LA TV DE ALTA DEFINICIÓN (HDTV) TV DE ALTA DEFINICIÓN (HDTV) 5 El sistema MUSE llega a un compromiso entre las definiciones espacial y temporal de Ia imagen, disminuyendo Ia definición

LA TV DE ALTA DEFINICIÓN (HDTV)

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CAPITULO 1 LA TV DE ALTA DEFINICIÓN (HDTV)

1.1 INTRODUCCIÓN

En este capitulo se analiza como surge el proyecto HDTV (High Definition

Television) en el mundo, las características del sistema; así como las distintas

normas que surgen a partir de querer proponer un solo sistema de televisión HDTV

en el mundo, de los cuales tomaremos énfasis en el sistema americano ATSC

(Advanced Television System Comittee), que es el que apunta para ser aplicado en

el país, también se mencionaran el sistema europeo DVB-T (Digital Video

Broadcast) y el sistema japonés ISDBT (Terrestial Integrated Services Digital

Broadcasting), así como la importancia de la llegada de la televisión digital, esta

supone un cambio radical, como en el caso del cambio de televisores de blanco y

negro por los de color.

1.2 NACE EL PROYECTO HDTV

La primera propuesta fue de los Laboratorios Dumont, esta tuvo lugar en 1940

cuando ni siquiera se había resuelto aún la implantación de la TV analógica

monocromática convencional. Se basaba en un sistema de 1000 líneas con 30

cuadros que estaba demasiado adelantado a la técnica y la tecnología de la época.

Las dificultades inherentes a semejante propuesta en el año 1940 fueron

completamente insuperables, pero aún así existe el valor de la idea que demostraba

la eventual necesidad de esta alta definición de la imagen de TV. Por lo pronto fue la

primera vez que alguien estableció científicamente la mágica cifra de 1000 líneas.

El profesor francés, René Barthelemy postuló en 1945 el concepto de la imagen de

alta definición con más de 1000 líneas de barrido horizontal y 25 cuadros, en formato

HDTV LA NUEVA TECNOLOGÍA EN TV


3

de 4:3, que era el único disponible en esta época. Este sistema analógico necesitaba

un ancho de banda para su transmisión que surge del siguiente planteo:

2342 caFvideo ××= donde a = cantidad de líneas y c = cantidad de cuadros.

Con a = 1000 y c = 25, se obtiene 1,000.000 x 1,33 x 25/2 = 16,625 MHz. Este tipo

de ancho de banda de más de 16 MHz es prohibitivo aún hoy, ya que ocuparía el

espacio asignado a 3 canales aproximadamente. Esto también demostró que

aparentemente no existía una solución analógica simple para una imagen de TV de

alta resolución de unas 1000 líneas.

El mismo Profesor Barthelemy tuvo que conformarse con una imagen de 819 líneas

que fue finalmente aprobada como norma “E” por la CCIR. Esta norma especificaba

un ancho de banda de 14 MHz en la banda de TV de UHF (470 a 890 MHz). No

obstante, esta norma no tuvo una duración muy prolongada, fue reemplazada

eventualmente en Francia y en Bélgica por la norma “F” que tenia un ancho de

banda de 7 MHz. Como la cantidad de líneas seguía en 819, se reducía el ancho de

banda de video de 10 MHz a 5 MHz con el resultado de un pixel rectangular en lugar

de cuadrado, estos sistemas desaparecieron pronto.

El sistema japonés de televisión de alta definición es el resultado de un largo

esfuerzo de investigación que comenzó en la década de los setenta bajo Ia dirección

del Dr. Takashi Fujio de Ia compañía estatal japonesa de radiodifusión NHK (Nippon

Hoso Kyokai). Esta constaba de pantalla ancha de 1,125 líneas con un barrido de

imagen de 60 Hz, logrando igualar la calidad cinematográfica de la película de 35

mm, así es como los ingenieros japoneses sentaron las bases de esta tecnología.

El primer prototipo estuvo disponible en 1986, fecha en que se presentó a Ia

comunidad internacional en Ia asamblea plenaria del CCIR celebrada en Dubrovnik

como una propuesta firme de estándar mundial.



4

Las siglas MUSE provienen del sistema de codificación basado en el submuestreo:

“Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding”. Se diseño para la radiodifusión directa

por satélite en Ia banda de los 12 GHz. El sistema de transmisión adoptado es sin

embargo, analógico. Utiliza modulación en frecuencia de una señal en banda base

de 8 MHz, lo cual requiere un canal de transmisión de 27 MHz.

La señal de video de alta definición tiene 1125 líneas y una frecuencia de cuadro de

60 Hz con exploración entrelazada: 1125/60/2. Las componentes luminancia y

crominancia se procesan por separado. Se utiliza un sistema de integración y

compresión temporal de factor 4 para Ia señal de crominancia, que se transmite

durante el intervalo de borrado horizontal, mientras que el sonido se transmite

durante el intervalo de borrado vertical.

La señal de Iuminancia, muestreada a 64.8 MHz, se procesa para determinar qué

áreas presentan movimiento y cuáles no. En ambos casos Ia imagen se

submuestrea por un factor 4 espacial o temporalmente, para poder ser transmitida

utilizando 8 MHz en banda base:

• Las áreas estacionarias se submuestrean temporalmente por un factor 4

y se transmiten utilizando el tiempo de transmisión correspondiente a cuatro

cuadros, de modo que es necesario esperar a Ia recepción de estos cuatro

cuadros para Ia reconstrucción del área estacionaria con la máxima

definición.

• Las áreas que presentan movimiento no pueden ser submuestreadas

temporalmente porque tras Ia reconstrucción se produciría borrosidad a

falta de continuidad en el movimiento; por ello, en estas zonas se

transmiten muestras de todos los cuadros, pero utilizando una definición

especial reducida.



5

El sistema MUSE llega a un compromiso entre las definiciones espacial y temporal

de Ia imagen, disminuyendo Ia definición temporal de las áreas estacionarias y Ia

definición especial de las áreas con mayor actividad. En Ia figura 1.1 se pueden

encontrar los diagramas que muestran las definiciones espacial y temporal del

sistema para ambos casos.

(a) (b)

Pix/alto

1035

Dv Dv

DH

7.5 30 imág/s960 1920 pix/ancho

Áreas estacionarias

Pix/alto

1035

517.5 Áreas de

movimiento 517.5

Dr

Figura 1.1. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Definiciones a) espacial y b)

temporal del sistema MUSE.

Debido a una insuficiente resolución al movimiento del sistema básico descrito, se

realizó una mejora del mismo que consistió en reducir Ia definición espacial y

submuestrear temporalmente por 3 en lugar de por 4. El sistema que se utilizó

cuenta con varios procesos de submuestreo y sobremuestreo que producen un

cierto aliasing espacial. Este aliasing se considera transparente para el sistema

visual humano. La figura 1.2 presenta varios esquemas de muestreo para áreas

móviles y estacionarias, así como una representación del aliasing producido en

estos procesos.



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Áreas estacionarias Áreas móviles

Filtro a 16 MHz

Sub/sobremuestreo 2:1 y 2:3

Submuestreo de dos líneas

Submuestreo de cuadro

Filtro a 12 MHz

16.2 MHz

32.4 MHz

48.6 MHz

24.3 MHz

48.6 MHz

Segundo cuadro

Sub/sobremuestreo 2:1 y 2:3

Submuestreo de imagen

Primer cuadro

Muestreo inicial

a) Tratamiento de áreas móviles y estacionarias.

Figura 1.2. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Esquemas de submuestreo para el

sistema MUSE.



Áreas

estacionarias

DH

Dv Dv

Pix/alto

1035

Pix/alto

1035

Áreas con movimiento

Áreas estacionarias

Áreas con movimiento

DH

0 Prime

Figura 1.2. (Tomada de

En el año 1977 en

en Movimiento (S

norma de HDTV.

Los anteriores he

televisión norteam

estudios y program

que se vería en d

dicha agencia org

(Advisory Committ

desarrollara un sis

canal normal de

MUSE. En 1985

líneas/60Hz, que f

características se

960 1920 pix/ancho

10 2 F (MHz) 0 8

r submuestreo Segun

.b) Definiciones con aliasing utilizadas en transmisión

Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Esquemas

sistema MUSE.

EE.UU., la Sociedad de Ingenieros de Telev

MPTE), formó un grupo de trabajo para la

chos causaron gran alarma entre los diverso

ericana y la FCC fue presionada para que inici

as necesarios que salvaguardaran los intere

esventaja ante el avance tecnológico del Ja

anizó el comité encargado del asunto, el cu

ee on Advanced Television Service). La NAB s

tema que solo ocupara un ancho de banda d

televisión, y el resultado fue la aparición de

se sometió a estudio del CCIR, un estánd

ue solicitado por EE.UU., Canadá y Japón a e

ven en la tabla 1.1.


960 1920 pix/ancho

517.5
517.5
7

12 2 F (MHz)

do submuestreo

.

de submuestreo para el

isión para imágenes

elaboración de una

s estamentos de la

ara de inmediato los

ses de la economía

pón y fue así como

al se llamó ACATS

olicitó a la NHK que

e 6 MHz, o sea un

l Narrow (angosto)

ar basado en 1125

sa organización, sus


8

SISTEMA 1125/60

Tipo de barrido utilizado 2:1 (entrelazado)

Número total de líneas/cuadro 1125

Número total de líneas/campo 562.5

Número de líneas activas/cuadro 1035

Número de cuadros/segundo 30

Número de campos/segundo 60

Frecuencia horizontal 30 x 1125=33.750 Hz

Tabla 1.1. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión) .Parámetros de barrido del estándar

1125/60.

En 1986 surgió la respuesta europea al sistema MUSE fue el inicio de un proyecto

comunitario que bajo el nombre de EUREKA 95 debía desarrollar un sistema

completo de televisión de alta definición apoyado en el estándar de 625 líneas y 50

cuadros. Se diseñó un sistema de 1250 líneas y 50 cuadros por segundo compatible

con Ia norma MAC de televisión por satélite que empleaba técnicas de submuestreo

espacial y temporal parecidas a las del sistema japonés. Sin embargo, a falta de

popularidad de los que se consideraban sistemas intermedios, fundamentalmente

del sistema D2-MAC, hizo cancelar el proyecto a principios de 1993, cuando incluso

se habían hecho varias demostraciones con prototipos.

En 1987 varios países de Europa, solicitaron al CCIR un sistema de HDTV. El

mismo se basaba en 1250 líneas y barrido progresivo. En la tabla 1.2 se ven los

parámetros de este sistema.



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SISTEMA 1250/50

Tipo de barrido utilizado 1:1 (progresivo)

Número total de líneas/campo 1250

Número total de líneas activas/campo 1152

Número de campos/segundo 50

Frecuencia horizontal 50 x 1250=62.500 Hz

Tabla 1.2. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Parámetros de barrido para el

sistema 1250/50, solicitado por los países europeos.

En 1988 un nuevo proyecto derivado del anterior. Se trataba del proyecto Eureka

256, que estaba orientado a la reducción de la información de las altas velocidades

binarias, que poseía la señal digital de HDTV.

En este, se desarrollo un sistema punto a punto de señales de contribución de

televisión de alta definición. Los sistemas de contribución no tienen lógicamente el

impacto social y económico de los sistemas de radiodifusión, debido a su utilización

restringida a enlaces punto a punto entre las compañías emisoras, pero

describiremos brevemente las características del sistema propuesto en el proyecto

EUREKA 256 para su significación como sistema de televisión digital.

La señal de alta definición de 1250 líneas y 50 cuadros del sistema entrelazado se

digitaliza a una frecuencia de muestreo de 3

49

1645.1372 ××=MHz . El bit-rate

resultante alcanza los 1152 Gbit/s considerando las señales de croma y luminancia.

El algoritmo de compresión utilizado debe conseguir compresiones entre 20 y 30

para introducir Ia señal en un canal de 70 a 140 Mbit/s, en el quinto nivel de Ia

jerarquía digital de Ia red de servicios integrados de banda ancha. Para ello, se



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realiza Ia Transformada Discreta del Coseno sobre bloques de 8x8 de la señal error

generada por una Predicción Temporal con Compensación de Movimiento. De otro

modo la transformación elimina Ia Redundancia Espacial, mientras que el sistema de

predicción elimina Ia Redundancia Temporal. Posteriormente se utilizan

cuantificadores no lineales, códigos Run-Length y códigos de Longitud Variable para

Ia codificación de los coeficientes transformados. La figura 1.3 presenta un esquema

simplificado de los procesos de codificación y decodificación.

8 bits

DCT12 bits Escalado y

cuantif.

Procesado transparente y transmisión

Transmisión

Recepción y procesado

transparente

Escalado y cuantif. Inv. IDCT

Señal diferencia reconstruía

8 bits 12 bits

Muestras error de

predicción

6-12 bits

Figura 1.3. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Codificación y decodificación

utilizando un método híbrido en el sistema EUREKA 256.

Una aportación significativa del proyecto EUREKA 256 a los sistemas de

codificación de imagen ha sido un estudio en profundidad sobre Ia utilización de

criterios perceptuales en el diseño de los cuantificadores aplicados a los coeficientes

resultantes de la transformación.



11

El sistema EUREKA 256 se probó con éxito ya en 1990, durante el campeonato

mundial de fútbol celebrado en Italia, donde se realizaron las primeras pruebas de

transmisión de imágenes de alta definición mediante prototipos instalados en

distintas ciudades enlazadas punto a punto vía satélite.

Durante los primeros años de la contienda entre Europa y Japón por un sistema

estándar de alta definición, Estados Unidos adoptó el papel de observador. Años

más tarde la Federal Communication Commission (FCC), organismo norteamericano

encargado de Ia normativa para radiodifusión, en julio de 1987 creó una comisión de

investigación llamada “La Gran Alianza” que se dedico a explorar la posible

introducción de un servicio de televisión avanzada, fijó las reglas según las cuales se

abría un plazo de presentación de propuestas que deberían competir con vistas a

estandarizar el sistema de alta definición.

En 1991 las pruebas dieron comienzo en el Avanced Television Test Center, situado

en Virginia. De las más de 20 propuestas presentadas sólo 4 superaron las pruebas.

Debido a Ia compleja situación de los sistemas de televisión en ese país, en el que

las bandas de radiodifusión están muy saturadas, los sistemas propuestos se debían

diseñar para la transmisión terrena de televisión en las frecuencias de VHF y UHF.

Debían utilizar un ancho de banda no superior al de los sistemas actuales, es decir 6

MHz, de modo que no interfirieran el normal funcionamiento de los canales con

codificación NTSC convencional. En una primera fase se propusieron múltiples

sistemas de los cuales solo fueron seleccionados cuatro, todos ellos digitales:

• Digicipher: propuesto por General Instruments Corporation en junio de

1990.

• Digital Spectrum Compatible DSC-HDTV: propuesto por Zenith y AT&T.



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• Advanced Digital Television AD-HDTV: del grupo ATRC (Advanced TV

Research Consortium), formado por Philips, Thomson, David Samoff

Research Center y Ia NBC.

• Channel Compatible Digicipher CCDC: propuesto por el Massachusetts

Institute of Technology (MIT) y General Instruments Corporation.

En marzo de 1990 la FCC dio un paso fundamental. Decidió que el servicio de

televisión avanzada se daría en régimen de difusión simultánea 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) no

podría captarse, ni visualizarse en los receptores actuales convencionales.

En 1990, la compañía General Instruments de San Diego, California, EE.UU., hizo

público el desarrollo de una técnica de transmisión digital eficiente, capaz de

transportar en un canal de televisión convencional de 6 MHz de ancho de banda,

una imagen de televisión de alta definición, es decir, imágenes de 2 millones de

píxeles con una relación de aspecto de 16:9, en forma de datos digitales

comprimidos. Con ello, quedó marcado el final de la televisión analógica de nuestros

días y se abrió el camino hacía la nueva era de la televisión avanzada totalmente

digital.

En Europa surgió a finales de 1991 un grupo de teledifusores, fabricantes de

electrónica de consumo y cuerpos reguladores que crearon el proyecto DVB (Digital

Video Broadcasting). Lo primero que acordaron fue olvidarse del uso de la

tecnología analógica, apostando por la tecnología digital, además de centrarse más

en la modulación, la transmisión de datos, los multiplexados y los accesos

condicionales. Esto fue aprovechado por el comité ATSC que criticó que la DVB no

permitía emitir en HDTV. Sin embargo, la realidad es muy distinta: no sólo la DVB



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puede emitir perfectamente en HDTV, sino que además los verdaderos problemas

los tiene el estándar ATSC ya que no permite la recepción móvil (algo

extremadamente criticado por el mismo departamento de defensa americano).

La ACATS llevó a cabo un panel especial entre el 8 y el 11 de Febrero de 1993

donde se tomaron tres grandes decisiones, tal vez la más importante fue la

conclusión de que la nueva televisión no podía ser analógica, pues el Narrow MUSE

había demostrado que era inconveniente por la calidad de la imagen entregada, la

cantidad de señales que podía contener y el cubrimiento que podía dar. Aunque esta

determinación puso fuera al sistema nipón, la NHK continuó contribuyendo en el

desarrollo del sistema de televisión digital norteamericano ATV (Advanced TV).

A fin de facilitar el intercambio internacional de programas, en el año 94 el SMPTE

propuso un estándar único en el mundo. Este preveía utilizar 1080 líneas activas con

barrido entrelazado o progresivo. Esto se muestra en la tabla1.3.

SISTEMA 1080/50-1080/60

Tipo de barrido utilizado 2:1 (entrelazado)

Número total de líneas/cuadro 1125

Número total de líneas/campo 562.5

Número de líneas activas/cuadro 1080

Número de cuadros/segundo 25/29.97/30

Número de campos/segundo 50/59.94/ 60

Frecuencia horizontal 25 x 1125 = 28125 Hz

29.97 x 1125 = 33716.25 Hz

30 x 1125 = 33750 Hz

Tabla 1.3. (Tomada de Sistemas Analógicos y Digitales de Televisión). Estándar único propuesto por el

SMPTE.



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La toma de decisiones acerca del sistema de televisión digital que adopte cualquier

país no es una tarea simple. Aparte de las consideraciones técnicas, las decisiones

económicas y sociales que esto conlleva deben ser atendidas con el grado de

importancia y relevancia que las mismas demandan.

El sistema de la Gran Alianza emplea compresión de video y sistemas de transporte

MPEG-2, audio Dolby Digital (AC-3) y modulación 8-VSB en banda lateral vestigial.

Con ello se desarrolló un sistema de pantalla ancha, con relación ancho/altura de

16:9, con cinco veces más calidad de imagen que la televisión de definición estándar

de 480 líneas activas y relación ancho/altura de 4:3

Todo ello comprimido en un canal estrecho de televisión de 6 MHz de ancho de

banda. A pesar de haberse logrado esta proeza de la ingeniería electrónica, la FCC

cedió ante los intereses de la industria de la computación, y solicitó en 1995 que se

incluyeran en el estándar digital varios formatos menores de televisión de definición

estándar (SDTV, por sus siglas en inglés) de 480 líneas con barridos progresivos y

entrelazados. Estos formatos se ven en la tabla 1.4.

TIPO DE SEÑAL DENOMINACIÓNRELACIÓN

DE ASPECTOMUESTRA POR LÍNEA

ACTIVA x LÍNEAS ACTIVAS

HDTV 1080i* 16:09 1920 x 1080

HDTV 720p* 16:09 1280 x 720

SDTV 480i* 16:09 y 4:3 720 x 483

SDTV 480p* 16:09 y 4:3 720 x 483 * i = Barrido entrelazado, p = Barrido progresivo

Tabla 1.4. (Tomada de Norma ATSC A/54). Formatos de video más comunes utilizados en EE.UU..

Finalmente, el 24 de diciembre de 1996, el gobierno norteamericano aprobó como

norma obligatoria para la transmisión terrestre digital y de alta definición, la norma

para SDTV y HDTV de la ACATS, esta norma, conocida como la Norma ATSC, dejó

fuera lo referente a la imposición del tipo de barrido (sólo progresivo, o sólo



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entrelazado), en aras de lograr, una vez más el consenso con el grupo de interés de

la industria de la computación.

A partir de la adopción de la Norma ATSC, el organismo gubernamental encargado

de la asignación del espectro en los EE.UU., acordó iniciar la asignación gratuita de

canales digitales a todos los concesionarios de canales de televisión analógica, con

el fin de estimular la transmisión digital simultánea de programación. Además, se fijó

como meta importante en esta transición a transmisión digital, el que se regrese el

canal analógico NTSC al final del período de transición que como meta se fijó el año

2006, fecha razonable para la finalización del servicio de transmisión de señales

NTSC.

1.3 EL CAMBIO DE LA TV ANALÓGICA POR TV DIGITAL

Este cambio conlleva el sacrificio obligado, para enfrentar los grandes avances de la

tecnología digital y ofrece la oportunidad para reinventar la televisión desde cero, sin

ataduras al pasado. Lo anterior nos lleva a preguntarnos: ¿Necesitare comprar un

nuevo televisor?, no necesariamente. Aunque un televisor digital permitirá disfrutar al

máximo la nueva programación digital, varias compañías como Panasonic, Sharp y

Sony están liberando cajas “set-up” (parecidas a las del cable) que harán que las

señales digitales funcionen con un televisor estándar. pero este tipo de convertidores

tienen un elevado precio, aunque se espera que bajen conforme se utilice este

servicio en todo el mundo, esto es debido a que se tiene contemplado que este

cambio se dé en forma gradual, se requerirá transmitir programas de televisión en

forma simultánea, mediante señales tanto analógicas como digitales, es decir, el

"viejo" servicio NTSC, a la par con el "nuevo" servicio ATSC de televisión avanzada,

y durante un tiempo suficiente, como para garantizar que la mayoría de hogares

puedan recibir la señal digital (criterio fijado en los EE.UU. en 85% y esperado para

el año 2006). Después de este período de transición, se transmitirá en forma digital.



16

Transmitir un programa o película con señales digitales en lugar de análogas ofrece

un mundo de nuevas posibilidades. La televisión de alta definición (HDTV) es sin

duda el objetivo primordial de los servicios de televisión digital (DTV), ya que permite

al espectador disfrutar imágenes en formato widescreen (parecido al utilizado por el

cine) y audio envolvente con calidad de CD. Con la HDTV usted verá hasta 1,080

líneas de resolución, comparadas con las 525 que despliegan los monitores

análogos convencionales. Las transmisiones incluirán audio Dolby Digital AC-3 con

seis canales separados (cada uno puede enviarse a una bocina diferente para un

sonido envolvente).

Debido a que las señales son convertidas a ceros y unos, los transmisores pueden

enviar varios programas y servicios en el espacio usado por un solo canal de

televisión análogo. Así, el audio y el video pueden ir acompañados de información

extra como estadísticas de deportes, biografías de estrellas, etcétera. La HDTV le

permitirá ligarse directamente a sitios Web para obtener detalles de una película.

Alta definición integrada incluye un receptor de despliegue digital; cajas “set-up”

diseñadas para trabajar con pantallas digitales y de alta definición; equipos

conocidos como DTV-Ready que ofrecen un sistema digital completo cuando se

combinan con una caja “set-up”.

En el incremento de la cantidad de pixels influye también el cambio del formato o su

relación de aspecto que del valor original de 4:3 en la TV convencional, salta a 16:9

en la TV digital. esta relación de aspecto da a la imagen el carácter de pantalla

ancha, similar a lo que sucede en el cine.

Tanto la imagen como el sonido son producidos por señales digitales que son

inmunes con respecto al ruido y demás variaciones aleatorias de su amplitud. De

esta manera se generan imagen y sonido completamente libres de interferencias

molestas, incluidos fantasmas que se producen en el camino de la transmisión.



17

Este sistema ya está en uso en muchos canales satelitales que se transmiten por la

TV por cable. Varios canales, como HBO, SONY y otros, transmiten sus programas

con este sistema de compresión. En el televisor de su domicilio podrá recibir esta

señal, por ejemplo a las 22 horas. En este instante son, sin embargo las 19 horas en

México y a pesar de ello el cartel indicador del canal marca: Buenos Aires 22 horas,

México 22 horas. Esto se logra con una doble transmisión simultánea de este

programa, una vez a las 22 horas (hora de Buenos Aires) y otra vez a la hora 1 de

Buenos Aires (22 horas de México), pero ambas veces por el mismo canal. Esto es

posible por el uso del sistema de compresión MPEG-2, que permite ubicar dos

programas dentro de la banda de frecuencias asignada a un solo canal.

Considerando la aceptación del cambio de televisión en blanco y negro a la de color,

de discos de vinilo a discos compactos, y de videocintas a discos ópticos DVD,

queda claro que la tecnología de HDTV será igualmente adoptada. Lo anterior ha

sido corroborado por las reacciones de consumidores que han tenido la oportunidad

de asistir a demostraciones de televisores digitales de alta resolución.

En México las televisoras TV Azteca y Televisa, organizaron sus primeras

demostraciones durante los meses de diciembre de 1997 y febrero de 1998,

respectivamente, aunque todavía no hay una expectativa clara del momento en que

ese sistema comenzará a operar de manera comercial, los expertos atribuyen tal

inconsistencia al elevado precio de los receptores, al lento avance en materia de

inversiones y la limpieza de frecuencias. Actualmente transmiten en la banda de

UHF programas en alta resolución. Este cambio no sólo representa la oportunidad

de revolucionar la calidad de la imagen y del sonido, sino que presenta un gran

potencial de interactividad.

Funcionarios del sector comunicaciones y directivos de empresas de medios

electrónicos aseguran que la expectativa de sustitución de equipos supera una

década. Por ello, algunas cadenas prefirieron invertir más en el sistema analógico,

difiriendo así los recursos correspondientes a la nueva tecnología.



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En materia regulatoria, también queda mucho trecho por andar: el Comité Consultivo

de Tecnología Digital del Gobierno y la Cámara Nacional de la Industria de Radio y

Televisión, por la parte privada, todavía no se ponen de acuerdo para limpiar las

frecuencias. Aunque no es oficial, todo apunta a que el estándar será el mismo que

ya se maneja en Estados Unidos, el ATSC, no solo por las ventajas de cercanía

geográfica, sino incluso por aspectos sociales (pensando en los habitantes de la

zona norte) y de características mismas de la tecnología, ya que por ejemplo

estándares europeos como el DVB no cubren algunas necesidades y el japonés

apenas se lanzo en este 2003, lo que daría un retraso de varios años a los planes.

1.4 LAS DIFERENCIAS ENTRE HDTV Y LA TELEVISIÓN ANALÓGICA

• ANCHO DE BANDA:La televisión convencional usa 6 MHz del espectro

asignados para las estaciones de TV. Las señales de HDTV, transmitidas

sin comprimir, requieren anchos de banda de hasta 30 MHz. Este sería un

problema, debido a que estas señales requieren mas de 6 MHz de

espectro, los sistemas HDTV no solo serán incompatibles con los equipos

de TV de hoy, sino que no podrían ser transmitidas por estaciones de

difusión en los Estados Unidos (o México). La solución es la compresión

digital, utilizando la compresión MPEG-2, los mismos 6 MHz de ancho de

banda que transportan un canal de HDTV pueden transportar seis canales

NTSC en formato digital. Estos canales adicionales podrían ser utilizados

para servicios de pago por evento, servicios de datos, y especialmente para

servicios de comunicaciones bidireccionales.

• LÍNEAS DE BARRIDO: La televisión convencional tiene 525 líneas en el

sistema NTSC, y 625 líneas en los sistemas PAL y SECAM utilizados en

Europa. La HDTV tiene mas de 1,000 líneas de barrido. Generalmente

1,125 líneas.



19

• MÉTODO DE BARRIDO: El formato NTSC utiliza un método de barrido

entrelazado, en el cual la imagen es iluminada por los patrones sucesivos

de líneas alternadas. Primero son barridas las líneas impares 1 hasta 525, y

a continuación se sigue con las líneas pares 2 hasta 524. El barrido

entrelazado reduce el parpadeo de la pantalla al permitir que la mitad de la

pantalla permanezca iluminada en cualquier instante, pero tiene la

desventaja de crear "artificios" o irregularidades en el movimiento vertical.

La HDTV utiliza un método de barrido progresivo, en el cual la imagen es

barrida línea por línea, consecutivamente, de arriba a abajo de la pantalla,

la mayor resolución de imagen decrementa la susceptibilidad de HDTV a

artificios de movimiento.

• ANALÓGICO CONTRA DIGITAL: La televisión convencional utiliza

señales analógicas. La HDTV utiliza señales digitales; las ventajas de las

señales digitales no son únicamente la facilidad de comprimir el ancho de

banda, sino que también son menos susceptibles a interferencia que las

señales analógicas.

• RAZÓN DE ASPECTO : La razón de ancho por alto de una televisión

convencional es 4:3. La razón de ancho por alto de HDTV es de 16:9.

Cuando una razón de aspecto de 16:9 de una imagen HDTV es convertida

a una razón de aspecto de 4:3 de una televisión convencional, se puede

provocar un problema generalmente llamado "buzón".

1.5 VENTAJAS DE UN SISTEMA HDTV

El principal problema de la televisión analógica es que no saca partido al hecho de

que en la mayoría de los casos, las señales de vídeo varían muy poco al pasar de

un elemento de imagen (píxel) a los contiguos, o por lo menos existe una

dependencia entre ellos. Debido a esto se derrocha espectro electromagnético.



20

Además al crecer el número de estaciones transmisoras, la interferencia se convierte

en un grave problema.

En la televisión analógica, los parámetros de la imagen y del sonido se representan

por las magnitudes analógicas de una señal eléctrica. El transporte de esta señal

analógica hasta los hogares ocupa muchos recursos.

En el mundo digital esos parámetros se representan por números; en un sistema de

base dos, es decir, usando únicamente los dígitos "1" y "0".

El proceso de digitalización de una señal analógica lo realiza el conversor

analógico/digital. Esta representación, numérica en bits, permite someter la señal de

televisión a procesos muy complejos, sin degradación de calidad, que ofrecen

múltiples ventajas y abren un abanico de posibilidades de nuevos servicios en el

hogar. Sin embargo, la señal de televisión digital ofrecida directamente por el

conversor analógico/digital contiene una gran cantidad de bits que no hacen viable

su transporte y almacenamiento sin un consumo excesivo de recursos.

La cantidad de bits que genera el proceso de digitalización de una señal de

televisión es tan alto que necesita mucha capacidad de almacenamiento y de

recursos para su transporte.

Ejemplos de la cantidad de bits que genera la digitalización de 3 diferentes formatos

de televisión:

En formato convencional (4:3) una imagen digital de televisión está formada por

720x576 puntos (pixels). Almacenar una imagen requiere: 1 Mbyte. Transmitir un

segundo de imágenes continuas, requiere una velocidad de transmisión de 170

Mbits/s.



21

En formato panorámico (16:9) una imagen digital de televisión está formada por

960x 576 puntos (pixels): requiere un 30% más de capacidad que el formato 4:3

En formato alta definición la imagen digital de televisión consiste en 1920 x1080

puntos (pixels). Almacenar una imagen requiere más de 4 Mbyte por imagen.

Transmitir un segundo de imágenes continuas, requiere una velocidad de

transmisión de 1 Gbit/s. Afortunadamente, las señales de televisión tienen más

información de la que el ojo humano necesita para percibir correctamente una

imagen. Es decir, tienen una redundancia considerable. Esta redundancia es

explotada por las técnicas de compresión digital, para reducir la cantidad de

"números" generados en la digitalización hasta unos niveles adecuados que

permiten su transporte con una gran calidad y economía de recursos. Estas y otras

técnicas han sido los factores que han impulsado definitivamente el desarrollo de la

televisión digital, permitiendo el almacenamiento y transporte con un mínimo uso de

recursos.

1.6 EL SISTEMA AMERICANO ATSC (ADVANCED TELEVISION SYSTEM COMITTEE)

La Norma de Televisión HDTV describe un sistema designado para transmitir audio,

video de alta calidad y datos auxiliares sobre un canal único de 6 MHz. El sistema

puede procesar confiablemente 19 Mbps de datos en un canal de transmisión

terrestre de 6 MHz, y 38 Mbps en un canal de cable del mismo ancho de banda.

Esto significa que codificar una fuente de video cuya resolución puede superar en

cinco veces la de la televisión convencional (NTSC) requiere una reducción del

régimen de bits por un factor de 50 o superior. Para lograrlo, el sistema se diseña

para usar eficientemente la capacidad de canal disponible, explotando tecnologías

complejas de compresión de audio y video.



22

El objetivo es maximizar la información transmitida por el canal de datos

minimizando la cantidad de datos requeridos para representar la secuencia de

imagen de video y su audio. El objetivo es representar las fuentes de video, audio y

datos con tan pocos bits como sea posible, preservando a la vez el nivel de calidad

requerido por la aplicación.

Aunque los subsistemas de RF/Transmisión descritos en la Norma de ATSC se

diseñaron específicamente para aplicaciones terrestres y por cable, el objetivo es

que los subsistemas de video, audio y transporte sean útiles en otras aplicaciones.

En la figura 1.4 se muestran las principales características de este estándar.

COMPRESIÓN DE VIDEO MPEG-2

COMPRESIÓN DE AUDIO DOLBY AC-3

MULTIPLEXADO MPEG-2

MODULACIÓN 8-VSB

Figura 1.4. Características principales del estándar ATSC.

1.6.1 LAS NORMAS DEL SISTEMA ATSC

La documentación que contiene toda Ia información sobre el sistema ATSC es muy

amplia y comprende varias partes. Se enumeran a continuación:

• Documento A/49 del ATSC se refiere a: “Señal de referencia para la

cancelación de fantasmas en NTSC (GCR)”.

• Documento A/52 se refiere a: “Norma para la compresión de Señales de

audio (AC-3)”.

• Documento A/53 se refiere a: “Norma para la televisión digital ATSC”.



23

• Documento 4/54 se refiere a: “Guía para el uso de la norma ATSC de la

televisión digital”.

• Documento A/55 se refiere a: “Guía de programas para Ia televisión digital”.

• Documento A/56 se refiere a: “Información sobre el sistema usado en la

televisión digital”.

• Documento A/57 se refiere a: “Identificación de los parámetros

Programa/Episodio/Versión del ATSC”.

• Documento A/58 se refiere a “Prácticas recomendadas para el uso de señales

de DVB (Digital Video Broadcasting) en conjunto con las normas del ATSC”.

Todos estos documentos revisten vital importancia y más adelante tendremos

oportunidad de referirnos a ellos.

1.6.2 ALGUNOS CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LAS NORMAS DEL ATSC DE ACUERDO A LAS NORMAS A/53

Tratándose de normas relacionadas con sistemas de televisión, es obligatorio incluir

tanto aspectos de Ia señal de video, como de la señal de audio. Se incluyen, por lo

tanto, referencias a las siguientes normas complementarias:

• ATSC Standard A/52, referido a Ia “Compresión de señales digitales de audio

(AC-3)”.

• ATSC Document A/54, “Guía para el uso de las normas del ATSC”.

• ISO/IEC IS 13818-1, norma internacional referida a sistemas “MPEG-2”.

• ISO/IEC IS 13818-2, norma internacional referida a señales de video “MPEG-

2”.

La “calidad de La imagen HDTV” se define como aquella en que la calidad subjetiva

es igual a Ia de una imagen del tipo entrelazado, producida por equipos que siguen



24

las normas de calidad de estudio. Recordemos que esta calidad es, desde luego,

superior a Ia calidad de imagen recibida en el hogar.

Las siglas MPEG se refieren a normas desarrolladas por el Moving Picture Experts

Group, estas normas se mencionaran con detalle en secciones siguientes. MPEG-2

se refiere a las normas ISO/IEC N° 13818-1, 13818-2, 13818-3 y 13818-4.

En las consideraciones relacionadas con la compresión de señales, se verán los

varios tipos de imagen (B, I, P) que se definen en estas normas como sigue:

• B-PICTURES o Bidirectional pictures (imágenes bidireccionales). Se

refiere a imágenes que usan como referencia imágenes futuras. Esta

técnica se denomina predicción bidireccional. Este tipo de imagen es Ia que

provee el mayor grado de compresión. Las imágenes “B” se caracterizan

también por el hecho de no propagar errores, ya que nunca son usadas

como referencia.

• I-PICTURES o intra-coded pictures (imágenes intra-codificadas). Son

aquellas que se codifican únicamente con Ia información presente en la

misma imagen y que no dependen de Ia información suministrada por otras

imágenes. Las imágenes “I” permiten tener un acceso aleatorio a los datos

de Ia señal de video comprimida. Las imágenes “I” usan codificación por

transformada de los bloques de pels (picture elements) y brindan solo una

compresión moderada.

• P-PICTURES o predicted pictures (imágenes predichas). Son aquellas

que se codifican con respecto a las imágenes “I” o “P” más cercanas. Esta

técnica se denomina predicción hacia delante. Las imágenes “P” proveen

más compresión que las imágenes “I” y sirven como referencia para

imágenes “P” o “B” futuras. Las imágenes “P” pueden propagar errores de



25

codificación cuando las imágenes “P” o “B” son predichos de imágenes “P”

anteriores, cuando estas poseen una predicción errónea.

• MACROBLOCK que para el sistema ATSC consiste de cuatro bloques de

señal de luminancia y cada uno de los bloques de crominancia, Cr y Gb,

respectivamente.

• ENTROPY CODING (codificación por entropía). Es el proceso de

codificación sin pérdidas por medio de un proceso de longitud variable, de

la representación digital de una señal con el fin de reducir su redundancia.

1.6.3 ESPECIFICACIONES GENERALES

En primer término se analizará un esquema a bloques que representa el sistema

ATSC, se refiere principalmente a sistemas digitales terrenos de televisión. De

acuerdo a este modelo, el sistema de HDTV se divide en tres subsistemas, figura.

1.5.

• Codificación y compresión de la fuente.

• Multiplexado de servicio y transporte.

• RF y Transmisión

Figura 1.5. (Tomada de Norma ATSC A/54). Modelo de teledifusión terrestre según la ITU-R.



26

La “Codificación y compresión de la fuente” se refiere a los métodos de reducción de

régimen de tasa de bits conocidos como compresión de datos, que sean apropiados

para su aplicación en señales de video, audio y auxiliares.

En los “datos auxiliares” se incluyen los datos de control, para el acceso condicional,

datos vinculados a los servicios de video y audio del programa, como el subtitulado.

Los “datos auxiliares” también pueden ser servicios de programación

independientes. El propósito del codificador es minimizar el número de bits

necesarios para representar la información de audio y video. En la tabla 1.5 se

ilustran los formatos de video que se usan en esta norma, el sistema de televisión

HDTV emplea la sintaxis de video MPEG-2 para codificar video y para la señal de

audio, la norma de la compresión digital AC-3.

SEÑAL DENOMINACIÓN PIXELESRELACIÓN

DE ASPECTO

RÉGIMEN DE IMAGEN

MUESTRA POR LÍNEA ACTIVA x CANTIDAD DE LÍNEAS ACTIVAS

HDTV 1080i* 1920 16:9 60I, 30P, 24P 1920 x 1080

HDTV 720p* 1280 16:9 60P, 30P, 24P 1280 x 720

SDTV 480i* 704 16:9 y 4:3 60P, 60I, 30P,

24P 720 x 483

SDTV 480p* 640 4:3 60P, 60I, 30P,

24P 720 x 483

i = Barrido entrelazado, p = Barrido progresivo

Tabla 1.5. (Tomada de Norma ATSC A/54). Formatos de video usados por la norma ATSC.

El “Multiplexado de servicio y transporte” se refiere a los medios usados para dividir

el flujo digital de datos en “paquetes” de información, los medios para identificar en

forma inequívoca cada paquete, y los métodos apropiados para multiplex los

paquetes del flujo de datos de video, audio y auxiliares para formar un solo flujo de

datos.



27

Al desarrollar los mecanismos de transporte, la consideración más importante fue la

compatibilidad entre todos los medios digitales, tales como, la teledifusión terrestre,

distribución por cable, distribución vía satélite, medios de grabación y la interfaz con

computadoras. Este sistema de televisión usa la sintaxis de transporte MPEG-2 para

empaquetar y multiplex las señales de video, audio y datos auxiliares para su

difusión. La sintaxis de transporte MPEG-2 fue desarrollada para aplicaciones en

que está limitada la capacidad del canal de transmisión o grabación y se requiere un

eficiente mecanismo de transporte.

“RF/Transmisión” se refiere a la codificación de los canales y su modulación. El

codificador del canal toma el flujo de datos de bits y agrega información adicional

que es usada en el receptor para reconstruir los datos de la señal a partir de la señal

recibida, ya que la misma puede tal vez no representar por degradaciones de la

transmisión la señal original. La modulación usa la información del flujo de datos

digital de información para modular la señal transmitida. El subsistema de

modulación ofrece dos modos diferentes: un modo de transmisión terrestre 8-VSB y

un modo de alto régimen de datos 16-VSB. La sigla VSB se refiere a la banda lateral

vestigial, usado normalmente en todos los sistemas, tanto analógicos como digitales.

En la figura 1.6, vemos un aspecto general del equipo de codificación, visto en forma

esquemática. Uno de los puntos más importantes es la forma como ilustra la

interrelación entre las diferentes frecuencias de los clocks, usados en todo el

sistema. Se observa la existencia de dos dominios dentro del codificador donde un

conjunto de frecuencias se encuentra relacionado, el dominio de la codificación de la

fuente y el dominio de la codificación del canal.



28

RF Out

Program Clock Reference

Frecuency Divider

Network

A/D

A/D

Video Encoder

Audio Encoder

Adaptation Header Encoder

FEC and Sync

InsertionVSB

Modulator Transport Encoder

program_clock_reference_extension

program_clock_reference_base 33 9

Audio in

Video in

fsymfTP

fafV

f27 MHz

Figura 1.6. (Tomada de Avances de la TV de Alta Definición). Equipo de codificación de la fuente y el

canal.

El dominio de la codificación de la fuente es representado esquemáticamente por

una familia de frecuencias basadas en el clock de 27 Mhz. Este clock es usado para

generar una muestra de 42 bits de la frecuencia que es dividida en dos partes en

concordancia por lo establecido por las especificaciones del MPEG-2. Estas dos

partes son los 33 bits de Ia base de referencia del clock de programa y los 9 bits de

la extensión de la referencia del clock de programa. El primero es equivalente a una

muestra de un clock de 90 Khz que está enganchado en frecuencia con el clock de

27 Mhz. Este es usado por los codificadores de las fuentes de audio y video cuando

se codifica los tiempos de presentación (PTS) y los tiempos de decodificación (DTS).

Los clocks de muestreo de audio y video, fa y fv respectivamente, deben enganchar

también con el clock de 27 Mhz. Esta situación puede expresarse como un requisito

que exige la existencia de dos pares de íntegros, (na , ma) y (nv, mv) , de tal manera

que:



29

MHzmn

fa

aa 27×⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= MHz

mn

fv

vv 27×⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡=

Esta codificación del dominio del canal es representada por el subsistema de la

inserción de sincronismo y el modulador de banda lateral vestigial.

Las frecuencias relevantes de este dominio son la frecuencia del símbolo de la

banda lateral vestigial, (fsym) y la frecuencia del sistema de transporte (fTP) que es

la frecuencia de transmisión del flujo codificado del transporte. Estas dos frecuencias

deben ser enganchadas también con la siguiente relación:

fsymfTP ×⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛×=

313312

2081882

Las señales de los dos dominios no necesitan ser sincrónicas entre ellas y en

muchos casos funcionarán en forma asincrónica. En este tipo de sistema puede

existir un corrimiento de frecuencia que, a su vez, requiere la inserción o eliminación

ocasional de un paquete de CERO del flujo de transporte, para acomodar esta

eventual disparidad de frecuencia.

1.6.4 ENTRADAS DE VIDEO

Aunque no lo requiere la Norma ATSC, hay ciertas normas de producción televisiva,

mostradas en la tabla 1.6 que definen los formatos de video que se vinculan a los

formatos de compresión especificados por esta Norma.



30

ESTÁNDAR DE VIDEO LÍNEAS ACTIVAS MUESTRAS ACTIVAS/LÍNEA

SMPTE274M 1080 1920

SMPTE S17.392 720 1280

ITU-R BT 601-4 483 720

Tabla 1.6. (Tomada de la Norma ATSC A/54). Formatos normalizados de entrada de video.

Los formatos de compresión pueden derivarse de uno o más formatos adecuados de

entrada de video. Puede anticiparse que se desarrollen otros estándares de

producción de video que extiendan el número de posibles formatos de entrada.

1.6.5 MUESTREO

Para el formato de 1080 líneas, con un total de 1125 líneas por cuadro y 2200

muestras por línea, la frecuencia de muestreo será 74.25 MHz para el régimen de

cuadros de 30 cuadros por segundo. Para el formato de 720 líneas, con 750 líneas

totales por cuadro y 1650 total de muestras por línea, la frecuencia de muestreo será

74.25 MHz para el régimen de cuadros de 60 cps. Para el formato de 480 líneas

usando 704 pixeles, con un total de 525 líneas por cuadro y 858 total de muestras

por línea, la frecuencia de muestreo será 13.5 MHz para el régimen de campos de

59.94 Hz. Tanto 59.94 cps y 60 cps son aceptables como regímenes de cuadro o

campo para el sistema.

Para el formato de 480 líneas, puede haber 740 o 640 pixeles en la línea activa. Si la

entrada se basa en ITU-R BT 601-4, tendrá 483 líneas activas con 20 pixeles en la

línea activa. Solamente 480 de las 483 líneas activas se usan para codificación. Sólo

704 de los 720 pixeles se usan para codificación, los primeros y últimos 8 se

descartan. El formato de 480 líneas, 640 pixeles no está vinculado a ningún formato

actual de producción de video.



31

1.6.6 SEPARACIÓN DE COMPONENTES DE COLOR Y SU PROCESAMIENTO

La fuente de entrada de video al sistema de compresión de ATV son componentes

RGB matrizados en componentes de luminancia (Y) y crominancia (Cb y Cr) usando

una transformación lineal (matriz de 3 por 3 definida en la Norma). El componente de

luminancia representa la intensidad, o la imagen en blanco y negro, mientras que los

componentes de crominancia contienen información de color. Los componentes

RGB originales están fuertemente correlacionados, mientras que las señales Y, Cb y

Cr resultantes tienen menor correlación, y resultan así más fáciles para codificar con

eficiencia. Los componentes de luminancia y crominancia corresponden al

funcionamiento del sistema visual biológico; es decir, el sistema visual humano

responde de modo diferente a los componentes de luminancia y crominancia.

El proceso de codificación también puede aprovechar las diferencias en los modos

en que los seres humanos percibimos la luminancia y la crominancia. En el espacio

de color Y, Cb, Cr, la mayor parte de las frecuencias altas están concentradas en el

componente Y; el sistema visual es menos sensible a frecuencias altas en los

componentes de crominancia que en los de luminancia. Para aprovechar esas

características, el croma es canalizado por un filtro pasabajos en el sistema de

compresión de video ATV y submuestreado por un factor de 2 en las dimensiones

vertical y horizontal, lo que produce componentes de crominancia que tienen un

cuarto de la resolución espacial de la luminancia.

1.6.7 FILTRADO ANTI-ALIASING

Los componentes Y, Cb y Cr se aplican a filtros pasabajos que modelan la respuesta

a las frecuencias de cada uno. Antes del submuestreo vertical y horizontal de los dos

componentes de crominancia, pueden ser procesados por filtros de mitad de banda

para prevenir el aliasing.



32

1.6.8 NÚMERO DE LÍNEAS CODIFICADAS

El sistema de codificación de video requiere que el área de imagen tenga un número

de líneas que sea un múltiplo de 32 para un formato entrelazado, y de 16 para un

formato no-entrelazado. Esto significa que para codificar el formato de 1080 líneas,

el codificador debe tratar en realidad con 1088 líneas (1088=32 x 34). Las ocho

líneas extra no tienen verdadero contenido, y los diseñadores escogerán datos de

relleno que simplifiquen la implementación.

Estas líneas son siempre las últimas ocho de la imagen codificada, y no llevan

información útil alguna.

1.6.9 SISTEMA DE AUDIO PARA EL SISTEMA ATSC

Se incluye en las normas del ATSC también un capitulo relacionado específicamente

con el tratamiento de las señales de audio. Este sector se encuentra entre las

conexiones de entrada, salida de audio y el subsistema de transporte. En la figura

1.7 vemos un esquema básico del mismo, incorporado tanto en el transmisor como

su contraparte, incorporada en el receptor. El propósito funcional es la codificación

de las señales básicas de audio en un flujo digital elemental de audio en el

transmisor y el proceso inverso en el receptor. Este proceso sigue las normas del

sistema AC-3.



33

Figura 1.7. (Tomada de Norma ATSC A/54). Subsistema de audio dentro del sistema de televisión digital.

Se utiliza en este proceso una frecuencia de muestreo de 48 Khz. que está

enganchada con el clock de 27 Mhz del sistema. Se define esta frecuencia de 48

Khz. de la siguiente manera:

48 Khz. (tasa de muestreo) = (22 / 1125) x 27 Mhz (clock del sistema)

Si las señales de entrada son analógicas, debe usarse una frecuencia de muestreo

de 48 Khz., si en cambio las señales de entrada son digitales, Ia tasa de muestreo

de entrada debe ser de 48 Khz. o el codificador de entrada debe tener un convertidor

de la tasa de muestreo que permite esta conversión a 48 Khz.

El servicio principal de audio debe tener una tasa de bits de 384 kbps o menor. Un

servicio asociado de audio de un solo canal debe tener una tasa de bits de 128 kbps

o menos. Un servicio asociado de dos canales que contenga solo diálogo, debe

tener una tasa de bits de 192 kbps o menos. La tasa de bits de audio combinada del

servicio principal y de los servicios asociados debe ser igual o menor a 512 kbps, si

estos servicios deben ser decodificados en forma simultánea. El nivel de audio del



34

diálogo hablado en el flujo elemental de bits del sistema AC-3 debe ser indicado. Las

mediciones involucradas para ello deben efectuarse con una ponderación del tipo

“A”. En los receptores se usará este valor para normalizar el diálogo. Se puede

incluir, en los bloques codificados de audio, una palabra de control para alterar el

nivel de la señal de audio reproducida. Estas palabras de control deben permitir una

alteración de incremento o disminución de hasta 24 dB y deben permitir en general

una alteración del rango dinámico del programa transmitido, sin afectar la señal de

audio codificada.

1.6.10 SISTEMA DOLBY SURROUND DIGITAL (AC-3)

El sistema propuesto por el ATSC para Ia codificación de la señal de audio del

sistema digital ATSC es el AC-3 (Audio Code 3) de DOLBY. Se trata de un sistema

perceptual que tiene una plataforma de 5 canales de audio completos y un canal

adicional de rango limitado. EL uso de los sistemas DOLBY para audio, radio, video

y televisión fue una ampliación del concepto original de los diversos sistemas para

estas aplicaciones adicionales. Si se introduce ahora el AC-3 para la ATSC,

posiblemente Ia ampliación del concepto puede resultar más importante que el

concepto original.

Para optimizar los factores de compresión de las señales de audio se recurre a los

conceptos de la compresión perceptual en donde se toma en cuenta no solo las

frecuencias individuales por sí, sino también el entorno en el cual se desarrollan. Por

ejemplo, una señal de 3000 hz. que se encuentra en el nivel de 0 dB en la curva

normal de audición del oído humano puede pasar a 30 dB sin ser oído, si este tono

es acompañado por otro de 1000 hz. de un nivel de volumen muy superior. Al no ser

audible, el sistema AC-3 con su funcionamiento de control perceptual, elimina estos

tonos inaudibles de su flujo de bits que, por lo tanto, tendrá un volumen de datos

muy inferior al original, sin afectar la calidad tonal.



35

Debemos recordar que este concepto de Ia compresión perceptual es usado

también en otros esquemas de compresión de audio, por ejemplo en el PASC, en el

ATRAC y en el MUSICAM (MASKING PATTERN ADAPTED UNIVERSAL

SUBBAND INTEGRATED CODING AND MULTIPLEXING). Con este nombre se

designa un sistema de compresión usado en muchos países europeos, también en

Canadá para fines del DAB (DIGITAL AUDIO BROADCASTING). Si bien este último

sistema es conceptualmente muy similar con el AC-3 y otros, el mismo no es

compatible con las características de Ia señal de audio usado en otras plataformas

del continente americano. El MUSICAM funciona con una tasa de bits de 392 kb/s y

por lo tanto no es compatible con el AC-3 de 384 kb/s.

Debemos destacar también que el AC-3, al igual que otros esquemas de codificación

y compresión, es un sistema asimétrico en el cual los requisitos materiales para el

proceso de decodificación son mucho menores que los requisitos para su

codificación. Ello desde luego favorece al diseño de equipos de recepción al permitir

el uso de procesadores menos complejos en los receptores con Ia consiguiente

reducción de su costo.

1.7 EL SISTEMA EUROPEO DVB-T (DIGITAL VIDEO BROADCASTING TERRESTIAL)

El sistema DVB estuvo en desarrollo durante varios años, en los países europeos,

pero salió a la luz en 1995 cuando se empezaron a habilitar algunos servicios

auxiliares y parciales para este sistema.

A fines de 1997, se tuvieron propuestas ya concretas que se pueden resumir de Ia

siguiente manera:

La televisión por medio del sistema DVB se presenta como “Televisión Para El

Tercer Milenio”, ya que existen múltiples estándares DVB, este sistema es tratado



36

como una familia de sistemas debido a la diversidad de sus diferentes parámetros,

actualmente se ofrecen 9 servicios diferentes, como son: DVB-T para el servicio de

la TV terrena, DVB-S para el servicio satelital en la banda de 11/12 GHz (banda KU),

DVB-C como sistema digital para cable, DVB-CS para MATV, DVB-MC para MMDS

(MULTIMEDIA DIGITAL SERVICE) con frecuencias menores de 10 GHz, D\TB-MS

para MMDS con frecuencias igual a 10 GHz, DVB-SI para servicios de información

codificados, DVB-TXT para Teletexto y DVB-CI para servicios con interfaz de acceso

condicionado.

La diferencia que distingue a cada uno de estos estándares, es su sistema de

modulación. En la figura 1.8 se representan los distintos tipos de modulación

empleados y sus aplicaciones.

S

MD

ISTEMAS DE ODULACIÓN EL SISTEMA

DVB

CABLE

TV TERRESTRE

QPSK (PORTADORA ÚNICA)

QAM (PORTADORA ÚNICA)

COFDM QPSK

64QAM

SATÉLITE

MÚLTIPLES PORTADORAS

Figura 1.8. (Tomada de Televisión Digital Avanzada). Diferentes tipos de modulación de los estándares

DVB.

Estos sistemas son diseñados para contener combinaciones flexibles de señales de

audio, video y datos digitales, codificados por medio de normas MPEG.

Se utiliza un flujo de transporte (TRANSPORT STREAM) con técnicas de multiplex.

Los sistemas usan una información de servicio (SERVICE INFORMATION), que

brinda detalles respecto a los programas transportados o irradiados.

Al igual que el sistema ATSC el sistema DVB usa un código de corrección de errores

del tipo Reed-Solomon de primer nivel, sus sistemas de modulación y de



37

codificación de canales adicionales, si existen, son elegidos para adaptarse a los

requisitos de los diferentes medios de transmisión.

Se provee un sistema común de SCRAMBLING (distorsión codificada), detalle

común en muchos canales comerciales de acceso limitado. Se provee también una

interfaz de acceso condicional, si ello fuera necesario.

1.7.1 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DVB-T

La compresión de video y audio usada es MPEG-2, aunque el audio es compatible

con el AC-3 de DOLBY. El protocolo de los paquetes de datos, multiplex y sistema

de transporte es MPEG-2, de acuerdo a la norma ISO/IEC 13.818-1. El sistema de

modulación en la transmisión es COFDM de múltiples portadoras.

1.7.2 MODOS DE TRANSMISIÓN

Existen dos modos de transmisión en el sistema DVB que son:

• Transmisión No-Jerárquica.

• Transmisión Jerárquica.

Para la transmisión No-Jerárquica, se transmite un flujo de datos de 19.6 Mbps, en

un espectro de 6 MHz de ancho de banda, este flujo puede transportar un programa

de HDTV con su audio y datos asociados o varios programas de SDTV.

En cambio la transmisión Jerárquica consiste en el transporte de dos flujos de datos

combinados en uno solo, cada uno de estos flujos tiene una modulación diferente

dentro del sistema COFDM.

Esta transmisión es utilizada para emitir un programa de HDTV para recepción fija y

un programa de SDTV para recepción móvil, en un solo flujo de datos. En este caso,



38

el programa de HDTV se transporta con una velocidad mayor, denominada LP (Low

Priority) y el programa de SDTV con una velocidad menor llamada HP (High Priority).

El HP se usa para recepción móvil. Este debe tener una modulación robusta, por

ello, cada portadora del COFDM es modulada en 64QPSK.

El LP es utilizado para recepción fija, en este caso, no interesa tanto la robustez en

la modulación, por ello la portadora del COFDM es modulada en 64QAM.

1.7.3 CARACTERÍSTICAS DE LA MODULACIÓN COFDM

Este estándar emplea Ia modulación COFDM de múltiples portadoras. En este tipo

de modulación, existen dos modos de operación posibles:

• Modo 2k= 1.705 portadoras

• Modo 8k = 6.817 portadoras

Cada uno de estos modos representa un set de portadoras y a este se le llama

símbolo, ver figura 1.9.

DVB-T TV TERRESTRE

2k-1.705 portadoras

8k-6.817 portadoras

Set de portadoras = 1 símbolo

QPSK

Niveles de QAM

Más robusto, menor capacidad.

Menos robusto, mayor capacidad

COFDM

Portadoras de datos

Figura 1.9. (Tomada de Televisión Digital Avanzada). Modos de operación en 2k y 8k en COFDM.



39

1.7.4 SISTEMA DE MODULACIÓN COFDM.

La secuencia de los procesos de modulación es la siguiente:

• MUX de adaptación y energía dispersa.

• Codificación externa.

• lntercalación externa.

• Codificación interna.

• lntercalación interna.

• Mapping.

• Adaptación de cuadro e inserción de pilotos y señales TPS.

• COFDM.

• lnserción de intervalos de guarda.

Enseguida daremos una breve explicación de cada una de estas etapas:

MUX de adaptación y energía dispersa. Esta etapa provee a cada paquete de una

inicialización para facilitar el trabajo del Decoder. Así el primer byte de sincronización

de cada ocho paquetes del Flujo de Transporte es invertido, esto es realizado con

los bits inteligentes, llamándole a este proceso Adaptación del Múltiplex de

Transporte. Los paquetes de 188 bytes de capacidad son randomizados en una

Secuencia pseudo aleatoria Random Binaria (PRSB).

Codificación externa. A estos paquetes de 188 bytes se le aplica la corrección

Reed Solomon. Al final de cada paquete se le agregan 16 bytes de paridad, para

detectar y corregir errores.

lntercalación externa. Ya agregados los bytes de paridad, se realiza la

intercalación externa. Esta se efectúa en el paquete total 203 bytes y es realizada

mediante un registro de desplazamiento. Se tienen doce posiciones de intercalación



40

que corresponden a 1 byte por posición, ya en total tenemos una profundidad de

intercalación de 12 bytes.

Codificación interna. A la entrada de datos tenemos un Registro de

Desplazamiento. Los contenidos de este producen dos salidas X y Y, que

representan diferentes chequeos de paridad de los datos de entrada, de tal forma

que los errores de bits puedan ser corregidos. Por cada bit de entrada sin codificar

tenemos dos bits de salida codificados, este proceso tiene una relación de código de

½.

lntercalación interna. Consiste en una intercalación de bits seguida de una

intercalación de símbolos. El flujo de datos es demultiplexado en varios sub flujos

dependiendo de este número, de la modulación empleada. Por ejemplo, para modo

No-Jerárquico con modulación QPSK, la señal es demultiplexada en dos sub flujos.

Para 16 QAM el número de sub flujos serán 4 y para 64 QAM serán 6. El propósito

de esta intercalación es el organizar las palabras de bits en las portadoras activas.

Adaptación de cuadro e inserción de pilotos y señales TPS. Aquí se efectúa la

inserción de las portadoras piloto y TPS, estas portadoras piloto se usan para:

• Sincronización de cuadro, frecuencia y tiempo.

• Identificación del modo de transmisión.

• Estimación del canal.

Las portadoras TPS (Transmission Parameter Signalling) se usan como información

de los parámetros de transmisión. Por ejemplo, información Jerárquica, relación de

código del stream HP, relación de código del stream LP, protección de errores, etc.

COFDM e inserción de intervalos de guarda. La señal transmitida esta organizada

en cuadros, cada cuadro consta de 68 símbolos numerados de 0 a 67, cada símbolo



41

consta de un set de portadoras y la cantidad de estas dependerá del modo de

transmisión.

En la figura 1.10 se observa un set de portadoras que representa un símbolo, este

va protegido mediante un intervalo de guarda ubicado adelante. Enseguida tenemos

un nuevo intervalo de guarda que pertenece al segundo símbolo. Así cada símbolo o

set de portadoras va protegido mediante un intervalo de guarda ubicado adelante y

detrás del mismo.

La adición del intervalo de guarda reduce la capacidad de datos. Esta reducción,

esta relacionada directamente a la duración del intervalo de guarda. Para hacer más

eficaz la protección, la duración de los intervalos de guarda se hace variable.

Símbolo n-1 8k (6817 port.)2k (1705 port.)

n

Intervalo de guarda

Símbolo n-1 8k (6817 port.)2k (1705 port.)

n-1

Intervalo de guarda

Figura 1.10. (Tomada de Televisión Digital Avanzada). Símbolo en COFDM e intervalos de guarda.

En cuanto a características técnicas, parece existir Ia impresión que en términos

generales el sistema americano HDTV es excelente para zonas de pocas

variaciones topográficas, mientras que para zonas montañosas y otras variaciones

topográficas importantes el sistema DVB es el indicado.

1.7.5 COMPATIBILIZACIÓN ENTRE DTV Y DVB

Aún cuando ambos sistemas proclaman sus diferencias, existe una norma adicional,

la A/58 del ATSC que permite efectuar una compatibilización entre ambos sistemas.



42

Se expresa en el documento A/58 que las recomendaciones descritas en el mismo

permiten el transporte simultáneo de la información de servicio (SI) para las normas

del ATSC de acuerdo al documento A/56 y del ETSI ETS 300 486 del DVB. Se

aclara que este transporte simultáneo de Ia SI puede ser necesario cuando los flujos

digitales del ATSC llegan a receptores que solo están preparados para el servicio del

DVB o cuando la información SI del DVB llega a receptores del tipo ATSC.

Se observa que en la televisión digital de ambos sistemas es suficiente modificar Ia

información del servicio SI para lograr la compatibilización y no es necesario

modificar la información de video y audio de ambos sistemas.

En la tabla 1.7 se observan parámetros de los sistemas de televisión analógicos y

digitales en uso en los Estados Unidos y en Europa.



43

SISTEMA NTSC-M PAL-N DTV DVB

FREC. CAMPO 59.94 Hz 50 Hz 60 Hz 50 Hz

CAMPOS / CUADRO 2 2 2 2

LINEAS / CUADRO 525 625 1.125 1.125

FREC. HORIZ. 15.734 Hz 15.625 Hz 33.750 Hz 31.250 Hz

TASA MUESTREO

LUMINANCIA ANALOGICO ANALOGICO 2200H=74.25 MHz

2304H=72.00

MHz

PIXELS / LINEA ANALOGICO ANALOGICO 1920 1920

SUBPORTADORA 455H/2 1135H/4+25 COMPON. COMPON.

LINEASACTIVAS/CUAD. 483 576 1080 1152

TASA MUESTREO

CROMINANCIA ANALOGICO ANALOGICO 1100H=37.125 MHz

1152H=36.00

MHz

MUESTREO DE BITS ANALOGICO ANALOGICO 10 8 o 10

TASA DATOS SERIE ANALOGICO ANALOGICO 44000H=1.485 Gb/s 46080H=1.44Gb/

s

REL. DE ASPECTO 4:3=1.33 4:3=1.33 16:9=1.78 16:9=1.78

ANCHO DE CANAL 6 MHz 6 MHz 6 MHz 7 MHz

TABLA 1.7. Parámetros para diferentes sistemas de TV.

1.8 SISTEMA ISDBT (TERRESTIAL INTEGRATED SERVICES DIGITAL BROADCASTING)

El estándar ISDB-T, ha sido desarrollado en Japón por el grupo DIBEG (Digital

Broadcasting Experts Group), tomando como base al estándar DVB-T.

El ISDB-T utiliza Ia compresión y el multiplexado MPEG-2, además del sistema de

modulación COFDM. Sin embargo, este estándar tiene otras variantes y

características diferentes al DVB-T.



44

1.8.1 TRANSMISIÓN OFDM EN FORMA SEGMENTADA

El Flujo de Transporte (Transport Stream) es remultiplexado y agrupado en

segmentos de datos. Enseguida cada uno de estos segmentos es transformado en

segmentos OFDM. En total, el espectro de transmisión se compone de trece

segmentos, siendo esta cantidad Ia misma para un canal de 6, 7 y 8 MHz de ancho

de banda. Lo que varía en cada uno de los espectros, es el tiempo de duración de

cada segmento. Para 6 MHz de ancho de banda del canal, el espectro compuesto

por los trece segmentos ocupa 5,6 MHz, siendo el ancho de banda de cada

segmento de 429 Khz.

1.8.2 OPERACIÓN EN DISTINTOS MODOS DE TRANSMISIÓN

Este estándar opera en tres diferentes modos de transmisión. Cada modo tiene

distintos espaciados de las portadoras OFDM. Los modos de transmisión son los

siguientes:

• Transmisión segmentada.

• Transmisión en modo Jerárquico.

• Transmisión en modo parcial o de banda angosta.

Transmisión segmentada. El espectro de transmisión es dividido en trece

segmentos, que son numerados de 0 a 12. En Ia figura 1.11 tenemos el espectro de

los trece segmentos en transmisión. Los mismos corresponden a un canal de 6 MHz

de ancho de banda.



45

13 segmentos =5.6 Mz

Segmento de datos0.429 Mz

6 7 8 12 9 10 11 0 1 2 3 4 5

Figura 1.11. (Tomada de Televisión Digital Avanzada). Segmentos de datos del ISDB-T, para ancho de

banda de 6 MHz.

Aquí se efectúan dos tipos de intercalaciones de datos, una de ellas se denomina

inter segmentos y consiste en una randomización entre los segmentos. El otro tipo

de intercalación se llama intra segmentos que consiste en intercalar los datos dentro

del mismo segmento.

En Ia figura 1.12 se observa que es el mismo espectro de Ia Figura 1.11, pero con

segmentos intercalados.

Figura 1.12. (Tomada de Televisión Digital Avanzada). Segmentos de datos intercalados.

Intercalación

2 41 0 12 6 8 10 11 9 7 5 3

Transmisión en modo Jerárquico. En este modo permite transmitir en forma

simultánea un flujo de datos para recepción fija y otro flujo para recepción móvil,

como en el caso del sistema DVB.



46

Cada grupo de segmentos puede tener su propio tipo de modulación, relación de

código y tiempo de intercalación. Se pueden transmitir hasta tres grupos de

segmentos separados, al mismo tiempo y en el mismo canal.

Transmisión en modo parcial o de banda angosta. Esta es utilizada solo para

recepción portable y móvil. La característica principal de este tipo de transmisión, es

que implica que el segmento parcial a transmitir, está ubicado en Ia parte central de

Ia banda de los trece segmentos. En este segmento, solo se transmite audio y datos,

ambos pueden ser recibidos por un receptor portátil de banda angosta. El ancho de

banda de este receptor es de un segmento OFDM.

1.8.3 CUADRO MULTIPLEXADO

Un cuadro multiplexado está compuesto por paquetes continuos de 204 bytes cada

uno, de estos 204 bytes, el primero es el de sincronización, después tenemos 187

bytes de datos y en seguida 16 bytes de paridad RS. Esta estructura de los

paquetes multiplexados es igual que en el estándar DVB-T.

En el estándar ISDB-T, los paquetes multiplexados son compatibles con el Flujo de

Transporte (Transport Stream) del estándar MPEG-2.


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