 3780 portadoras (4K) y dos opciones de intervalos de
guarda. Los esquemas de modulación son QPSK, 16-QAM y 64-QAM. Emplea codificación
BCH y LDPC para la corrección adelantada de error y también se aplica entrelazado de
frecuencia y de tiempo.
Por ser una norma de reciente desarrollo, tiene una gran robustez para servicios fijos y
móviles frente a condiciones adversas de propagación, y logra una mayor área de
cobertura para la misma potencia transmitida en comparación con las otras normas, al
igual que los otros sistemas OFDM, admite el funcionamiento con redes SFN.
En la siguiente figura se muestran los bloques del transmisor DMB-T. La codificación de
alta eficiencia, BCH y LDPC trae aparejada una mejora importante dentro del área de
cobertura en comparación con otros sistemas. El intervalo de guarda se forma con la
inserción de un código PN (Pseudo-Random Noise), lo cual permite una sincronización
más rápida y una mejor estimación del canal de transmisión. Para aplicaciones específicas,
el sistema, puede configurarse en el modo de portadora única, aunque lo más habitual es
utilizar las 3780 portadoras.
Diagrama en bloques del transmisor DMB-T
ANÁLISIS DEL SISTEMA ISDB-Tb
El estándar ISDB-T, que en ingles significa Integrated Services for Digital Broadcasting
Terrestrial, tiene su origen en Japón y su desarrollo tuvo lugar en la última parte de la
década del noventa, bastante tiempo después de que hicieran su aparición los estándares
DVB-T europeo y ATSC norteamericano. Sin duda esto represento una ventaja, pues en
ese momento ya se disponía de experiencias concretas y se conocían todas las fortalezas
y debilidades de cada sistema.
Posiblemente, la principal decisión que se haya tomado durante la fase de estudios
previos sea haber elegido un sistema multiportadora, en 1999, luego de varios años de
desarrollo, ISDB-T se consagra como estándar japonés de TV digital.
Como se sabe, la mayoría de los países de América Latina no adoptaron ningún estándar
hasta bien entrada la primera década del siglo XXI. Algunos de estos países tuvieron sus
vaivenes, por ejemplo, la Argentina, que adopto ATSC en el ano 1996 sin pasar en ningún
momento a la fase de implementación definitiva, algo similar ocurrió con Uruguay, que
inicialmente se inclinó por el DVB-T.
En el año 2006, Brasil tomo la iniciativa de adoptar ISDB-T como estándar de transmisión
de TV digital, pero introdujo algunas modificaciones entre las que se destaca la adopción
de MPEG-4 para la compresión de datos, estos desarrollos, llevados adelante en estrecha
colaboración con Japón, dieron origen al estándar internacional cuya denominación es
ISDB-Th.
Basado en este estándar, mediante el Decreto No 5820 del 29 de junio de 2006, la
Republica Federativa del Brasil implemento el Sistema Brasileño de Televisión Digital
Terrestre (SBTVD-T), influyendo de manera decisiva en casi todos los países de la región.
Es conveniente destacar que ISDB-Tb ha sido diseñado para aplicarse canales de 6, 7 y 8
MHz de ancho de banda, de acuerdo con esto, se podría hacer un desarrollo completo,
empleando formulas y expresiones genéricas que permitieran obtener los valores de
todos los parámetros necesarios para los tres casos. En lugar de ello, se ha preferido
trabajar únicamente con el canal de 6 MHz de ancho, por dos razones: por un lado, porque
es la canalización utilizada de manera exclusiva en la región y por otro porque es más
sencillo comprender todas las relaciones numéricas que gobiernan al sistema.
TRANSMISIÓN EN BANDA SEGMENTADA
Una de las principales características del sistema ISDB-Tb es la recepción en banda
angosta, también denominada parcial, pues utiliza solo una parte del ancho de banda del
canal (exactamente una catorceava parte).
El servicio de banda angosta ha sido pensado para receptores móviles equipados con
pantallas de visualización de pequeño tamaño y baja resolución (LDTV). La recepción
parcial presenta varias ventajas importantes, entre ellas una mayor simplicidad de los
circuitos de los receptores, comparados con equipos del mismo tamaño capaces de
procesar el ancho de banda completa de la señal. Esta característica es muy deseable en
los receptores económicos, por ejemplo, para los teléfonos móviles tipo smart phone.
La recepción parcial implica la división del canal en porciones, denominadas segmentos
por la norma ISDB-Tb, por esta razón este sistema también es conocido como OFDM de
banda segmentada.
Ancho de banda de los segmentos
Una señal de TV digital de baja definición puede entregar un flujo binario comprimido a
una tasa de unos 300 kbps (solo video y audio) y hasta 450 kbps o más, en el caso de
añadir datos, guía electrónica de programación (EPG), close caption, tablas PSI, SI, etc.)
Considerando el caso intermedio, es posible calcular el ancho de banda necesaria para su
transmisión, siempre que se conozca el esquema de modulación y la codificación a
emplear para los bits de datos.
Usando la fórmula para el cálculo de la tasa de datos vista en OFDM:
R=KO ⋅KI
L⋅bp
[bps]
TS
1
Dado que TS =TU (1+Δ) y que TU = Δf se tiene la expresión:
R=KO ⋅KI
L⋅Δf⋅bp
1+Δ
El producto L⋅Δf es el ancho de banda necesario para alcanzar una tasa de datos
determinada, se tiene:
L⋅Δf=BWs =
R⋅(1+Δ)
bp ⋅KO ⋅KI
Las configuraciones más robustas se obtienen empleando QPSK (bp = 2 bits por símbolo)
y una codificación interna altamente redundante, lo que significa que KI = 1/2, es decir
un 100% de redundancia, duplicando los bits de datos. Teniendo en cuenta que KO =
188/204, se toma el menor intervalo de guarda posible y considerando una tasa de 400
kbps, reemplazando todos estos valores en la última ecuación, el ancho de banda del
segmento es:
BWS =
400.000× (1+
188 1
×
204 2
BWS =447,6kHz
1
)
32
2×
Si se reparte la anchura de banda del canal de 6 MHZ en porciones de 447, 6 kHz se
obtiene la siguiente cantidad de segmentos:
Ns =
6000
=13,4
447,6
El estándar ISDB-Tb adopta un total de 14 segmentos y por lo tanto el valor definitivo de
la anchura de banda del segmento es:
BWs =
6000 3000
=
=428,57kHz
14
7
Es importante destacar que uno de los 14 segmentos es reservado para ser distribuido
entre las bandas de guarda inferior y superior del canal, por 10 tanto, solo 13 segmentos
son utilizables V de esta manera, además, es posible contar con un segmento central,
dejando seis segmentos a la izquierda y seis a la derecha.
La siguiente figura ilustra la división del canal en 14 segmentos, uno de los cuales es
repartido entre las bandas de guarda del canal y su ancho de banda total ocupada por
los 13 segmentos es:
BW135 =13×
3000
=5,571MHz
7
Segmentación del canal de 6 MHZ
PARÁMETROS OFDM DEL SISTEMA ISDB-Tb: MODO 1
En la multiplexación OFDM se demuestra que se necesitan aproximadamente 1386
portadoras para una duración de símbolo de 231μs. Si esta cantidad de portadoras se
distribuyen por igual entre los 13 segmentos, la cantidad de portadoras por segmento Ls
es:
Ls =
L 1386
=
=106,6
Ns
13
Dado que Ls debe ser un numero entero, se pueden adoptar 107 portadoras para cada
segmento, con lo cual su separación en frecuencia es:
3000
3000
Δf= 7 =
=4,0053…kHz
107
749
El correspondiente tiempo útil de símbolo es: es:
TU =
749
=249,666μseg
3000
El valor calculado tiene su parte decimal periódica y por lo tanto, no existirá un numero
entero de muestras dentro del periodo TU para la frecuencia de muestreo de la IFFT.
Además, como TU es un múltiplo entero de TG, tampoco habrá un numero entero de
muestras dentro del periodo total de símbolo TS. Por lo tanto, debe adoptarse el numero
entero siguiente, con lo cual la cantidad de portadoras por segmento en sistema ISDB-Tb
es:
Ls =108
Por lo que, con 108 portadoras por segmento, se tiene un total para los trece segmentos
de:
L=Ls Ns =13*108=1404
Con L portadoras en total, se tiene (L – 1) espacios de anchura Δ f, con lo cual el ancho
total ocupado va a ser igual a (L – 1) Δ f. La siguiente figura ayuda a comprender este
razonamiento (simplificado, dado que no se consideran los efectos de la modulación
sobre las portadoras).
Número total de portadoras y espacios Δ f
BW13S =(L – 1)⋅Δf
BW13S =Ns ⋅BWS
BWS
Δf=
LS
Reemplazando las dos ultimas en ecuaciones la primera, se tiene la siguiente relación:
Ns ⋅BWs =(L – 1)
BWs
Ls
Despejando L se obtiene el número total de portadoras necesarias para satisfacer todas
las condiciones:
L=Ls Ns +1=1405
Este número corresponde al denominado Modo 1 del sistema.
Dado que en cualquier caso Ns = 13 y que el número de portadoras es el mismo en todos
los segmentos y cambia de acuerdo con el modo, el estándar ISDB-Tb especifica la
cantidad total de portadoras del sistema de la siguiente forma:
L=13*Ls +1
Se conceptúa que la última portadora adicional (que corresponde a la de mayor
frecuencia del espectro emitido), es utilizada por una señal auxiliar denominada "Piloto
Continuo CP".
Por lo que se pueden calcular los parámetros adicionales, comenzando por la separación
Δ f entre portadoras:
Δf=
BWs
Ls
3000
250
Δf= 7 =
=3,968kHz
108
63
Una vez calculada la separación Δ f, es posible determinar el valor que debe tener el
tiempo útil de símbolo, para mantener la condición de ortogonalidad entre portadoras:
Tu =
TU =
1
Δf
1
=252μs
3968
Determinado ya el tiempo útil de símbolo se calcula la frecuencia de muestreo necesaria
para la IFFT. Debe recordarse que el valor de esta frecuencia está condicionado por la
necesidad de tener un número entero de muestras durante el periodo TU , es decir:
fIFFT =
2P
252×10-6
Se requiere que 2P >L y que p sea un numero entero. Para 1405 portadoras, el menor valor
de p que satisface estas 2P condiciones es 11, resultando = 2048 y por lo tanto la
frecuencia de muestreo de la IFFT es:
fIFFT =
2048 512
=
=8,126MHz
252
63
Finalmente, se pueden calcular todos los valores del intervalo de guarda TG y la duración
total de símbolo TS , los que se presentan en la siguiente tabla:
TU (μs)
252
Δ
1/4
1/8
1/16
1/32
TG (μs)
63
31,5
15.75
7,875
TS (μs)
315
283.5
267.75
259,875
Intervalos de guarda y duraciones de símbolo del Modo 1
Este juego de parámetros define completamente al Modo 1 del sistema ISDB-Tb, que
también se conoce como Modo 2K, por ser 2p = 2048 = 2K.
Como se puede observar en la tabla anterior existen cuatro configuraciones distintas para
este modo y que la única variable que define a dichas configuraciones es el valor del
intervalo de guarda.
También se ha indicado que el valor de este intervalo está directamente relacionado con
los tiempos de retardo de las señales reflejadas. En este punto resulta útil cuantificar, para
completar la tabla anterior, las distancias máximas asociadas a estos intervalos, lo que
puede verse en la siguiente tabla:
Modo
1
TU (μs)
Δ
TG (μs)
TS (μs)
dmax
252
1/4
1/8
1/16
1/32
63
31,5
15.75
7,875
315
283.5
267.75
259,875
18,9 km
9.45 km
4.72 km
2.36 km
Intervalos de guarda, duraciones de símbolo y distancias de reflexión
Las distancias mostradas en la tabla anterior deben interpretarse como límites máximos
de las distancias recorridas por las señales reflejadas antes de llegar a la antena receptora,
sin que puedan producirse interferencias entre símbolos (ISI). Resulta claro que, para tener
cierto margen de seguridad, los tiempos de retardo de todas las señales reflejadas
deberán ser menores que el intervalo de guarda elegido.
El caso más desfavorable que puede resolverse utilizando el Modo 1 es para TG = 1/4 TU
es decir, poco más de 18 km. Cabe preguntarse que sucede si las distancias de reflexión
son mayores, por ejemplo, a 24 o 30 km. A priori, estos valores podrían parecer excesivos,
pero si se tiene en cuenta que se trata del recorrido de ida y vuelta de la señal reflejada,
el objeto reflectante realmente estará ubicado a unos 12 o 15 km del receptor. Esta
situación puede darse perfectamente en zonas llanas con un cordón montañoso distante
o en un valle, tal como se muestra en la siguiente figura, y debe cumplirse que
d3 + d2 – d1 ≤ dmax .
Punto de reflexión distante
También es cierto que las múltiples reflexiones de la señal transmitida no son el principal
problema para tener en cuenta. En cualquier caso, cuando las distancias son
considerables, la atenuación de las señales reflejadas tan grande (especialmente en el
rango de frecuencias de UHF) que prácticamente no influyen en el receptor.
Una de las principales ventajas que tienen los sistemas OFDM es la posibilidad de
construir redes de frecuencia única (SEN single frequency networks). Por el momento,
solo es necesario saber que las SEN son una excelente alternativa a las redes de frecuencia
múltiple (MEN), que es el esquema tradicional utilizado en TV analógica y que consiste en
una planta transmisora o estación principal, normalmente de una potencia media o
elevada y múltiples repetidoras de baja potencia que operan en frecuencias distintas a la
correspondiente a la estación principal. Las SEN utilizan solo una frecuencia para toda la
red y por 10 tanto son más eficientes y económicas desde el punto de vista de utilización
del espectro radioeléctrico.
Los diferentes puntos de emisión de una SEN pueden ser interpretados, desde la óptica
de la antena receptora, como una señal directa y múltiples señales reflejadas. Las dos
figuras son prácticamente iguales, con la diferencia de que la señal reflejada ha sido
sustituida por un nuevo punto de emisión, en la misma frecuencia, dando lugar a una
SEN, en este caso debe cumplirse que |d2 – d1| ≤ dmax .
Los parámetros correspondientes a los Modos 2 y 3 (y por supuesto también para el
Modo 1) se pueden derivar muy fácilmente a partir de la frecuencia de muestreo fIFFT,
que es el único valor fundamental y común para los tres modos.
Para satisfacer estas exigencias, el estándar ISDB-Tb define dos modos adicionales: el
Modo 2 o 4K V el Modo 3 u 8K.
Matemáticamente, los tres modos se relacionan entre sí y es posible derivar a partir del
Modo 1 la totalidad de los parámetros de funcionamiento necesarios para los otros dos.
Basta con fijar el valor del tiempo útil del símbolo de cada uno, que son los siguientes:
TU( Modo 2 ) =2⋅TU( Modo 1)
TU( Modo 3) =4⋅TU( Modo 1)
MODOS 2 y 3 DEL SISTEMA ISDB-Tb
En la siguiente tabla se presenta el conjunto básico de parámetros para los Modos 2 y 3.
Modo
2
TU (μs)
504
Δ
TG (μs)
TS (μs)
dmax (Km)
1/4
1/8
1/16
1/32
1/4
126
63
31.5
15,75
252
630
567
535.5
519.75
1260.0
37.8
18.9
9.45
4.72
75,6
3
1008
1/8
1/16
1/32
126
63
31.5
1134.0
1071,0
1039.5
37.8
18.9
9.45
Como puede verse, el Modo 3 tiene, en términos absolutos, la mayor duración de símbolo
y los intervalos de guarda más extensos (indispensables cuando existen grandes retardos).
Estas características permiten la operación de redes SFN. Por lo cual es muy importante
tener en cuenta que la separación entre portadoras se reduce a los siguientes valores en
los Modos 2 y 3:
Δf(Modo 1)
=1,984kHz
2
Δf(Modo 1)
Δf(Modo 3) =
=992,06Hz
4
Δf(Modo 2) =
Si la separación entre portadoras disminuye serán necesarias una mayor cantidad de ellas
para cubrir la totalidad de la anchura de banda correspondiente a los 13 segmentos. Para
calcular esa cantidad se puede utilizar la expresión
Δf=
BWS
LS
despejando LS y colocando a Δ f en función de Tu se tiene:
Ls =
BWs
=BWs ⋅TU
Δf
Con esta expresión se pueden calcular la cantidad de portadoras por segmento y con la
ecuación L=13 *Ls +1 la cantidad de portadoras totales para cada Modo.
Para el Modo 2:
3000×103
Ls =
×504×10-6 =216
7
L=13×216+1=2809
Para el Modo 3:
3000×103
Ls =
×1008×10-6 =432
7
L=13×432+1=5617
En este momento surge el siguiente interrogante: Porque no definir solamente el Modo
3, ¿que facilita la operación de las SEN y asegura el funcionamiento frente a grandes
tiempos de retardo?
La clave de esta respuesta está en el servicio móvil, en donde el desplazamiento de los
vehículos provoca la aparición del efecto Doppler, con frecuencias que pueden rondar los
100 Hertz o más, es decir, el 11% de la separación entre portadoras, lo que torna más
frágil al Modo 3.
El Modo 1 con Su mayor separación entre portadoras, es mucho más robusto frente a las
interferencias por efecto Doppler y por ello resulta más adecuado para el servicio móvil.
En cuanto al Modo 2, en general se puede afirmar que combina las características de los
Modos 1 y 3, por lo cual sería el más aconsejable para una red SEN que brinda servicio
móvil, con emisores separados a distancias comprendidas entre 5 y 38 km.
El radiodifusor puede elegir libremente entre cualquiera de los tres modos. De acuerdo
con lo que se tiene en las tablas anteriores, en las cuales se dispone de una gama muy
amplia de valores de intervalos de guarda y distancias asociadas que se adaptan a casi
todas las condiciones que pueden presentarse en el ámbito de las telecomunicaciones.
Una inquietud que puede tenerse es la siguiente: ¿Cuál de los tres modos es el mejor
desde el punto de vista de la tasa binaria o velocidad de datos? La respuesta es sencilla,
basta con volver a la fórmula de cálculo de la tasa de datos:
R=KO ⋅KI
L⋅bp
[bps]
TS
Si se mantiene el valor de bp (cantidad de bits transmitidos por portadora), cada vez que
se duplica la cantidad del portadoras L, se duplica el tiempo de símbolo TS
correspondiente, con lo cual el cociente entre estos dos valores sigue siendo el mismo, al
igual que el valor de R.
Por lo tanto, se puede tener la siguiente conclusión:
Con una igualdad de parámetros de codificación y esquemas de modulación aplicados
sobre las portadoras, la tasa R de transmisión, en bits por segundo, es independiente del
modo utilizado.
La siguiente tabla resume 1os parámetros más importantes de log Modos 1, y 3, de una
forma muy similar La documentación del estándar ISDB-Tb, omitiendo solo aquellos que
aún no han sido estudiados. Obsérvese que los tres modos están relacionados
numéricamente por un factor de 2.
Tabla de parámetros para 10s Modos 1, 2 3 de ISDB-Tb
Ancho de banda ocupado
Como se puede observar en la tabla anterior, existe una leve diferencia en cuanto al valor
del ancho de banda ocupada por cada uno de los modo y con la ayuda de la siguiente
figura:
Resulta sencillo derivar la expresión que utiliza el estándar para determinar el ancho de
banda total ocupada por todas las portadoras, la manera más simple de visualizar el
resultado es la siguiente:
BWT =L⋅Δ f
También es posible calcular el ancho de banda en base a la cantidad de segmentos, el
ancho de cada uno y añadir el espacio correspondiente a la portadora adicional (la de
mayor frecuencia del espectro), que corresponde al piloto continuo CP:
BWT =Ns ⋅BWs +Δf
BWT =
300
N +Δf [kHz]
7 s
TASAS o VELOCIDADES DE TRANSMISIÓN DE DATOS
La expresión R=KO ⋅KI
L⋅bp
TS
[bps] que permite calcular la tasa o velocidad de transmisión de
datos, incluye dos coeficientes de corrección KO y KI que surgen como consecuencia de
los sistemas de codificación de datos utilizados. Tanto el agregado de un intervalo de
guarda (mayor tiempo total de símbolo) como los esquemas de codificación reducen la
velocidad de transferencia neta del sistema.
A partir de este momento es necesario considerar la cantidad LD de portadoras
disponibles en cada segmento para la transmisión de datos, que es menor a LS, además,
se dispone de un total de 13 segmentos para la transmisión, con lo cual se tiene la
siguiente expresión:
R=Ko ⋅K1 ⋅
13×bp ⋅LD
TS
Esta ecuación aun no refleja la independencia que existe entre la tasa de transmisión y el
1
modo empleado. Teniendo en cuenta que TS =TU (1+Δf) y que TU = Δf, se deduce la
siguiente expresión:
R(bps)=Ko ⋅K1 ⋅
13×hp ⋅ID ⋅Δf
1+Δ
factor LD Δ f es constante independiente del modo y se define como “anchura de banda
de datos del segmento". Su valor es:
LD ⋅Δ f=96×
250
MHz
=0,38095
63
segmento
LAS CAPAS JERÁRQUICAS DE ISDB-Tb
El sistema ISDB-Tb permite organizar la información a transmitir en tres capas jerárquicas
diferentes, denominadas A, B y C. Se trata de una función muy importante y es una
característica distintiva de este sistema, que permite conformar cada capa asignándole
uno o más segmentos.
La siguiente figura muestra un ejemplo, donde se utilizan las tres capas jerárquicas: Capa
A con un segmento, capa con cinco segmentos y capa C con siete segmentos. también se
indica la posición de los segmentos en el espectro, recordando que el orden de los
segmentos es: pares d la derecha e impares la izquierda del segmento central.
Organización de log segmentos en tres capas jerárquicas
Cada capa jerárquica se compone con uno o más segmentos, tantos como requiera el
ancho de banda del servicio que se desea ofrecer. El numero de segmentos y el conjunto
de parámetros de codificación para cada capa jerárquica pueden ser configurados
libremente por el radiodifusor. Es posible especificar para cada una y por separado, el
esquema de modulación de las portadoras, la codificación interna y el entrelazado de
tiempo.
Cuando el segmento central se utiliza para recepción parcial se lo considera una capa
jerárquica, esta posibilidad e: pensada para ofrecer servicio a teléfonos móviles y otros
dispositivos con pantallas de tamaño reducido. En definitiva, el estándar prevé que cada
emisión pueda ser recibida simultáneamente por dispositivos fijos, móviles y portátiles.
Observando cuidadosamente la figura anterior, se puede apreciar que los segmentos
ordenados de acuerdo con la posición que ocupan en el espectro deliberadamente han
sido dibujados con un ancho mayor, esto se debe a que, en la etapa de conformación del
cuadro OFDM, se incorporan una serie de portadoras destinadas a la transmisión de
información de control y señales auxiliares, necesarias para que el receptor pueda
identificar los parámetros de configuración de la emisión y 1os distintos servicios que
están disponibles. Tales portadoras se añaden a las que se asignan exclusivamente al
envió de los datos, que estarían representadas en la parte superior de la figura anterior
(dentro de cada segmento).
Es importante comprender que la transmisión en capas jerárquicas no necesariamente
significa que cada una deba transportar programa diferente. Si bien es posible hacerlo,
hay aplicaciones más interesantes. Por ejemplo, una estación podría tener disponibles
cuatro programas distintos con las características señaladas en la siguiente tabla.
Señal
TV-1
TV-2
TV-3
TV-4
Tasa
EDTV
10 Mbps
SDTV
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
8 Mbps
LDTV1
0,2 Mbps
0,2 Mbps
400 kbps
Ejemplo de programación disponible
En este caso, se pueden encaminar las dos señales LDTV en una capa, las cuatro SDTV en
otra y la señal EDTV (definición mejorada con 720 líneas) en la restante, con 10 cual el
concepto de capa aquí está asociado a la calidad de las imágenes en ellas transmitidas.
Es importante visualizar que, procediendo de esta manera, se pueden enviar cuatro
programas distintos y no tres como inicialmente se puede haber supuesto, la siguiente
figura muestra la configuración de transmisión adecuada.
Transmisión de cuatro programas en tres capas jerárquicas
Suponiendo que se necesita un intervalo de guarda Δ = 1/8, se puede adoptar los
siguientes parámetros para cada capa:
•
•
•
Capa A: QPSK y K1 = 2/3
Capa B: 64-QAM y K1 = 7/8
Capa C: 64-QAM y K1 = 5/6
Con estos datos y la velocidad binaria de cada capa, aplicando la expresión
R = 0.351⋅Ns
K1 ⋅bp
1+Δ
[Mbps], se puede calcular la cantidad de segmentos necesaria en cada
caso, el resultado se muestra en la siguiente tabla, donde también se ha consignado la
tasa binaria máxima posible para cada capa.
Parámetro
K1
bp
Ns
Rmax (Mbps)
Capa A
2/3
2
1
0.416
Capa B
7/8
6
5
8.190
Capa C
5/6
6
7
10,920
Configuración de capas
Resulta importante aclarar que en ISDB-Tb no es imprescindible ni obligatorio el uso de
las tres capas jerárquicas y tampoco la provisión del servicio de recepción parcial (oneseg). El radiodifusor puede configurar el modulador disponiendo de una sola capa con 13
segmentos o bien dos capas, distribuyendo los segmentos de acuerdo con las tasas de
transmisión que se deban alcanzar. Solo en el caso de utilizar las tres capas, la primera de
todas o capa A, deberá estar destinada al servicio one-seg.
DIAGRAMA FUNCIONAL DE UNA ESTACIÓN DE TV DIGITAL ISDB-Tb
Con el proceso de digitalización, las estaciones de TV tienen una mayor complejidad,
dando lugar a un proceso que viene acompañado de nueva terminología, innumerable
cantidad de acrónimos e interfaces de reciente desarrollo que posibilitan la interconexión
de los equipos. En la siguiente figura se visualiza el diagrama funcional completo de una
estación ISDB-Tb, desde los estudios hasta la salida de la señal transmitida por antena, se
incluyen los equipos más importantes que se encuentran en el sector donde se generan
los contenidos a emitir y la secuencia de programas que se envían "al aire". El diagrama
ha sido dividido en dos grandes bloques: Estudios y Planta Transmisora.
Diagrama funcional de una estación de TV digital ISDB-Tb
Estudios
Las estaciones de TV procesan el video y el audio en forma separada, si bien los servidores
de contenido, equipos de grabación y otros almacenan en forma combinada las dos
informaciones, los procesos realizados por las consolas de sonido, generadores de efectos
y los equipos de video se hacen por separado, utilizando cableados independientes. En
algunas partes de la estación conviene transportar el video con el audio embebido en él,
por dos razones:
a) para garantizar la sincronización y evitar los off-set de tiempo por diferencias en
los retardos de proceso.
b) para utilizar un cable coaxial único que transmita toda la información, facilitando
la interconexión de equipos y la distribución de las señales.
En el ejemplo de la figura anterior, la emisora brinda tres servicios digitales: a) una
programación en alta definición (HDTV) , b) una señal en definición estándar (SDTV) y C
el servicio "one seg" de baja resolución (LDTV), para dispositivos móviles. La estación tiene
dos estudios de producción equipados con sistemas de almacenamiento y administración
de los contenidos audiovisuales, que están basados en dos switcher-máster y en
servidores de programa (video, audio y datos) controlados por listas de reproducción
(play-list), para alta definición V definición estándar. La emisión destinada a los móviles
se toma a partir de la salida SD. Ambos switcher reciben señales "up" y "down" convertidas
(cambio de formatos y resolución en ambos sentidos), para enlazar las dos transmisiones
y aprovechar los recursos disponibles en los dos estudios.
Las señales se van concentrando a medida que se acercan a la salida y se encaminan hacia
el transmisor, por lo que la estación trabaja con lo que se denomina "multiprogramación",
posible únicamente en TVD, ya que los sistemas analógicos solo pueden transmitir un
programa por vez. Finalmente, la salida del flujo BTS (a una tasa de 32,5 Mbps) es
conducida hacia la planta transmisora.
En el punto de salida de la consola y del switcher máster, el audio es embebido en el
video, formando un flujo único de datos en serie, con sus formatos digitales sin comprimir.
Sin embargo, para utilizar de una manera más eficiente el ancho de banda disponible en
la transmisión, se requiere reducir sustancialmente la tasa de datos y para que ello sea
posible, la codificación de audio y video debe realizarse en forma separada. El codificador
o compresor recibe la secuencia embebida y la separa internamente, aplicándoles al audio
y al video los esquemas de compresión normalizados. Por ejemplo, antes de la
codificación, la tasa de datos del video HD es de 1,5 Gbps y luego de la compresión MPEG4 AVC/H-264 se reduce a valores cercanos a los 13 Mbps (relación 115:1).
Para el video SD, la tasa entrada es de 270 Mbps y la salida comprimida es de 3 Mbps
(relación 90:1) y la señal LD para el servicio one-seg se comprime unas 600 veces, desde
los 270 Mbps a 450 kbps. El audio experimenta un proceso similar, empleándose la
codificación HE-AAC2. Las interfaces se denominan SD-SDI3 y HD-SDI, utilizan cable
coaxial de 75 Q y conectores BNC. La salida de los compresores utiliza la interfaz DVBASI, que entrega un flujo binario organizado en paquetes de 188 bytes de longitud. Este
flujo se conoce como TS MPEG-2 (capa de transporte del modelo MPEG-2) .
Las salidas de los tres codificadores se combinan en el multiplexor (MUX) y su salida
contiene la información serializada de los tres programas que se transmitirán junto con
otras informaciones adicionales, también se observa una etapa de conversión 50/60 Hertz,
cuya función es convertir el formato de barrido de 50 campos por segundo utilizado por
las normas de algunos países (es el caso de la Argentina) a 60 campos por segundo que
es la especificación de la norma ISDB-Tb para dispositivos móviles y portátiles.
En la etapa siguiente, el Remultiplexor realiza un procesamiento de paquetes TS que es
específico del sistema ISDB-Tb. Frecuentemente, Multiplexor y Remultiplexor son equipos
individuales, pero en algunos casos están integrados en una misma unidad.
En este punto, se incorpora ch el flujo serie de datos la información de señalización y
control que permite establecer los parámetros de transmisión con los cuales se programa
el modulador. El Remultiplexor entrega a Su salida un flujo especial que se conoce como
Broadcast Transport Stream, cuya principal característica es que tiene una tasa de datos
constante de 32,5 Mbps independiente de las tasas de las señales que transporta, esa tasa
se consigue mediante la incorporación de información nula (paquetes nulos),
compensando las diferencias de velocidad de las distintas señales que han sido
multiplexadas. Es importante señalar que los paquetes nulos no se transmiten y son
descartados al comienzo de la etapa de codificación de canal del modulador ISDB-Tb.
Opcionalmente, puede incorporarse a los paquetes del flujo BTS un código detectorcorrector de errores que permita proteger los datos en el tramo de enlace que va desde
los estudios hasta el modulador instalado en la planta transmisora.
El objetivo fundamental del BTS es posibilitar la utilización de un vínculo único entre
estudios y planta para transportar múltiples señales (programas) por ejemplo, STL de
microondas, fibra óptica o cable coaxial. Desde el punto de vista funcional, resulta más
sencillo operar con un flujo único de datos que transporte la señal multiprograma y que
sus paquetes de datos respondan a una organización por capas jerárquicas.
Recientemente se han desarrollado equipos que modifican la trama del BTS y eliminan
los paquetes nulos. Esta técnica da origen al BTSC (BTS comprimido), cuya tasa varía entre
los 18 y los 20 Mbps, y que consume menos ancho de banda en los enlaces terrestres y
satelitales. En este caso, es necesario instalar un descompresor del lado de la transmisión,
para poder recuperar el BTS original. En la figura, también pueden verse dos receptores
de posicionamiento global (GPS), Sus señales se utilizan como referencias de tiempo y
frecuencia para la sincronización de redes de frecuencia única SEN.
Planta transmisora
El modulador ISDB-Tb, el amplificador de potencia de RE, el filtro de mascara, los
combinadores y conmutadores de radiofrecuencia y la antena son los bloques que por lo
general se encuentran en la Planta Transmisora.
En la siguiente figura se muestra el diagrama funcional del modulador ISDB-Tb, integrado
por los bloques que van desde el divisor jerárquico hasta el amplificador de RF en
frecuencia intermedia (FI).
Diagrama en bloques del modulador ISDB-Tb
De forma resumida, las funciones desarrolladas por el modulador son las siguientes:
El divisor jerárquico asigna cada señal de programa o grupo de programas a una de las
tres capas jerárquicas (A, B y C), y una determinada cantidad de segmentos a cada una de
ellas en función de la velocidad binaria de datos que se necesite. Si el radiodifusor decide
incluir el servicio one-seg para receptores móviles, se debe reservar el segmento central
número cero a la capa A.
A continuación, los datos ingresan en la cadena de bloques de corrección de errores
adelantada (FEC, por Forward Error Correction), que incluye procesos de aleatorización,
entrelazados y las codificaciones Reed-Solomon y convolucional. Esta última permite que
los bits de datos de cada capa se transmitan con un cierto nivel de redundancia, que
puede seleccionarse de manera independiente en cada capa y afecta de manera directa
a la tasa de datos que puede ser alcanzada en cada una.
Los siguientes bloques integran la etapa de modulación. El primer proceso está a cargo
de las unidades de mapeo de bits, que los dispone de tal forma que puedan representar
pares ordenados en coordenadas I-Q (símbolos complejos). De acuerdo con el esquema
de modulación seleccionado para cada capa, y quedaran definidos los vectores que
representaran a un símbolo DQPSK, QPSK, 16-QAM o 64-QAM.
A partir del combinador jerárquico, los bits forman un flujo serie único que ingresa al
entrelazador de tiempo. Se trata de una técnica de protección contra las interferencias de
corta duración que consiste en retrasar los símbolos I-Q que corresponden a un mismo
símbolo OFDM, evitando que las secuencias de datos contiguos sean transmitidas en el
mismo instante de tiempo. ISDB-Tb también emplea el entrelazado de frecuencia, que
permuta la posición de los símbolos dentro de un mismo segmento y entre distintos
segmentos, y queda definida una distribución prácticamente aleatoria de símbolos, lo que
contribuye a reducir los riesgos de pérdidas de datos por desvanecimiento selectivo e
interferencias en bandas reducidas de frecuencia.
La totalidad de símbolos complejos a transmitir se completa con la etapa de inserción de
señales de control y pilotos, que a continuación son ordenados de acuerdo con el formato
de cuadro OFDM. El bloque de Transformada Inversa rápida de Fourier (IFFT), cumple con
la función de generar la señal compleja en el dominio del tiempo, que luego de la
inserción del intervalo de guarda es combinada en un mezclador complejo I-Q que
finalmente permite obtener la señal OFDM a transmitir, en una frecuencia intermedia que
normalmente puede ser ajustada entre los 30 y los 70 MHZ.
De acuerdo con la figura de la estación de TV digital, la señal entregada por el modulador
es convertida a su frecuencia final de emisión, teniendo en cuenta el desplazamiento
positivo de 142,85 kHz que se debe aplicar sobre la portadora central, de acuerdo con el
estándar. El amplificador de potencia eleva el nivel de salida hasta el valor necesario para
enviar a la antena, encaminándolo hacia los filtros de señal. Esta etapa de conversión y
amplificación frecuentemente es llamada Transmisor de TV, ya que efectivamente cumple
con la función de transmitir la señal en la frecuencia y potencia final.
La señal de salida de RF llevada a la potencia de transmisión debe ser filtrada de acuerdo
con ciertas exigencias que dependen, justamente, de la potencia autorizada para la
emisora y de la posibilidad de producir interferencias cocanal o sobre canales adyacentes.
De acuerdo con las necesidades, el filtrado puede ser de mascara no critica, subcrítica o
critica. El último eslabón de la cadena lo constituye la antena transmisora, son comunes
en frecuencias de UHF los arreglos de paneles, en configuraciones directivas u
omnidireccionales, según el área de servicio y la topografía del lugar.
Características del receptor ISDB-Tb
En la siguiente figura se puede visualizar el diagrama en bloques del receptor ISDB-Tb, en
su versión conversor digital 4 (STB Set Top Box) como unidad independiente, apto para
recibir los 13 segmentos (full-seg). Actualmente se producen televisores y otros tipos de
dispositivos móviles y portátiles con el receptor incorporado, algunos de ellos en versión
one-seg.
Diagrama en bloques del receptor ISDB-Tb
Las emisiones de TVD-T pueden realizarse tanto en la banda de VHE como en la de UHF.
Sin embargo, las transmisiones destinadas al servicio móvil, que por razones de tamaño
y peso requieren antenas receptoras pequeñas, se ven favorecidas en la banda de UHF.
Por esta y otras razones, en la mayoría de los países se está dejando de utilizar la banda
de VHE (canales 2 al 6 y 7 al 13) y se está reordenando el uso el espectro radioeléctrico.
En la figura anterior, la señal recibida por la antena es amplificada y convertida desde la
frecuencia del canal sintonizado a un valor de frecuencia intermedia (FI) de 44 MHz. Luego
de un primer proceso de amplificación y filtrado, la señal ingresa al demodulador
ortogonal donde, en base a las referencias de modo (tiempo útil de símbolo) y cuadro
OFDM, se genera la referencia de sincronización necesaria para el correcto
posicionamiento de la ventana FFT.
Aplicada la FFT y recuperados los símbolos transportados por las portadoras del TMCC,
se procede a extraer la información disponible en los canales de control (organización y
configuración de las capas jerárquicas y profundidad del entrelazado de tiempo entre
otras). Con estos datos, el receptor revierte los entrelazados de frecuencia y de tiempo y
procede al desmapeo de acuerdo con el esquema de modulación correspondiente (QPSK,
DOPSK, 16-QAM o 64-OAM) recuperando las secuencias de bits. De acuerdo con la
información proporcionada por el TCC, los bits de datos son separados y encaminados a
las capas jerárquicas correspondientes, ejecutándose el desentrelazado de bits y el
despunzonado. A continuación, la cadena de bits ingresa al decodificador Viterbi, que
corrige los errores de las secuencias de bits.
Seguidamente, las secuencias son procesadas en bloques y por capas, y se recupera la
organización por bytes, que se somete al desentrelazado y al posterior reordenamiento,
revirtiendo el orden pseudoaleatorio con el que fueron transmitidos los bits de cada
paquete, de acuerdo con la secuencia PRBS. Finalmente, la salida de la etapa de
decodificación Reed Solomon entrega el flujo TS estructurado en paquetes de 188 bytes.
El flujo TS contiene los distintos programas o servicios y los datos de las tablas MPEG,
además de las referencias de sincronización PCR necesarias para la decodificación. Luego
de su demultiplexación, se recupera el reloj del sistema a partir del PCR que se envía
desde la estación transmisora para el programa que se desea sintonizar, también se
recuperan la tabla NIT del servicio y las tablas PAT y PMT que permiten obtener las
direcciones de los paquetes de audio y video que corresponden al programa elegido.
Esta información, se entrega al decodificador, que primero convierte las secuencias en
paquetes PES y luego en flujos ES, aplicando por fin los procesos que permiten obtener
el audio y el video original. La decodificación se realiza por separado y luego ambas
señales se convierten en analógicas, para estar disponibles en las correspondientes
salidas. También se incluye la salida digital HDMI. El demultiplexor además entrega los
datos de la tabla EIT que transporta la grilla electrónica de programación (EPG) y la tabla
DSM-CC. Esta última, constituye el canal de datos y se utiliza para transmitir las
aplicaciones interactivas que serán almacenadas en el STB. Las aplicaciones se cargan
sobre el denominado "Middleware GINGA" y de esta forma, se consigue que la electrónica
del receptor pueda interpretar los códigos de las aplicaciones.
ASPECTOS REGULATORIOS EN TELECOMUNICACIONES
En el Ecuador la situación respecto al manejo del espectro radioeléctrico se fundamenta
en la Ley de Radiodifusión y Televisión, en la Norma Técnica para el Servicio de Televisión
Analógica y en el Reglamento General a la Ley de Radiodifusión y Televisión. En la Ley de
Radiodifusión y Televisión se señala que todos los canales o frecuencias de radiodifusión
y televisión son recursos no renovables e inalienables, los cuales son propiedad y serán
regulados, administrados y controlados por el Estado. De acuerdo con el artículo primero
de la Ley de Radiodifusión y Televisión se considera como radiodifusión de televisión a la
comunicación unilateral mediante ondas electromagnéticas de sonidos e imágenes que
se destinan a la comunidad. Hasta el año 2009 existió el Consejo Nacional de
Radiodifusión y Televisión (CONARTEL), el cual era el encargado de otorgar frecuencias o
canales para radiodifusión y televisión, además regulaba y autorizaba estos servicios en
todo el país conforme la Ley, y lo que no contemple dicha Ley será regulado por convenios
internacionales y reglamentos. Pero esto cambió, hoy en día la institución que se encarga
tanto de otorgar frecuencias o canales para radiodifusión y televisión, como de regular y
autorizar esta clase de servicios en toda la geografía territorial es el ARCOTEL (Agencia de
Regulación y Control de las Telecomunicaciones.
Según el Plan Nacional de Frecuencias, se manejan planes de frecuencias específicos para
las estaciones de televisión, que será en VHF , UHF, televisión codificada, por cable y por
satélite, además de la distribución de frecuencias auxiliares. Para la atribución de
frecuencias el mundo se ha dividido en tres regiones, situándose el Ecuador en la Región
2, como se muestra en la siguiente figura.
Regiones mundiales para la atribución de frecuencias según la UIT.
En el Plan Nacional de Frecuencias se contemplan dos tipos de servicios, los servicios
primarios y secundarios. Al servicio en letra "mayúsculas" (RADIODIFUSIÓN), se lo
denomina servicio "primario", el cual es un servicio principal al que se le ha atribuido una
banda de frecuencia, además este servicio tendrá prioridad sobre el resto de los servicios
a los que este atribuida dicha banda.
También se protegerá contra interferencias causadas por cualquier otro tipo de servicio.
Servicios con "caracteres normales" (Móvil), se los llama servicios "secundarios". Los
cuales son servicios de segundo orden a los que se ha atribuido una banda de frecuencias
Las estaciones de servicios secundarios no deben ocasionar interferencia perjudicial a las
estaciones de servicios primarios a las que se hayan asignado frecuencias con anterioridad
o a las que se les asigné posteriormente. No pueden reclamar protección contra
interferencias perjudiciales causadas por las estaciones de servicios primarios, pero si
tienen derecho a dicha protección causadas por estaciones del mismo servicio u otros
servicios secundarios en las frecuencias asignadas con anterioridad o que se les asigne en
un futuro.
ASIGNACIÓN DE CANALES
En cuanto a la asignación de canales, se podrá realizar dicha asignación en canales
adyacentes para un miso concesionario en una misma zona geográfica, como excepción,
en caso de existir zonas de sombra o interferencias, lo cual deberá ser demostrado
mediante estudios de ingeniería que no se producirán interferencias a los canales de
operación, reafirmando con el informe de la ARCOTEL, con el fin de no producir
interferencias a los canales adyacentes y a otras estaciones radioeléctricas. En el contrato
de concesión se establecerán condiciones técnicas con respecto a: la potencia radiada no
mayor a 100W (en caso de interferencias), diagrama de radiación de las antenas,
atenuación de señales no deseadas a través de filtros y ciertos dispositivos, ya sea en la
estación de canal adyacente o en las estaciones de canales adyacentes.
Intensidad de Campo mínima para proteger.
La intensidad de campo eléctrico es el nivel de la señal que se recibe en un punto
específico, en otras palabras, es el valor mínimo de intensidad necesario para
proporcionar una recepción satisfactoria y se mide en V/m o uV/m, siendo las unidades
logarítmicas dBV/m o dBuV/m.
Acorde con la norma Técnica vigente, los valores de intensidad de campo protegidos en
los borde de áreas de cobertura principal y secundaria, a un nivel de 10 metros sobre el
suelo en la altura de la antena se visualizan en la siguiente tabla.
Tabla. Valores de intensidad de campo protegidos en los bordes de áreas de cobertura
principal y secundaria.
BANDA
I
III
IV y V
BORDE DE AREA DE COBERTURA
PRINCIPAL
68 dBuV/m
11 dBuV/m
74 dBuV/m
BORDE DE AREA DE COBERTURA
SECUNDARIA
47 dBuV/m
56 dBuV/m
64 dBuV/m
Estos valores no deben sobrepasar los límites de la zona geográfica en la que esté
trabajando la estación.
Relaciones de protección señal deseada/señal no deseada.
A la relación entre la señal deseada y la señal no deseada se la denomina interferencia.
Las relaciones de protección en las bandas I, I, IV y V se refieren en todos los casos a las
señales a la entrada del receptor, las cuales permiten obtener una calidad de recepción
específica de la señal deseada a las salida del receptor, que se reflejan en la calidad de
imagen y audio en el televisor.
Los valores para considerarse son: el valor eficaz de la portadora de la señal de televisión
en la cresta de la envolvente de modulación y el valor eficaz de la onda portadora del
sonido no modulada, tanto para modulación en frecuencia y en amplitud.
Relación de protección para la señal de imagen: Relaciones de protección señal
deseada/señal no deseada.
A la relación entre la señal deseada y la señal no deseada se la denomina interferencia.
Las relaciones de protección en las bandas I, I, IV y V se refieren en todos los casos a las
señales a la entrada del receptor, las cuales permiten obtener una calidad de recepción
específica de la señal deseada a las salida del receptor, que se reflejan en la calidad de
imagen y audio en el televisor.
Los valores para considerarse son: el valor eficaz de la portadora de la señal de televisión
en la cresta de la envolvente de modulación y el valor eficaz de la onda portadora del
sonido no modulada, tanto para modulación en frecuencia y en amplitud.
•
Relación de protección para la señal de imagen:
Interferencia Cocanal.
Es la ocasionada cuando la separación de frecuencia entre la señal deseada y la
interferente es pequeña, por tanto, la señal deseada y la interferente están dentro del
mismo ancho de banda del canal y los valores de relación de la señal deseada / señal
interferente se muestran en la siguiente tabla.
Tabla. Valores de la relación señal deseada / señal interferente para la interferencia
cocanal en la relación de protección para la señal de imagen.
Separación ente Portadoras
Relación señal deseada / señal
interferente
Inferior a 1000Hz
1/3, 2/3, 4/3, o 5/3 de la frecuencia de
línea
45 dB
28 dB
Interferencia de Canales Adyacentes.
La interferencia que más perjudica la señal de imagen deseada es la causada por la señal
de sonido del canal adyacente inferior. Se ocasiona debido a la presencia de la señal
interferente proveniente del canal adyacente de las emisiones no esenciales del
transmisor, o por las espurias de otros sistemas de radiocomunicaciones. Dichos valores
se muestran en la siguiente tabla.
Tabla. Valores de la relación señal deseada / señal interferente para la interferencia de
canales adyacentes en la relación de protección para la señal de imagen.
•
Interferencia
Relación señal deseada / señal interferente
Del canal inferior
Del canal superior
-6 dB
-12 dB
Relación de protección para señal de sonido:
La Relación entre la señal deseada / señal Interferente no debe sobrepasar los 28
dB
Distancia mínima entre estaciones.
La distancia entre estaciones transmisoras se determina por el cumplimiento de las
relaciones de protección tanto para interferencia cocanal y de canal adyacente en las
señales de imagen y de audio en el borde del área de cobertura.
Potencia radiada máxima.
Es la que genera una intensidad de campo que no sobrepasa el valor de intensidad de
campo mínima a proteger en límites de la zona geográfica de operación, además debe
cumplir las relaciones de protección de señal deseada señal no deseada.
Ubicación de las antenas transmisoras
Para regular este aspecto se deberán cumplir las especificaciones de la Dirección de
Aviación Civil (DAC), en cuanto a ubicación, balizas, y altura en sectores que se encuentren
próximos a aeropuertos o bajo líneas de vuelo. Se recomienda también que los sistemas
de transmisión estén fuera del perímetro urbano de las ciudades.
Frecuencias Auxiliares.
El organismo regulador a nivel nacional asignará frecuencias para los enlaces entre sus
estudios y los transmisores, llamadas frecuencias auxiliares, que son las frecuencias
atribuidas a servicios fijo y móvil necesarias para el funcionamiento y operación de
estaciones y sistemas de radiodifusión y televisión, también sirven estas frecuencias para
funcionamiento entre estaciones repetidoras, o para operación remota. Dichas
frecuencias se indican en el Plan Nacional de Frecuencias. Las frecuencias principales del
servicio de televisión no podrán ser utilizadas para enlaces. Según el Plan Nacional de
Frecuencias en la siguiente tabla se puede visualizar las bandas de frecuencias asignadas
como frecuencias auxiliares.
BANDA (Hz)
2200 - 2290
2290 - 2300
5925 - 6700
6700 - 7075
7075 - 7145
12.7 - 12.75
REGION 2
OPERACIONES ESPACIALES
(espacio - Tierra) (espacio - espacio)
EXPLORACIÓN DE LA TIERRA POR SATETLITE
(espacio - Tierra) (espacio - espacio)
FIJO
MOVIL 5.391
INVESTIGACION ESPACIAL
(espacio-Tierra) (espacio-espacio)
5.392
FIJO
MOVIL salvo móvil aeronáutico
INVESTIGACION ESPACIAL
(espacio lejano) (espacio-Tierra)
FIJO
FIJO POR SATELITE (Tierra-espacio) 5.457A
MOVIL ADD 5.4302
5.149 5.440 5.458
FIJO
FIJO POR SATELITE
(Tierra - espacio) (espacio - Tierra) 5.441
MOVIL
FIJO
MOVIL
5.450
FIJO
FIJO POR SATELITE (Tierra-espacio)
MOVIL salvo móvil aeronáutico
ECUADOR
NOTAS
FIJO
EQA.110
FIJO
EQA.110
FIJO
FIJO POR
SATELITE
(Tierraespacio)
5.457A
ADD 5.4B02
5.149 5.44
EQA.50
EQA.110
FIJO
5.458
EQA.110
FIJO
5.458
EQA.50
EQA.110
FIJO
FIJO POR
SATÉLITE
Tierraespacio)
EQA.125
12.75 - 13.25
FIJO
FIJO POR SATELITE (Tierra-espacio) 5.441
MOVIL
Investigación espacial (espacio lejano) (espacio - Tierra)
FIJO
FIJO POR
SATELITE
(Tierraespacio)
5.441
EQA.105
EQA.125
EQA.140
Enlaces auxiliares radioeléctricos:
Utilizan frecuencias atribuidas por el Plan Nacional de Frecuencias para servicios de
radiodifusión sonora o de televisión, también pueden utilizar enlaces satelitales o sistemas
nuevos que permitan optimizar el espectro radioeléctrico mejorando la calidad de dichos
sistemas.
Enlaces auxiliares físicos:
Son los que se valen de medios de transmisión que no utilizan bandas de espectro
radioeléctrico, como 10 son el par trenzado, el cable coaxial, la fibra óptica. Se señala que,
al utilizar tecnologías digitales, los enlaces auxiliares mencionados anteriormente podrán
operar individualmente, o como multicanal únicamente si es el mismo concesionario. Los
enlaces auxiliares físicos o radioeléctricos para radiodifusión sonora o de televisión,
podrán ser prestados mediante su propia infraestructura sin derecho a compartirla con
otros concesionarios, o se podrá realizar mediante operadores de servicios portadores
autorizados.
En cuanto a los concesionarios, la Ley de Radiodifusión y Televisión indica que una
persona natural o jurídica no obtendrá, ni de manera directa o indirecta, la concesión en
cada provincia de más de un canal de onda media, uno de frecuencia modulada y uno en
cada una de las nuevas bandas que a futuro sean creadas, además de no tener más de un
canal para zona tropical en todo el país, y un sistema de televisión en la República del
Ecuador.
Cabe indicar que cualquier persona natural o jurídica ecuatoriana, que reúna los requisitos
fijados por la mencionada Ley, podrá tener la concesión de canales o frecuencia, para
instalar y mantener funcionando una estación de televisión comercial en capitales
provinciales o en ciudades con población cercana a cien mil habitantes, a excepción de la
Amazonía, de las Islas Galápagos y las zonas de frontera con otros países. Además, las
estaciones de radiodifusión y/o televisión pueden formar sistemas locales, regionales o
nacionales.
de la UIT y complementariamente la FCC, en lo que se pueda aplicar. En los contratos de
renovación de concesiones de frecuencias deben incluirse todas las concesiones de
frecuencias, ya sea de estudios fijos, móviles, cambios de frecuencia, etc., con sus
respectivas autorizaciones. En cuanto a las concesiones, existe el reglamento de políticas
institucionales y procedimientos para la concesión de frecuencias para la operación de
estaciones de radiodifusión, televisión y sistemas de audio y video por suscripción, en el
cual se indica lo siguiente:
•
La concesión de frecuencias o canales radioeléctricos será realizada por zonas
geográficas, 6 áreas de cobertura independientes, brindando prioridad a zonas en
donde el servicio sea escaso o nulo, y en sectores rurales.
El organismo regulador definirá el número de estaciones matrices o repetidoras en cada
zona geográfica o área de cobertura independiente, con el fin de no saturar con matrices
o repetidoras los lugares con poca población, estableciendo un porcentaje mínimo de
estación de radiodifusión comercial privado-sonora, frecuencia modulada y de televisión
abierta del 80% de matrices y 20% de repetidoras en cada zona geográfica. Al espectro
radioeléctrico asignado para servicios de radiodifusión y televisión, se le destinará un 30%
para estaciones públicas y comunitarias aproximadamente y el otro 70% para estaciones
privadas, ya sean matrices o repetidoras. Las concesiones para radiodifusión o televisión
para servicio público o comunitario no podrán transformarse en estaciones de tipo
privado.
TECNOLOGÍA GINGA
Para poder realizar aplicaciones interactivas en Televisión Digital, las normas TDT tomaron
la decisión de usar middlewares para que se encarguen de su ejecución.
Con el término middlewares se quiere indicar que es una capa de software intermedio
entre el hardware y el software del equipo, esto genera una serie de facilidades para el
desenvolvimiento de contenidos y aplicaciones para televisión digital en la que es capaz
de designar capas de software que no constituyen directamente aplicaciones, sino que
permiten o facilitan el uso de plataformas de hardware con tecnologías de información.
Para el estándar internacional ISDB-Tb se desarrollo GINGA, la cual fue desarrollado por
la investigación conjunta y bien coordinada de los laboratorios de Telemedia de la PUCRio y Lavid de UFPB.
GINGA
Es la denominación que se dio al middleware abierto del Sistema Brasileño de Televisión
Digital (SBTVD), llamado así con el objetivo de identificar el nacionalismo de la cultura, el
arte y la continua lucha por la libertad y la igualdad del pueblo brasileño.
Con el middleware GINGA se genera la posibilidad de poder presentar los contenidos en
distintos receptores independientemente de la plataforma de hardware del fabricante y
el tipo de receptor.
Ginga es todo un conjunto de tecnologías japonesas innovaciones brasileñas
estandarizadas que forman la especificación de middleware mas avanzado para el
estándar ISDB-Tb de televisión digital y según la recomendación UIT-T H. 761 óptima para
IPTV.
El middleware es un conjunto de software intermedio, ubicado entre la plataforma de
hardware y sistema operativo, y el código de las aplicaciones como se lo puede visualizar
en la siguiente figura:
Modelo de ejecución de TV Digital
Esta capa de software permite el desarrollo de aplicaciones interactivas para Televisión
Digital, en forma independiente de la plataforma del hardware de los fabricantes, pues el
middleware se encarga de la ejecución de las aplicaciones en la pantalla, por lo cual el
programador no es necesario que tenga un conocimiento profundo de la capa de
hardware en la que correrá la aplicación
La arquitectura del middleware GINGA está dividida en tres módulos: Ginga NCL, Ginga J
y Ginga CC (Common Core) .
Ginga NCL, Ginga J son construidos a través de los servicios ofrecidos por el módulo del
núcleo común de Ginga, ya que el Ginga CC es la interfaz directa con el sistema operativo
y adicionalmente con este subsistema se puede acceder al sintonizador de canales, al
sistema de archivos, al terminal gráfico, etc.
GINGA NCL
Ginga NCL es un estándar internacional abierto utilizado en IPTV y en Televisión Digital
Terrestre provee una infrastructura para la presentación de aplicaciones escritas en el
lenguaje NCL (Nested Context Laguaje).
Los programas escritos en lenguaje NCL requieren menos código, lo que reduce el tiempo
de transmisión, además son menos robustos que los implementados en lenguaje Java,
por tal motivo es necesario menos procesamiento, con lo que se logra que Ginga NCL
pueda ofrecer un buen desempeño para realizar cualquier tipo de aplicación en Televisión
Digital.
Las normas ABNT NBR 15606 son las que regulan la Transmisión de la Televisión Digital
Terrestre en Brasil, por ejemplo, la norma ABNT NBR 15606-2 se encarga de las
especificaciones de Ginga NCL para receptores fijos y móviles, en cambio la norma ABNT
NBR 15606-5 se encarga de las especificaciones de Ginga NCL para receptores portátiles,
en ambos casos con el lenguaje XML para la codificación de aplicaciones.
El módulo Ginga NCL realiza varias funciones y sus componentes se pueden visualizar en
la siguiente figura.
Componentes de Ginga NCL
a. El Formateador es el encargado de recibir, desde Ginga CC, un documento NCL y
controlar su presentación para garantizar que las relaciones espacio temporales,
definidas por el autor de la aplicación sean respetadas.
b. Analizador de XML y Conversor reciben una solicitud del formateador para
convertir la aplicación NCL en la estructura interna de datos de Ginga NCL.
c. Programador: Una vez traducida la aplicación, el programador organiza la
presentación del documento NCL. Además se encarga de evaluar la conexión y
exponer, en un determinado momento, contenido multimedia, enviando la orden
al componente Administrador de Reproducción.
d. Administrador de la Base Privada: Es el encargado de recibir los comandos de
edición NCL, los cuales realizan las acciones de iniciar, pausar, resumir, detener,
remover las aplicaciones NCL o actualizarlas en tiempo real.
e. Administrador del diseño: Es el responsable de asignar todas las regiones definidas
en una aplicación NCL
f. Administrador de Contextos: Es capaz de soportar el contenido y las adaptaciones
de la presentación, en base a la información suministrada por Ginga CC
GINGA J
Ginga J es el subsistema lógico del middleware Ginga que provee una infraestructura para
la ejecución de aplicaciones adaptadas a televisión y escritas en lenguaje Java.
Para crear aplicaciones en Ginga J, es necesario poseer bibliotecas extras, como Java TV
que pueden o no estar incluidas, estas aplicaciones tardan en iniciarse en el Set Top Box,
debido a que el lenguaje Java es más robusto que el lenguaje NCL, sin embargo Java se
utiliza para realizar aplicaciones corporativas, de escritorio y móviles, ya que existe una
gran oferta de profesionales que dominan el lenguaje, es por ello que algunas empresas
pueden optar por utilizar Ginga J en lugar de NCL para crear aplicaciones interactivas.
Ginga J es un lenguaje expresivo que permite que el código sea comprensivo, fácil de
manejar y posea menos defectos. La norma ABNT NBR 15606-4 se encarga de las
especificaciones en ambiente Ginga J para ejecutar aplicaciones.
En la siguiente figura se puede visualizar que Ginga J se divide en tres módulos: la
máquina virtual, el núcleo y tres grupos de APIs (Application Programming Interface).
APIs de Ginga J
LENGUAJE NCL
NCL (Nested Context Language) es un lenguaje de aplicación XML el cual esta basado en
el modelo conceptual de datos NCM (Nested Context Model), el cual permite representar
y sincronizar elementos multimedia, tanto en espacio y como en tiempo para crear
aplicaciones interactivas.
NCL es un lenguaje declarativo con el que se pueden escribir presentaciones interactivas.
La programación declarativa especifica las condiciones, restricciones, ecuaciones o
transformaciones que describen un problema y la solución se obtiene mediante
mecanismos internos de control sin especificar como encontrar dicha solución. Con el
lenguaje declarativo únicamente se debe indicar lo que se desea obtener o lo que se esta
buscando y el programa declara el resultado esperado.
COMPONENTES DEL DOCUMENTO NCL
Un documento NCL tiene las siguientes entidades básicas:
a.) Objetos Media. Son aquellos elementos que se van a mostrar en la pantalla como: un
video, una imagen o un texto.
b.) Regiones Corresponden a un lugar o a un área física en la pantalla, en la cual los
objetos media pueden ser visualizados. El tamaño y la posición de cada región se indica
en porcentajes.
Elementos de la región.
c.) Descriptores. Indican la región y las propiedades con las que se mostrará el objeto
media.
d.) Enlaces y puertos. Permiten especificar el momento en el que se observarán o
escucharán los objetos media, por ejemplo: pulsando un botón, luego de desplegarse
otro objeto media, etc.
e.) Contextos. Es un objeto contenedor de entidades NCL que genera la posibilidad de
agrupar elementos y reutilizar código. El cuerpo de un documento NCL es considerado
un contexto.
Estructura de un documento NCL
Como se puede visualizar en la figura anterior un documento NCL esta compuesto por
un elemento raíz <ncl>, el cual contiene una cabecera <head> y un cuerpo <body>.
La cabecera contiene los siguientes elementos:
•
•
•
•
•
<importedDocumentBase>: especifica un conjunto de documentos NCL
importados.
<transitionBase>: permite mostrar objetos media con efectos de transición en la
entrada o salida.
<regionBase>: este elemento define el espacio en el que se exhibirá un objeto
media.
<descriptorBase>: define las características de presentación de un objeto media.
<connectorBase>: especifica las relaciones entre los objetos usando conectores.
El cuerpo del programa contiene los siguientes elementos:
•
•
•
•
•
•
<port>: es una puerta que indica que comienza la exhibición de un objeto media
al iniciar un contexto.
<property>: define una interfaz para cambiar las propiedades de un objeto media.
<media>: especifica el contenido de un objeto media.
<context>: permite estructurar una aplicación NCL.
<switch>: admite la elección entre varios objetos media.
<link>: genera una relación entre varios objetos media.
LENGUAJE LUA
LUA es un lenguaje de programación desarrollado por la Pontificia Universidad Católica
de Rio de Janeiro, y en portugués significa Luna, por 10 que su icono que 10 caracteriza
tiene la Tierra y la Luna.
LUA es sencillo, compacto y permite crear un conjunto de instrucciones que pueden ser
usadas en diferentes plataformas. Al ser un lenguaje de programación de scripting, LUA
necesita un interprete o un programa anfitrión para ser ejecutado, esto evita la
inicialización, ya que el interprete se encarga de esta tarea; además al existir un error de
sintaxis en el documento, el interprete indica el archivo, la línea y el errori de igual manera
no se debe compilar el código, únicamente es necesario un archivo de texto plano con la
extensión ". lua"
LUA es un lenguaje imperativo, de extensión, rápido yes un software libre de código
abierto que puede ser usado para cualquier propósito.
Un lenguaje imperativo esta compuesto por un conjunto de instrucciones u ordenes que
deben ejecutarse de forma secuencial, excepto cuando existen bucles o sentencias
condicionales. Los programas imperativos indican como realizar una tarea, son poco
flexible y no pueden realizar varios procesos de forma simultánea, además, un alto
porcentaje del código se dedica a controlar la secuencia de ejecución del programa.
Como todo lenguaje de extensión, LUA no reconoce al programa principal, solo funciona
como una extensión en un programa anfitrión (host). El programa anfitrión admite la
lectura o escritura de variables y es capaz de invocar funciones que permitan ejecutar una
parte del código. Debido a su eficiencia este lenguaje llego a ser utilizado en el desarrollo
de juegos, control de hardware, procesamiento de texto, etc.
COMPONENTES DEL DOCUMENTO LUA
Un documento LUA esta compuesto por: variables, bloques, sentencias condicionales,
bucles, funciones y operadores.
Como todo lenguaje de programación tiene una lista de palabras que no pueden ser
utilizadas como nombres, pues tienen asignada una tarea específica, las cuales se pueden
visualizar en la siguiente figura:
and
else
false
if
nil
repeat
true
break
elseif
for
in
not
return
antil
do
end
function
local
or
then
while
Palabras con tareas especificas en LUA
VARIABLES
Las variables son lugares en los que se almacenan valores, LUA diferencia entre
mayúsculas y minúsculas. se tiene dos tipos de variables:
Variables locales: Solo existen y se activan en los bloques donde fueron creadas,
generalmente dentro de funciones.
Variables Globales: Existen en todo el documento, puesto que LUA a sume que todas las
variables son globales, se debe declarar explícitamente como locales.
Cada variable es capaz de almacenar valores de los siguientes tipos:
•
•
•
•
Nil: Representa la ausencia de valor útil y se usa para eliminar variables.
Números: Corresponden tanto a valores positivos como negativos, enteros o
decimales: Caracteres. Los strings pueden contener cualquier caracter de 8 bits,
inclusive el cero.
Condiciones: Son valores conocidos como boolean y únicamente se presentan de
dos maneras: true (verdadero) y false (falso).
Tablas. Pueden contener valores de todos los tipos, excepto nil.
BLOQUES
Un bloque es un conjunto de sentencias que se ejecutan de una manera secuencial. Puede
delimitarse con do y end para producir sentencias simples.
SENTENCIAS CONDICIONALES
La sentencia if permite crear condiciones y devolver todo tipo de valores, aunque las
condiciones y bloques dependen de cada requerimiento.
Sintaxis de la sentencia if
if crea una condición, si se cumple, el bloque que hay en su interior se ejecuta.
Adicionalmente es posible incluir else o elseif para ejecutar nuevos conjuntos de
instrucciones, siempre y cuando las condiciones if no se cumplen.
BUCLES
Un bucle es una sentencia que se ejecuta repetidas veces, normalmente en cada nueva
ejecución uno de los elementos varía. LUA usa tres tipos de bucles: for, while y repeat.
Sintaxis de los bucles
•
•
•
for: establece tres parámetros para una variable: inicio, fin, incrementos. El bucle
ejecuta el código hasta alcanzar el valor final, cada paso esta dado por el valor del
incremento.
while: evalúa la condición, si es falsa el bucle termina caso contrario se ejecuta el
bloque que se encuentra dentro del bucle.
repeat: repite el código que se encuentra dentro del bucle hasta que la condición
sea verdadera.
FUNCIONES
Las funciones pueden ser almacenadas en variables y en tablas, cada función puede
contener una o varias líneas de código, con el fin de crear un valor y asignarlo a una
variable.
Sintaxis de una función
En la función se debe incluir su nombre, pues es importante para solicitarle, además
se puede observar que las funciones finalizan con la palabra end, lo que permite al
intérprete de LUA saber cuando termina una función.