Ventajas del uso del códec de audio MPEG 4(HE AACv2) en el flujo de la DTT

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Ventajas del uso del códec de audio MPEG-4(HEAACv2) en el flujo de la DTT”. Autor: Alexis Yanes Sanz Tutor: MSc. Irina Siles Siles Ing. Yosvany R. Esponda Fernández. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Ventajas del uso del códec de audio MPEG-4(HEAACv2) en el flujo de la DTT” Autor: Alexis Yanes Sanz E-mail: [email protected] [email protected]. Tutor: MSc. Irina Siles Siles E- mail: [email protected]. Ing. Yosvany R. Esponda Fernández E-mail: [email protected] Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “El futuro de Cuba tiene que ser, necesariamente, un futuro de hombres de ciencia”. Fidel Castro Ruz.

(5) ii. DEDICATORIA. Dedico el presente trabajo a mis padres, a quienes les debo todo lo que soy. A mi hermano por estar siempre ahí para mí. A mis abuelos, que no se encuentran con nosotros pero que ahora ven coronado su sueño..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis padres, por ser mi ejemplo en todo momento, por su apoyo y porque sin ellos no hubiera llegado hasta aquí. A toda mi familia en general, que de alguna manera ha contribuido en la finalización exitosa de esta carrera. A mis profesores, por su ejemplo y profesionalidad en la contribución a mi formación como ingeniero. A mis tutores, por todo su apoyo durante la elaboración de este trabajo.. Muchas Gracias.

(7) iv. TAREA TÉCNICA.  Realización de un estudio sobre las tendencias actuales de codificación de audio en materia de radiodifusión.  Caracterización de la situación actual que presenta el flujo de la DTT transmitido en la provincia de Sancti Spíritus.  Realización de una propuesta de cambio de códec de audio que permita obtener una mejor calidad de servicio.  Comparación de los resultados de la propuesta planteada con la configuración actual.  Determinación de las métricas de calidad de audio obtenida para la propuesta planteada.  Elaboración del informe final de Trabajo de Diploma..

(8) v. RESUMEN El presente trabajo describe las ventajas que puede traer para el país el empleo del códec de audio MPEG-4 (HE-AAC v2) en la codificación de los servicios transmitidos por el canal de transmisión de la DTT. En este proyecto se muestran las tendencias actuales de codificación de audio en materia de radiodifusión según la ITU a la vez que se realiza un análisis del contenido del flujo actual transmitido en la provincia de Sancti Spíritus con la ayuda de la herramienta Blue Top TS Analyzer; se pudo observar la gran porción del ancho de banda del canal que se utiliza para la codificación de audio. Debido a esto se hace necesario valorar el uso de otro códec de audio más eficiente, que brinde un mejor servicio y sea más ventajoso para la situación actual del país. Para la realización del proyecto, el códec de audio propuesto fue MPEG-4 (HE-AAC v2) el cual presentó una mayor eficiencia respecto al códec actual en cuanto al empleo del canal de transmisión, demostrando ser un 74% más eficiente y manteniendo una buena calidad de audio perceptual e incluso mejor para algunos contenidos de audio, avalado por los valores de MOS obtenidos en el estudio..

(9) vi. ÍNDICE PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Organización del informe ................................................................................................... 3 CAPÍTULO 1.. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL. TERRESTRE.. …………………………………………………………………………...5. 1.1.. Televisión Digital Terrestre. .................................................................................... 5. 1.1.1 Estándares Internacionales de la Televisión Digital Terrestre. ............................ 6 1.1.2 Televisión Digital en Cuba. Estándar DTMB. ..................................................... 7 1.2.. Tecnología de codificación de la fuente para radiodifusión. ................................... 8. 1.2.1 Características de los flujos elementales de audio y video. ................................... 8 1.2.2 Tecnología de codificación de video para radiodifusión digital. ........................... 9 1.2.3 Tecnología de codificación de audio para radiodifusión digital. ......................... 11 1.2.3.1 Códec AC-3 .................................................................................................. 12 1.2.3.2 Códec MPEG-1 ............................................................................................. 12 1.2.3.3 Códec MPEG-2 BC ...................................................................................... 13 1.2.3.4 Códec MPEG-2 AAC-LC ............................................................................. 13 1.2.3.5 Códec MPEG-4 AAC-LC ............................................................................. 14 1.2.3.6 Códec MPEG-4 (HE-AAC): “Perfil de Alta Eficiencia AAC” .................... 14 1.2.3.7 Códec MPEG-4 (HE-AACv2): “Perfil de Alta Eficiencia AAC versión 2”..15 1.3.. Multiplexación y señalización para radiodifusión. ................................................ 18.

(10) vii 1.3.1 Multiplexación de servicios en el canal. .......................................................... 21 1.3.1.1 Multiplexación estática. ............................................................................ 22 1.3.1.2 Multiplexación dinámica. ......................................................................... 22 1.4.. Interfaces de distribución de flujos de la DTT. ...................................................... 22 1.4.1 DVB-ASI ......................................................................................................... 23 1.4.2 DVB-IP ............................................................................................................ 23. 1.5.. Conclusiones del Capítulo...................................................................................... 24. CAPÍTULO 2.. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN. LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. ......................................................................... 25 2.1 Despliegue de la DTT en Cuba. .................................................................................. 25 2.1.1 Arquitectura de Cabecera de Línea Nacional. ................................................. 25 2.1.2 Infraestructura en los centros de Televisión Digital. ....................................... 27 2.2. Analizador de flujos MPEG2-TS. Blue Top TS Analyzer. ........................................ 30 2.3 Análisis del flujo de Televisión Digital en la provincia de Sancti Spíritus. ............... 32 2.3.1 Análisis basado en la Recomendación ETSI TR 101 290. .............................. 33 2.3.2 Análisis del canal de transmisión de Televisión Digital. ................................. 36 2.3.3 Análisis de los servicios transmitidos por la señal Digital. ............................. 37 2.4 Conclusiones del Capítulo. ......................................................................................... 41 CAPÍTULO 3.. EVALUACIÓN DE LA PROPUESTA REALIZADA. ......................... 42. 3.1 Configuración del equipamiento para la sustitución de los componentes de audio. .. 42 3.2 Análisis del flujo de Televisión Digital utilizando el códec de audio MPEG4 (HEAACv2). ............................................................................................................................ 45 3.2.1 Análisis de la razón de bit del códec de audio HE-AACv2. ............................ 46 3.2.2 Análisis del canal de transmisión de Televisión Digital. ................................. 48 3.3 Análisis de la calidad de audio perceptual. ................................................................. 50.

(11) viii 3.3.1 Método de determinación subjetiva de la calidad de transmisión. .................. 50 3.3.2 Análisis estadístico del MOS. .......................................................................... 51 3.4 Conclusiones del capítulo. .......................................................................................... 52 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 53 Conclusiones ..................................................................................................................... 53 Recomendaciones ............................................................................................................. 54 GLOSARIO DE TÉRMINOS .............................................................................................. 55 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 57 ANEXOS .............................................................................................................................. 60 Anexo I: Gráfico del período de repetición promedio de las tablas DVB-SI dado en milisegundos para el análisis realizado utilizando el códec de audio MPEG-1 Capa2. ... 60 Anexo II:. Gráfico de la razón de bit promedio utilizado por el códec MPEG4 (HE-. AACv2) en el flujo de audio de la Televisión Digital dirigido a los 17 servicios, tanto los de Televisión como los de Radio. ..................................................................................... 60 Anexo III:. Imagen de un flujo de transporte TS sobre IP y ASI a la salida del. codificador EM2000. ........................................................................................................ 60 Anexo IV:. Imagen del análisis de la Recomendación ETSI 101 290 para el códec de. audio MPEG-4 (HE-AAC v2). ......................................................................................... 61.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN El desarrollo de la Televisión Digital Terrestre (Digital Television Terrestrial, DTT) en las redes de Telecomunicaciones tiene gran repercusión a nivel global, la implementación de esta nueva tecnología en el país, es hoy un tema de gran importancia. En los últimos años los sistemas de radiodifusión digital terrestre han generado nuevos servicios y beneficios que resaltan sobre la televisión analógica. La DTT permite transmitir mayor número de canales de Televisión, con mejor calidad de imagen y sonido, haciendo un uso eficiente del espectro de frecuencias (BARZANA, 2005) (Figueroa, 2010). Las técnicas de codificación de audio han sido y siguen siendo parte esencial de la actual sociedad de la información. Sin estas herramientas sería imposible imaginar los actuales avances. en. aplicaciones. multimedia,. difusión. de. video,. Televisión. Digital,. Telecomunicaciones, entre otras. El objetivo principal de estos algoritmos es convertir señales analógicas de audio a formato digital garantizando la fidelidad de estas señales digitales con respecto a su original analógica. (Herrera & Tipantuña, 2015) El Grupo de Expertos de Imágenes en Movimiento (Moving Picture Experts Group, MPEG) perteneciente a un subcomité de Organización Internacional de Normalización / Comisión Electrotécnico Internacional (International Organization for Standarization / International Electrotechnical Commission, ISO/IEC) fue el encargado del desarrollo de estándares para la compresión, descompresión, procesado y codificación de imágenes animadas, audio o la combinación de ambas (Jácome, 2007). MPEG define la sintaxis de las señales digitales correspondientes a audio y video, describe su estructura, contenido y regula el funcionamiento de decodificadores estandarizados. Los estándares MPEG se desarrollan en fases numeradas, por lo que la especificación MPEG-2 no es una sustitución de MPEG-1 sino una ampliación o complemento del mismo. En Cuba, la empresa encargada de la radiodifusión de señales de Radio y Televisión es RadioCuba. El país se encuentra enfrascado en el proceso de transición hacia la norma Radiodifusión de Multimedia Digital Terrestre (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, DTMB), de procedencia China y adaptada a su entorno (LEÓN, 2014). Todos los servicios de Radio y Televisión que se transmiten por el canal digital son generados en estudios.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. nacionales de Televisión y transmitidos hacia todo el país sobre IP por la infraestructura tecnológica de ETECSA hasta las estaciones de radiodifusión de Televisión Digital de cada provincia (RODRÍGUEZ, 2013). La codificación de audio utilizada actualmente por Cuba para la transmisión de la DTT se implementa con el códec de audio MPEG-1 Capa 2. Este ocupa una porción considerable del ancho de banda del canal de transmisión por lo que se hace necesario valorar el uso de otro códec de audio más eficiente en cuanto a su tasa binaria y experiencia de usuario. A partir de esta problemática surge la siguiente interrogante científica: ¿Cómo mejorar o mantener la experiencia de usuario en términos de calidad de audio y/o disminuir la razón binaria de trasmisión de audio codificado con una codificación más eficiente en el uso de la DTT actual? Para dar solución al problema, se planteó como objetivo general: Analizar el impacto cuantitativo y cualitativo que tendría el empleo del códec de audio MPEG-4 (HE-AACv2) en el flujo de la DTT actual. A partir del objetivo general se proponen como objetivos específicos: 1. Caracterizar las tendencias actuales de codificación de audio en materia de radiodifusión. 2. Caracterizar el contenido del flujo de la DTT transmitido en la provincia de Sancti Spíritus. 3. Proponer la implementación de codificación de audio MPEG-4 (HE- AACv2). 4. Comparar los resultados de la propuesta planteada con la configuración actual. 5. Analizar las métricas de calidad de audio obtenida para la propuesta planteada.. A partir de cada objetivo específico se crean interrogantes científicas a las cuales se les dan respuestas en el desarrollo de la investigación: 1. ¿Cuáles son las tendencias actuales de codificación de audio en materia de radiodifusión? 2. ¿Cuál es la situación actual que presenta el contenido del flujo de la DTT transmitido en la provincia de Sancti Spíritus? 3. ¿Qué tecnología de codificación de audio podría utilizarse para obtener una mejor calidad de servicio?.

(14) INTRODUCCIÓN. 3. 4. ¿Cómo evaluar el comportamiento objetivo y subjetivo de audio en materia de radiodifusión con el uso del nuevo códec propuesto? Con la realización de este trabajo se espera demostrar las ventajas que podría traer el uso del códec de audio MPEG-4 (HE-AAC v2) en la transmisión de la DTT en Cuba. Demostrando ser más eficiente en cuanto al empleo del canal de transmisión, con un menor uso del mismo, debido a que posee menor razón binaria que el códec de audio actual y, además, mantener un buen comportamiento en cuanto a calidad de audio percibido. Organización del informe El presente trabajo de diploma se encuentra conformado por: introducción, capitulario, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. Los contenidos que se abordan en cada capítulo se estructuran de la siguiente forma: En el primer capítulo se hace una reseña bibliográfica de todos los temas relacionados con la elaboración del trabajo en aras de lograr una mejor comprensión. Se comienza haciendo una breve descripción de la DTT, de sus estándares y se particulariza en el seleccionado por el país. Se analiza la tecnología de codificación de la fuente para la radiodifusión, tanto de audio, como de video y se caracterizan los códec propuestos para la radiodifusión según la ITU. Se realiza un estudio del flujo de transporte MPEG-2 TS dentro de la etapa de multiplexación y por último se hace un estudio de las interfaces para el transporte de la señal digital. En el segundo capítulo se realiza una caracterización tanto del despliegue de la DTT, como de sus herramientas para lograr su transmisión. Se analiza en tiempo real el flujo actual transmitido en la provincia de Sancti Spíritus con la ayuda del analizador de flujos Blue Top TS Analyzer a través de un conjunto de mediciones. A modo de conclusión se crea una propuesta de cambio de codificación de la norma de audio implementada. En el tercer capítulo se hace un nuevo análisis del flujo de transmisión en la provincia de Sancti Spíritus. En esta ocasión, con el nuevo códec de audio propuesto, MPEG-4 (HEAACv2) se realiza una comparación entre el comportamiento del canal del nuevo códec de audio y el antiguo, además de un análisis subjetivo de la calidad de audio perceptual. Se demuestra lo beneficioso que puede ser el uso del nuevo códec de audio y las ventajas que.

(15) INTRODUCCIÓN. 4. este posee con respecto a MPEG-1 Capa2 en cuanto a su empleo del canal de transmisión y experiencia de usuario, para así poder validar la propuesta de cambio de códec planteada..

(16) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 5. CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. En el presente capítulo se realiza una revisión bibliográfica y estado del arte de las tecnologías de codificación de la fuente, tanto de audio como de video y el uso de los códec propuestos para la radiodifusión según la ITU. Además, se hace un estudio de las técnicas de multiplexación y señalización para entornos de radiodifusión digital y por último se describen las interfaces para la distribución del flujo de la DTT. Llegando a conclusiones parciales de sus tendencias. 1.1.. Televisión Digital Terrestre.. La Televisión Digital Terrestre, (DTT), es una aplicación de un conjunto de tecnologías de transmisión y recepción de imagen, sonido y datos que codifican digitalmente la señal de Televisión, convirtiéndola en series de números ceros y unos los cuales son transmitidos en determinadas frecuencias del espectro electromagnético (aire). La anterior aseveración referida a la digitalización de las señales y el consecuente tratamiento a las mismas permite, que las imágenes que se reciben tengan mayor nitidez, que el sonido sea de mejor calidad y que, además, puedan ser captados por teléfonos celulares o por televisores instalados en vehículos en movimiento. Constituye un salto cualitativo y cuantitativo de lo que se conocía hasta ahora como Televisión Analógica, la eficiencia en el uso del canal radioeléctrico y la calidad de sus servicios (imagen y sonido) sin un coste adicional, constituyen el mérito fundamental para la migración hacia esta tecnología y de ahí su gran aceptación por la población en general. (BARZANA, 2005). La DTT permite una mejora en la calidad de la recepción y amplía la oferta disponible tanto en número de canales como en versatilidad del sistema: emisión con sonido multicanal, múltiples señales de audio, teletexto, Guía Electrónica de Programas (Electronic Program Guide, EPG), canales de radio, servicios interactivos, imágenes panorámicas, etc. (Briceño, 2012). En la figura 1.1 se muestra el esquema general de un sistema de DTT..

(17) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 6. Figura 1.1. Esquema general de un sistema de DTT. Fuente: (Elaboración Propia). 1.1.1. Estándares Internacionales de la Televisión Digital Terrestre. Para la transmisión de la DTT se han creado cuatro estándares o plataformas tecnológicas.. Cada país adoptará uno de estos estándares dependiendo de cuál crea conveniente. A continuación, se listan los estándares existentes con su respectivo país de origen: . Comité de Sistemas de Televisión Avanzado (Advanced Television Systems Committee, ATSC) – Estándar Americano (Estados Unidos).. . Radiodifusión Digital de Servicios Integrados Terrestres (Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial, ISDB-T) – Estándar Japonés, SBTVD/ISDB-Tb japonés– brasileño.. . Radiodifusión de Video Digital Terrestre (Digital Video Broadcasting - Terrestrial, DVB-T) – Estándar Europeo.. . Radiodifusión de Multimedia Digital Terrestre (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, DMB-T/DTMB) – Estándar China.. En la figura 1.2 se observan todos los países con su respectivo estándar adoptado y algunos que todavía no se deciden y que se mantienen en períodos de prueba, como es el caso de la mayoría de países africanos (Anon., 2016)..

(18) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 7. Figura 1.2. Estándares de TV Digital en el mundo. Fuente: (Anon., 2016). 1.1.2. Televisión Digital en Cuba. Estándar DTMB.. Cuba comenzó a mirar hacia la llamada DTT en el 2009, cuando acogió a un evento para esa transición, que contó con la asistencia de representantes de la norma digital europea, la japonesa con su variante brasileña, y la china (Castillo, 2013). Luego de varios años de estudio y la realización de pruebas técnicas, en mayo del 2013, el Instituto de Investigación y Desarrollo de Telecomunicaciones (Lacetel), anunció que Cuba utilizará el estándar de Televisión Digital chino DTMB en su versión de 6MHz, el cual posee más de cien modos de configuración de transmisión. Se prevé que el apagón analógico comenzará a partir del año 2016. En Cuba de acuerdo a la programación que se quiere brindar en la primera etapa, se ha seleccionado el siguiente modo de transmisión: . Razón de código (FEC): 0.6.. . Constelación de símbolos: 64QAM.. . Profundidad del Entrelazado Temporal: 720 símbolos.. . Longitud de la cabecera: PN420.. . Cantidad de portadoras: C = 3780.. Este modo de transmisión permite una tasa binaria máxima de 18.274 Mbps (RODRÍGUEZ, 2013)..

(19) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 1.2.. 8. Tecnología de codificación de la fuente para radiodifusión.. La codificación de la fuente constituye uno de los eslabones más importante en un sistema de Televisión Digital. En ella se realiza la compresión y codificación de las señales de audio y video teniendo a la salida un flujo de datos digitales. Por ejemplo, para el caso del flujo de video la compresión está basada en la similitud que suele existir entre dos cuadros sucesivos de una imagen de Televisión (redundancia temporal) y en la probabilidad de que dos elementos adyacentes (píxeles) de una misma imagen tengan una relación clara e incluso sean idénticos (redundancia espacial); eliminando estas redundancias es posible reducir el número de bits por segundos. Esta técnica se utiliza tanto para comprimir la señal de audio como las señales de video (Campos, 2010). 1.2.1 Características de los flujos elementales de audio y video. Un flujo elemental de video para radiodifusión digital se basa en tres componentes de la señal de video digitalizadas en PCM las cuales son: Y (luminancia), Cr (crominancia roja) y Cb (crominancia azul) en formatos 4:4:4 o 4:2:2, a 10bits o 12 bits de muestreo para intercambio de programas ya sea contribución o distribución, o en formato 4:2:0 a 8 bit de muestreo para emisión de programas de radiodifusión. El muestreo de la señal de video puede ser de progreso o entrelazado en dependencia del destino al cual sea dedicado. La serie BT de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (International Telecommunications Union, ITU) define tres resoluciones para el intercambio de programas, las cuales son: . Definición Estándar (SD), recogido en la Recomendación ITU -R BT.601, con dos resoluciones o formato de imagen: 720×525 y 720x625 píxeles y a una razón de fotogramas de hasta 60fps.. . Alta Definición (HD), recogido en la Recomendación ITU-R BT. 709, con dos resoluciones: 1280×720 píxeles (HD) ó 1920×1080 píxeles (Full HD) y a una razón de fotogramas de hasta 60fps.. . Ultra Alta Definición (UHDTV), recogido en la Recomendación ITU-R BT.2020, con dos resoluciones: 7 680 × 4 320 (8K) y 3 840 × 2 160(4K) píxeles y a una razón de fotogramas de hasta 120fps.. Mientras que un flujo elemental de sonido o audio para radiodifusión digital según la Recomendación UIT-R BS. 1548-4 se basa en señales de audio monofónico, estéreo o.

(20) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 9. multicanal digitalizadas en PCM con muestras mínima de 20 bits o más para contribución, 18 bits para distribución, y mínimo de 16 bits para emisión a una frecuencia de muestreo de 48Khz, ancho de banda en los canales principales de 20Hz hasta 20Khz y en caso de existir un canal de Emisión de Bajas Frecuencias (Low Frequency Effects, LFE) de 15Hz a 120Hz. La configuración de canales para contribución puede observarse en la figura 1.3 (Rec. UITR BS.1548-4, 2013).. Figura 1.3. Configuración de canales para servicios de audio. Fuente: (Rec. UIT-R BS.1548-4, 2013). 1.2.2 Tecnología de codificación de video para radiodifusión digital. Para la compresión de video se hace necesaria la adopción de algún estándar de codificación de video definido por la ITU para ambientes de radiodifusión. En Cuba mediante la Resolución 430 del 2014 por el Ministerio de las Comunicaciones (MINCOM, 2014), la cual define el empleo de los siguientes códec de video:  Recomendación ITU-T H.262 | ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video)  Recomendación ITU-T H.264 | ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4 AVC)  Recomendación IEEE Std. 1857™-2013 (AVS+ ó AVS-P16) En un comienzo se adoptó el códec de procedencia China AVS, el cual tiene un desempeño cercano a H.264 según un artículo escrito por Wang y Zhao (Wang & Zhao, 2006) y que no será objeto de análisis. Sin embargo, en la actualidad se emplea el códec H.264 para los servicios de Televisión en ánimo de estandarizar la codificación de video según las normas internacionales de la ITU..

(21) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 10. Según la Recomendación UIT-R BT.1870-1 (Rec. ITU-R BT.1870-1, 2015), existen tres técnicas de compresión de video recomendadas por la ITU con el objetivo de estandarizar la codificación del video y que son utilizadas en la actualidad en el ambiente de radiodifusión digital, ellas son: . Recomendación ITU-T H.262 | ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video). . Recomendación ITU-T H.264 | ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4 AVC). . Recomendación ITU-T H.265 | ISO/IEC 23008-2 (MPEG-H HEVC). La misma en conjunto con la Recomendación ITU-R BT.2073-0 ( Rec. ITU-R BT.20730, 2015), recomienda el empleo del códec H.265 en las nuevas emisiones de Televisión Digital donde sea posible. H.265 o Codificación de Video de Alta Eficiencia (HEVC) es una nueva tecnología de códec de vídeo, sucesor a H.264. Uno de los aspectos más significativos de este códec es que duplica la relación de compresión de datos con la misma calidad de vídeo en comparación con H.264, además tiene soporte para resoluciones 8K UHD y fotogramas de hasta 300fps. Como desventaja se puede citar su elevada necesidad de cálculo computacional que puede llegar hasta 300% más que H.264 (Wondershare, 2016). Un análisis realizado entre H.265 y H.264 reafirma las ventajas de utilizar este nuevo códec (Hernández Larzábal, et al., 2014). En el mismo se parte de evaluar la calidad de video respecto a la Relación Señal a Ruido de Cresta (o PSNR por sus siglas en inglés) y la calidad subjetiva a través de la Anotación de Opinión Media (Mean Opinion Scores, MOS), mientras que otro análisis de H.264 respecto a MPEG2 muestra la superioridad de este códec, mejor exactitud del vector de movimiento, uso de tamaños de bloques más flexibles, así como la utilización de un método nuevo de codificación de entropía. El uso de estas ventajas dio como resultado una mejora de la velocidad de bits de un 50% con respecto al estándar MPEG-2 para una misma calidad de video (Hernández Larzábal, et al., 2014). Según un informe de Elena Puigrefagut de la Unión de Radiodifusión Europea (European Broadcasting Union, EBU) para la ITU (Puigrefagut, 2014), tan solo en Europa para el año 2017 se espera una marcada tendencia de sustitución de los servicios de Televisión Estándar por servicios de Alta Definición, así como la entrada al mercado de servicios de Ultra Alta Definición debido al origen de nuevas tecnologías de compresión de video como H.265, y a.

(22) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 11. que un aumento en la resolución o formato de imagen conlleva un aumento del número de píxeles por fotograma lo que trae aparejado un aumento de la resolución espacial y temporal y con ello a un aumento de la razón de transmisión, la cual no es posible transmitir por los canales actuales. 1.2.3 Tecnología de codificación de audio para radiodifusión digital. Al igual que para el video, también es necesario comprimir los flujos elementales de audio tanto en servicios de Radio como de Televisión. En el entorno de Cuba para los servicios de DTT según la Resolución 430/2014 del Ministerio de las Comunicaciones (MINCOM, 2014), se plantea utilizar los siguientes códec de audio: . ISO/IEC 13818-3 Capa 2 (MPEG-2 Parte 3 Capa 2) para servicios de Televisión SD y HD.. . ISO/IEC 14496-3 (MPEG-4 Parte 3 Sub-parte 4 AAC) para servicios de Televisión HD.. Por otra parte, si se analiza la Recomendación ITU-R BS.1196-5 (Rec. ITU-R BS.11965, 2015), existen varias técnicas de compresión de audio recomendadas por la ITU con el objetivo de estandarizar la codificación de audio y que son utilizadas en la actualidad para la radiodifusión digital, ellas son en un ambiente de compatibilidad: . MPEG-1 Capa II, especificado en la norma ISO/IEC 11172-3:1993. . MPEG-2 Capa II, especificado en la norma ISO/IEC 13818-3:1998. . MPEG-2 AAC-LC o MPEG-2 AAC-LC con SBR especificado en la norma ISO/IEC 13818-7:2006. . MPEG-4 AAC-LC especificado en la norma ISO/IEC 14496-3:2009. . MPEG-4 HE AAC v2 especificado en la norma ISO/IEC 14496-3:2009. . AC-3 especificado en la norma ETSI TS 102 366 (2014-08). Y para las nuevas emisiones, donde no haya necesidad de compatibilidad con antiguos equipamientos y transmisiones, se recomienda el uso de técnicas de codificación de baja razón de bit como: . Extended HE AAC as specified in ISO/IEC 23003-3:2012;. . E-AC-3 as specified in ETSI TS 102 366 (2014-08);.

(23) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 12. 1.2.3.1 Códec AC-3 El algoritmo digital AC-3 especificado en la norma ETSI TS 102 366 es una tecnología de compresión de audio que proporciona 5 canales independientes (izquierdo, derecho, central, surround izquierdo y surround derecho), todos ellos reproducen un ancho de banda completo de 20 Hz – 20 KHz y además añade un canal de anchura de banda fraccional previsto para transportar únicamente señales de baja frecuencia (sonidos graves), el canal 0.1 (Figueroa, 2010). Este códec puede codificar de 1 a 5,1 canales de audio de origen con estructura MIC, transformándolos en un flujo de bits en serie con velocidades de datos comprendidas entre 32 kbit/s y 640 kbit/s (Rec. UIT-R BS.1196-1, 2001). 1.2.3.2 Códec MPEG-1 El códec MPEG-1 definido bajo el estándar ISO/IEC 11172-3 proporciona codificación de un canal (mono) o dos canales (estéreo o mono dual) con tasas de muestreo de 32, 44,1 y 48 kHz a velocidades binarias comprendidas en una gama de 32 a 192 kbit/s por canal de audio monofónico y 64 a 384 kbit/s por canal de audio estereofónico. La figura 1.4 muestra un diagrama en bloques del codificador MPEG1 Capa2 (Rec. UIT-R BS.1196-1, 2001).. Figura 1.4. Diagrama de bloques del codificador de la capa II (audio MPEG-1) de la Norma ISO/CEI 11172-3. Fuente: (Rec. UIT-R BS.1196-1, 2001). En el decodificador, el banco de filtros de síntesis dual reconstruye un bloque de 32 muestras de salida dando un retardo de tiempo global de sólo 10,5 ms a una frecuencia de muestreo de 48 kHz..

(24) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 13. 1.2.3.3 Códec MPEG-2 BC En el códec MPEG-2 con Compatibilidad hacia Atrás (Backwards Compatible, BC) definido por ISO/IEC 13818-3, se logra mantener la misma calidad de audio con una considerable reducción de la razón de bit. Utiliza frecuencias de muestreo más bajas (16, 22.05 y 24 KHz), con lo cual se pueden codificar señales a tasas binarias mucho menores, por debajo de 64kbps para cada canal aún a costa de reducir su ancho de banda. Mantiene plenamente los principios de codificación y decodificación de las capas de audio MPEG-1 e introduce la capacidad, completamente compatible hacia atrás, de transmitir señales multicanal, incluyendo el formato 5.1 (Rec. UIT-R BS.1196-1, 2001). 1.2.3.4 Códec MPEG-2 AAC-LC El códec MPEG-2 AAC-LC especificado en la norma ISO/IEC 13818-7, elimina la compatibilidad hacia atrás y es capaz de proporcionar una misma calidad subjetiva que los esquemas anteriores con un consumo de bits notablemente inferior. No obstante, se produce un claro aumento de la complejidad computacional, incluso en el perfil más básico descrito en la norma. Es un estándar de codificación de audio de muy alta calidad de hasta 48 canales con frecuencias de muestreo desde 8 a 96 kHz con capacidades multicanal, multilenguaje y multiprograma (Rec. ITU-R BS.1196-5, 2015). El sistema Códec de Audio Avanzado (Advanced Audio Coding, AAC) consta de tres perfiles para consentir un trueque entre la memoria requerida, el poder del procesador y la calidad de audio: 1. Perfil Principal (Main Profile): Apropiado cuando la capacidad de procesamiento y el uso de la memoria no sean parámetros críticos. 2. Complejidad Baja (Low Complexity, LC): Si alguno de los parámetros anteriores, capacidad de procesamiento o uso de memoria, son críticos; este perfil es el más adecuado. 3. Razón de Muestreo Escalable (Scalable Sampling Rate, SSR): Para los casos en los que se requiera un decodificador escalable..

(25) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 14. 1.2.3.5 Códec MPEG-4 AAC-LC MPEG-4 AAC-LC especificado en la norma ISO/IEC 14496-3 no fue más que una extensión de MPEG-2 AAC, con tasas binarias de 128-192kbps para señales estéreo y 320 kbps para señales multicanales (5.1). Soporta hasta 48 canales, con frecuencias de muestreo de 8kHz hasta 192kHz y razón de bit de 256kbps por canal. Es uno de los códec de audio más flexible disponible hoy, y su combinación con la tecnología de Replicación de Banda Espectral (Spectral Band Replication, SBR) trajo como resultado el MPEG-4 (HE-AAC) (Fraunhofer, 2013). SBR: Método para la codificación altamente eficiente a altas frecuencias en algoritmos de compresión de audio. La tecnología de SBR permite mantener una mejor calidad de audio a una baja velocidad con lo que se mejora la eficiencia de la codificación tradicional. Este formato de audio de percepción permite mejorar hasta en un 50% (Ing.Marco Armas Freire, 2014). 1.2.3.6 Códec MPEG-4 (HE-AAC): “Perfil de Alta Eficiencia AAC” El “Perfil de Alta Eficiencia” (HE-AAC) es la combinación de MPEG-4 AAC-LC con SBR, en búsqueda de mantener una excelente calidad de audio con una considerable reducción de la razón de bit. Posee tasas de bits por debajo de 128kbps para señales estéreo, ofrece una reducción de la razón de bit de un 30 % comparado con AAC-LC en cuanto a calidad de audio equivalente, la razón de datos usados por HE-AAC es de 48-64kbps para señales estéreo y 160kbps para señales multicanal (5.1). HE-AAC soporta tasas de muestreo de 8-192 kHz y hasta 48 canales (Fraunhofer, 2013). En la figura 1.5 se muestra el principio básico del proceso de Replicación de Banda Espectral (SBR) (Rec. ITU-R BS.1196-5, 2015).. Figura 1.5. Principio básico del proceso de Replicación de Banda Espectral (SBR). Fuente: (Rec. ITU-R BS.1196-5, 2015)..

(26) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 15. 1.2.3.7 Códec MPEG-4 (HE-AACv2): “Perfil de Alta Eficiencia AAC versión 2” También conocido como aacPlus v2, es la segunda versión de HE-AAC. HE-AACv2 surge de la combinación de las tecnologías usadas en la versión-1 (AAC-LC y SBR) con el Estéreo Paramétrico (Parametric Stereo, PS), especificado en la ISO/IEC 14496-3. El uso del PS permite aumentar la eficiencia en la codificación respecto a la versión 1 mediante la explotación de una representación paramétrica de la señal estéreo de entrada. La figura 1.6 representa el principio básico del proceso de Estéreo Paramétrico (PS) (Rec. ITU-R BS.11965, 2015).. Figura 1.6. Principio básico del proceso de Estéreo Paramétrico (PS). Fuente: (Rec. ITU-R BS.1196-5, 2015). HE-AAC v2 es un súper conjunto del códec de audio AAC que consigue para MPEG-4 tasas de bits más bajas manteniendo la calidad del audio. La anterior idea ilustrada es analizada y demostrada en un estudio realizado por la EBU donde los resultados obtenidos se revelan en la figura 1.7 (Stefan Meltzer, 2006).. Figura 1.7. Comparación de la degradación de audio perceptual de los códec HE-AAC v2, HE-AAC v1 y AAC. Fuente: (Stefan Meltzer, 2006). Las tecnologías AAC, SBR y PS son los componentes básicos del perfil MPEG-4 HEAAC v2 (aacPlus v2), figura 1.8. El códec AAC se utiliza para codificar la banda de.

(27) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 16. frecuencias bajas, la Replicación de Banda Espectral codifica la banda de frecuencias altas, y PS codifica la señal estéreo de forma parametrizada.. Figura 1.8. Familia del códec de audio HE-AAC (aacPlus). Fuente: (Stefan Meltzer, 2006). Un codificador típico de aacPlus como el representado en la figura 1.9 (Stefan Meltzer, 2006), presenta una señal de entrada de audio muestreado a una frecuencia de muestreo (o fs por sus siglas en inglés) que alimenta a un banco de filtros de 64 bandas-QMF (Filtro espejo en cuadratura) el cual transforma la señal al dominio QMF. Tanto el bloque del Estéreo Paramétrico como el de la Replicación de Banda Espectral utilizan los datos obtenidos de la transformación para realizar la codificación. Ésta señal entra en el bloque PS el cual realiza una mezcla (downmix) de estéreo a mono. La señal obtenida después de ser procesada en el bloque PS se envía al multiplex y al bloque SBR. Al bloque codificador AAC le llega una señal, que puede ser obtenida en el bloque PS, reconstruido otra vez al dominio temporal como una síntesis con 32 bandas-QMF o bien si no se usa el bloque PS (caso de HE-AAC v1) llega la señal de entrada remuestreada por dos. Finalmente todos los datos codificados se multiplexan a una corriente de bits única.. Figura 1.9. Diagrama en bloques de un codificador HE-AAC v2. Fuente: (Stefan Meltzer, 2006)..

(28) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 17. En el caso del decodificador, primero se demultiplexa la corriente de bits de entrada en tres corrientes de bits diferentes, datos para AAC, datos para SBR y datos para PS, figura 1.10 (Stefan Meltzer, 2006). El decodificador AAC genera a su salida una señal en el dominio temporal de banda baja a una frecuencia de muestreo fs/2. Ésta señal se transforma al dominio QMF para su procesamiento. El bloque de procesamiento SBR reconstruye la señal en el dominio QMF de banda alta, una vez obtenidas tanto la banda alta como la banda baja se fusionan para conseguir la banda completa (Full-Band) en el dominio QMF. Si se usa el bloque PS, éste crea una representación estéreo en el dominio QMF. Finalmente, la señal es sintetizada mediante un banco de filtros de 64 bandas-QMF. La salida del decodificador es una señal en el dominio temporal con una frecuencia de muestreo (fs).. Figura 1.10. Diagrama en bloques de un decodificador HE-AAC v2. Fuente: (Stefan Meltzer, 2006). HE-AAC v2 es el perfil de codificación de audio más eficiente en la familia de codificadores de audio AAC y sus valores típicos de razón de bit son de 24-32kbps para una señal estéreo (Fraunhofer, 2013). Se han realizado diferentes evaluaciones sobre la calidad del audio obtenido aplicando HE-AAC y HE-AAC v2. Un test realizado por la EBU, el cual evaluaba una gran variedad de formatos, entre ellos Mp3PRO, aacPlus, AAC, Real 8, WMA 8, MP3, a una tasa de bits de 48kbits/s utilizando el método de prueba "MUSHRA ", dio como resultado una clara superioridad del formato HE-AAC respecto a los demás, figura 1.11 (Stefan Meltzer, 2006). Mientras que otros test efectuados por el Institut für Rundfunktechnik (IRT), usando códec de audio multicanal como Dolby a 384kbits/s y WMA a 192kbit/s, demuestran también mejores resultados para el aacPlus a 160kbits/s en diferentes contenidos de música respecto.

(29) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 18. a los demás. Se ha de aclarar que el hecho de conseguir unas tasas de bits superiores va en detrimento del coste computacional (Stefan Meltzer, 2006).. Figura 1.11. Resultados de pruebas realizadas por EBU. Fuente: (Stefan Meltzer, 2006). 1.3.. Multiplexación y señalización para radiodifusión.. La entidad o Subsistema de Multiplexación es el encargado de que cada Flujo Elemental (o ES por sus siglas en inglés) provenientes del codificador y luego estructurados en paquetes PES sean divididos en paquetes más pequeños de longitud fija de 188 bytes llamados Flujo de Transporte (Transport Stream, TS). Cada TS es identificado por un valor del campo Identificador de Paquetes (Packet Identifier, PID) de su cabecera, como se muestra en la figura 1.12 (Duarte, 2013), luego los TS de cada PES se multiplexan para formar un tren binario de datos digitales para el entorno de radiodifusión, basado en la norma ISO/IEC 13818-1 o MPEG2–TS (ISO/IEC13818-1, 2000). Lo cual constituye la base de todo sistema de Multiplexación de flujos de Televisión Digital independiente de su norma. Existen determinados valores de PID reservados a la señalización del flujo en forma de tablas, las cuales permiten al decodificador/Set-Top-Box sincronizar, estructurar y reconstruir los servicios para su visualización en el televisor. Otro valor de PID importante es el 8191, que identifica a TS nulos o de bits de relleno y que forman lo que se conoce como bits Stuffing (ETSI TS 101 154, 2004) ..

(30) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 19. Figura 1.12. Estructura de un Flujo de Transporte. Fuente: (Duarte, 2013). De estos 188 bytes de un TS, los primeros 4 bytes forman el encabezado del paquete, el primero de estos es el byte de sincronización que siempre contiene el valor 47H (71 en notación decimal) y los restantes 184 bytes son designados a la carga útil. La longitud fija de los paquetes TS hace que los datos no se puedan ubicar arbitrariamente hasta rellenar este tamaño, a veces es necesario completar con contenidos descartables. Con este fin y otros, existe el campo de adaptación que se ubica en el encabezado de 4 bytes. En caso de que este campo esté presente, el encabezado aumenta su tamaño (Seifert, 2015). Por otra parte, el consorcio de empresas de Radiodifusión de Video Digital (Digital Video Broadcasting, DVB) ha definido un conjunto de protocolos entre ellos de señalización en forma de tablas que complementan y adicionan más flexibilidad al estándar MPEG2-TS. La convergencia de ambos sistemas MPEG-TS y DVB puede observarse en la figura 1.13 bajo un modelo de referencia en común (Thomson Broadcast & Media Solutions, 2005)..

(31) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 20. Figura 1.13. Modelo de Referencia para DVB y MPEG-TS. Fuente: (Thomson Broadcast & Media Solutions, 2005). Cabe destacar la Recomendación ETSI 300 468 o DVB Servicio de Información (DVB-SI) que exige en el TS un conjunto de tablas obligatorias identificadas por el valor de su PID como muestra la figura 1.14, para expandir los servicios de valor agregado de un Receptor Digital Integrado (IRD), algunas tablas son de carácter obligatoria y otras opcionales en dependencia del tipo de servicio a prestar (ETSI EN 300 468, 2014).. Figura 1.14. Servicio de Información DVB-SI. Fuente: (ETSI EN 300 468, 2014). Tablas de carácter obligatorio: 1. Tabla de Asociación de Programa (Program Allocation Table, PAT). Esta tabla, obligatoria en la transmisión, es transportada en paquetes de indicador PID= 0x0000. Su función es relacionar el número de programa (de 0 a 65535) con los PID de los paquetes que transporta la tabla PMT. 2.. Tabla de Mapa de Programa (Program Map Table, PMT). Es obligatoria y hay una por programa. Indica los componentes de los programas presentes en un TS, es decir, asocia cada programa con los PIDs de los paquetes que lo componen, así como la localización de la referencia de sincronismo del mismo. Se especifica con descriptores el tipo de componente (audio, video, idioma, subtítulos, datos, encriptado, …)..

(32) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 3.. 21. Tabla de Información de la Red (Network Information Table, NIT). La transmisión de la NIT es obligatoria, por definición constituye el programa 0 del multiplex, proporciona información de la red física y la organización de los servicios en los TSs. Viaja con PID= 0x0010.. 4.. Tabla de Descripción de Servicio (Service Description Table, SDT). Contiene tanto los nombres como otros parámetros asociados a cada servicio de un TS concreto. Es de carácter obligatoria y viaja con PID=0x0011.. 5. Tabla de Datos y Hora (Time and Date Table, TDT). Es una tabla de carácter obligatorio, contiene datos de la hora universal UTC y la fecha, se utiliza para poner en hora el reloj interno del receptor. PID=0x0014. 6.. Tabla de Información de Eventos (Event Information Table, EIT). Indica los datos de los eventos bajo el control del radiodifusor (título, fecha, hora de comienzo, duración, si está encriptado, …). Es una tabla obligatoria y posee un valor de PID=0x0012. Esta tabla se divide en EIT p/f (presente/después de), que incluye los datos del evento actual y del siguiente (mini guía), y en EIT Schedule, la cual contiene la información de varios días (guía de programación).. Algunas tablas de carácter opcional son: 1. Tabla de Acceso Condicional (Condicional Access Table, CAT). Esta tabla debe estar presente a partir del momento en que al menos un programa sea de acceso condicional, no es obligatoria y se transmite en el TS con PID =0x0001. 2.. Tabla de Compensación de Tiempo (Time Offset Table, TOT). Al igual que la TDT proporcionan una referencia de tiempo para el flujo. Contiene la compensación de tiempo en referencia a la hora UTC para la hora local. Tienen asignado el PID 0x0014.. 3.. Tabla de Asociación de Bouquet (Bouquet Association Table, BAT). Es opcional y permite realizar agrupaciones de distintos servicios. PID=0x0011. (ETSI TS 101 211 V1.12.1, 2013). 1.3.1 Multiplexación de servicios en el canal. La multiplexación de varios servicios o programas de Radio y Televisión sobre un mismo canal de datos conlleva a una correlación entre la razón de datos a asignar a cada programa y la calidad de este servicio. Debido a esto se definen dos modos de multiplexación,.

(33) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 22. principalmente para los componentes de video como se muestra en la figura 1.15 (Thomson, 2014).. Figura 1.15. Multiplexación Estática y Dinámica. Fuente: (Thomson, 2014). 1.3.1.1 Multiplexación estática. En la multiplexación estática, a cada codificador se le asigna una razón de bit fija (CBR), debido a esto la calidad perceptual de video a su salida no es constante, varía en función de la información espacial y temporal. Es necesaria una razón de bits demasiado grande para lograr la mayor calidad posible, hiendo esto en detrimento de la cantidad de servicios que se pueden multiplexar en un canal (Thomson, 2014). 1.3.1.2 Multiplexación dinámica. La multiplexación dinámica o estadística posee una razón de bit variable (VBR) para cada codificador en función de la calidad de imagen que se desea multiplexar. La razón de bit de salida de video es asignada automáticamente según la complejidad de los cuadros entrantes por lo que permite una calidad de video constante y a su vez salva ancho de banda para tener oportunidad de insertar nuevos servicios. Esta técnica permite un uso más eficiente del canal (Thomson, 2014). 1.4.. Interfaces de distribución de flujos de la DTT.. La necesidad de transportar flujos de Televisión Digital hacia estaciones remotas de radiodifusión y a su vez en ambiente local, ha conllevado al desarrollado de diferentes.

(34) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 23. estándares para este tipo de aplicaciones, entre ellos cabe destacar el estándar DVB-ASI y DVB-IP. 1.4.1 DVB-ASI DVB-ASI o DVB (Interfaz Serial Asíncrono), está recogido en el estándar ETSI TR 101 891, el cual define los parámetros técnicos y eléctricos de una interfaz de transmisión unidireccional y serial de señales MPEG2-TS. DVB-ASI, es una interfaz estándar usada para interconectar y transportar información de audio y vídeo comprimido para equipos en ambientes de contribución y distribución de radiodifusión. Permite una tasa de transmisión de hasta 270 Mbit/s y carga útil de hasta 214 Mbit/s. La interfaz eléctrica está definida sobre una impedancia de 75 ohmios para cable coaxial sobre conectores BNC, en un rango de trabajo de hasta 800mVpp, a continuación se muestran algunos usos de esta interfaz, figura 1.16 (thorbroadcast, 2016).. Figura 1.16. Usos de la interfaz DVB-ASI. Fuente: (thorbroadcast, 2016). 1.4.2 DVB-IP DVB- IP se define en la Recomendación ETSI TS 102 034, es un estándar creado para la transmisión de servicios multimedia a través de redes IP de banda ancha, siendo los contenidos empaquetados en Transport Stream (MPEG-2) para un ambiente de radiodifusión. DVB- IP implementa muchas de las recomendaciones de la organización RFC (Solicitud de Comentarios) para la distribución de contenido sobre redes IPv4 o IPv6, en ambientes multicast o unicast. La figura 1.17 muestra el modelo de referencia común para esta arquitectura sobre IPv4 (Bonini, 2012)..

(35) CAPÍTULO 1. TECNOLOGÍAS DE TRANSPORTE DE TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE. 24. Figura 1.17. Modelo de referencia común para IP sobre IPv4. Fuente (Bonini, 2012). De esta arquitectura cabe destacar el modelo multicast con direcciones IP clase D, y un plano de control con el protocolo IGMPv2 recogido en la Recomendación RFC 2236. Por otra parte, debido a la naturaleza de distribución de contenido en tiempo real, DVB-IP recomienda el empleo del protocolo RTP (RFC 3550 y RFC 2250) o del protocolo ProMPEG (RFC 2733), para distribución de contenido en redes con posibles pérdidas de paquetes IP. 1.5.. Conclusiones del Capítulo.. En este capítulo se realizó una revisión bibliográfica de todos los elementos relacionados con el trabajo expuesto para con esto llegar a una mejor comprensión del mismo. Se pudo ver de modo general una breve descripción de la DTT con sus respectivos estándares, así como el estándar propuesto por nuestro país. Se mostró una caracterización de las etapas de codificación de la fuente, donde se pudo apreciar que para las tecnologías de codificación de video la recomendación es a utilizar el códec H.265, mientras que para el audio el empleo de codificadores de baja razón de bits como los códec de alta eficiencia AAC, para las implementaciones de futuras tecnologías de DTT y transportadas sobre IP..

(36) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 25. CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. El despliegue de cualquier servicio de Televisión Digital lleva implícito una arquitectura tecnológica para la generación y distribución de dicho contenido hasta las estaciones de Televisión. Una de las partes más importantes en esta infraestructura lo constituye la cabecera de línea y el equipamiento en los centros de Televisión para entregar la señal hacia los transmisores de DTT. En el presente capítulo se hace una descripción de dicha infraestructura, un análisis del flujo TS previamente formado en cuanto a sus características con el empleo de la herramienta Blue Top TS Analyzer y como caso de estudio se realiza una propuesta de cambio de codificación de la norma de audio actual. 2.1 Despliegue de la DTT en Cuba. El despliegue de la DTT es un proyecto integral de creación de infraestructura social, con la finalidad de mejorar el nivel de vida del pueblo, introduciendo una tecnología de punta que beneficia a toda la población. Se estima que en el año 2020 el 90 % de todos los televisores en el mundo estarán preparados para captar las señales digitales. Se prevé que la Televisión Digital estará instalada totalmente en Cuba en el año 2021, cuando se aplicará el llamado “apagón analógico”, luego de transitar por tres etapas para introducir este sistema de transmisión que traerá beneficiosas ventajas en la calidad de sus servicios (LEÓN, 2014) 2.1.1 Arquitectura de Cabecera de Línea Nacional. El termino cabecera de línea es lo que se conoce como la infraestructura tecnológica de equipamiento para el despliegue nacional o regional de la DTT. La arquitectura de la cabecera de línea para los servicios de Televisión Digital en el territorio de Cuba responde a una topología de red concebida para la empresa RadioCuba como se observa en la figura 2.1..

(37) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 26. Figura 2.1. Arquitectura de Cabecera de Línea en Cuba. Fuente:(Elaboración Propia). Entre los elementos que forman parte del proceso y son de suma importancia para el despliegue de las tecnologías de DTT se encuentra, el Router SDI, los codificadores de Televisión Digital, el multiplexor y el software de gestión, entre otros. . El Router SDI, el cual constituye un conmutador para todos los servicios de Radio y Televisión con un Interfaz Digital Serie (o SDI por sus siglas en inglés) de 16x16 puertos, se refiere a los 8 servicios de Televisión y 9 de Radio de ámbito nacional. En este nivel las señales en banda base no están comprimida, pero si digitalizada y entrega la señal de cada servicio a los respectivos codificadores de Radio y Televisión.. . Los codificadores de Televisión Digital, están constituido por un conjunto de 5 codificadores EM2000 del fabricante Thomson Video Network, cuatro en servicio y uno de reserva. Cada codificador tiene la capacidad de codificar 2 servicios de Televisión y 4 de Radio. Por ejemplo, un codificador, codifica el servicio de Cubavisión y Telerebelde, y también 3 servicios de Radio, distribuyendo la carga de los servicios de esta forma respectivamente. La señal de Televisión o Radio una vez comprimida es transportada sobre IP hacia los switch concentradores para lograr redundancia ante fallos..

(38) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. . 27. El multiplexor, se encuentra constituido por 2 equipos multiplexores de MPEG2-TS, NetProcessor 9030 del fabricante Thomson Video Network, que multiplexan y conforma todos los servicios, así como la señalización DVB-SI del flujo de la Televisión Digital. La señal de salida de este equipamiento es un flujo IP que se entrega al proveedor de servicios de Telecomunicaciones ETECSA para ser transmitido hacia todo el país.. . También en este contexto, están los servicios generados por el ICRT, compuesto por el servidor de Guía Electrónica de Programa y datos asociados. Estos flujos entran al multiplexor sobre IP para ser multiplexados y adicionados al flujo de Televisión Digital.. . El software de gestión, está constituido por una unidad de control XMU, un switch de administración y un software de gestión de red sobre protocolos como SNMP, para la gestión centralizada y lograr la autonomía de todo este equipamiento, a su vez responsable de la automaticidad para reaccionar ante fallos del sistema.. 2.1.2 Infraestructura en los centros de Televisión Digital. La infraestructura desplegada en las estaciones de Televisión distribuida a lo largo del país para recepcionar la señal IP y entregarla a los transmisores de Televisión Digital en formato DVB-ASI, está formada por el equipamiento Rover MFE-802 (Rover-Broadcast, 2016), el cual constituye un dispositivo modular de múltiples interfaces para aplicaciones de radiodifusión digital seleccionado por RadioCuba en la etapa de transporte de la señal. Permite, según la configuración de las tarjetas que se integran al dispositivo, el transporte y conversión de MPEG2-TS sobre tecnologías como DVB-IP o DVB-ASI para entregar las señales a los transmisores de Televisión Digital.. Figura 2.2. Equipamiento Rover MFE-802. Fuente: (Rover-Broadcast, 2016) Una combinación de este equipamiento con el multiplexor N9030 permite también la inserción de contenido regional en algunas provincias, como es el caso de Sancti Spíritus. Donde se recibe el flujo IP con el equipamiento N9030 en el centro de Televisión principal.

(39) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 28. por parte de ETECSA para luego remultiplexarse adicionándole el audio de Radio Sancti Spíritus como un nuevo servicio de Radio. Después, este se entrega al equipamiento Rover para ser transmitido como un flujo ASI hacia los transmisores de Televisión Digital o encapsularlo nuevamente sobre IP para ser transportados con este cambio por la red de ETECSA hacia los demás centros de Televisión Digital de la provincia, como se muestra en la figura 2.3.. Figura 2.3. Estructura de Distribución del Flujo de DTT Regional. El codificador EM2000 es otra herramienta de suma importancia en esta infraestructura utilizada para el despliegue de la DTT. Este equipamiento es compatible con la mayoría de los estándares normados por la ITU para los servicios de radiodifusión. En la figura 2.4 y 2.5 se muestra la configuración de un codificador utilizado por el Telecentro de la provincia de Sancti Spíritus donde se puede observar la configuración del servicio de Televisión, tanto de audio, como de video y los diferentes códec que soporta el equipo..

(40) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 29. Figura 2.4. Configuración del servicio de TV en el codificador.. Figura 2.5. Configuración de audio del codificador. Por otra parte, también se encuentra la herramienta NetProcessor 9030, imprescindible en esta infraestructura, funciona como multiplexor o remultiplexor, capaz de transportar flujos a través de interfaces como DVB-ASI, IP y designado para la radiodifusión sobre redes como DTH (DVB-S/S2), Cable (DVB-C), DTTV (DVB-T/T2) e IPTV (DVB-IP). Transporta cualquier tipo de flujo MPEG-2 o MPEG-4, con formato SD y HD, en la figura 2.6 se muestra la arquitectura de este equipo (THOMSON, 2010)..

(41) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 30. Figura 2.6. Arquitectura del NetProcessor 9030. Fuente: (THOMSON, 2010). 2.2. Analizador de flujos MPEG2-TS. Blue Top TS Analyzer. MPEG2-TS constituye la señal de entrada y salida en banda base para todos los sistemas de DTT en el entorno de radiodifusión (ISO/IEC13818-1, 2000). Para el análisis y monitoreo de flujos de Televisión Digital en tiempo real se utiliza la Recomendación ETSI TR 101 290 del consorcio DVB. La prueba se puede realizar directamente sobre la capa de transporte como, DVB-IP, DVB-ASI o moduladas sobre una norma de DTT. Un análisis del flujo de Televisión puede brindar toda la información para caracterizarlo en cuanto a, eficiencia del uso del canal, configuración de servicios de Radio y Televisión, tipo de multiplexación y otros servicios de valor agregado desde un punto de vista cualitativo. El análisis o monitoreo debe realizarse en un período de tiempo relativamente largo para que respalde las propiedades del flujo y la configuración del equipamiento que se utiliza. En la actualidad existe una gran variedad de analizadores de MPEG2-TS en tiempo real. Para el objeto de análisis de esta investigación se utilizará el analizador profesional Blue Top TS Analyzer (BlueTop-Technology, 2016), el cual es el que dispone la empresa RadioCuba para este propósito y está constituido por una interfaz USB BTA-P200 conectado mediante una interface USB 2.0 a una Laptop Lenovo con sistema operativo Window7 y el software bajo licencia Blue Top TS Analyzer. La figura 2.7 muestra sus componentes. Este conjunto y mediante el empleo del software tienen varias funcionalidades como: . Sumario y análisis estadístico de la información del TS en tiempo real, así como monitoreo a través de la Recomendación ETSI TR 101 290.. . Análisis de las tablas MPEG-PSI/DVB-SI, PES y el canal..

(42) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 31. . Análisis de cada servicio de Radio o Televisión.. . Interfaz de entrada DVB-ASI IN, DVB-ASI OUT, Ethernet o señal de radiofrecuencia modulada en DTMB.. Figura 2.7. Blue Top TS Analyzer. En una vista del software Blue Top TS Analyzer donde se muestra la información del multiplex, se observan todos los servicios de Radio y Televisión con sus respectivos códec, tanto de audio, como de video, y el valor del PCR incluido, figura 2.8..

(43) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 32. Figura 2.8. Blue Top TS Analyzer, información del multiplex. 2.3 Análisis del flujo de Televisión Digital en la provincia de Sancti Spíritus. Una caracterización del flujo de Televisión Digital actualmente transmitido en la provincia de Sancti Spíritus conlleva a un análisis estadístico. El mismo para garantizar un mayor espacio de muestras se ha de realizar a intervalos de tiempo en un mismo día y adicionalmente durante varios días de la semana. El objetivo de este estudio es validar y determinar cuáles son las propiedades de los servicios y programas actualmente transmitidos en cuanto a su configuración, que permita conocer los valores de razón de bit, las características de la señalización y del flujo multiplexado que se irradia nacionalmente. Para dar cumplimento a este objeto de análisis se realizaron un conjunto de mediciones durante 30 minutos y en un intervalo de 7 días, en diferentes horarios de 8:00 a.m. a 17:00 p.m. El set de medición estuvo compuesto por el analizador de flujos Blue Top TS Analyzer, conectando la interfaz DVB-ASI IN del BTA-P200 a la interfaz DVB-ASI OUT del equipamiento Rover (Rover-Broadcast, 2016), para poder supervisar el flujo de la DTT en el centro de Televisión San Isidro de la ciudad de Sancti Spíritus y de la empresa RadioCuba, como muestra la figura 2.9..

(44) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 33. Figura 2.9. Set de medición del flujo DVB-ASI nacional. En el análisis realizado se pudo observar que de forma general en el flujo de Televisión Digital se trasmiten TS con 52 valores diferentes de PID. Es válido destacar que se cumple con la señalización DVB-SI, ya que están presentes las tablas obligatorias NIT con valor de operador de red 100, nombre del operador de radiodifusión RadioCuba, la tabla PMT asociando 17 servicios, la tabla PAT, SDT, DTT, y se transmiten las tablas opcionales CAT sin ninguna referencia de acceso a TS condicional, la tabla EIT, la tabla BAT haciendo referencia a un bouquets de datos privados y la tabla TOT. El valor del TS ID del flujo es de 1. La señalización total PSI/SI ocupa un ancho de banda promedio de 0.6 Mbps, en una mayor parte por la tabla EIT asociado a la guía electrónica de programa. 2.3.1 Análisis basado en la Recomendación ETSI TR 101 290. La Recomendación ETSI TR 101 290 define los parámetros técnicos que se deben cumplir para que un flujo pueda ser decodificado correctamente, lo cual depende de la magnitud de sus errores. Los errores se caracterizan por niveles de prioridad. Existen errores de primer grado y segundo grado, que son los que imposibilitan la decodificación de un flujo MPEG2-TS. Los errores de tercer grado no imposibilitan la decodificación del flujo, pero se encuentran en dependencia de prestaciones del operador respecto a la señalización DVB-SI (ETSI TR 101 290 V1.3.1, 2014). Un análisis basado en esta recomendación mostró la siguiente tabla de errores por día durante un set de pruebas. Tabla 2.1. Resultados del monitoreo del flujo de acuerdo a ETSI TR 101 290 Lunes. Martes. Miércoles. Jueves. Viernes. Lunes. Martes.

(45) CAPÍTULO 2. CARACTERIZACIÓN DEL FLUJO DE TELEVISIÓN DIGITAL EN LA PROVINCIA DE SANCTÍ SPÍRITUS. 34. Error. Continuity. Continuity. Continuity. Continuity. Continuity. Continuity. Continuity. 1er. count error. count error. count error. count error. count error. count error. count error. grado. (21608). (27613). (35583). (30234). (32456). (29530). (23708). PID. y. error. PID. y. error. PID. y. error. PID. y. error. PID. y. error. PID. y. error. PID. y. error. (2). (3). (2). (2). (3). (2). (2). Error. CRC error. CRC error. CRC error. CRC error. CRC error. CRC error. CRC error. 2do. (2). (2). (2). (2). (2). (2). (2). grado Error. NIT. error. NIT. error. NIT. error. NIT. error. NIT. error. NIT. error. NIT. error. 3er. (2),. (2),. (2),. (2),. (2),. (2),. (2),. grado_. Unreferenc. Unreferenc. Unreferenc. Unreferenc. Unreferenc. Unreferenc. Unreferenc. _. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. ed PID (2) ,. SDT error. SDT error. SDT error. SDT error. SDT error. SDT error. SDT error. (15) y EIT. (17) y EIT. (19) y EIT. (17) y EIT. (15) y EIT. (18) y EIT. (15) y EIT. error (1). error (1). error (1). error (1). error (1). error (1). error (1). A modo de comprender los resultados arrojados es válido comentar que las magnitudes de los errores radican en: . Para los errores de 1er Grado se observa que en todas las mediciones existen dos tipos de errores. Uno de ellos se asocia al countinuity_count_error, cuya causa son errores de continuidad en los paquetes TS de la tabla EIT y SDT/BAT para un total de 28676 errores promedio en media hora. El segundo tiene que ver con PID_error, cuya causa radica en que los paquetes con PID 33 que pertenece al programa de Cubavisión, se transmite con un descriptor de datos privados. Este componente se refiere al subtitulo de Cubavisión y tiene un total de 2.28 errores promedio en media hora.. . En los errores de 2do Grado nótese como en todas las mediciones existe un solo tipo de error del tipo CRC_error, cuya causa se asocia a la CRC de la tabla EIT con un total de 2 errores promedio cada media hora.. . Para los errores de 3er Grado se diagnostica que en todas las mediciones existen cuatro tipos de errores. Un error tipo NIT_error, cuya causa radica en la variación de los intervalos entre las secciones de la tabla NIT que están fuera de rango con 2 errores promedio en media hora. Uno segundo, Unreferenced_PID, cuya causa radica en dos.