Ingeniería de Televisión

• Conceptos de televisión avanzada
  (ATV)
• Esfuerzos hacia un solo
  estándar
• La solución
  digital
• Formato de conversión de
  imagen
• La Gran Alianza
• El estándar ATSC
  1. Codificación y
     compresión de video y audio
  2. Canal de Datos
     Complementarios
  3. Multiplexación y Transporte
     del Programa
  4. Transmisión
     RF
  5. Receptor
• Conclusión
• Bibliografía

CONCEPTOS DE TELEVISION AVANZADA (ATV)

El sistema de
televisión convencional, conocido como el
análogo NTSC, pronto será reemplazado por el
sistema avanzado digital basado en el estándar
ATSC.

Porque la industria se
cambia a ATV

Aunque los programas de TV
son transmitidos en el formato compuesto NTSC, muchos programas
son creados en un formato análogo y convertido al
dominio
digital utilizando equipo serial 4:2:2 trabajando a 525
líneas. Las imágenes
lucen muy bien en estudios de producción y los procesos de
post producción se simplifican considerablemente. Sin
embargo la codificación y el consecuente proceso de
transmisión degradan la calidad de
imagen que
llega a los hogares.

El sistema NTSC fue desarrollado como un sistema de
transmisión y fue seguidamente introducido a estudios de
televisión para la producción de
programas. El NTSC análogo y las señales de audio asociadas tienen
notables deficiencias. En los estudios la regulación de
croma se hace difícil por lo reducido del ancho de banda
de la señal de crominancia y los efectos de
superposición de la señal subportadora son
visibles. La recepción en los hogares está
afectada por fantasmas,
interferencia y ruido.

Desde un principio, el mundo de la producción
de TV ha tenido que lidiar con las necesidades de los
consumidores, requerimientos de calidad y presupuestos. Al diseñar un nuevo
sistema, muchos formatos de scanning fueron considerados. Estos
formatos se enfocan en tener flexibilidad y proveer integración en el mercado
actual. Los diferentes formatos y estándares
emergerán de diferentes segmentos del mercado y
aplicaciones de video.
Ningún sistema será óptimo para todas las
aplicaciones.

Con más programas de TV produciéndose en
el dominio digital, existe un deseo de transmitir estos
programas directamente al hogar del televidente con su calidad
original. Debido a que estas imágenes requieren altos
rangos de bits (270Mbps), se usan varios grados de
compresión para producir diferente calidad de
imagen.

La producción digital y la transmisión
de televisión tendrá impacto en :

• El funcionamiento del audio y video. Los sistemas
  digitales producen mejor calidad de imágenes y una
  relación de aspecto de 16:9; ello permite que el
  usuario escoja la calidad de imagen y calidad de sistema de
  sonido como
  el CD. Este
  rendimiento es resultado de la generalización de la
  producción de la imagen digital y mejor distribución de la señal del
  sistema.
• La introducción de nuevos servicios
  de data auxiliar incluidos en cada cadena datos para
  transmisión.
• Los costos
  operacionales provenientes de la mejora en la estabilidad y
  confiabilidad en los sistemas
  digitales. Un ahorro de
  costos adicional es posible utilizando control
  automático de monitoreo.
• Los costos de la distribución de programas
  porque el negocio actual de los satélites, cable, y distribución
  de programas se extenderán a un ampliomercado. La
  adición de un canal auxiliar de data
  contribuirá a hacer más atractiva la
  transmisión digital para nuevas aplicaciones en el
  hogar y los negocios.
• Costos del equipo, porque la
  televisión digital se convierte en un mercado
  común para la televisión, las computadoras y productos
  de telecomunicación. Muchas aplicaciones multimedia
  extenderán el mercado de
  producción.
• El uso del espectro de radiofrecuencia porque los
  transmisores digitales requieren de menos potencia
  para una covertura igual, lo que resulta en una
  reducción de la interferencia.

Una comparación entre el presente
estándar NTSC y el futuro digital ATSC se muestran en la
tabla.

La transmisión de tecnología digital
también provee nuevas oportunidades de negocios a los
radiodifusores gracias a la adición de capacidades
interactivas en el receptor. La interactividad puede usarse para
propósitos educativos, servicios electrónicos,
propaganda,
banca, juegos, etc.
El canal de retorno puede ser de varias formas, como una red de cable, canal de
fibra, línea de teléfono, enlaces terrestres y
satélite.

Esfuerzos hacia un solo
estándar

Los esfuerzos para lograr un estándar mundial
empezaron en 1982. El Comité Consultatif Internacional en
Radiodifusión (CCIR) decidió que un estándar
de producción se debía proponer en primera
instancia, y que los estándares de transmisión
deberían ser estudiados posteriormente. Los factores
conflictivos que deben ser considerados

• El fuerte interés
  de la comunidad
  europea en la frecuencia de campo de 50Hz, mientras que los
  paises con NTSC insisten en una frecuencia de campo de menos de
  59.94Hz.
• Investigaciones y desarrollo
  sobre transmisión y estándares de
  producción alternativos.
• Opiniones de que los estándares de
  producción y transmisión deben ser
  coherentes.

Para complicar este proceso de estandarización
mundial, dos diferentes especificaciones de producción de
programas HDTV fueron documentados en un reporte del
CCIR.

• El estándar 1125/60 apoyado por Estados Unidos,
  Canada y
  Japón.
• El estándar 1250/50 establecido por los paises
  europeos.

En ausencia de un estándar común, se han
hecho esfuerzos para lograr parámetros comunes como se
menciona:

• Una frecuencia común de muestreo de
  luminancia a 13.5 Mhz y un número idéntico de 720
  muestras por línea activa. Este enfoque fue extendido
  para cubrir las señales HDTV al duplicar la
  resolución espacial y adaptarla al la relación de
  aspecto 16:9. Esto resulta en 1920 muestras por línea
  activa. Ejemplos de los parámetros de escaneo CDR. Una
  desventaja del CDR trata sobre la necesidad de
  interpolación en sistemas de conversión de dos y
  tres dimensiones.
• Un Formato de imagen común (CIF) que
  especifica las características espaciales de sistemas de
  imagen actual. Los elementos comunes incluyen la
  relación de aspecto de imagen, el número de
  muestras activas por línea, y el número de
  líneas activas. Sin embargo, el número total de
  líneas y la relación de muestreo pueden variar.
  El concepto de la
  CIF. Los formatos de mosaico de TV desde diferentes dimensiones
  de escaneo de imagen se hacen de un común CIF y de
  diferentes intervalos inactivos horizontales y blanking
  vertical. Como un ejemplo, este CIF puede repetirse a una
  relación de 30 campos por segundo en el estándar
  de 525 y 25 campos por segundo en el estándar de 625.
  Este enfoque se usa comúnmente en compresión de
  imágenes y procesamiento de computadores. Una desventaja
  de CIF es la conversión temporal entre dos sistemas de
  formato progresivo. Sin embargo, el almacenamiento de de imágenes de CIF
  videograbadoras digitales implica diferentes relaciones de data
  y formatos de grabación.

Otro aspecto importante es la selección de un estándar de
colorimetría. La colorimetría significa la
combinación de los tres colores
primarios, características de transferencia y
componentes de la matriz. No
se ha logrado un acuerdo en la colorimetría,
características de transferencia optoelectrónica
en la cámara y las características de
transferencia electroopticas en la pantalla. Algunos
estándares de colorimetría son posibles. Esta
información de colorimetría
incluida en la transmisión de datos en MPEG-2
ayudan al receptor a crear una buena reproducción de la imagen
original.

La solución
digital

Un nuevo servicio
basado en tecnología digital crea nuevas oportunidades
para productos y servicios que puedan proveer industrias como
las computadoras y las telecomunicaciones. Durante el periodo de la
discusión y experimentación de la ATV (1987-1994),
muchos asuntos sobre el desarrollo de un nuevo sistema de
transmisión ATV fueron identificados. Debido a que estos
asuntos tienen un impacto considerable en su diseño
y costo, y
consecuentemente en su éxito,
para la ACATS ciertos criterios básicos para lograr las
necesidades de los consumidores y facilitar la
implementación de un nuevo sistema DTV.

Interoperabilidad

El propósito de la interoperabilidad es lograr la
coexistencia de varias nuevas aplicaciones como DTV,
computadoras, multimedia; facilitar el intercambio directo de
materiales
comprimidos entre todos los componentes si el mismo sistema de
compresión de audio y video se utiliza; expandir el
mercado y animar a la industria electrónica para adoptar la
tecnología DTV; desarrollar una plataforma común
para ser usada por DTV y otras aplicaciones multimedia; resolver
consideraciones conflictivas relacionadas a varios intereses (TV
por cable y electrónica de consumo,
así como la computación, compañías
telefónicas y la infraestructura nacional de
información).

Tres principios
importantes enfocados en lograr algún grado de
interoperabilidad se han considerado:

• La arquitectura
  del sistema ATSC se basa en capas, compatibles con el sistema
  abierto de interconexión (OSI) usado en
  muchos estándares de data network
• Cada capa de ATSC es compatible con otras
  aplicaciones en correspondientes capas. Esto facilita el
  intercambio de material de programas a través de varias
  capas de la arquitectura ATV. Por ejemplo un VCR puede ser
  diseñado para tener puertos de entrada/salida
  compatibles con el MPEG-2 para hacer posible un doblaje directo
  al nivel de compresión de la transmisión de
  bits.
• Implementar flexibilidad operativa en el sistema ATSC
  usando un header

Todos los posibles formatos de imagen fueron estudiados
con el propósito de lograr interoperabilidad. Varios
formatos fueron adoptados para resolver las diferencias entre los
formatos numerosos de píxel y escaneo , como los
utilizados en la filmación, televisión y
estándares de computación.

Flexibilidad

El asunto importante en designar el sistema futuro ATSC
es a través de la implementación de flexibilidad y
expandibilidad , no es necesario desarrollar todos los formatos
ATSC simultáneamente. Una conversión gradual a DTV
puede lograrse a costos razonables.

El sistema DTV es lo suficiente flexible para operar
sobre cables, fibra
óptica, transmisores, y satélites cpn varios
programas (deportes,
noticias,
películas, materiales de post
producción).

• Usando header/descriptor en cada paquete de datos en
  vez de un formato específico de data para cada
  transmisión de programa
• Usando el formato MPEG-2 de transporte
  que permite la entrega de una variedad de sonido y servicios de
  data.
• Definir el código y el formato de transmisión
  independientemente de la fuente del programa y el formato del
  receptor.

Compresión

La contención a 6mhz del ancho de banda de la
transmisión terrestre de TV no ofrece más que la
alternativa de compresión de data para transmitir todos
los formatos ATSC. Como un ejemplo, el formato 1920×108@30I
requiere un rango de compresión de 50 para que quepa en un
transporte de canal.

Los requerimientos del esquema de compresión
dependen de la naturaleza de
las figuras producidas por la TV. Los programas típicos
como de deportes pueden usar formatos progresivos de scan para
una fidelidad de movimiento
superior, en comparación con la versión
entrelazada.

Mejoras en los algoritmos de
compresión pueden brindar una calidad en las
imágenes y al mismo tiempo ser
compatible con los decodificadores instalados ATSC.

Relación de aspecto de imagen y relación
de aspecto de píxel

El relación de aspecto de imagen (IAR) se
define como la razón de la dimensión de la imagen
horizontal (expresado en milímetros o pulgadas) a la
dimensión de la imagen vertical (expresado en
milímetros o pulgadas). Esta razón toma el
valor de 4:3
o 16:9 para televisión y 2:4:1 para aplicaciones de
filmación. La razón de aspecto 16:9 fue
establecida por el grupo de
trabajo en
producción de alta definición SMPTE en 1985.
Cualquier material de programa o película puede ser
adecuado al formato 16:9 tanto para producción y
post-producción, distribución o
despliegue.

La relación de aspecto del píxel (PAR)
se define como la relación de aspecto del espaciado del
píxel horizontal al espaciado del píxel vertical.
No se refiere a la forma actual del píxel. Esta
relación de píxel la determina el IAR y el
número horizontal de pixeles (Hp) y las líneas
verticales (VL) en la imagen reproducida. La relación
entre el PAR y el IAR está dada por:

PAR=IAR x VL/Hp

Si la relación IAR y Hp/VL son
idénticas, (o si el PAR = 1), la imagen tienen pixeles
cuadrados. Como un ejemplo, el formato estándar de
imagen VGA/SVGA tiene 640 x 480 pixeles para una
dimensión 4:3. Entonces, PAR = 4/3 x 480/640 = 1. Esto
confirma

Que los pixeles cuadrados se usan para generar y
desplegar imágenes en computadoras.

En aplicaciones de video, el número de pixeles
horizontales se determina por muestreo de frecuencia , que se
deriva de un múltiplo del escaneo horizontal o
frecuencia de la subportadora. Esto produce un píxel no
cuadrado de señales digitadas NTSC y CCIR-601. Una buena
práctica operacional sería crear un material
original en IAR y PAR en que se puede desplegar. Algunas
imágenes y PAR se muestran en la figura 11.3.

Conversión de formato de video

La conversión de formato de campos entrelazados
a campos progresivos se logra calculando las líneas
perdidas en el campo entrelazado. Cuando no hay movimiento
entre dos campos, el mosaico progresivo puede obtenerse
combinando líneas de ambos campos. Sin embargo, cuando
hay movimiento, esta combinación resulta en en un
movimiento vertical de los ejes en los detalles de la imagen.
Debido a la sobre imposición de los dos campos. Entonces
es preferible calcular las líneas faltantes del campo
entrelazado. Algunas técnicas
de procesamiento entre campos se pueden usar y se pueden
optimizar para imágenes estacionarias y en movimiento.
Algunas técnicas requieren memorias de
campo, mientras que otras memorias de líneas.

Un simple progresivo (30P) a escaneo entrelazado (30I)
conversión se realiza separando lineas pares e impares
del mosaico progresivo. Las líneas impares constituyen
el campo 1 y las líneas pares constituyen el campo 2. En
el caso de un escaneo progresivo, a 60 Hz, las líneas
impares de mosaicos impares constituyen el campo 1 y las
líneas pares de mosaicos pares constituyen el campo
2.

Formato de conversión
de imagen

Las conversiones de formato de imagen pueden darse en
la planta de producción y en el receptor ATSC. El
material del programa que se origina en formato 4:3 se
convierte a 16:9 para la distribución de programas.
Igualmente, los programas que se originen en el formato 16:9
serán convertidos a 4:3 para la transmisión
simulcast NTSC durante el período de desfase. El
receptor ATSC debe convertir varias imágenes y formatos
de escaneo a formatos de origen.

Los dos formatos de escaneo HDTV, 1920 x 1080 y 1280 x
720 se relacionan a una razón de 3:2 y un simple factor
de interpolación se usa para convertir uno en otro. Una
relación de 2:1 existe entre píxel y las
especificaciones de línea de 1280 x 720 y el formato de
escaneo VGA 640 x 480, siendo el primero de 16:9 y el segundo
de 4:3.

El formato de escaneo 1920 x 1080 puede realizarse
duplicando la resolución espacial de CCIR-601 y
adaptándola a la relación 16:9, lo que lleva a
1920 muestras por linea horizontal. Debido a que el formato
CCIR-601 no tiene pixeles cuadrados (4/3 x480/720 =0.88), el
número de líneas se calcula como sigue: 480 x
2/0.88 = 1080 líneas.

Otro formato de video posible que se utiliza en la
generación de imágenes en las computadoras es el
formato 1440 x 1080 (4:3). Ambos tienen pixeles cuadrados, pero
la diferencia está en la relación de barrido. El
formato 1440 x 1080 es parte del estándar MPEG-2 y puede
se UPCONVERT a 1920 x 1080. La DOWNCONVERSION a 720 x 480 se
efectúa dividiendo los pixeles horizontales por 2 y
haciendo lo mismo con líneas verticales como sigue:
(1080/2) x 4/3 x 480/720 = 480.

Los programas digitales HDTV basados en el estandar
SMPTE 260M tienen un formato activo de imagen de 1920 x 1035
pixeles. Un interpolador puede usarse para convertir este
formato al formato ATSC 1920 x 1080.

Conversión de relación de
imágen

La conversión de relación de aspecto de
4:3 a 16:9 se realiza con dos métodos
que resultan en dos diferentes imágenes desplegadas. El
primer método
vertical crop de la imagen original. La imagen original en 4:3
se ensancha por un factor de 1.33 (16:9/4:3) en las direcciones
horizontal y vertical. El mosaico de 16:9 se logra extrayendo
362 líneas (483 x ¾) de la imagen original 4:3 y
desplegándolas en el barrido de 16:9 como 483
líneas. Una conversión electrónica realiza
la expansión de 362 líneas a 483 líneas
usando el proceso de interpolación vertical. Esto
resulta en una pérdida de resolución vertical de
imagen de aproximadamente 25%.

La interpolación vertical se puede efectuar
procesando cada campo de la señal entrelazada, pero
degradaciones en los contornos diagonales reducen la calidad de
la señal interpolada. Esta interpolación vertical
entre campos es fácil de implementar. Una más
precisa y más compleja interpolación vertical
comprende varios pasos, como la conversión de escaneo
entrelazado a progresivo, una interpolación vertical en
cada mosaico y un sub muestreo de la señal interpolada
progresivamente para guardar la estructura
entrelazada.

El segundo método de conversión es
insertar la imagen original 4:3 dentro del barrido de 16:9.
Esto resulta en dos laterales negros. Los 720 pixeles
horizontales de una imagen 4:3 se deciman para que quepan en
los 540 pixeles del barrido de 16:9. Este método no
requiere una memoria de
mosaico y es fácil de implementar, aunque investigaciones
sobre preferencias de opinión indican poco
interés en este método.

Dos soluciones
se pueden usar para resolver el aspecto de conversión.En
la primera solución, la imagen original 16:9 se corta en
ambos lados para extraer la ventana principal que cabe en el
barrido 4:3. Una interpolación de píxel
horizontal se efectúa para expandir de 540 a 720
pixeles. Dos memorias de línea se necesitan para
ejecutar esta conversión. Sin embargo, esta
solución de la ventana principal puede no ser lo
suficiente ancha para reproducir dos áreas interesantes
localizadas a ambos lados de la imagen original en 16:9. Una
mejora se puede implementar que permite posicionar la ventana
en la imagen ancha. Esta información puede ser brindada
campo por campo, en la transmisión de data de video
codificada para ser usada por el receptor de
televisión.

La segunda solución es la "caja de letras",
porque la imagen original de 16:9 se comprime verticalmente a
362 líneas y resulta en dos barras negras en la parte
superior e inferior del barrido 4:3, como se muestra en la
figura 11.5b. Un proceso de decimación vertical
combinado con memoria de mosaico se usa para realizar la
conversión.

Apertura de producción y apertura
limpia

El área activa de la imagen se define por el
número de píxeles activos en
la dirección horizontal (o en una
línea) y el número de líneas activas en la
dirección vertical. Esta área activa se llama
apertura de producción porque es el formato actual
considerado para uso en el origen de señal y la
post-producción.

El estándar SMPTE 274M, un escaneo e interface
1920 x 1080 para rangos múltiples de imagen, menciona
que

El procesamiento digital impropio de los lados, ambos
horizontales y verticales puede introducir transitorios cerca
de los mismos. Estos efectos se pueden minimizar y evitar al
usar técnicas apropiadas, como repetición y
mirroring de los píxeles en los lados de apertura antes
del filtrado digital. Los siguientes factores contribuyen a los
transitorios análogos:

• Limitación de ancho de banda de
  señales análogas
• Implementación de filtros
  análogos
• Clipping de la amplitud de señales
  análogas debido al rango dinámico finito
  impuesto en
  el proceso de cuantización.
• Uso del blanking digital en conversión
  análoga-digital-análoga; y
• Tolerancia en especificaciones de blanking
  análogo.

Por esto, reconocer los efectos de los
transitorios

Consideraciones del sistema de audio

Los consumidores están acostumbrados a la
calidad de sistemas de reproducción de calidad como el
CD. Los soundtracks de las películas se disfrutan en los
hogares a través de la industria de alta fidelidad
denominada teatro en casa.
Un significativo mercado se beneficiaría de un nuevo
sistema DTV que pueda incorporar una capacidad de canales de
audio múltiple. Sin embargo, este sistema multicanal
debe ser flexible para proveer configuraciones básicas
monofónicas y estereo para acomodar la gran variedad de
necesidades del consumidor.

Luego de una comparación de varios sistemas, el
sistema surround Dolby AC-3 que fue previamente establecido por
la industria del cine. Seis
canales discretos se utilizan para transportar la música
en frente con 3 bocinas, dialog en el centro canal frontal y
efectos especiales (SE) a la izquierda y derecha canales
surround. Una opcional mejora es (LFE) canal limitado en ancho
de banda provee señales de baja frecuencia y alto nivel
para prevenir la sobrecarga de los convertidores D/A y de las
bocinas principales.

Compatibilidad con programas
cinematográficos

La importancia de los programas de origen
cinematográfico no puede ser ignorada en aplicaciones de
televisión. Estos materiales tienen resolución
temporal de 24 campos por segundo. Para acomodar los sistemas
de televisión convencionales que tengan 30 campos por
segundo, un proceso de upconversion, llamado 3.2 pull down , se
usa para convertir el rango a un rango CTV como se describe en
la figura 11.8. Todos los mosaicos de la película se
repiten cinco veces, entonces cada mosaico alternado se remueve
del mosaico de transmisión. El resultado es que los
mosaicos impares se repiten tres veces y los mosaicos pares se
repiten dos veces.

La Gran
Alianza

Historia

En Estados Unidos, la modalidad digital se utiliza desde
finales de 1998. El cambio del
sistema NTSC al digital ha seguido un proceso lento y a menudo
muy controvertido.

Funcionarios de la Comisión Federal de Comunicaciones
(FCC), cadenas emisoras de televisión, fabricantes y
académicos trataban de crear un estándar digital
que no dejara inmediatamente anticuados los televisores
existentes.

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.

La FCC creó en 1987 una comisión asesora
sobre servicios de televisión avanzada, la ACATS, que
debía asesorar a la FCC sobre el servicio de
televisión avanzada en Estados Unidos, incluida la
preparación de un estándar
técnico.

En 1988 la ACATS pidió a las industrias,
universidades y laboratorios que propusieran normas para la
televisión avanzada.

En marzo de 1990 la FCC dio un paso fundamental.
Decidió que el servicio de televisión avanzada se
daría en régimen de difusión
simultánea (simulcast) con el servicio convencional, y no
en régimen de compatibilidad de receptores (este
último fue el enfoque que se siguió al introducir
la televisión en color, en que la
señal debería poderse ver tanto en televisores en
color como en blanco y negro). En el régimen de
compatibilidad de receptores, la señal de
televisión de alta definición (HDTV) podría
captarse y visualizarse en los receptores actuales
convencionales. Pero la señal de HDTV requiere mucha
más información que una señal de color, por
lo que el receptor exigiría un canal suplementario para
introducir la información adicional (otro canal de 6 MHz).
Esto plantea varios problemas:

• Al transmitirse la señal HDTV por un canal
  NTSC tendremos un sistema poco eficaz, poco moderno y poco
  rentable.
• Hay que asignar un canal nuevo por cada canal NTSC
  existente.

Por estos motivos, es por lo que se optó por el
enfoque simulcast. La señal HDTV se transmite por un canal
propio de 6 MHz independientemente de la señal NTSC (en
lugar de emplear compatibilidad de receptores, en el que la
señal HDTV se obtiene de la señal NTSC y de la
información que va en el canal suplementario). Así
podría equiparse un sistema de transmisión moderno
para la señal HDTV completa.

No obstante persiste el inconveniente de que los
televisores actuales no pueden recibir una señal HDTV.
Para evitar que estos televisores se quedaran de repente
inservibles, la FCC asignó un nuevo canal por servicio a
cada una de las 1500 estaciones de Estados Unidos que lo
solicitasen. Durante un periodo de transición, la FCC
exigiría que el mismo programa fuera transmitido
simultáneamente (o con muy poco retraso) tanto por HDTV,
como por NTSC (más tarde se suprimiría este
requisito). Cuando una gran parte del país ya utilizase la
nueva televisión, se suprimiría el servicio NTSC, y
la porción de espectro que ocupaba se utilizaría
para nuevos canales HDTV u otros servicios.

Esta decisión tuvo una repercusión
decisiva en el desarrollo de una norma para la HDTV.

Poco después comenzaron a recibirse propuestas
para sistemas HDTV, y la ACATS y la FCC decidieron someter a
evaluación cinco propuestas
técnicas: una analógica y cuatro digitales. Estas
propuestas técnicas se analizaron en el Centro de Pruebas de
Televisión Avanzada de Alexandria, mientras que la calidad
de la imagen se evaluaba en el Laboratorio de
Evaluación de Televisión Avanzada de
Ottawa.

En febrero de 1993, tras revisar los resultados la ACATS
llegó a la conclusión de que los cuatro sistemas
digitales superaban en prestaciones
al analógico. A su vez, cada uno de los cuatro
sobresalía en distintos aspectos. Así que la ACATS
animó a los promotores a que organizaran en un solo
sistema los elementos mejores de los cuatro y lo sometieran a
evaluación.

En mayo de 1993 se constituyó la Gran Alianza, un
consorcio integrado por AT&T, Zenith, el centro de investigación de David Sarnoff, General
Instrument Corporation, el Instituto Tecnológico de
Massachussets (MIT), Philips Electronics North America y la
francesa Thomson Consumer Electronics.

Entre 1993 y 1994 la Gran Alianza introdujo mejoras en
los mejores elementos técnicos de los cuatro sistemas y
creó un prototipo. En base a ese prototipo de HDTV, la
comisión de Sistemas de Televisión Avanzada (ATSC –
consorcio de industrias) creó un estándar
técnico.

Para poder
transportar en un canal de 6 MHz (aproximadamente 20 Mbps) toda
la información de una imagen de alta definición es
necesario comprimir los datos (si no se comprimiera
necesitaría del orden de Gbps). La propuesta de la Gran
Alianza se basó en el sistema MPEG2.

La clave de la compresión según el sistema
MPEG consiste en no enviar las imágenes completas (como en
NTSC), sino sólo los cambios entre dichas imágenes.
El resultado es que se necesitan muchos menos datos para
actualizar una imagen. Los datos comprimidos de video, audio y
otros se multiplexan formando una sola sucesión de bits.
Esta sucesión de bits modula una señal que se
transmite por radiodifusión terrestre.

En recepción la señal se capta por una
antena y se envía a un receptor, que demodulará la
señal para obtener la sucesión de bits original.
Estos bits se demultiplexan y se recuperan los datos comprimidos
para pasar a descomprimirlos a continuación.

En noviembre de 1995 la ACATS recomendó a la FCC
el estándar elaborado por la Comisión de Sistemas
de Televisión Avanzada, y ésta lo aceptó en
1996 salvo por un detalle. Suavizó la restricción
de la norma en la que se limita a 18 los formatos de
resolución de video autorizados.

A principios de 1997 la FCC añadió otras
disposiciones en apoyo del nuevo estándar técnico,
como por ejemplo la asignación de canales.

El sistema de televisión digital basado en dicho
estándar es muy flexible, y permite por ejemplo que un
canal de 6MHz pueda ofrecer imágenes de alta
resolución y sonido perimétrico multicanal, o bien
transmitir varios programas de televisión de calidad
comparable a la de los programas actuales. Esta flexibilidad ha
hecho sustituir el acrónimo de Televisión de Alta
Definición (HDTV) por el de Televisión Digital
(DTV).

Además el estándar está abierto
para que se le puedan incorporar futuras mejoras
técnicas.

El
Estándar ATSC

El estándar ATSC es un estándar de
transmisión terrestre que define el contenido de la
secuencia de bits, su transporte y transmisión digital en
un ancho de banda RF de 6 MHz. El sistema ATSC usa
múltiples formatos de transmisión,
compresión de audio y video digital, empaquetamiento de
datos y nuevas técnicas de modulación
de señales RF. El empaquetamiento permite al Video, audio
y data auxiliar separarse en unidades de tamaño
determinado para correcciones de errores lineales,
multiplexación del programa, sincronización de
tiempo, flexibilidad y compatibilidad con el formato ATM.

Características del ATSC

El sistema de transmisión ATSC se ha implementado
en base a 5 subsistemas:

1. Codificación y compresión de video y
   audio
2. Canal de Datos
   Complementarios
3. Multiplexación y Transporte del
   Programa
4. Transmisión RF
5. Receptor

1. Codificación y
   compresión de video y audio

a) Video: Se utiliza el MPEG-2 como sistema de
compresión de datos en video

El diseño de sistema de video comprende dos capas
OSI, la parte de formateo de fuente de video y la
codificación de compresión como lo muestra la
figura 1. Es necesario formatear la fuente ya que hoy en
día, la mayoría de las fuentes de
programas son producidas en varios formatos de componentes
análogos utilizando señales G, B, R o Y, Pr, Pb. La
digitalización se realiza usando una frecuencia de
muestreo de 13.5 MHz para señales SDTV y 75 MHz para
señales HDTV. En la producción de imágenes
se utilizan muchos estándares de colorimetría. Para
asegurar una versión de colorimetría
idéntica en la pantalla receptora, se especifican
parámetros de colorimetría basados en colores
primarios, características de transferencia (gama) y
coeficientes de matriz. Luego de la conversión de
colorimetría, un circuito detector de film

4:2:0

Por último, se utiliza el MPEG- 2 para la
compresión del video. Luego de comprimir la data,
ésta se multiplexa en el dominio del tiempo y se formatea
en paquetes que serán enviados al sistema de
transporte.

 Fig
1: Formateo y Codificación de Fuente de Video

La transferencia de datos en HDTV
utilizando una señal sin comprimir debiera ser de 1Gbps,
pero como se utiliza un canal de 6 Mhz de ancho, para transmitir
la información debemos comprimirla unas 50 veces con el
objeto de reducir la tasa de transferencia a 20Mbps, que es lo
que acepta dicho ancho de banda.

Los siguientes perfiles MPEG-2 son los determinados por
el Standard ATSC :

• The MP@ML profile
  (MainProfile@MainLevel) Es el formato digital
  más comparable al NTSC y su velocidad de
  transmisión de datos es de 15Mbits/s
• The MP@HL profile
  (MainProfile@HighLevel) Es utilizado para la genuina
  HDTV . Su máxima velocidad de transferencia de datos
  alcanza los 80 Mbits/s , por lo que no puede ser completamente
  usado en el ancho de banda de 6 Mhz. donde aproximadamente se
  hace a 19,4 Mbits/s.

Formatos de Pantalla – Display
formats:

El Standard ATSC determina 18 diferentes formatos de
display, los cuales están divididos dentro de cuatro
combinaciones de vertical y horizontal .

• 1920 x 1080 (Es lo que la industria de la
  Televisión demanda para
  la representación de imágenes HDTV )
• 1280 x 720 (Es la sugerencia de la industria del PC
  para la representación de imágenes HDTV
  )
• 704 x 480 (Esta combinación corresponde a la
  equivalencia digital de la señal NTSC de
  hoy)
• 640 x 480 (standard VGA combinación de los
  monitores de
  PC)

b) Audio: Emplea el denominado sistema Dolby
AC-3

El Standard ATSC utiliza la tecnología "Dolby
Digital AC-3.
La misma está basada en el método que actualmente
se utiliza en las salas de cine, el Dolby Surround Sound . Este
procedimiento
brinda 5,1 canales de audio digital .

• Canal Izquierdo
• Canal Derecho
• Canal Central ( Middle Channel )
• Canal Surround Izquierdo
• Canal Surround Derecho
• 0,1 Canal para señal de Subwoofer

Fig. 2: Codificador AC-3

En la figura 2 vemos que los 6 canales ya digitalizados
entran al codificador AC-3. Luego, se multiplexan las secuencias
de audio (AC-3), video y auxiliar para obtener una secuencia de
programa.

Fig. 4: Comparación de sistemas de
audio NTSC y ATSC

Tipos de Servicio contenidos en una
secuencia elemental AC-3

El Standard ATSC permite dos servicios
principales y seis tipos de adición de servicios de audio
para cada canal de programa individual .
El canal principal de servicios de audio posee los
diálogos, la música y los efectos.
El canal Music & Effects provee sólo la música
y los efectos, sin los diálogos.

Main audio service: complete main
(CM)
Main audio
service: music and effects (ME)

Las extensiones del servicio de audio son las siguientes :

Associated service: visually impaired (VI) –
Provee una descripción narrativa del contenido visual
del programa .
Associated service: hearing impaired (HI) – Solo
diálogos para enfatizar la calidad cuando se mezcla con el
canal principal
Associated service: dialogue (D) – Diálogo
Original
Associated service: commentary (C) – Comentarios
adicionales
Associated service: emergency (E) – Servicio de
Emergencias (Llamado a la solidaridad,
Meteorología, etc. )
Associated service: voice-over (VO) – Permite la
posibilidad de adicionar voz al programa original.

2. Canal de Datos
Complementarios:

Usado para enviar información adicional al
televidente que puede ser de diversa índole.

Este servicio permite tener posibilidades ilimitadas
para poder tener una Programación Interactiva, aunque
todavía no se tiene muy en claro cómo las
estaciones de televisión diseñarán sus
programas añadiendo este servicio.
Algunas ideas existentes son:

• Publicidad Interactiva
• Subtitulados
• Guía de
  programación
• Ancillary service target decoder (ASTD)
  Chequeo de datos para abonados.
• Codificación de Video y Audio
  (Scrambling)
• Juegos
• Tutoriales
• Datos de la emisora
• Etc.

3. Los datos comprimidos de video, audio y los datos
   complementarios se multiplexan formando una sola
   sucesión de bits. Esta sucesión de bits modula
   una señal que se transmite por radiodifusión
   terrestre.

   

   Fig. 5: Multiplexación de
   cadenas elementales a una cadena de programa y luego a una
   cadena de transporte.

   En la figura 5, se ve cómo 4 cadenas
   elementales (video, 2 de audio, auxiliar) forman una cadena
   de programa para que luego, varios programas formen una
   cadena de transporte. Esta cadena de 19.39Mbps pasa entonces
   al sistema de transmisión.

4. Multiplexación y
   Transporte:

   En la figura 6, tenemos un diagrama
   de bloques de un transmisor VSB.

   Recibe este nombre ya que el sistema de
   modulación es el denominado 8-VSB
   (8 level – Vestigial
   Side Band ) que
   sería banda lateral vestigial modulada a 8
   niveles.
   No se debe confundir codificación MPEG-2, con
   modulación 8-VSB. Este será un punto
   fundamental en el estudio de la DTV ya que
   una correcta comprensión del funcionamiento de este
   bloque permitirá realizar análisis correctos y trabajos efectivos
   en los TV's del mañana.

   A continuación daremos una breve
   explicación de cada bloque.

   

   La señal HDTV entra al sincronizador de
   cuadros el cual alinea la secuencia de datos en bytes. Esta
   cadena alimentada la cual consta de 19.39Mbps está
   compuesta por 188 bytes que incluyen 1 byte de
   sincronía y 187 bytes de data que representan la parte
   útil de la carga.

   Esta cadena pasa a un aleatorizador de datos el cual
   asegura que los
   valores constantes de data no existan en la cadena. Esto
   se hace para que no haya uniformidad en el espectro causando
   interferencia por parte de la transmisión en los
   demás canales.

   El Reed-Solomon encoder revisa los bytes de cada
   paquete para añadir bytes para corrección de
   errores de transmisión.

   El data interleaver corrige futuros errores al
   originar ráfagas. El proceso de codificación de
   trellis, incrementa la señal de entrada doblando los
   valores de
   data. Cada bloque de 208 bytes es convertida en 832 palabras
   de 2 bits. Esto se conoce como 8VSB.

   Luego entran al multiplexador, la señal
   proveniente del trellis encoder y datos de
   sincronismo.

5. Transmisión
   RF
6. Receptor

El ATSC no especifica requerimientos para los
receptores. Sin embargo, el FCC ha dado una
recomendación especificando que todos los receptores
deben ser capaces de decodificar el audio, video y
señales auxiliares especificadas en los documentos
estándares del ATSC. La funcionalidad de recibir
múltiples servicios puede ser implementada con
receptores o adaptadores set-top para convertir señales
digitales ATSC a señales análogas NTSC o
señales S-Video.

El receptor ATSC invierte las funciones de la
transmisión RF y luego de decomprimir y decodificar,
genera video y audio conforme al formato del la pantalla y las
condiciones de audio escogidas.

Características del receptor de
video.

Para simplificar diseños, los receptores de TV
no despliegan formatos diferentes. Pueden construirse de
acuerdo a su formato nativo que puedes ser 1920X1080, 1280X720
O 720X480. Estudios revelan que para poder presentar una imagen
HDTV es necesario tener una pantalla de más de 28
pulgadas.

 Resumiendo:

Se toma la banda base del video digital y se la comprime
en formato MPEG-2 junto con el audio
Dolby AC-3 más los datos complementarios
del canal. Todo este conjunto forma un bloque de
información serie con una frecuencia de 19,39
Mbits/segundo. Desde la salida del encoder
MPEG-2, los datos pasan a través de
codificadores de error (Reed-Solomon & Trellis encoder), se
le insertan los sincronismos y la señal piloto que se
encargará de sincronizar el sistema, para ingresar
finalmente en el modulador 8-VSB.

Todo el conjunto trabaja en base a algoritmos de
codificación y decodificación muy perfeccionistas
de la señal que se está transportando, con un
sinnúmero de etapas dedicadas a la corrección de
posibles errores, lo que nos da la pauta de que en
DTV no tendremos la situación de ver con
fantasmas originados por múltiples rebotes, ni tampoco con
ruidos o degradación alguna . Aquí las
posibilidades son sólo dos.
Se ve perfecto o no se ve nada . Además
el estándar está abierto para que se le puedan
incorporar futuras mejoras técnicas.

Conclusión

La Televisión Digital es el
siguiente salto lógico a donde se debe dirigir la
Televisión.

Se va a poder tener mejor calidad de imagen, mejor
calidad de sonido, muchas mas opciones de multimedia para el
usuario final, la capacidad de usar transmisores convencionales y
el ancho de banda de un canal normal.

Ciertamente es difícil pensar que podemos avanzar
en el desarrollo de adonde puede llegar la televisión si
no se da el paso de cambiar a HDTV. Los programas seran mas
disfrutables, y los escenas serán mas reales. El
estándar de HDTV llego para quedarse.

Solo falta que el precio de las
pantallas de plasma alcance un precio de consumidor como ocurre
con cualquier tecnología nueva, la cual debe pasar por un
periodo de producción en masa para que los precios
bajen.

Es importante recalcar que los receptores de HDTV que se
compren, tendrá salidas que logren adaptar la señal
HDTV a una salida NTSC para que en cualquier momento se pueda ver
en un monitor
normal.

Bibliografía

HDTV

http://zdnet.terra.com.co/sp/helptips/stories/guides/1,,8018146-1,00.html

ATSC

http://www.servisystem.com.ar/ATSC/dtv3.html

Digital Television Fundamentals

Michael Robin, Michel Poulin, Mc Graw Hill

1997

Preparado por:

Lizbeth González

Claudio Herrera

Eric Iglesias

Carlos Arturo Dreyfus