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UD - 5
TELEVISIÓN DIGITAL
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1. DIGITALIZACIÓN DE IMÁGENES
Las técnicas digitales se llevan utilizando desde hace
algunos años dentro del ámbito profesional de la televisión, debido a las altas prestaciones que ofrece
No obstante han tardado en llegar al campo de la
transmisión de imágenes digitales, debido a:
- Elevada frecuencia de la señal a transmitir
- Gran cantidad de información digital requerida para a enviar una imagen de calidad.
Estas razones han postergado la implantación de un
sistema digital de transmisión de televisión para el gran público
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1. DIGITALIZACIÓN DE IMÁGENES
Factores a tener en cuenta en la conversión analógica a digital de la señal de imagen (componentes Y, U y V)
Según teorema de Nyquist:
Frecuencia Muestreo >= 2 BW señal a digitalizar.
Mayor calidad de la imagen Æ Necesarias más muestras
por imagen Æ Mayor cantidad de información a transmitir Ahorro información:
Tomar menos muestras de las componentes de color
(capacidad limitada del ojo para capturar colores).
Las señales de sincronización de la señal de TV no
aportan información activa y, por lo tanto, no deben ser digitalizadas.
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1. RECOMENDACIÓN 601 CCIR
El Comité Consultivo Internacional de
Radiocomunicaciones (CCIR) definió un estándar óptimo para digitalizar señales de vídeo (recomendación n.° 601)
La digitalización se aplica sólo a los periodos activos de
línea (más un pequeño margen de seguridad) y a las líneas de información.
No se aplica a los periodos de borrado de línea y campo Æ pero se utilizarán para definir la posición de los datos
sobre la memoria que contendrá la información digital (para recomponer la señal original).
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1. DIGITALIZACIÓN DE IMÁGENES
Sólo se digitalizan los trozos de la señal de vídeo que
contienen información Æ cada Línea Activa Digital (LAD). No se digitalizan los huecos entre las líneas (periodo de
borrado de línea). Se utilizarán para informaciones adicionales y sincronizar la transmisión digital.
TLÍNEA ACTIVA ANALÓGICA = 52 µs.
TLÍNEA ACTIVA DIGITAL = 53,33 µs, (con margen de seguridad ambos lados). Conteniendo 720 muestras para la señal de luminancia, y la mitad para las señales diferencia de color.
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1. DIGITALIZACIÓN DE IMÁGENES
La digitalización no se realiza sobre la señal de vídeo
compuesto:
Se aplica a la señal en componentes (Y, U, V) El procesado en componentes:
Mejora notablemente la calidad de la señal
procesada Æ elimina las posibles intermodulaciones de
Luminancia y croma.
Permite una mayor variedad en las operaciones
aplicadas, y no depende de la norma de color analógico utilizada.
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1. FRECUENCIAS DE MUESTREO
FMUESTREO LUMINANCIA = 13,5 MHz (BWLUMINANCIA ≈ 6 MHz)
FMUESTREO SEÑALES COLOR = 6,75 MHz (BWCOLOR ≈ 1,3 MHz)
Cada muestra es de 8 bits. No serán exactamente 256
niveles para el cuantificador
- Señal de luminancia: La asignación del nivel de negro al código 16 (10 hex) y el nivel de blanco al 235 (EB hex), limita a 220 el número de niveles efectivos
- Señales diferencia color: Se aplican 224 niveles, y el 0 corresponde al nivel digital 128, en el centro de la escala.
2 muestras señal luminancia x 1 muestra de las señales de color R-Y y B- Y
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DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE
CODIFICACIÓN EN TV DIGITAL
Sistema de muestreo abreviado:
4:2:2
Sistema de muestreo 4:1:1
Se toman 4 muestras de la señal de luminancia por cada una de las señales diferencia de color.
FMUESTREO LUMINANCIA = 13.5
FMUESTREO COLOR = 3,375 MHz.
Frecuencia de muestreo señal luminancia respecto la frecuencia de referencia
Relación de frecuencia de muestreo para las señales
diferencia de color
FMUESTREO LUMINANCIA = 13.5 FMUESTREO COLOR = 6.75 MHz
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DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE
CODIFICACIÓN EN TV DIGITAL
Sistema de muestreo 4:2:0
Durante una línea se transmiten únicamente muestras de luminancia y de la componente R-Y. En la línea siguiente se sustituye esta última por la otra componente de color B-Y.
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PONDERACIÓN SEÑALES
DIFERENCIA DE COLOR
Como en el proceso analógico, en el proceso digital
también se pondera la amplitud de las señales diferencia.
Necesidad de que las señales diferencia se encuentren
siempre en un margen de ± 0,5 V, para poder establecer la cuantificación uniforme, similar a la aplicada a la señal de luminancia, que varía entre 0 y 1 V.
Como las variaciones para R - Y es de + 0,7 V, mientras
que para la componente B - Y se sitúa en + 0,89 V Se aplican los siguientes factores de atenuación:
CR = 0,713 (R - Y) CB = 0,564 (B – Y)
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2. FORMACIÓN DE TRAMA
DIGITAL
En el sistema de digitalización 4:2:2, regulado por el estándar CCIR 656, la línea activa digital está formada por 720 muestras de luminancia y 360 de cada señal
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2. FORMACIÓN DE TRAMA
DIGITAL
1 muestra de luminancia x 1 muestra de color alterna.
En un periodo tendremos únicamente la información de luminancia.
En el periodo siguiente la información de luminancia del nuevo punto más dos muestras de las señales CR y CB. Como es una producción asimétrica en el tiempo, se deben repartir
uniformemente las informaciones que se produzcan en ese tiempo.
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2. FORMACIÓN DE TRAMA DIGITAL
Los datos de la línea activa digital son completados con unos códigos de Inicio de Vídeo Activo (SAV) y de Final de Vídeo Activo (EAV), para facilitar la lectura de la
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2. FORMACIÓN DE TRAMA
DIGITAL
Con la llegada de la televisión digital, se revisaron y
actualizaron conceptos de la televisión clásica.
La exploración entrelazada, pasó de ser una necesidad
técnica en el origen de la TV, a ser un problema Æ
limitaba la percepción visual y disminuía la resolución
Los modernos receptores de televisión son capaces de
representar imágenes de alta resolución con exploración progresiva o secuencial (representando todas las líneas de la imagen en su orden natural, con un solo barrido
vertical por cuadro)
En los sistemas de televisión digital se contempla el
proceso de imágenes exploradas secuencialmente, si bien durante un periodo de transición se trabaja con
exploración entrelazada, para permitir la compatibilidad
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2. ESTRUCTURA TV DIGITAL EN
ALTA DEFINICIÓN Y 16:9
Desde hace algunos años se comercializan aparatos que
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2. ESTRUCTURA TV DIGITAL EN
ALTA DEFINICIÓN Y 16:9
Las normas de televisión digital contemplan la
posibilidad de procesar imágenes en este formato,
ampliando el número de puntos de cada línea, y con ello la resolución horizontal.
La televisión digital ofrece la posibilidad de transmitir
imágenes en alta definición.
Se contemplan dos variantes de televisión de alta
definición:
Uno en formato 4:3
Otro para formato panorámico, que eleva hasta
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2. PROBLEMA TRAMA DIGITAL
Ancho de banda de la trama digital generada con este
sistema reside en su enorme = 270 MHz.
Ancho banda canal convencional = 8 MHz
Necesidad de soluciones de transmisión capaces de reducir el margen de frecuencias utilizado.
Las señales muestreadas en 4:2:2 y con un flujo binario
de 270 Mbits/s se manejan únicamente en los estudios de TV digital, con calidades máximas de imagen y sonido.
En los sistemas de transmisión hacia el usuario y en los
equipos domésticos se utilizan señales comprimidas, que reducen sensiblemente el volumen de datos a costa de una pequeña pérdida en la calidad de las imágenes.
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2. ESTANDAR IEEE 1394 - FIREWIRE
Estándar único para la transferencia de vídeo y audio
digital en los sistemas domésticos, conocido popularmente como iLink, DVlink o Firewire, según el fabricante
Puerto de transmisión en serie, pensado para transferir
señales digitales entre equipos.
Soporta flujos de transmisión síncronos o asíncronos
de hasta 400 Mbps.
La distancia máxima entre dos equipos = 4.5 m.
La estructura de conexión prevista tiene tipología de
árbol, pudiendo contener hasta 63 dispositivos
conectados (16 elementos por rama) con una longitud máxima de 72 m.
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2. ESTANDAR IEEE 1394 - FIREWIRE
Campo de aplicación del conector Firewire:
cámaras y los sistemas de grabación digitales
equipos de captura y edición basados en sistemas
informáticos,
Mantiene un nivel de calidad medio-alto, con costes por
equipo bastante asequibles.
Todas las cámaras digitales actuales domésticas
incorporan este puerto, independientemente del sistema de grabación que utilicen (Digital 8, DV, DVD)
A través de este conector podremos volcar las
secuencias grabadas hacia un ordenador, y editarlas con los múltiples programas que existen en el mercado.
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2. ESTANDAR IEEE 1394 - FIREWIRE
Existen versiones de este puerto con 4 patillas (las más
frecuentes en las cámaras de formato mini DV) y 6 patillas, de utilización en equipos de mayor tamaño.
Los conectores hembra se encuentran siempre en los
equipos, mientras que los machos se montan en el cable que los une.
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2. MODULACIONES PARA TV
DIGITAL
Las señales de TV digital deben modularse antes de ser
emitidas
El tipo de modulación empleado depende de factores
como la naturaleza del medio o el grado de complejidad
técnica conseguido en el momento de desarrollar la norma.
Modulaciones empleadas en la transmisión de TV
digital:
QAM (Quadrature Amplitude Modulation). QPSK (Quadrature Phase Shift Key).
COFDM (Coded Orthogonal Frecuency División
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3. QAM (QUADRATURE AMPLITUDE
MODULATION)
Técnica de modulación digital avanzada que transporta
datos, mediante la modulación de la señal portadora de información tanto en amplitud (ASK) como en fase (PSK).
QAM modula dos señales portadoras que tienen la
misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º.
La señal QAM es el resultado de sumar ambas señales
ASK. Pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras están en cuadratura.
Ecuación matemática señal modulada en QAM:
An cos(wt) + Bn sen(wt)
Modulación utilizada en las señales diferencia de color:
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3. QAM (QUADRATURE AMPLITUDE
MODULATION)
El equipo receptor sólo necesita invertir el proceso
para producir una salida digital que puede procesarse para producir luego imágenes u otra información útil.
Al establecer varios niveles de amplitud posibles para
cada una de las dos portadoras, aumentará el número de bits por segundo que puede transmitirse en un ancho de banda dado.
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3. QAM (QUADRATURE AMPLITUDE
MODULATION)
Se utiliza en aplicaciones tales como:
Módems telefónicos para velocidades sup. a 2400bps. Transmisión de señales de televisión, microondas,
satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).
Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que
consigue velocidades de transmisión muy elevadas
combinando la modulación con la codificación de canal.
Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a
frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.
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3. QPSK (QUADRATURE PHASE
SHIFT KEY)
Tipo de modulación de fase
Utiliza también dos portadoras en cuadratura, pero
codifica únicamente un bit en el eje horizontal y otro en el vertical.
Diagrama de constelación QPSK con cuatro puntos, correspondientes a las
cuatro fases posibles que puede adoptar la señal portadora.
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3. QPSK vs QAM
Cuando el medio de propagación es hostil (elevado
índice de perturbaciones radioeléctricas, escasa potencia de la señal transmitida) Æ La modulación QPSK es la más
idónea para garantizar la comunicación.
Cuando el medio de transmisión es libre de errores (por
ejemplo transmisión por cable) Æ La modulación QAM es
la más adecuada, ya que su menor protección sobre los datos no supondrá un problema, y aprovecharemos su máxima capacidad para transferir más bits por símbolo.
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3. COFDM (CODED ORTHOGONAL
FREQUENCY DIVISION
MULTIPLEX)
Se trata de un método de gestión del modo de
transmisión, que opera con las señales ya moduladas.
Técnica compleja de modulación de banda ancha
utilizada para transmitir información digital a través de un canal de comunicaciones.
Combina potentes métodos de codificación más el
entrelazado para la corrección de errores en el receptor.
Apropiado para las necesidades de los canales de
difusión terrestre, utilizado en los sistemas de televisión digital terrestre.
En redes inalámbricas y en los enlaces tipo ADSL se
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3. COFDM (CODED ORTHOGONAL
FREQUENCY DIVISION
MULTIPLEX)
COFDM utiliza un elevado número de portadoras (miles)
distribuidas a lo largo del canal, que modulan señales digitales en cuadratura (en fase y amplitud) utilizando QAM o QPSK.
La información digital se va asignando secuencialmente
a cada una de estas portadoras, por lo que se produce una transmisión multiplexada en frecuencia.
Esta característica permite que transcurra un tiempo
bastante largo entre la transmisión de dos bits por parte de una misma portadora, generándose así un periodo de transmisión (llamado periodo de símbolo) muy grande.
Canales con velocidades bajas de flujo binario (tasa de símbolos muy baja) de alta eficiencia espectral de forma que no se interfieren entre sí.
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3. VENTAJAS DE LA
MODULACIÓN COFDM
Diseñada específicamente para combatir los efectos
multitrayecto (por ejemplo en entornos urbanos, mercado potencial de la TDT), con alta dispersión de retardos
entre las señales recibidas.
Notable inmunidad ante interferencias de canales
adyacentes: Permite la utilización del espectro sin
necesidad de mantener canales vacíos, como se hace en transmisiones analógicas para evitar intermodulaciones.
Posibilita la utilización de sistemas de codificación y
compresión de imágenes, permitiendo enviar en el
espectro de un canal analógico (8 MHz) tres o cuatro
programas de calidad similar, además de ofrecer servicios adicionales (pago por visión, acceso a Internet, etcétera).
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3. COFDM (CODED ORTHOGONAL
FREQUENCY DIVISION
MULTIPLEX)
En España se ha adoptado el sistema COFDM 8K para
difundir la Televisión Digital Terrestre (TDT),
- Utiliza unas 6800 portadoras repartidas en los 8 MHz del canal estándar
- Estan separadas 1117 Hz entre sí puesto que las portadoras no producen armónicos en esta frecuencia cuando se transmiten datos con una velocidad binaria de 19 906 Mbps.
- Sin embargo, al repartirse los datos, cada una de las portadoras tendrá que transmitir únicamente 3,14 Kbps.
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4. SISTEMA DVB (DIGITAL VIDEO
BROADCASTING)
Sistema de transmisión de televisión digital implantado en Europa. Ofrece un amplio abanico de prestaciones:
Posibilidad de transmitir un gran nº de programas de
televisión a través de un único canal con BW estándar.
Capacidad de transmisión de programas de radio, así
como información digital vía radio.
Elección flexible de la calidad del vídeo y audio tx. Contempla la transmisión de la HDTV.
Sistemas de codificación de alta seguridad para los
programas de acceso restringido y pago por visión.
Mejora la calidad de imagen respecto TX analógicas Æ
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4. SISTEMA DVB (DIGITAL VIDEO
BROADCASTING)
Dentro de este proyecto, se pueden diferenciar varios sistemas, con funciones y características diferentes:
DVB-S
DVB-C
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4. SISTEMA DVB-S
Diseñado para transmitir por satélite canales de 36
MHz de ancho de banda, con modulación digital de
cuadratura de fase (QPSK) y un amplio número de códigos de corrección de errores y sistemas de entrelazado de los paquetes de información, para compensar las
perturbaciones que sufre la señal durante la transmisión.
Versión más común utiliza un flujo datos de 39 Mbps. Pensado para contener programas de pago, presenta un
núcleo con los programas del paquete básico, a los que se le añaden diferentes capas de información de otros
programas, cuya recepción puede ser habilitada a través de códigos transmitidos en los campos de datos
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4. SISTEMAS DVB-C Y DVB-T
DVB-C. Su campo de aplicación es la televisión por
cable, por lo que sustituye el sistema de modulación por el QAM. Así mismo, presenta un nivel de protección de los datos menor, como consecuencia de las menores pérdidas del sistema de transmisión por cable. Como el anterior, puede contener programas de pago y a la carta, siendo su bitrate similar a la versión por satélite.
DVB-T. Es la variante para transmisiones terrestres.
Utiliza, como la versión de satélite, códigos de
redundancia cíclica y entrelazados para minimizar los
errores de transmisión. Puede utilizar tanto los sistemas de modulación QPSK y QAM, combinados con el COFDM.
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4. EJEMPLOS IMPLANTACIÓN
TECNOLOGIA DVB
Alemania Æ Implantación de un sistema de TV digital
que proporciona información y entretenimiento a los viajeros de las líneas urbanas de autobuses. El sistema DVB hace posible la visualización de señales de televisión en equipos móviles
España Æ La plataforma de televisión Digital +
transmite bajo el estándar DVB-S.
España Æ Teleoperadores nacionales utilizan ya el
sistema DVB-T en las transmisiones de televisión digital terrestre.
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5. CARACTERÍSTICAS
TECNOLOGIA DVB
El sistema DVB incorpora prestaciones añadidas a las
de imagen, sonido y datos como el teletexto.
Prevee sistemas de encriptamiento de la señal
(Multicript, Simulcrip) avanzados con las últimas
innovaciones contra actos de piratería, y métodos de
configuración automática de los receptores, con señales de control enviados desde la emisora.
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6. TELEVISIÓN INTERACTIVA
En 1997 el Proyecto DVB extendió su alcance hacia la
televisión interactiva, a través de la Plataforma Multimedia del Hogar (DVB-MHP).
Ofrece servicios de acceso a Internet, televotación,
telecompra, juegos interactivos
La interactividad necesita la red telefónica para el
enlace usuario-emisora
En 2002 se normalizó el canal de retorno, por lo que
los receptores de televisión digital terrestre se encargan de enviar, vía radio, los datos desde el terminal del
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6. TELEVISIÓN INTERACTIVA
Funciona de modo similar a la red de telefonía móvil. Utiliza una red celular para que los receptores de
usuario puedan transferir los datos hacia la emisora, con un nivel muy bajo de potencia.
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6. TELEVISIÓN INTERACTIVA
El sistema de comunicación consta de dos canales, uno
descendente, que transmitirá los servicios de televisión y datos desde la emisora, y otro ascendente, por el cual el espectador podrá enviar la información que desee, desde una simple votación hasta solicitar una página de Internet.
El canal de retorno utiliza un ancho de banda de 1 MHz y modulación COFDM, igual que el canal principal.
Sus portadoras separadas 1, 2 o 4 kHz, según el tamaño de la célula de
transmisión, para garantizar una transmisión libre de errores. La potencia máxima del canal de
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7. CONCLUSIONES DVB-TDT
Aunque está desarrollada toda la normativa y el
equipamiento necesario para la codificación y transmisión de señales de TV en formato digital, sus aplicaciones son todavía limitadas
Las nuevas ofertas de TV se están implantando poco a
poco .
Actualmente nos encontramos en una situación de
sustitución de todos los receptores analógicos por
sistemas digitales a corto plazo (apagón analógico 2010)
La forma más habitual de recibir la televisión digital es
a través de sintonizadores externos, que se conectan a los televisores convencionales con los que coexisten.
