EC4434 - HDTV [Final] - Universidad Simón Bolívar

EC4434 - HDTV [Final] - Universidad Simón Bolívar

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y CIRCUITOS
PROFESOR: MIGUEL DÍAZ
FUNDAMENTOS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES
HDTV
ARCANO, Kathy
CATALDO, Giancarlos
CLEMENZA, Juan
LUCANI, Daniel
#9931473
#9931599
#9931615
#9931962
Sartenejas, 03 de Marzo de 2004
TABLA DE CONTENIDO
TABLA DE CONTENIDO .................................................................................................... 2
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................. 3
Descripción del Servicio de HDTV........................................................................................ 4
Estaciones de Televisión .................................................................................................... 5
Distribución primaria.......................................................................................................... 6
Transmisores secundarios................................................................................................... 6
Receptores o Transceptores en el hogar ............................................................................. 6
Ancho de Banda ..................................................................................................................... 7
Frecuencias ............................................................................................................................. 8
Transmisión ............................................................................................................................ 8
Esquemas de Modulación....................................................................................................... 9
Sistemas de Modulación..................................................................................................... 9
Niveles de Potencia Típicos ................................................................................................. 11
Magnitud del Campo ........................................................................................................ 11
La distorsión en HDTV y la Penalidad en Potencia ......................................................... 12
Estándares de Potencia para Transmisión y Recepción.................................................... 15
Antenas para el servicio de HDTV....................................................................................... 17
Ventajas de las antenas apiladas....................................................................................... 17
Reemplazos para antenas Existentes ................................................................................ 18
Diseños adicionales de antenas apiladas para HDTV ...................................................... 19
Otras Posibilidades para Antenas no Apiladas ................................................................. 20
CONCLUSIÓN .................................................................................................................... 22
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 23
Apéndice 1: MPEG-2 ........................................................................................................... 24
Apéndice 2: Set-Box............................................................................................................. 28
2
INTRODUCCIÓN
La llegada de la televisión digital supone un cambio tan radical como el que
supuso el paso del blanco y negro al color. Se trata de conseguir imágenes de
mejor calidad, e inclusive, abrir las puertas a la introducción de servicios hasta
ahora inimaginables, como la recepción móvil de televisión, la interactividad, la
televisión a la carta (pay-per-view) o los servicios multimedia tan de moda hoy en
día debido al impacto de Internet.
La televisión analógica es ineficiente en cuanto a la transmisión de las
señales pues, en la mayoría de los casos, un elemento de imagen (píxel) varía
muy poco o nada con respecto a los anteriores y a los subsiguientes. En pocas
palabras, se está sub-utilizando el espectro electromagnético. Además, el
fenómeno de interferencia aumenta al crecer el número de estaciones
transmisoras.
Los canales radioeléctricos de la televisión digital ocupan el mismo ancho
de banda (6MHz) que los canales utilizados por la televisión analógica pero,
debido a la utilización de técnicas de compresión de las señales de imagen y
sonido (MPEG), tienen capacidad para un número variable de programas de
televisión en función de la velocidad de transmisión, pudiendo oscilar entre un
único programa de televisión de alta definición (gran calidad de imagen y sonido) a
cinco programas con calidad técnica similar a la actual (norma de emisión G con
sistema de color PAL), o incluso más programas con calidad similar al vídeo. Sin
embargo, inicialmente, se ha previsto que cada canal múltiple (canal múltiple se
refiere a la capacidad de un canal radioeléctrico para albergar varios programas
de televisión) de cobertura nacional o autonómica incluya, como mínimo, cuatro
programas o menos programas de alta definición. Dichos canales de Alta
Definición constituyen lo que se conoce como HDTV.
3
Descripción del Servicio de HDTV
El servicio de televisión de alta definición (HDTV) se basa en los mismos
principios básicos de los sistemas de televisión analógicos convencionales
(NTSC). Es decir, es un servicio que funciona a través de una difusión de las
señales en una zona determinada con el objetivo de suministrar el servicio de
televisión a un grupo de usuarios que tengan los equipos para decodificar estas
señales.
En general, se puede decir que esta tecnología surge del deseo y
necesidad de mejorar los servicios de televisión actuales, es decir, que los nuevos
estándares de televisión digital, entre ellos HDTV, buscan desplazar o reemplazar
los equipos y sistemas de televisión analógica existente. Por ello, los transmisores
de televisión digital utilizarían los emplazamientos actuales de transmisores de
televisión analógica, con lo cual podría ser reutilizada gran parte de la
infraestructura disponible actualmente lo cual resulta en una disminución del costo
de traslado de una tecnología a la otra. Por supuesto, al comenzar el proceso de
cambio, los proveedores del servicio deberán mantener ambas tecnologías
disponibles en espera de que los usuarios hagan el cambio definitivo a la
tecnología digital. Este proceso es diferente al que ocurrió al cambiar la televisión
a blanco y negro por la televisión a color, pues en este caso se mantuvo una
compatibilidad entre los dos sistemas. Esto hacía posible que tanto un televisor a
blanco y negro como uno a color pudiesen funcionar correctamente emitiendo una
sola señal desde un canal de TV dado. Este proceso no es posible en el paso de
la televisión analógica a la digital. Probablemente uno de los requisitos más
críticos para la adopción de un nuevo estándar sea la disponibilidad de equipos
que lo soporten. En efecto, un factor clave en el éxito de la implantación de un
sistema de televisión digital depende de cuán atractivo sea el sistema y los nuevos
servicios y ventajas que ofrezca respecto de los anteriores sistemas analógicos.
Esto cual viene marcado en gran medida por la posibilidad de disponer de
receptores sencillos y versátiles, por un lado, y que ofrezcan gran variedad de
servicios por otra. Entre las ventajas de HDTV frente a sistemas analógicos
existentes, vale la pena destacar lo siguiente:
•
•
•
•
Mejor aprovechamiento del ancho de banda, lo que conduce a la posibilidad
de ofrecer una mejor calidad en la transmisión de la información.
Relacionado con la utilización del espectro, aparece la posibilidad del
acceso condicional (Conditional Access), lo que se refleja en nuevas
modalidades como subscripciones y películas pagadas (pay-per-view)
basadas en la interactividad con el usuario. Es decir, es posible lograr una
interactividad con el usuario del servicio.
Mejor calidad y mayor información tanto de imagen como de audio.
Posibilidad de dedicar parte del espectro a transmisión de datos o
imágenes, lo que permite al usuario el acceso a otras informaciones.
4
Como puede apreciarse, es necesario un cambio de las señales analógicas
de televisión que se utilizan actualmente en la mayoría de los países, por sistemas
digitales. Los mecanismos para realizar este cambio tecnológico todavía están
siendo discutidos y existe una gran variedad de propuestas para conseguirlo. Por
ello, no existe aún un grupo reducido e implementado de estándares comunes en
todo el mundo, como sucede con la televisión analógica. Sin embargo, cada una
de estas propuestas coincide en una de puntos importantes en lo que se refiere a
suministrar el servicio a los usuarios. Este servicio se basa en el uso de redes de
televisión digital terrena o TDT. La estructura y diferentes etapas de estas redes
se explican a continuación.
Estaciones de Televisión
En primer lugar, las estaciones de televisión deben tener un sistema que
realice la digitalización de las señales. Sin embargo, las características de
muestreo de las señales de la televisión de alta definición obligarían a utilizar
canales de transmisión con un ancho de banda mucho mayor al que se utiliza
comúnmente en la televisión analógica. Como se desea reutilizar al máximo los
equipos y las bandas de transmisión de la televisión analógica cuando ocurra el
proceso de cambio definitivo a la televisión digital, es necesario lograr que el
ancho de banda de las señales de HDTV y de la televisión digital en general sea
igual o menor al ancho de banda de la televisión analógica actual. Por ende, la
compresión de la información de HDTV es necesaria para poder reutilizar estos
canales de televisión analógica como medios de transmisión para los canales
digitales.
El proceso de compresión se realiza de acuerdo a un procesamiento de las
imágenes enviadas a través de unos protocolos o mecanismos conocidos para
reducir el número de bits enviados tratando de enviar únicamente información útil
a través del medio de transmisión. Los algoritmos de compresión más utilizados
en sistemas digitales son conocidos como MPEG (Moving Picture Expert Group).
En particular, para HDTV el algoritmo más utilizado es el MPEG-2 (Ver Apéndice 1
para una explicación más completa). Estos algoritmos buscan enviar a los
receptores solamente aquella información que sea útil para un programa de
televisión. La información útil es, en este caso, la variación que sufren de un
cuadro a otros los valores de los píxeles del mismo. Así, una imagen en la que el
fondo no cambia y no ocurren movimientos rápidos podrá sufrir una mayor
compresión pues los valores de los píxeles de la pantalla permanecen casi
inalterados de un cuadro a otro. Una ventaja importante del algoritmo MPEG-2 es
que la complejidad se encuentra en el sistema de compresión y no en el de
descompresión, lo cual es particularmente útil para lograr un mejor servicio de
difusión.
5
Distribución primaria
En segundo lugar, en las redes TDT debe existir un sistema de distribución
primario para transportar los paquetes codificados en MPEG-2 desde los estudios
de televisión hasta los centros re-multiplexores, en el caso de que se esté
transmitiendo más de un canal - como ocurre, por ejemplo, en el caso de
compañías que poseen más de un canal de televisión- y hasta los centros iniciales
de transmisión para aquellos programas y canales que deban transmitirse en
diferentes regiones al mismo tiempo. Para lograr estas conexiones, se consideran
varias posibilidades, entre las que se incluyen fibra óptica, redes PDH
(Plesichronous Digital Hierarchy) o SDH (Synchronous Digital Hierarchy), ATM o
satélite. Una red completa constará seguramente de una combinación de las
posibilidades comentadas. El uso de estas redes es una de las ventajas de utilizar
una codificación de la señal en forma digital, ya que permite hacer uso de
conexiones y tecnología previamente desarrollada para enviar la información de
un centro a los diferentes transmisores y repetidores.
Transmisores secundarios
En tercer lugar, se encuentran los transmisores secundarios. Estos
constituyen los sistemas de transmisión que toman la señal enviada desde el
centro que transmite los paquetes codificados en MPEG-2 y la modulan a una
frecuencia dada. Esto da la libertad a aquellos consorcios que tienen diferentes
asignaciones de banda de acuerdo a la región de difundir los mismos programas
en cada una de estas bandas. Estos transmisores secundarios se encargan de
llevar los programas a los usuarios del servicio.
Receptores o Transceptores en el hogar
Finalmente, se encuentran los receptores o, más precisamente,
transceptores en el hogar. Estos transceptores pueden venir incluidos dentro de
los televisores para HDTV o en sistemas conversores de señal HDTV a TV
analógica conocidos como Set Box. Se dice transceptores pues su función no es
únicamente recibir la información de los diferentes canales de televisión HDTV. El
impulso actual busca convertir los sistemas de televisión digital en general en
sistemas que permitan al usuario interactuar de forma más activa con el servicio
de televisión pues éste contará con otros servicios. Por ejemplo, se dispondrá de
servicios de canales pagos (Pay per view), servicios de navegación vía Internet,
telecompra, juegos a través del televisor y uso de discos duros locales para el
almacenamiento de información de Internet o grabado de algún programa de un
canal específico. Otro servicio importante con el que podrá contarse es el
denominado “Plataforma Multimedia del Hogar”. Esto consiste en poder conectar
el televisor HDTV o el Set Box a la red digital del hogar, es decir, conectando los
computadores personales presentes en el hogar con el sistema de televisión
HDTV y todos sus servicios nuevos (Por ejemplo: Internet y juegos). La plataforma
6
será una arquitectura abierta, basada en los estándares de Internet, que cumplirá
las normas mundiales de difusión de televisión digital así como las normas de
Internet como HTML, JavaScript y HTML Dynamic. En pocas palabras, los
requisitos básicos que debe cumplir la plataforma consisten en lograr una difusión
mejorada con interactividad local, una interactividad mediante un canal de retorno
y un acceso a Internet. Para más información referirse al apéndice 2.
Ancho de Banda
El principio fundamental del uso de la televisión de alta definición es
obtener, como su nombre lo indica, una mayor definición y calidad en las
imágenes que serán presentadas en las pantallas. Es decir, HDTV tiene más
resolución y píxeles que la TV estándar. Esta definición viene dada por dos
factores fundamentales. El primero de ellos consiste en tener un mayor número de
píxeles por área que en el caso de una televisión analógica, lo cual permite
obtener imágenes con mayor nitidez y detalle. Por ejemplo en el área ocupada por
un solo píxel en un estándar NTSC, HDTV tendrá cuatro píxeles y medio. El
segundo de los factores consiste en un aumento de las dimensiones de las
pantallas para adaptarse al estándar utilizado en las películas, es decir, se pasa
de la relación de dimensiones 4:3 a la relación de dimensione 16:9. Si se utiliza el
ejemplo anterior, esto quiere decir que se utilizarán 2.073.600 píxeles en un
televisor de HDTV, lo que equivale a tener seis veces más píxeles que la TV
estándar analógica.
Otra característica del sistema HDTV es que no se limita a utilizar los
canales convencionales de audio: mono o, más comúnmente, estéreo. HDTV
soporta una serie de estándares de audio para equipos denominados “Home
Theather” que pueden llegar a cumplir con el estándar Dolby 5.1. Es decir, que se
tienen 5 canales de audio convencional y un canal para una corneta de baja
frecuencia a diferencia del sonido estándar estéreo del ATSC o NTSC.
Para cumplir todos estos nuevos rasgos, es necesario transmitir más
información. HDTV requerirá cinco veces más información que la televisión
convencional analógica. Esto no incluye los datos de audio u otros. La solución
para este problema depende en gran medida del país, del uso del espectro en el
mismo y la disposición para adaptarse a esta nueva tecnología. Por ejemplo, en
algunos países el ancho de banda de las estaciones es aumentada para poder
transmitir la información sin requerir un procesamiento de la misma más allá del
necesario para cumplir con el proceso de envío de la misma. Esto ocurre en
Japón, donde cada estación HDTV requiere 20 MHz de ancho de banda. Sin
embargo, en los Estados Unidos esta solución no es una opción viable por
prerrogativas de los organismos de regulación del espectro radioeléctrico en ese
país. En este caso, el canal de televisión está restringido a 6MHz. También ocurre
que, aunque se asigne una nueva banda de trabajo para el uso de la tecnología de
HDTV, muchas de las empresas y estaciones de televisión no estén dispuestas a
7
realizar el cambio, debido a la fuerte inversión en equipos que se verían obligados
a realizar. En la mayoría de los casos, estos consorcios preferirían reutilizar las
mismas bandas que han utilizado para transmitir. Entonces, debe procesarse la
señal de HDTV para adaptarla al canal que tiene asignado. El único modo de
conseguir que todos estos datos se transmitan en el ancho de banda existente de
6MHz es usar técnicas de compresión similares a aquellos algoritmos usados por
las computadoras para comprimir datos digitales.
Una imagen de HDTV tiene más de dos millones de píxeles., pero sólo la
mitad las líneas son refrescadas a la vez (interleaved). La mitad de las líneas es
refrescada cada 1/60 segundos. Por lo tanto, los marcos son refrescados 30
marcos por segundo. Esto causa una señal de 60Mbps, pero después de la
compresión MPEG-2 se reduce a 19.4 Mbps. El esquema de transmisión usado
reduce esto a 6MHz.
Frecuencias
El nuevo sistema opera sobre todo en la banda de 470 a 890 MHz (canales
14 a 83) y en frecuencias UHF. El sistema nuevo y el antiguo deberán coexistir
hasta el 2006, en que deben cesar las emisiones de señales NTSC, tanto en la
banda de 54 a 216 MHz (canales 2 a 13), como en frecuencias UHF y VHF. La
FCC reasignará entonces dichos canales a la televisión digital.
Transmisión
Actualmente, existen dos grandes grupos de estándares para la transmisión
de TV digital, tal como se muestra en la figura 1. Uno es europeo y se llama DVB
(Digital Video Broadcasting), y el otro es estadounidense y se llama ATSC
(Advanced Television Systems Committee).
Figura 1. Estándares de Transmisión.
8
Esquemas de Modulación
El esquema de modulación empleado puede suponer la parte clave en la
implantación de estos servicios. En efecto, como es bien sabido, uno de los
recursos más caros, y por consiguiente, de mayor requisito de optimización en un
sistema vía radio es el del espectro en frecuencia asignado. El espectro en
frecuencia es limitado lo que obliga a utilizarlo de la forma más eficiente posible.
Debido a esta limitación en cuanto a la banda utilizable, se debe tratar de emplear
la tecnología disponible para lograr una solución óptima al problema que se desea
resolver al menor costo posible. Éste es uno de los puntos clave en la discusión de
la conveniencia de emplear sistemas de difusión de televisión vía radio frente a la
difusión por cable.
En principio, el principal argumento de defensa de la televisión por cable,
desde un punto de vista tecnológico, es el gran ancho de banda de que dispone
en su transmisión, especialmente en sistemas que cuentan con fibra óptica. Esta
gran capacidad de transmisión de información, este gran ancho de banda
constituye la principal ventaja frente a un sistema que se basa en televisión vía
radio. Sin embargo, los sistemas por cable tienen como inconveniente su carencia
de movilidad.
En general, se desea que un sistema de nueva generación como HDTV
presente un esquema de codificación y modulación muy robusto para poder
suministrar al usuario los servicios ofrecidos cumpliendo con los principios de
calidad prometidos a dicho usuario. La escogencia de la codificación y modulación
de la información debe realizarse sabiendo la cantidad de información que puede
requerir la transmisión de televisión de alta definición y el reducido espectro que
se dispone para realizar dicha transmisión.
Sistemas de Modulación
Cada uno de los estándares de Televisión Digital tiene su propio sistema de
modulación: COFDM en el caso Europeo y 8-VSB para América.
COFDM
El esquema de modulación empleado en DVB es el COFDM (Coded
Ortogonal Frequency Division Multiplexing). El COFDM es un esquema de
modulación especialmente apropiado para las necesidades de los canales de
difusión terrestres, principalmente por los siguientes motivos:
ƒ
Puede soportar altos valores de atenuación y efectos de multitrayecto con
alta dispersión de retardos entre las señales recibidas. Esto es útil en
regiones en que se tienen este tipo de condiciones, principalmente en
grandes centros urbanos, los cuales constituyen el mayor mercado
potencial de la televisión digital terrenal. Lo cual desemboca en las redes de
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frecuencia única, o isofrecuenciales (SFN: Single Frequency Networks), en
las que se puede hablar de "multitrayecto artificial". En realidad, la
normativa DVB-T1 admite su empleo tanto en redes multifrecuenciales
(MFN: Multi-Frequency Networks), en las que la planificación es similar a la
de los existentes sistemas analógicos, como en redes isofrecuenciales
(SFN)
ƒ
COFDM además soporta interferencia cocanal de banda estrecha, como la
que producirían otros servicios analógicos terrestres. Además, es
importante prever que se tendrá un tiempo de transición en los que
convivan varios servicios de difusión de televisión, incluidos los analógicos,
hasta una total implantación de los sistemas digitales, tanto terrenales como
por satélite, y servicios por cable. Por consiguiente, la planificación técnica,
en su apartado de planificación de frecuencias y compatibilidad
electromagnética ha de tomar en consideración este hecho.
En COFDM se modulan los datos en un gran número de portadoras, a baja
velocidad, empleando técnicas de división en frecuencia (FDM). El motivo de
emplear múltiples portadoras viene precisamente del hecho de que haya niveles
altos de multitrayecto. Como se ha comentado, las ciudades y centros urbanos
podrían ser, en una primera aproximación, el principal mercado para estas redes.
La razón es que es en estas grandes aglomeraciones de edificios y estructuras
donde los sistemas vía radio podrían cobrar ventaja respecto de los sistemas por
cable, sus principales competidores al menos a primera vista. La ventaja radica en
la gran dificultad, especialmente económica y logística que supone cablear una
ciudad en comparación con establecer centros de transmisión de las señales de
radio.
Los fenómenos de multitrayecto se ven además aumentados por el
extendido uso de las conocidas "set-top TV antennas". La idea básica sería que si
se esperan retardos altos de la señal, por efectos del multitrayecto, se ha de tener
una duración de símbolo mucho mayor que dichos retardo para hacerlos
soportables, con lo que parece más apropiado el emplear muchas portadoras
moduladas a baja velocidad, que una sola a alta velocidad. Este efecto también es
apreciable en el dominio de la frecuencia, viendo como el multitrayecto provoca
una selectividad en frecuencia, evitable, con anchos de banda estrechos.
No obstante, cabe pensar que aunque el periodo de símbolo se ha hecho
mucho mayor que el mayor de los retardos por multitrayecto, aún sigue habiendo
interferencia entre símbolos (ISI). Para evitar esta pequeña fracción de tiempo en
la que hay interferencia entre símbolos, lo que se hace es insertar un tiempo de
guarda.
1
DVB-T pertenece al estandar Europeo DVB, donde la T denota la televisión terrenal.
10
8-VSB
La 8-VSB (8-level vestigial sideband) es un formato estándar de modulación
en radio frecuencia elegido por la ATSC para la transmisión de la televisión digital
para uso en los Estados Unidos y en otros países que se rijan por la misma
institución. A través de la modulación 8-VSB se transmiten datos de video,
utilizando compresión MPEG-2, y audio digital, a través de canales Dolby Digital.
La modulación 8-VSB incluye ocho niveles de amplitud que soportan hasta
19.28 Mbps de datos en un solo canal de 8 Mhz de ancho de banda. Por lo tanto
es considerada efectiva para hacer “multicasting” (transmisión de más de un
programa de TV digital) y para ofrecer servicio de “datacasting” (consiste en
canales de datos que constituye un nuevo atractivo de la televisión digital).
La ATSC adoptó el sistema de transmisión VSB por el gran ancho de banda
que se puede obtener de sus características, el cual es ampliamente necesario
para la transmisión de programas de televisión digital de alta definición (HDTV).
Otro problema a resolver en el caso de televisión digital es el efecto
multicamino producidos por edificios y reflexiones en general los cuales hacen
aparecer las llamadas efectos de imágenes fantasmas en los receptores. Este
problema se debe principalmente a la transmisión en una portadora, la cual
resuelve el COFDM colocando múltiples portadoras. Mientras, la modulación 8VSB propone el uso de antenas que rotan solventando el efecto multicamino, lo
cual añade costo extra a los usuarios. La modulación VSB además no soporta la
televisión en contextos móviles tal como la soporta su homólogo COFDM.
Niveles de Potencia Típicos
Magnitud del Campo
En el cálculo de la potencia en HDTV existen ciertas consideraciones que
deben tomarse en cuenta para poder precisar de la mejor manera la potencia
necesaria en la transmisión y la recepción. A diferencia de la televisión actual
(NTSC), HDTV puede obtener una relación señal a ruido dada con 12 dB menos
de potencia radiada lo que implica que con la misma potencia, señales de NTSC
marginales serán altamente mejoradas con HDTV. Adicionalmente el espectro de
6 Mhz de HDTV no muestra una portadora distinguible, solamente un piloto para
adquisición de la señal de televisión. Para poder medir la potencia de transmisión
es necesario medir la magnitud del campo electromagnético que solo es posible,
en RF, mediante una técnica que utiliza un receptor de banda estrecha
sintonizable a una frecuencia donde el campo electromagnético permanezca
estable durante la medición. Debemos recordar que la magnitud del campo
11
electromagnético es aleatoria y cambia rápidamente ya que depende de las
imágenes que se transmiten a una alta velocidad de datos.
Debido a la complejidad de poder medir un campo electromagnético de
HDTV con la suficiente precisión, es necesario hacer una aproximación que
consiste en calcular el promedio de potencia de la señal a la frecuencia
sintonizada. Para hacer esto se calcula la potencia como el área bajo la curva de
espectro de potencia observado en el analizador de espectro. Posteriormente se
utiliza la formula convencional para señales NTSC que relaciona la potencia
recibida con el campo incidente.
P=
donde:
E2
Gλ2
=
120π
4π
G = ganancia de la antena en Rx relativa a la isotrópica
E = Magnitud del Campo
λ = Longitud de Onda
Para determinar la magnitud del campo en HDTV usando esta formula se
debe hacer una consideración que no es del todo cierta. Esta es que toda la
potencia de HDTV esta concentrada en una frecuencia única en lugar de estar
esparcida no uniformemente, a través del canal. En cualquier caso, el valor
obtenido es suficiente para poder estudiar los radios de coberturas y los tipos de
antenas a utilizar.
La distorsión en HDTV y la Penalidad en Potencia
El espectro de las señales sin distorsión de NTSC y HDTV pueden verse en
la figura 2. Este espectro es una buena representación de las señales tipo
entregadas a las antenas transmisoras.
12
Figura 2. El espectro sin distorsión de las señales NTSC y HDTV
Lo que sale de la antena transmisora y llega finalmente al receptor es el
espectro observado en la figura 3. Se puede observar que para la señal NTSC la
integridad del mensaje no esta comprometida ya que ésta depende solamente del
área alrededor de los 3 picos de banda estrecha que poseen la información del
audío y vídeo.
Figura 3. El espectro distorsionado de las señales NTSC y HDTV
En contraste se puede observar que la señal de HDTV es una transmisión
de banda ancha donde la integridad de cada porción del canal es igualmente
crítica para la cobertura. Cabe destacar que la señal de HDTV con una pequeña
13
interferencia en la subportadora del color por debajo del espectro normal, no
proveería cobertura sin importar la cantidad de potencia en la antena receptora. Es
decir, no se vería ni escucharía nada en el televisor, hecho que no sucedería para
el mismo caso en NTSC ya que solo se degradaría la imagen y no se
distorsionaría el sonido.
Cualquier distorsión de la señal de HDTV resulta en una pérdida de
cobertura. Esta pérdida de cobertura se expresa mejor como una penalidad en
potencia, en decibeles, añadido a la potencia disponible en la antena transmisora.
El concepto de la penalidad en potencia es única para HDTV, este concepto es
central en la observación de la potencia neta utilizable en vez de la potencia
disponible (usado en NTSC). Este concepto es la clave para una predicción
realista de la cobertura del servicio.
La penalidad en potencia es la suma de dos componentes, una
componente que representa la pérdida total de potencia en el ancho de banda de
6 MHz y una segunda componente que representa la pérdida efectiva debido al
proceso de ecualización en el receptor que trata de transformar la señal en el
receptor los más posible a la señal original del transmisor, añadiendo ganancias
en determinadas frecuencias. Debido a este proceso, el nivel de ruido aumenta y
el CNR (Carrier to Noise Relation – Relación Portadora Ruido) disminuye lo que se
transforma en una perdida de potencia en la portadora.
Figura 4. Patrón de Radiación de una antena omnidireccional (Canal 38)
14
Figura 5. Penalidad en Potencia como resultado del
patrón de radiación de una antena omnidireccional.
Podemos observar en las figuras 4 un patrón de radiación de una antena
cuya penalidad de potencia se puede ver representada en la figura 5. En este caso
las direcciones sudeste y noroeste presentan una penalidad sustancialmente alta.
En esas direcciones, la cobertura de HDTV estaría completamente perdida y no se
observaría ni escucharía absolutamente nada en los receptores (televisores). En
contraposición para NTSC la penalidad seria una perdida de la calidad del vídeo y
alguna perdida en la cobertura.
Estándares de Potencia para Transmisión y Recepción
Existen varias proposiciones sobre cómo debe regularse la transmisión de
las nuevas señales de televisión digital, para HDTV. La FCC (Federal
Communications Commission) ha realizado un planeamiento en la asignación de
valores de potencia mínimos necesarios para transmitir en los canales sin interferir
la señales adyacentes en el espectro. Originalmente se planteo la utilización de
antenas “inteligentes” que tuvieran un UHF-LNA (Low Noise Amplifier) que
aumentaría entre 10 dB y 14 dB el CNR de los receptores.
La propuesta final de la FCC para las magnitudes de los campos
electromagnéticos considerando un receptor pasivo, una penalidad de 0.5 dB
debido al VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) y a las no linealidades del
transmisor se muestran a continuación en la Tabla I tomando una temperatura
promediada de la temperatura atmosférica:
15
Canal
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
(dBu)
28.3
28.3
28.4
28.7
28.9
31.0
31.3
31.5
31.8
32.1
32.3
32.6
41.5
41.7
41.8
41.9
42.1
42.2
42.3
42.4
42.6
42.7
42.8
42.9
43.0
43.1
43.3
43.4
43.5
43.6
43.7
43.8
43.9
44.0
Con LNA
(dBu)
31.7
31.8
31.9
32.0
32.1
32.2
32.3
32.4
32.5
32.6
32.7
32.8
32.9
33.0
33.1
33.2
33.3
33.4
33.5
33.5
33.6
33.7
Canal
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
(dBu)
44.1
44.2
44.4
44.5
44.6
44.7
44.8
44.9
45.0
45.1
45.2
45.3
45.4
45.5
45.5
45.6
45.7
45.8
45.9
46.0
46.1
46.2
46.3
46.4
46.5
46.5
46.6
46.7
46.8
46.9
47.0
47.1
47.1
47.2
Con LNA
(dBu)
33.8
33.9
34.0
34.1
34.1
34.2
34.3
34.4
34.5
34.6
34.6
34.7
34.8
34.9
34.9
35.0
35.1
35.2
35.3
35.3
35.4
35.5
35.5
35.6
35.7
35.8
35.8
35.9
36.0
36.0
36.1
36.2
36.2
36.3
Tabla I. Propuesta final de la FCC para las magnitudes de los
campos electromagnéticos considerando un receptor pasivo.
Con esta distribución, la FCC limita el máximo EPR (Effective radiated
power) para UHF-HDTV a 500 kW (120 kW Tx). Todos los canales de UHF
proveerán cobertura total muy por encima del 90% de las veces, esto sin LNA.
Con el sistema LNA en funcionamiento la cobertura efectiva aumentara al punto
que se consideraría para razones prácticas como si el transmisor radiara con 5000
kW ERP (MW Tx) y receptores pasivos.
16
Antenas para el servicio de HDTV
Las empresas de difusión que hacen frente a la adición de las instalaciones
de transmisión de HDTV deben elegir una configuración de antenas que
proporcione una buena cobertura de la señal, reduzca al mínimo el efecto del
viento en la torre y maximice el espacio disponible en la misma. Los sistemas de
antenas apiladas proporcionan grandes mejoras para alcanzar estas
características deseables.
Ventajas de las antenas apiladas
El sistema de antenas apiladas ofrece varias ventajas para la difusión de la
señal. Colocar la antena de HDTV encima de la antena de NTSC ofrece ventajas
significativas de funcionamiento como son: El funcionamiento superior del patrón
omnidireccional de la antena y la maximización de la circularidad del patrón del
acimut que permite disminuir las pérdidas en este aspecto por debajo de ±1 dB,
más típicamente ±0.5 dB. Hay que tener en cuenta que cada dB adicional de
perdida en HDTV resulta en una reducción de la señal en aproximadamente una
milla de cobertura por lo cual el funcionamiento de la circularidad es una
consideración importante. Este tipo de antena puede observarse en la figura 6.
Figura 6. Antena de HDTV Apilada.
Otra ventaja obvia es que la antena de HDTV tiene el centro de radiación
más alto posible. Esto se debe a que la mayoría de servicio de HDTV estará en la
banda de UHF por lo que la altura del centro de radiación de la antena puede
afectar perceptiblemente la cobertura alcanzada. La cobertura sólida de UHF
ocurre cuando se logra la línea de vista directa. El terreno, los edificios, e incluso
la vegetación pueden reducir seriamente la cobertura de la señal. El aumento del
centro de la radiación puede dar buenos resultados al aumentar la cobertura sin
aumentar la energía irradiada.
Adicionalmente, el hecho de usar antenas apiladas ofrece ventajas a la
hora de construir las torres que las albergarán. Para estas antenas, los
17
coeficientes de fuerza del viento más bajos posibles son aplicados a las áreas de
las antenas expuestas. Los estándares estructurales actuales para las torres de
antena y las estructuras de soporte de acero de la antena (TIA/EIA-222-F),
especifican los coeficientes de la fuerza para las estructuras tubulares del poste
(Antenas Apiladas) que son mucho más bajas que los cilindros no – estructurales.
Esto da lugar generalmente a fuerzas del viento más bajas para la combinación
apilada de las antenas comparadas a otras configuraciones de antenas en la
misma torre.
Finalmente, el hecho de colocar las antenas de HDTV y de NTSC sobre la
punta de la torre produce un uso eficiente y flexible del espacio. Los servicios y
equipos auxiliares pueden mantener sus posiciones por debajo de las antenas y
facilitar así su mantenimiento y puesta a punto.
Reemplazos para antenas Existentes
El potencial para directamente sustituir las antenas existentes de NTSC por
un sistema de antena apilada de HDTV/NTSC existe para algunos sistemas de
difusión; haciendo las compensaciones apropiadas de ganancia / longitud, es
posible ofrecer diseños en la banda baja (canales 2-6) y la banda alta (canales 713) que pueden sustituir algunas antenas comunes de NTSC.
Para los canales 2-6, un diseño estándar está disponible para sustituir una
antena de tipo Superturnstile de 6 planos. La limitación del Superturnstile a 3
bahías ofrece bastante abertura para una antena de HDTV. Este diseño,
demostrado en la figura 6, ofrece altura equivalente sin aumentar la carga de
viento.
Otro diseño de estándar está disponible para los canales 7-13. Esta
configuración, la de la figura 7, substituye las antenas existentes TW-15A o TW18A. En este caso, una antena especial de TW-9B-R se utiliza para apoyar el
montaje de la base de la de HDTV. La combinación proporciona altura igual al TW15A aumento solamente un 15% la carga del viento.
Figura 7. Antena base para difusión de HDTV (TW-9B-R).
18
Para HDTV, estos diseños aseguran que el sistema de transmisión
introduzca la mínima distorsión posible de tal manera que la señal de NTSC no
interfiera con la de HDTV. Para lograr este cometido, se utilizan ecualizadores
para hacer frente a los posibles defectos de la propagación.
Diseños adicionales de antenas apiladas para HDTV
Otros tres diseños de antenas apiladas encontrarán un uso bastante amplio
para sistemas de televisión digital. Los primeros dos están pensados para los
sistemas de antenas de polarización circular de VHF. Éstos serán especialmente
útiles para sistemas de difusión de televisión analógica ya que permitirán 100%
compatibilidad con el formato NTSC, el cual será el producto primario por lo
menos en la década próxima.
En la figura 8 se observa un ejemplo de la configuración 1 de apilado para
canales 2-6 usando 5 planos TDM para la porción de NTSC. Para la mayoría de
los sitios, esta antena requerirá un transmisor de 60 kilovatios con un tamaño de
4-1/16" o más grande. Permitiendo una abertura de 50 pies de la antena de HDTV,
la altura de apilado para un diseño del canal 2 es 125 pies que pueden reducirse a
104 pies cuando está combinada con una antena de 6 planos TDM.
Figura 8. Configuración 1.
La alternativa 2 es una polarización circular disponible para los canales
7-13 según lo ilustrado en el figura 9. En este caso, la antena de NTSC es un TCL12. La ganancia del TCL-12 varía de 5.0 a 6.0 para el canal 7 al 13
respectivamente. Dependiendo de la longitud, son necesarios 60 kilovatios o
transmisores más grandes para alcanzar el ERP máximo en cada plano (316 Kw
ERP).
19
Figura 9. Configuración 2.
La configuración 3 esta diseñada para los sistemas difusores de frecuencia
ultraelevada existentes. La antena de frecuencia ultraelevada de la base NTSC es
un diseño ranurado de cilindro (ver figura 10). Pueden utilizarse también diseños
direccionales u omnidireccionales, con polarización horizontal, elíptica o circular.
Debido a las potenciales combinaciones existentes, no es factible ofrecer diseños
estándares por lo que estas antenas apiladas UHF se deben diseñar para cada
caso.
Figura 10. Configuración 3.
Otras Posibilidades para Antenas no Apiladas
Existen dos posibilidades o alternativas para construir antenas de HDTV sin
necesidad de usar antenas apiladas, estas son: 1) Antenas de paneles, y 2)
Antenas de montaje lateral.
Las antenas de panel (Figura 11) se pueden considerar para sustituir la
antena existente de NTSC. Las antenas de panel se pueden utilizar al mismo
tiempo para de UHF y para el servicio de HDTV mediante una multiplexación de
las señales de HDTV y de NTSC. Las desventajas principales de las antenas del
panel son cargas de viento más fuerte, polarización circular reducida, y sistemas
complejos de la alimentación.
20
Las antenas de HDTV montadas lateralmente (Figura 12) son posibles
soluciones para dicho servicio pero hay desventajas significativas. Aunque una
antena de HDTV montada de lado puede ser aceptable para el servicio
direccional, el funcionamiento omnidireccional es inaceptable debido a la radiación
que se dispersa en los componentes de la torre y en la línea de la transmisión.
Otra negativa es que una antena lateral produce mayor carga de viento que una
antena montada en la parte superior de la torre aunque ambas tengan un tamaño
equivalente.
Figura 11. Antenas de HDTV en Configuración de Paneles.
Figura 12. Antena de HDTV en Configuración Lateral.
21
CONCLUSIÓN
Una vez estudiadas las características básicas de funcionamiento y uso del
sistema de Televisión de Alta Definición (HDTV) se puede llegar a una serie de
conclusiones.
En primer lugar, la concepción de una televisión más eficiente y de mejor
calidad, ha obligado a los diseñadores a introducir tecnología digital en los
sistemas de difusión para cumplir con las nuevas exigencias y mantener la
compatibilidad con los sistemas anteriores, al menos en cuanto a los equipos de
difusión utilizados y los espectros dedicados para la transmisión de la información.
En segundo lugar, este sistema debe pasar por una serie de etapas para
poder llevar el servicio de televisión a los usuarios. En general, este proceso
puede resumirse en que la señal análoga de TV es convertida a digital para ser
transmitida a los usuarios. Una vez que la información llega al usuario, éste podrá
utilizar televisores de HDTV o conversores para poder convertir la señal a
analógica cuando sea necesario. Este proceso de digitalización aumenta la
eficiencia de transmisión y también presenta la posibilidad de añadir nuevas
prestaciones en el servicio.
En tercer lugar, las ventajas que ofrece HDTV sobre la televisión analógica
convencional son las siguientes: confiabilidad, multiplexado más eficiente,
miniaturización, manejo de proceso de datos, menos problemas de calibración,
mayor complejidad en el manejo de la capacidad, versatilidad y mayor capacidad
de canales. Es decir, que la televisión digital, en particular HDTV, permite
satisfacer una nueva gama de necesidades de los usuarios actuales.
En cuarto lugar, las tendencias modernas en comunicación, son dirigidas a
la creación de sistemas cada vez más complejos que son manejados con gran
facilidad debido a la versatilidad de los sistemas digitales.
En quinto lugar, cabe destacar que la TV digital en general no es
ampliamente utilizada en el campo de la televisión comercial pues aún no se ha
realizado un cambio definitivo en los dispositivos y equipos por parte de la
población en general y las plantas de televisión.
22
BIBLIOGRAFIA
Advanced Television Systems Committee
http://www.atsc.org
Aspectos técnicos de los sistemas de televisión digital terrestre
http://www.asenmac.com/tvdigital/aspectos.htm#1.2.2
HDTV Television - An Introduction
http://www.ee.washington.edu/conselec/CE/kuhn/hdtv/95x5.htm
What is 8-VSB?
http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci332161,00.html
23
Apéndice 1: MPEG-2
El grupo de expertos de imágenes en movimiento (MPEG) fue formado por
la Organización Internacional de Estándares (ISO) para desarrollar un conjunto de
estándares para compresión de vídeo digital y en concordancia con las siete
capas del modelo OSI. El primer intento de MPEG fue para suplir compresión de
datos a velocidades de 1.5 Mbit/s para imágenes almacenadas. La segunda parte
llamada MPEG 2, fue diseñada para generar velocidades de píxel entre 5 y 10
Mbit/s, para videos de mejor calidad en CATV y HDTV, entre otros. Entre las
varias mejoras o extensiones introducidas en los codificadores MPEG 2, tenemos:
•
•
•
•
•
•
•
•
Nuevos modos de predicción de campos y tramas para scanning
entrelazado.
Cuantización mejorada.
Nuevos códigos intra-trama de longitud variable (VLC).
Extensión escalada de resoluciones para compatibilidad, servicios
jerárquicos y robustos, y
Dos nuevas capas de sistema para multiplexaje y transporte que provee
celdas/paquetes de vídeo de alta o baja prioridad, cuando son llevados a
través de una red conmutada.
Incrementos soportados por accesos aleatorios.
Soporte resistente para incremento de errores.
Múltiples programas con un multiplexor, que es un avance sobre MPEG 1
pues éste no tenía esta capacidad.
Al igual que otros estándares de compresión, el estándar MPEG 2 es un
esquema híbrido de compresión para imágenes en pleno movimiento que usa
codificación inter-trama y codificación intra-trama y combina la codificación
predictiva con la codificación con la transformada DCT 8x8 (Discrete Cosine
Transform, o sea, transformada discreta de coseno). La DCT es un algoritmo
matemático (conversión del dominio del tiempo hacia el dominio de la frecuencia),
que es aplicado típicamente a un bloque de 8x8 elementos de imagen, dentro de
un cuadro. La DCT elimina redundancia en la imagen a través de la compresión de
la información contenida en 64 píxeles. El cuantizador otorga los bits para los
coeficientes DCT más importantes, los cuales son transmitidos.
El concepto de MPEG 2 es similar al MPEG 1, pero incluye extensiones para
cubrir un amplio rango de aplicaciones. La principal aplicación destinada durante
el proceso de definición de MPEG 2 fue todas las transmisiones de vídeo con
calidad de TV codificadas a velocidades entre 5 y 10 Mbit/s. Sin embargo, la
sintaxis del MPEG 2 ha sido descubierta para ser eficiente para otras aplicaciones
como las de altas velocidades binarias y velocidades de muestreo en HDTV. La
característica más resaltante con respecto a MPEG 1 es la sintaxis para
codificación eficiente de vídeo entrelazado.
24
Otras características más específicas (precisión 10 bit DCT DC,
cuantización no-lineal, tablas VLC) son incluidas, y tienen un mejoramiento notable
en la eficiencia de la codificación. Otra característica clave de MPEG 2 son las
extensiones escalables las cuales permiten la división de continuas señales de
vídeo dentro de dos o más cadenas binarias codificadas, representando el vídeo
en diferentes resoluciones, calidades (por ejemplo SNR), o velocidades.
NIVELES Y PERFILES
La codificación MPEG-2 es una recomendación muy compleja que tiene una
larga variedad de combinaciones. Sin embargo, un reducido conjunto de
combinaciones son definidas bajo "perfiles" y "niveles". Dentro de los perfiles, una
larga variación de desempeños es posible. Por otra parte, los niveles son un
conjunto de derivaciones impuestas para los perfiles. La combinación de un perfil y
un nivel produce una arquitectura muy bien definida para una cadena particular de
bit. Los perfiles limitan la sintaxis, por ejemplo los algoritmos usados, mientras los
niveles limitan los parámetros como la velocidad de muestreo, dimensiones de las
tramas, velocidad binaria codificada, entre otros.
•
•
Niveles: proveen un rango de cualidades potenciales, definen los máximos
y mínimos para la resolución de la imagen, muestras Y por segundo
(luminancia), el número de capas de audio y vídeo soportados por los
perfiles escalados, y la máxima velocidad binaria por perfil. A continuación
una explicación resumida de cada uno de ellos:
o Nivel Bajo: tiene un formato de entrada el cual es un cuarto de la
imagen definida en el registro ITU-R 601.
o Nivel Principal: tiene una trama de entrada completa definida en el
registro ITU-R 601.
o Nivel Alto 1440: tiene un formato de alta definición con 1440
muestras por línea.
o Nivel Alto: tiene un formato de alta definición con 1920 muestras por
línea (para aplicaciones sin cualquier limitación en velocidades de
datos).
Perfiles: son definidos subconjuntos con características de sintaxis (por
ejemplo: algoritmos), usados para converger la información. Hay cinco
diferentes perfiles y cada uno es progresivamente más sofisticado y agrega
herramientas adicionales - aunque es más costoso para el cliente - con la
característica adicional de ser compatible con el anterior. Esto significa que
un decodificador equipado con un alto perfil descodificará perfiles simples.
A continuación una pequeña explicación de los perfiles:
o Perfil Simple: es el que ofrece pocas herramientas.
o Perfil Principal: tiene herramientas extendidas o mejoradas del perfil
simple y predicción bidireccional. Tendrá mejor calidad para la
misma velocidad binaria que el perfil simple.
25
Perfil Escalable SNR y Perfil Escalable Espacial: son los próximos
pasos. Estos dos niveles son llamados escalables porque ellos
permitirán codificar datos de vídeo que sean particionados dentro de
una capa base y una o más señales "Top-up". La señal Top-up
puede tanto tratar la proporción S/N (SNR escalable) o la resolución
(escalable espacial).
o Perfil Alto: este incluye todas las herramientas de las versiones
anteriores y mejoradas. Tiene la habilidad de codificar diferencias de
color entre líneas simultáneamente. Este es un super sistema
diseñado para aplicaciones donde no están contraídas sobre las
velocidades de los bits.
o
Actualmente hay cuatro modos escalables en MPEG 2. Estos modos
rompen el vídeo MPEG 2 en diferentes capas (base, media, y alta) para propósitos
de prioritización de datos de vídeo. Otro propósito de la escalabilidad es para
divisiones complejas. Por ejemplo, en HDTV, la alta prioridad de la cadena binaria
(720x480) puede ser descodificada bajo condiciones de ruido donde la baja
prioridad (1440x960) no pueda. A continuación una breve explicación de los
modos escalables:
•
•
•
•
Escalabilidad espacial: Este método de dominio espacial codifica la capa
base a una dimensión de muestro bajo (por ejemplo: resolución) que las
capas superiores. Las capas bajas (base) reconstruidas del muestro son
usadas como predicción de las capas superiores.
Segmentación de datos: es un método de dominio de frecuencia que rompe
los bloques de 64 coeficientes cuantizados de la transformada dentro de
dos cadenas binarias. La primera, cadena de alta prioridad contiene los
coeficientes más críticos de las frecuencias bajas e información (tales como
valores DC, vectores, etc.), la segunda, cadena binaria de baja prioridad
lleva datos AC de las altas frecuencias.
Escalabilidad SNR: es un método de dominio espacial donde los canales
son codificados a velocidades de muestreo idénticas, pero con diferentes
calidades de imágenes. La cadena binaria de alta prioridad contiene datos
de la capa base que pueden ser añadidos a la capa de refinamiento de baja
prioridad para construir una imagen de alta calidad.
Escalabilidad temporal: La cadena binaria de alta prioridad codifica vídeo a
una baja velocidad de tramas, y las tramas intermedias pueden ser
codificadas en una segunda cadena binaria usando la reconstrucción de la
primera cadena binaria como predicción. Por ejemplo en una visión
estereoscópica, el canal de vídeo izquierdo puede predecirse del canal
derecho.
Otra característica importante es el uso de una codificación de las tramas
enviadas para no transmitirlas en forma secuencial. Esto es particularmente útil
para reducir la pérdida de información continúa en el caso de que ocurran
26
desvanecimientos en la transmisión de la señal. En la figura 13 puede observarse
un ejemplo de la codificación intertrama.
Figura 13. Codificación Intertrama.
AUDIO MPEG 2
El sistema MPEG 2, soporta cualquier número de canales de entrada de
audio siempre que la velocidad de transporte pueda soportar los datos enviados.
Los usuarios tienen la flexibilidad para seleccionar su propio algoritmo de
compresión de audio, tales como: Audio MPEG 2, MUSICAM, DOLBY AC-2 o AC3. Los canales pueden ser configurados independientemente o en pares estéreo.
Los usuarios también pueden escoger la velocidad de transmisión del audio
tomando en cuenta, una vez más, que la velocidad está asociada con la calidad
del sonido que se tendrá.
La compresión de audio MPEG 2 es un algoritmo que, como el vídeo
MPEG 2, explota las limitaciones del sistema humano, en este caso el oído. Como
en la compresión de vídeo, el algoritmo de compresión de audio también elimina la
información irrelevante dentro de la señal de audio, es decir, cualquier señal
imperceptible.
La configuración básica del audio MPEG 2 ofrece seis canales de audio.
Esta característica debe ser usada para distribuir tres pares de estéreos o seis
canales mono para aplicaciones multilenguajes o para crear un sistema
estereofónico multicanal. La recomendación de cornetas configuradas para
27
sistemas estereofónicos multicanales es conocido como estéreo -p/q , donde p es
el número de cornetas en el frente y q es el número de cornetas en el fondo. Por
ejemplo un estéreo 3/2 proveerá un sistema con canales al frente en la derecha,
centro y a la izquierda más canales posteriores que rodean el área y ofrecen un
mejor e impresionante realismo a la audiencia.
Las configuraciones típicas para sistemas estereofónicos multicanales son:
•
•
•
•
•
•
1 Canal modo 1/0: Mono
2 Canales estéreo 2/0: izquierda y derecha
3 Canales estéreo 3/0: izquierda, derecha y centro
4 Canales estéreo 3/1: izquierda, derecha, centro y posterior
5 Canales estéreo 3/2: izquierda, derecha, centro, posterior izquierda y
derecha.
5.1 Canales estéreo 3/2: izquierda, derecha, centro, posterior izquierda y
derecha y un canal de efectos especiales de 100 Hz LFE (Low Frequency
Enhancement).
Apéndice 2: Set-Box
Un decodificador llamado también SET-TOP BOX es el dispositivo que
posibilita la recepción en el hogar de la televisión digital y todas sus ventajas: los
servicios interactivos, el acceso condicional o la televisión de alta definición.
Básicamente se encarga de recibir una señal digital en alguno de los
estándares de TV digital existentes, comprueba que tenga permiso para mostrarla
y envía la señal de forma analógica al televisor.
Los descodificadores, en realidad, no son más que un paso intermedio
hasta que los televisores digitales se comercialicen (de hecho ya existen algunos
televisores de estas características).
Ejemplos
Figura 14. Descodificador Sagem.
Figura 15. Descodificador Nokia
de Vía Digital
28
Figura 16. Philips 32DW6834C DigitalTV
Televisor Digital preparado para recibir la señal
digital del operador inglés ONDigital
Esquema fundamental de un Set-top Box
El set-top box se encarga de tratar la señal para que aparezca en el
televisor siguiendo el siguiente esquema:
Figura 17. Esquema de un Set-Box.
1. Primero se sintoniza la señal para recibir la información de audio, vídeo y
datos (los tres tipos que vienen mezclados)
2. Después se separan los tres tipos de paquetes según su tipo (audio, vídeo
o datos).
3. A continuación, el sistema de acceso condicional se encarga de decidir qué
permisos tiene el subscriptor para ver unos contenidos u otros, y en función
de eso, desencripta los paquetes.
29
4. Los paquetes de audio y video desencriptados se pasan a los dispositivos
de vídeo y audio del televisor.
5. Los paquetes de datos que forman una aplicación se ejecutan si es
necesario.
6. El Set-top box puede poseer un canal de retorno por donde enviar datos a
la cabecera ("Back Channel").
Capas de software
Para poder ejecutar los datos o programas que se descargan de la
señal se necesitan una serie de elementos software. Éstos se pueden
describir con un esquema de capas de forma parecida a como se describiría un
PC.
Figura 18. Capas de Software en un Set-Box.
1. Capas de Hardware.
Son todos los componentes que forman el dispositivo o Set-top box (por
ejemplo, CPU, memoria, acceso condicional, decodificador de MPEG, etc.)
2. Sistema Operativo.
Como un PC, los Set-top boxes también necesitan un sistema operativo
para la ejecución de aplicaciones interactivas. En este caso se utilizan
RTOS (Real-Time Operative Systems o sistemas operativos en tiempo real
ya que hay una serie de operaciones como la decodificación de MPEG que
necesitan ser realizadas al instante). Algunos ejemplos son Linux, Windows
CE o Psos.
3. La plataforma o middleware.
30
Es un conjunto de módulos que permiten el desarrollo más eficiente de las
aplicaciones. La plataforma facilita un API (Application Programming
Interface) para cada lenguaje de programación que soporte.
Igual que en el PC nos encontramos la plataforma Windows con las APIs
Win32s para diferentes lenguajes de programación, aquí nos encontramos
con diferentes plataformas como OpenTV, MediaHighway, Microsoft TVPAK
o Liberate con APIs para C, PanTalk, Visual Basic o HTML/Javascript
respectivamente.
Un Set-top box puede soportar diferentes lenguajes de programación
mediante la instalación de varias APIs.
4. Capa de aplicaciones.
Aquí es donde se encuentran las aplicaciones interactivas que una vez
descargadas se pueden ejecutar (por ejemplo, las EPGs, anuncios
interactivos, chats, etc.). A diferencia del resto de capas, esta es la única
que no necesita estar residente permanentemente. Es decir, se pueden
descargar las aplicaciones bajo demanda o en un momento determinado y
ser borradas de la memoria cuando ya se hayan utilizado (como un spot
interactivo).
5. Canal de retorno por modem.
Generalmente conectado a una línea telefónica.
Características más comunes en un set-top box
•
•
•
•
•
•
•
Procesadores 32-bits a 80 Mhz
Un mínimo de 8Mb RAM
2Kb de EEPROM
8 MB de memoria FLASH
Disco duro de 20 Gb
Mando a distancia
Teclado inalámbrico (opcional).
Un Set-top box también permite otro tipo de funcionalidades añadidas:
•
•
•
Unidad de disco duro.
Terminal bancario para gestión de operaciones vía una tarjeta de
crédito. Por ejemplo, compra de productos y/o servicios, recarga de
tarjetas monedero, entre otros.
Conexión de periféricos u otros dispositivos como por ejemplo,
cámaras de vídeo para el envío por e-mail de capturas, impresoras.
31