Ventajas de la Televisión Digital

1) Mayor inmunidad al ruido: En el caso de una señal analógica, el ruido se suma a la señal, pasando a formar un todo indivisible, degradándola. En una señal digital, mientras el ruido no supere el nivel en que provoca interpretaciones erróneas de los datos, este puede ser extraído de la misma sin afectarla.

2) Mayor capacidad de manipulación: La cantidad creciente de algoritmos disponibles permite generar efectos, ampliar las posibilidades creativas y mejorar la calidad del tratamiento de las señales.

3) Control de ancho de banda: Una vez digitalizada, la señal puede ser comprimida, dando la posibilidad de ubicar varias señales en el mismo ancho de banda que ocupaba una sola. Lo único que aún permanece dentro del universo analógico son ambos extremos: la captura y la presentación.

Generalidades de la Transmisión de Televisión Digital Terrestre

  • Administración de ancho de banda: Por medio de la compresión, se puede eliminar información redundante de la trama de datos, ocupando menor ancho de banda.
  • Mayor inmunidad al ruido de transmisión: Con la ayuda de los algoritmos correctos de error, se podrían recuperar, dentro de cierto rango, algunos datos mal interpretados.
  • Transmisión de video por componentes: No compuesto, ya que ocasiona degradación sobre la señal. Para la transmisión digital, la señal de video por componentes (luminancia y diferencias de color) son digitalizadas por separado y transitan así hasta el receptor, con lo que dicho perjuicio es evitado.
  • Posibilidad de mayor resolución horizontal: 350 líneas para una señal de televisión. Por ejemplo, 720*480 en NTSC o 720*576 en PAL.
  • Posibilidad de barrido progresivo: Para una correcta reproducción, se deben presentar 24 o más cuadros por segundo, pero para eliminar el parpadeo se necesita 48 o más por segundo. Con el barrido entrelazado, se transmiten y presentan 25 o 30 cuadros por segundo, pero a una frecuencia de 50 o 60 campos por segundo para que el ojo humano no pueda percibirlo. Con la transmisión digital, las limitaciones que dieron origen al barrido entrelazado ya no son tales.
  • Aumento de resolución vertical de color: Para la señal de video compuesto PAL, la alternancia de líneas consecutivas propias del sistema tiene el costo de reducir la resolución vertical de color. Al poder manejarse dentro del dominio digital por componentes, sin necesidad de recurrir al video compuesto, la desventaja mencionada desaparece.
  • Posibilidad de emplear relaciones de aspecto diferentes (16:9): Una relación de mayor visión horizontal es más agradable al ojo. El solo hecho de presentar una imagen 30% más ancha que la pantalla actual 4:3 ofrece una mejora.
  • Audio digital (calidad CD): Entre 4-6 Mbps, puede ser transmitida con bit rates que van de 128 a 256 kbps.
  • Múltiples canales de audio: A la disponibilidad de bit rate se le suma las técnicas de manejo de múltiples canales de audio, como Dolby AC-3, que le permiten al espectador disfrutar de un sonido envolvente como el del cine.
  • Transmisión de datos y otros servicios: La transmisión se convierte en un canal de datos de banda ancha. Gracias a la compresión de video y audio, queda capacidad de transmisión que puede ser empleada en múltiples aplicaciones.
  • Posibilidad de HDTV: La gran capacidad de bit rate del canal ofrece la posibilidad de transmitir por aire señales de alta definición. Según el formato empleado, requerirá entre 14 y 18 Mbps.
  • Ruido de cuantificación: Si se emplean 8 bits, el rango de excursión posible de la señal de video se divide en 256 niveles, y los defectos de cuantificación son apreciables con superficies de imagen cuya variación o nivel de color es un degradé suave.
  • Defectos de la compresión: Calculan cómo van a ser los próximos cuadros y envían solo la diferencia de información.

Partes del Diagrama de Transmisión

  • Conversión analógico a digital: Es necesaria solo si la salida de programa es entregada en forma analógica.
  • Compresión: Se utiliza MPEG-2 y sus características son:
    • Tamaño de palabra de 8 bits.
    • Maneja resoluciones de video de hasta 720*576 para PAL y 720*480 para NTSC.
    • Muestreo de los componentes de video 4:2:0.
    • Puede trabajar con barrido entrelazado o progresivo.
    • Puede manejar bit rates de hasta 15 Mbps.
    • Utiliza la técnica DCT (Discrete Cosine Transform) para convertir los elementos del dominio espacial al dominio de la frecuencia, y luego quitar la redundancia.
    • Técnicas de VLC que reducen el bit rate.
    • Motion Compensation reduce la redundancia temporal.
    • Group of Pictures.
    Para audio está MPEG-1, Layer 2 y Dolby AC-3.
  • Multiplexor: Cada canal es comprimido por un encoder que entrega un program stream. La suma de los diferentes canales se hace en el multiplexor, que entrega un transport stream.
  • Modulador: Puede estar integrado al transmisor. La trama entregada por el multiplexor es modulada sobre la portadora de la frecuencia del canal correspondiente.
  • Transmisor: Aquí se amplifica la portadora hasta alcanzar los niveles adecuados para una correcta cobertura.
  • Antena: Los filtros componen un sistema de antena que, además de atenuar las espurias fuera del ancho de banda, tendrá que respetar ciertos niveles y pendientes de atenuación.

Partes de Recepción

  • Antena: Que puede ser fija al techo (Yagi) o portátiles.
  • Receptor decodificador: Sintoniza el canal, toma la señal de RF entrante y la remodula, entregando la trama de transporte a la etapa decodificadora, la cual descomprime la señal y después realiza la conversión digital a analógica para entregar señales de video y audio a la pantalla. Hay dos tipos de receptores: los integrados, que además de lo mencionado incluyen también la pantalla, y los que cumplen la función de solo recibir y decodificar. Las salidas más habituales son Y, Pb, Pr para el video y un par estéreo para audio.
  • Pantalla: Los set-top boxes dan la posibilidad de utilizar nuevas pantallas de plasma.

Estándares de Televisión Digital Terrestre

  • ATSC: Advanced Television Systems Committee (EEUU).
  • DVB-T: Digital Video Broadcasting – Terrestrial (Europeo). La “T” para terrestre, la “S” para satelital y DVB-C para el cable, etc.
  • ISDB-T: Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial (Japón).

ATSC

Características del sistema

  • Canal de 6 MHz, ofrece dos subsistemas de modulación que son:
    • 8-VSB, para la radiodifusión terrestre por aire. Este sistema ofrece un bit rate disponible neto de 19.3 Mbps.
    • 16-VSB, para transmisión por cable, con un bit rate de 38.6 Mbps.

Variedad de combinaciones de programas de video

  • 1 canal de alta definición (HD) de 18 Mbps.
  • 1 canal HD de 14 Mbps más uno de definición estándar (SD) de 4 Mbps.
  • 3 canales SD de 6 Mbps.
  • 4 canales SD de 4.5 Mbps.
  • 6 canales SD de 3 Mbps.

La compresión de video está basada en la norma MPEG-2 Main Profile, incluye frames tipo I, P, B; muestreo de las componentes de video 4:2:0 y precisión de 8 bits. Para las distintas variantes de SD se emplea el MP@ML (Main Profile at Main Level) y para las variantes HD corresponde el MP@HL.

Con respecto al audio, la norma ATSC especifica el estándar AC-3 desarrollado por Dolby, conformado por 1, 2, 3, 4, 5.1 canales, que en realidad está formado por 6 canales, siendo el 0.1 un canal opcional LFE (Low Frequency Effects) con un ancho de banda muy reducido.

Servicios de audio

Este servicio ofrece los distintos tipos de servicios:

  • Complete Main Audio Service (CM).
  • Main Audio Service, Music and Effects (ME).
  • Associated Service: Visually Impaired (VI).
  • Hearing Impaired (HI).
  • Dialogue (D).
  • Commentary (C).
  • Emergency Message (E).
  • Voice-Over (VO).

Una forma más eficiente es transmitir los idiomas alternativos en dos canales estéreo o un canal mono. Otra posibilidad es transmitir un programa principal ME y asociar canales D para cada idioma.

La norma AC-3 trabaja con tamaños de palabra mínimo de 16 bits, pudiendo llegar hasta 24 bits, con una frecuencia de muestreo de 48 kHz. Soporta bit rates de 32 kbps hasta 640 kbps.

Características de los receptores

  • Están preparados para recibir un servicio principal de 384 kbps.
  • Downmixing: Permite que una única transmisión multicanal pueda ser decodificada según la disponibilidad de cada receptor. El downmix no está predefinido en el encoder y además es totalmente compatible con Dolby. Una sola trama multicanal es transmitida y los decodificadores pueden entregar a partir de ella 5.1 canales, 4 canales Pro Logic, 2 canales estéreo o un solo canal mono.
  • Loudness Uniformity: Diseñado para evitar variaciones de nivel de sonoridad promedio no deseadas.
  • Dynamic Range Control: El nivel de diálogo no es alterado, los sonidos fuertes son atenuados y los sonidos débiles amplificados.

La trama de transporte está compuesta por paquetes de 188 bytes (187 de datos y 1 de sincronismo). Cada cuadro de datos está compuesto por dos campos de datos de 313 segmentos. Cada uno tiene una duración de 24.2 ms y cada segmento dura 77.3 ms. Cada segmento contiene 832 símbolos (828 de datos + FEC y 4 de sincronismo). Cada uno de dichos símbolos representan 1 de 8 niveles posibles (3 bits) que finalmente modularán en amplitud la portadora en banda lateral vestigial.

El proceso empieza con la aleatorización, luego se procesa el FEC utilizando codificación Reed-Solomon, que agrega 20 bytes de paridad a los 187 datos de cada paquete, dando un total de 207.

La intercalación es un proceso convolucional intersegmento de 52 segmentos, lo que define una profundidad de 1/6 del campo de datos.

El codificador de Trellis emplea un rate de 2/3, consiste de 12 codificadores que trabajan secuencialmente.

La trama de bits entregada por el encoder Trellis es mapeada en 8 niveles, nivel por símbolo, 3 bits por símbolo.

DVB

Características del sistema

Fue diseñado para canales de 8 MHz de ancho de banda. Su esquema de modulación es multiportadora y se denomina COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Contempla dos modos fundamentales:

  • 2k: emplea 1705 portadoras para operaciones con transmisor único y redes SFN pequeñas con potencia de transmisor.
  • 8k: emplea 6817 portadoras.

En ambos casos, las portadoras pueden ser moduladas por QPSK o QAM.

La codificación de la imagen y el sonido se basan en el estándar ISO/IEC MPEG-2. Solo 11 fueron aprobados de 20.

Se pueden transmitir programas de 625 líneas con calidad de estudio con relaciones de aspecto 4:3, 16:9 o 20:9, lo cual requiere que el sistema pueda operar hasta cerca de los 9 Mbps.

En lo que respecta al audio, se emplea el estándar MPEG Layer II (MUSICAM), puede manejar audio mono, estéreo, multilenguaje o surround. Luego fue incluido Dolby AC-3.

La trama de transporte MPEG-2 entregada por el multiplexor está compuesta por paquetes de 188 bytes de longitud (1 de sincronismo y 187 de datos).

A continuación, el proceso de outer coding le agrega redundancia Reed-Solomon a nivel de paquete, RS(204, 188, t=8). A cada paquete de 188 bytes aleatorizados se le agregan 16 bytes de paridad.

El proceso de inner coding agrega una redundancia adicional que puede ser configurada en cualquiera de los siguientes valores: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8, siendo el 1/2 el que da mayor robustez.

Una o dos tramas de entrada son intercaladas a nivel de bit, abriéndolas en 2, 4 o 6 subtramas de acuerdo al tipo de modulación.

El proceso de intercalado de bloques se repite dos veces por cada símbolo de información útil OFDM en el modo 2k y cuarenta y ocho veces por cada símbolo en el modo 8k.

En la transmisión no jerárquica, se pueden emplear cualquiera de los tres tipos de modulación: QPSK, 16-QAM o 64-QAM. Para la modulación no jerárquica, α=1, pero para la jerárquica, α puede tomar los valores 2 o 4, provocando que el grupo de puntos de cada cuadrante se aleje de los ejes, manteniendo la distancia entre ellos dentro del grupo.

Señales de referencia

Se tienen 3 tipos de señales de referencia:

  1. Celda piloto dispersa.
  2. Portadoras piloto continuas.
  3. Portadoras TPS (Transmission Parameter Signalling).

Los 68 bits de información TPS se reparten de la siguiente manera:

  • 31 bits de inicio.
  • 16 bits de sincronización.
  • 37 bits de información.
  • 14 bits de redundancia.

Parámetros COFDM

COFDM ofrece al usuario ciertos parámetros:

  • MODO: 8k, 2k.
  • Tipo de modulación: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
  • Parámetro de modulación: 1 (no jerárquica), 2 y 4 (jerárquica).
  • Inner Code Protection: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8.
  • Longitud del intervalo de guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32.

Esto da mayor robustez a la transmisión.

ISDB-T

Emplea la tecnología de modulación OFDM, canal de 6 MHz, incluso 8 MHz. Codificación y multiplexado MPEG-2.

Parámetros

  • MODO: 2k, 4k, 8k.
  • Cantidad de portadoras: 1405 (2k), 2809 (4k) para celulares, 5617 (8k).
  • Tipo de modulación: QPSK, DPSK, 16-QAM, 64-QAM.
  • Cantidad de segmentos: Menor o igual a 13.
  • Outer Code: RS(204, 188).
  • Inner Code: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8.
  • Intervalo de guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32.

Servicios

  • 1 servicio de HDTV + 1 audio/datos.
  • 1 servicio de SDTV para recepción móvil + 1 de SDTV para recepción fija + 1 de audio.
  • 3 servicios de SDTV para recepción fija + 1 servicio de datos.

Aspectos Técnicos

  1. Sensibilidad y C/N: La sensibilidad es un parámetro del receptor que determina entre qué valores debe estar la potencia recibida a la entrada del mismo para su funcionamiento. La potencia de la señal de entrada debe superar el valor mínimo para poder ser amplificada y no superar el máximo para no saturar dichos amplificadores.

    Existen dos umbrales: el de calidad (aparecen problemas en la imagen, está alrededor de los 2 dB por encima del de corte) y el de corte (la recepción se interrumpe completamente).

  2. Alcance y cobertura.
  3. Recepción fija y móvil: Para fijas, el uso de antenas direccionales. En cuanto a las móviles, el sistema 8-VSB no funciona en estas condiciones, mientras que el COFDM sí (en el modo 2k). Tanto el 2k del COFDM como el 2-VSB sacrifican considerablemente el bit rate.
  4. Desempeño ante la presencia de fantasmas y multicaminos.
  5. Inmunidad frente al ruido impulsivo: Es producido por motores eléctricos. Este ruido afecta las transmisiones y consiste en ráfagas breves.
  6. Interferencia de canal adyacente: No es necesario dejar un canal libre entre dos como en el analógico. Hay dos interferencias:
    1. De canal adyacente analógico sobre el canal digital: es vista por la señal digital como ruido, con el consiguiente deterioro del BER.
    2. Interferencia del canal adyacente digital sobre el canal analógico: La señal digital provoca sobre la imagen de la señal analógica la presencia de un patrón de puntos blancos.
  7. Interferencia co-canal:
    1. Analógico sobre digital.
    2. Digital sobre analógico.
    3. Digital sobre digital: es vista por la portadora principal como ruido, incidiendo directamente en la relación C/N.
  8. Potencia del transmisor: Determinada por el alcance o área de cobertura.
  9. Márgenes y planificación del espectro:
    • Variación en las condiciones atmosféricas, geográficos.
    • Variación en las condiciones de propagación por cambios estacionales.
    • Interferencias de canales adyacentes y co-canal.
    • Ruido gaussiano e impulsivo.
  10. Bit rate útil: Mientras más alto sea este valor, mayor podrá ser la cantidad de servicios a transmitir y mejor calidad. El bit rate depende del sistema de modulación empleado.
  11. Video de alta definición.
  12. Multicanales de audio: Un programa estéreo (2 canales) y un canal SAP. Los digitales ofrecen multicanales para sonido surround con Dolby AC-3 y MPEG.
  13. Relación de compromiso entre bit rate vs robustez.

Aspectos Económicos

La televisión es un bien social y cultural.

  • Transmisión simultánea (Simulcast): Realización de transmisiones de los nuevos servicios digitales en simultáneo con los actuales analógicos.
  • Economía de escala.
  • Redes de frecuencia única (SFN) y gap fillers.
  • Costo de recambio de los receptores: Existen dos tipos de receptores: los integrados y los decodificadores o set-top boxes.

    Los receptores integrados incluyen las etapas receptora, decodificadora y la pantalla. Los STB solo tienen etapa receptora y decodificadora para video y audio analógico, pero son más baratos.

  • Costo de alta definición: Solo un pequeño porcentaje de la población estaría en condiciones de pagar. Estos receptores son caros, entre 1500 a 5000.
  • Modelo de negocio: Posibilidades de negocio:
    1. Múltiples canales.
    2. Servicios de alta definición.
    3. Transmisión de datos de banda ancha.
    4. Recepción móvil.