Tarea 4 Teleco2 Tv Digital

[2009]  Tarea 4: MPEG‐1, MPEG‐2,  MPEG‐4, SDTV, HDTV,  ISDB‐T, ATSC y DVB

Alumnos: Jorge Faúndez Ariel Reyes Álvarez Asignatura: Telecomunicaciones II Profesor Cátedra: Sr. Arnaldo Dossi Dossi

Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009

Tarea 4 de Telecomunicaciones II Consiste en Investigar los siguientes conceptos pedidos por el profesor: • • • • • • • •

MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 SDTV HDTV ISDB-T ATSC DVB

MP3

Para la norma ISDB-T investigar además los tipos de modulación que ocupa. Desarrollo de la tarea

MPEG-1 Es el nombre de un grupo de estándares de codificación de audio y vídeo normalizados por el grupo MPEG (Moving Pictures Experts Group). MPEG-1 vídeo se utiliza en el formato Video CD. La calidad de salida con la tasa de compresión usual usada en VCD es similar a la de un cassette vídeo VHS (Video Home System). Para el audio, el grupo MPEG definió el MPEG-1 audio layer 3 más conocido como MP3. MPEG-1 está conformado por diferentes partes: Sincronización y transmisión simultánea de vídeo y audio. Posee un Códec de compresión para señales de vídeo no entrelazadas (progresivas). Posee un Códec de compresión para señales de audio con control sobre la tasa de compresión. El estándar define tres capas (layers), o niveles de complejidad de la codificación de audio MPEG. MP1 o MPEG-1 Parte 3 Capa 1 (MPEG-1 Audio Layer 1) MP2 o MPEG-1 Parte 3 Capa 2 (MPEG-1 Audio Layer 2) MP3 o MPEG-1 Parte 3 Capa 3 (MPEG-1 Audio Layer 3)

Características MPEG-1 aborda el problema de combinar uno o más flujos de datos de vídeo y audio del estándar MPEG-1 con el calendario de información para formar un sólo arroyo, como en la siguiente figura. Esta es una importante función porque, una vez combinados en un solo flujo, los datos están adecuados para el almacenamiento digital o transmisión. Prototypical ISO/IEC 11172 decoder.

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 Además especifica una representación codificada que puede ser usado para la compresión de las secuencias de audio - tanto mono como estéreo. El algoritmo se ilustra en la siguiente figura. El audio de entrada de las muestras se introduce en el codificador. La cartografía crea un filtrado subsampled y también una representación de la entrada de audio. Un modelo psico, crea un conjunto de datos para controlar el quantiser y Codificación de Mercancías. El quantiser y la codificación crean un bloque conjunto de la codificación de los símbolos de la entrada asignada muestras. El bloque 'marco de embalaje' reúne los bits reales de la salida de datos de los otros bloques, y añade otro tipo de información (por ejemplo, corrección de errores) si es necesario.

Estructura básica de un codificador de audio

MPEG-2 Es la designación para un grupo de estándares de codificación de audio y vídeo acordado por MPEG, y publicados como estándar ISO 13818. MPEG-2 es por lo general usado para codificar audio y vídeo para señales de transmisión, que incluyen televisión digital terrestre, por satélite o cable. MPEG-2. Con algunas modificaciones, es también el formato de codificación usado por los discos SVCD´s y DVD`s comerciales de películas. MPEG-2 es similar a MPEG-1, pero también proporciona soporte para vídeo entrelazado (el formato utilizado por las televisiones). MPEG-2 vídeo no está optimizado para bajas tasas de bits (menores que 1 Mbit/s), pero supera en desempeño a MPEG-1 a 3 Mbit/s y superiores. MPEG-2 introduce y define Flujos de Transporte, los cuales son diseñados para transportar vídeo y audio digital a través de medios impredecibles e inestables, y son utilizados en transmisiones televisivas. Con algunas mejoras, MPEG-2 es también el estándar actual de las transmisiones en HDTV. Un descodificador que cumple con el estándar MPEG-2 deberá ser capaz de reproducir MPEG-1. MPEG-2 audio, definido en la Parte 3 del estándar, mejora a MPEG-1 audio al alojar la codificación de programas de audio con más de dos canales. La parte 3 del estándar admite que sea hecho retro-compatible, permitiendo que descodificadores MPEG-1 audio puedan descodificar la componente estéreo de los dos canales maestros, o en una manera no retro-compatible, la cual permite a los codificadores hacer un mejor uso del ancho de banda disponible. MPEG-2 soporta varios formatos de audio, incluyendo MPEG-2 AAC. El Estándar MPEG-2 Información general acerca de MPEG-2 Video y MPEG-2 Audio excluyendo las modificaciones cuando es usado en DVD / DVB. Un Flujo de Sistema MPEG-2 típico consta de dos elementos: • video data + time stamps audio data + time stamps • Codificación de vídeo MPEG-2 (simplificado) MPEG-2 es para la codificación genérica de imágenes en movimiento y el audio asociado que crea un flujo de vídeo mediante tres tipos de datos de marco (cuadros intra, cuadros posteriores predecibles y cuadros predecibles bi-direccionales) arreglados en un orden específico llamado “La estructura GOP”(GOP = Group

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 Of Pictures o grupo de imágenes). Generalmente el material originado es una secuencia de vídeo a una resolución de píxeles pre-fijada a 25 o 29,97 cuadros por segundo con sonido. MPEG-2 admite flujos de vídeo escaneado de manera tanto progresiva como entrelazada. En flujos de escaneo progresivo, la unidad básica de codificación es un campo. En la discusión de abajo, los términos genéricos “cuadro” e “imagen” se refieren tanto a los campos o cuadros, dependiendo del tipo de flujo. El flujo MPEG-2 está hecho de una serie de cuadros de imágenes codificadas. Las tres maneras de codificar una imagen son: intra-codificado (I cuadro), predecible posterior (P cuadro) y predecible bi-direccional (B cuadro). La imagen del vídeo es separada en dos partes: luminancia (Y) y croma (también llamada señales de diferencia de color U y V) a su vez, son divididos en “Macro-bloques” los cuales son la unidad básica dentro de una imagen. Cada macro-bloque es dividido en cuatro 8X8 bloques de luminancia. El número de bloques de croma 8X8´s depende del formato de color de la fuente. Por ejemplo en el formato común 4:2:0 hay un bloque de croma por macro-bloque por cada canal haciendo un total de seis bloques por macro-bloque. En el caso de los cuadros I, la verdadera información de imagen pasada a través del proceso codificador descrito abajo, los cuadros P y B primero son sujetos a un proceso de “compensación de movimiento”, en el cual son co-relacionados con la imagen previa (y en el caso del cuadro B, la siguiente). Cada macro-bloque en la imagen P o B es entonces asociada con un área en la imagen previa o siguiente que este bien correlacionada con alguna de éstas. El "vector de movimiento" que mapea el macro-bloque con su área correlacionada es codificado, y entonces la diferencia entre las dos áreas es pasada a través del proceso de codificación descrito abajo. Cada bloque es procesado con una transformada coseno discreta (DCT) 8X8. El coeficiente DCT resultante es entonces cuantificado de acuerdo a un esquema predefinido, reordenado a una máxima probabilidad de una larga hilera de ceros, y codificado. Finalmente, se aplica un algoritmo de codificación Huffman de tabla fija. Los cuadros I codifican redundancia espacial, mientras que los cuadros B y P codifican redundancia temporal. Debido a que los marcos adyacentes son a menudo bien co-relacionados, los cuadros P pueden ser del 10% del tamaño de un cuadro I, y el cuadro B al 2% de su tamaño. La tasa de bit de salida de un codificador MPEG-2 puede ser constante (CBR) o variable (VBR), con un máximo determinado por el reproductor – por ejemplo el máximo posible en un DVD de película es de 10.4 Mbit/s. Para lograr una tasa de bits constante el grado de cuantificación es alterado para lograr la tasa de bits requerida. Incrementar la cuantificación hace visible un defecto cuando el vídeo es descodificado, Generalmente en la forma de “amosaicamiento”, donde las discontinuidades en los filos de los macro-bloques se hace más visible como reducción de la tasa de bits. Codificación de audio MPEG-2. MPEG-2 además introduce nuevos métodos de codificación de audio. Éstos son: Baja tasa de bits de codificación con tasas de muestreo divididas (MPEG-1 capa 1/2/3 LSF) Codificación multi-canal hasta 6 canales (5.1)

MPEG-4 MPEG-4, introducido a finales de 1998. Los usos principales del estándar MPEG-4 son los flujos de medios audiovisuales, la distribución en CD, la transmisión bidireccional por videófono y emisión de televisión. MPEG-4 toma muchas de las características de MPEG-1 y MPEG-2 así como de otros estándares relacionados, tales como soporte de VRML (Virtual Reality Modeling Language) extendido para Visualización 3D, archivos compuestos en orientación a objetos (incluyendo objetos audio, vídeo y VRML), soporte para la gestión de Derechos Digitales externos y variados tipos de interactividad. La mayoría de las características que conforman el estándar MPEG-4 no tienen que estar disponibles en todas las implementaciones, al punto que es posible que no existan implementaciones completas del estándar MPEG-4. Para manejar esta variedad, el estándar incluye el concepto de perfil (profile) y nivel, lo que permite definir conjuntos específicos de capacidades que pueden ser implementados para cumplir con objetivos particulares.

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 Nuevas especificaciones H.264/MPEG-4 AVC no supone una gran tecnología con respecto a las normas de codificación de vídeo anteriores. Las diferencias se pueden encontrar a pequeña escala sobre el principio general de codificación (predicción, transformada, cuantificación, etc.).

Algoritmos para la prevención de pérdidas FMO y ASO La ordenación flexible de macrobloques (FMO) y la ordenación arbitraria de slices (ASO) son técnicas para reestructurar la representación de las regiones fundamentales (macrobloques) aunque también pueden ser utilizados para otros objetivos. DP La partición de datos proporciona la capacidad de separar los elementos de sintaxis más importantes de los menos importantes en paquetes de datos diferentes, permitiendo el uso de protección de error desigual (UEP). RS El algoritmo de slices redundantes permite a un codificador enviar una representación suplementaria de una región de imagen que puede ser usado si la representación primaria es corrompida o perdida.

¿En qué se diferencian los mpg1 - mpg2 y mpg4? El formato MPEG al ser creado, se establecieron 4 tipos de MPEGs, los cuales son: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3 y MPEG-4. Cada uno de estos según su calidad. De aquí nace el popular formato MP3 para audio y también se habla de que el MPEG-4 que es el de mayor compresión y le da vida al DivX explicado a continuación. Ofrecen tres ventajas: compatibilidad mundial, gran compresión y poca degradación de la imagen. El estándar no especifica cómo se debe hacer la compresión. Los diferentes fabricantes luchan para determinar el mejor algoritmo, manteniendo siempre la compatibilidad. Una cadena MPEG se compone de tres capas: audio, video y una capa a nivel de sistema. Esta última incluye información sobre sincronización, tiempo, calidad, etc. MPEG-1: Establecido en 1991, se diseñó para introducir video en un CD-ROM. Por aquel entonces eran lentos, por lo que la velocidad de transferencia quedaba limitada a 1.5 Mbits y la resolución a 352x240. La calidad es similar al VHS. Se usa para videoconferencias, el CD-i, etc. Si es usado a mayor velocidad, es capaz de dar más calidad. MPEG-2: Establecido en 1994 para ofrecer mayor calidad con mayor ancho de banda (típicamente de 3 a 10 Mbits). En esa banda, proporciona 720x486 pixels de resolución, es decir, calidad TV. Ofrece compatibilidad con MPEG-1. MPEG-4: Está en discusión. Se trata de un formato de muy bajo ancho de banda y resolución de 176x144, pensado para videoconferencias sobre internet, etc. Realmente está evolucionando mucho y hay fantásticos codificadores soft que dan una calidad semejante al MPEG-2 pero con mucho menor ancho de banda.

MP3 Trataremos de explicar brevemente que se esconde tras un MP3 y en que se basan sus capacidades. Para saber cómo funciona no tenemos (ni queremos) porque llegar a las matemáticas profundas del modelo psicoacústico, solo nos basta con entender algunos conceptos relativamente sencillos. Además para disfrutar de un MP3 no es en absoluto necesario saber cómo funciona. Un MP3 es un sistema de compresión de audio con el cual podemos almacenar música con calidad CD en 1/12 del espacio original.

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 MPEG 1 layer 3. Las siglas MP3 responden a una abreviación de MPEG 1 layer 3. Es un algoritmo de codificación perceptual desarrollado por el consorcio MPEG junto con el Instituto Tecnológico Fraunhofer que finalmente se ha estandarizado como norma ISO-MPEG Audio Layer 3 y que viene a ser un avance importante sobre los anteriores desarrollos (Layer 1 y Layer 2). El hecho de que haya sido adoptado como una norma ISO es más importante de lo que cabría suponer. Las normas ISO definen muchos estándares del mercado y tienen peso frente a la industria. Además eso habilita a las personas que quieran desarrollar aplicaciones o cualquier otra cosa dado que tiene a su alcance el funcionamiento del sistema. Esta tecnología no es nueva, realmente ya lleva desarrollandose más de 10 años, lo que ocurre es que ahora es el momento en el que la velocidad de proceso de los ordenadores la han hecho asequible para el usuario medio. Codificación Perceptual y Oído Humano. El sistema de codificación perceptual es un sistema de compresión con pérdida, esto quiere decir que el sonido original y el comprimido no son exactamente iguales. Estas pérdidas responden al funcionamiento del oído humano, así aunque los sonidos no son iguales, sí los percibimos como si lo fuesen. Se suele comparar el sistema de compresión perceptual del sonido con los sistemas de compresión gráficos JPEG. Estos se diferencian de otros como el BMP o TIFF porque no mantiene la imagen inalterada sino que realizan "aproximaciones" al original en pos de una mayor compresión. El rango de frecuencias que percibe el oído humano esta aproximadamente entre los 20Hz y los 20kHz siendo más sensible entre los 2Hz y 4Hz. Además cuando tenemos una señal de un volumen alto en una frecuencia y otra de un volumen más bajo en una frecuencia cercana esta queda "tapada" por la anterior. Esto es lo que se llama efecto enmascaramiento. Así pues de lo que se trata es de aprovechar los "defectos" del oído humano para desechar todo aquello que realmente no vamos a oír. Por supuesto cada uno tiene su oído y por eso para probar el éxito de estos sistemas se utilizan métodos estadísticos. Codificación de Sub Bandas. Para aprovechar estas características se utiliza un sistema denominado Codificación de Sub Bandas. En este proceso la señal original se descompone en sub bandas mediante un banco de filtros o algún método parecido. Estas sub bandas son comparadas con el original mediante el modelo psicoacústico que determina que bandas son importantes cuales no y cuáles pueden ser eliminadas. Dependiendo del bitrate al que vayamos a producir la codificación este proceso eliminara más o menos datos siguiendo el modelo psicoacústico hasta lograr la compresión necesaria. Luego se cuantifican y codifican las sub bandas restantes y el resultado es finalmente comprimido mediante un algoritmo Standard Huffman o LZW. Cifras. Dentro del formato MP3 podemos comprimir con distinto ancho de banda, modo y bitrate obteniendo distintas calidades según para que vayamos a utilizar ese sonido.

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 En un disco compacto tenemos una onda de 44.1kHz 16bit estéreo eso significa aproximadamente 1400Kbps (44100 x 16 x 2 bits por segundo). Codificándolo por ejemplo a un MP3 de 128kbps obtenemos una reducción en torno al 1/12 del espacio inicial. También se puede optar por compresiones a mayor bitrate llegando a 192 o incluso 256kbps. Pero el más popular es el de 128kbps con el que se consigue una calidad excelente con una compresión sobresaliente.

SDTV y HDTV SDTV (Standard Definition Television) es el acrónimo que reciben las señales de televisión que no se pueden considerar señales de alta definición (HDTV) ni de señal de televisión de definición mejorada (EDTV). Ó sea SDTV es el nombre que reciben las transmisiones de televisión actuales para diferenciarlas de la HDTV. Hasta la aparición de los sistemas digitales, SDTV sólo tenía un significado, pero actualmente se usa para referirse a dos sistemas de codificación y envío de señales de vídeo: Por un lado SDTV se usa por denominar las señales analógicas de 480 líneas (NTSC) o 575 (PAL y SECAM) y que han sido los estándares mayoritarios en los últimos 50 años. Su relación de aspecto siempre es de 4:3, mientras que la exploración es entrelazada. Por otro lado, SDTV también se usa genéricamente por referirse a señales de televisión, analógicas o digitales, que tienen una calidad equivalente a la SDTV analógica. Así de los formatos como VCD, VHS, Beta o SVCD con calidades parecidas a la televisión analógica, también a menudo se dice que tienen una calidad SDTV. En este caso, la exploración puede ser progresiva en sistemas de poca resolución o entrelazada si llega a las 480 o 575 líneas. La relación de aspecto habitualmente es de 4:3 aun cuando también puede ser de 16:9. Debido a la utilización del acrónimo SDTV para referirse a todo tipo de sistemas que no son HDTV, es habitual la confusión de los términos y clasificar sistemas EDTV como el DVD en el grupo de SDTV. La resolución de la SDTV se mueve entre las 480 líneas horizontales del sistema NTSC y las 575 de PAL y SECAM, quedando la relación de aspecto siempre en 4:3. Otros formatos como MPEG-1 tienen prestaciones similares; sólo 288 líneas, pero barrido progresivo hacen que se vea con una calidad bastante similar al PAL o el NTSC. La resolución temporal es siempre de 50 imágenes (60 en NTSC) entrelazadas por segundo. Estas prestaciones inicialmente se consideraron adecuadas debido a las medidas de los primeros aparatos de televisión, puesto que raramente superaban las 20 pulgadas de diagonal de pantalla. No obstando, las limitaciones de la SDTV cada vez se muestran más evidentes en los aparatos modernos, a menudo con diagonales de pantalla de más de 30 pulgadas y electrónicas de mucha más calidad que las de los primeros reproductores. HDTV: La televisión de alta definición (también conocida como HDTV, del inglés High Definition Television) es uno de los formatos que, sumados a la televisión digital (DTV), se caracteriza por emitir las señales televisivas en una calidad digital superior a los demás sistemas (NTSC, SECAM, PAL). Históricamente el término también fue aplicado a los estándares de televisión desarrollados en la década de 1930 para reemplazar modelos de prueba. También se aplicaba a modelos anteriores de alta definición, particularmente en Europa, llamados D2 Mac, y HD Mac, pero que no pudieron implantarse ampliamente. Los términos HD ready (listo para HD) y compatible HD están siendo usados con propósitos publicitarios. Estos términos indican que el dispositivo electrónico que lo posee, puede ser un televisor o algún proyector de imágenes, es capaz de reproducir señales en Alta Definición, aunque el hecho de que sea compatible con contenidos en alta definición no implica que el dispositivo sea de alta definición o tenga la resolución necesaria, tal y cómo pasa con algunos televisores de plasma con menos definición vertical que televisores de hace décadas (833x480 en vez de los 720x576 píxeles -anamórficos equivalen a 940x576-), los cuales son compatibles con señales en alta definición porque reducen la resolución de la imagen para adaptarse a la resolución real de la pantalla.

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Norma ATSC (Advanced Television Systems Committee) Esta norma desarrollada por una organización internacional, que reúne radiodifusores, fabricantes, desarrolladores de software, etc. y bajo la dirección la FCC (Federal Communications Comisión). En 1995 la norma fue aprobada por sus miembros, en 1996 adoptado como norma para USA, y afines de 1998 puesto en funcionamiento. Desde sus comienzos ATSC está enfocado en HDTV y SDTV. ATSC utiliza un esquema de modulación llamado 8-VSB (Vestigial Sideband Modulation), la cual es una señal mono portadora fundamental, dependiente de la amplitud, la cuales es una modulación de 8 pulsos en banda base que funciona con modulador analógico de banda lateral de doble portadora suprimida, seguido de un filtro que elimina BLI, es por este proceso deja vestigios de BLI, de aquí el nombre de la modulación, por último se agrega una portadora. La previa modulación y codificación, proveen a esta norma de una buena inmunidad al ruido impulsivo y FEC (Forward Error Correction), además de una posterior Interleaving fijo, hace más robusta la transmisión. La norma ATCS permite la emisión y recepción de diferentes formatos y resoluciones de video, sonido envolvente AC-3 (de laboratorios dolby), múltiples programas de resolución estándar en un canal de 6Mhz y datos complementarios, priorizando una transmisión de alta definición (HDTV- MPEG-2 en 1920x1080 60i o 1280x720 60p); o también transmitir varias señales de definición estándar (720x480 60 i/p) o combinando ambas definiciones. Transmitiendo una carga útil de 19.4 Mbps, cubriendo un área aproximada de 90 Km. En un principio esta norma presentaba problemas con los rebotes de la señale pero esto se ha ido mejorando con el pasar del tiempo, llegando ahora con receptores de 5º generación (ya se encuentra en proceso de implementación los 6º generación). Max Ghost

Features

No. of Chips

+50

0 dB (100%)

Advanced Equalizer

1 chip VSB & QAM

-10

44

1.5 dB (84%)

Digital Demodulation

1

20002001

-3

44

2.5 dB (75%)

Longer, faster, stronger ghost capability

2

2

1999

-3

20

3 dB (70%)

Reduced geometry & power

2

1

1998

-3

20

3 dB (70%)

First IC version

3

Generation

Year

Equalizer Range

5

2004

-50

4

20022003

3

El formato ATSC comprende 4 formatos básicos de televisión digital:

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 En una primera instancia de define cual será calidad del video y sonido a trabajar, luego estos son comprimidos en MPGE-2 el video y el audio con calidad AC-3 (cabe destacar que el formato final de transporte es el MPEG-2), por ultimo tenemos la modulación de 8-VSB donde también se define dependiendo de la calidad del MPEG-2 cuanto usara de la banda de 6 Mhz para ser transmitida, cabe destacar que en este paso se puede multiplexar la señal para así obtener la ventaja de tener mayor cantidad de canales en el mismo ancho de banda (pues se pueden transmitir hasta 4 canales de SDTV), además de transmitir también información adicional, como la programación, subtítulos, etc. La multiplexación utiliza los datos, video y audio (comprimidos y codificados en MPEG-2), estos divididos en unidades más pequeñas (aprox. 188 bytes), donde se introduce en el primer byts de sincronismo, esto es para que el receptor lo lea y este lea el flujo de información y decodifique según corresponda, junto con las señalizaciones de error. Finalmente, el subsistema Transmisión de RF agrega codificación de canal y realiza la modulación del flujo de transporte para su posterior transmisión inalámbrica. El propósito de la codificación de canal es agregar información redundante al flujo de datos. Esta información es luego utilizada en el receptor para detectar y corregir posibles errores causados por el canal inalámbrico e interferencias. Como nota la norma también considera un modo de alta capacidad de datos, 16 VSB, orientado a televisión por cable. Otro punto importante a tratar es la transmisión única a nivel nacional, pues se puede tener una solo transmisora de gran alcance o tener muchas pequeñas transmisoras. El problema se presenta es cuando existen en un sector señales que sobre ponen una sobre la otra, ósea exista 2 señales en la misma frecuencia y amplitud similar, pero desfasados en el tiempo. Por esto un receptor debe de ser capaz de interpretar y selección una de estas señales para obtener la mejor descodificación, con la menor cantidad de errores. Es por esto importante que una norma tenga una fuerte resistencia a la propagación multitrayectoria. Existen 3 métodos de transmisión • Repetidoras de misma frecuencia, esta recibe la señal al igual que una receptor común y luego la retransmite igual a con algún grado de procesamiento (puede ser por ejemplo amplificar) esta sirve para dar señal a lugares pequeños a los cuales no llega la señal principal. • Traductor distribuido es una variante de la anterior, pero esta recibe la señal y la transmite en frecuencia distinta a la original. • Transmisores distribuidos: en esta la señal es recibida a través de cable o fibra óptica. La idea es que toda las transmisoras transmitan simultáneamente sincronizadas y a una frecuencia única. Cabe de estacar que en esta norma ya está próxima a implementar un sistema de televisión móvil, la cual aun está en proceso de estudio para ser próximamente lanzada. Norma DVB (Digital Video Broadcasting) Es una organización encargado de crear y proponer los procedimientos de estandarización para la TD. Está constituido por más de 270 instituciones y empresas de todo el mundo. Los estándares propuestos han sido ampliamente aceptados en Europa y casi todos los continentes. Todos los procedimientos de codificación de las fuentes de vídeo y audio al igual que ATCS son en MPEG-2. Luego esta modula en COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que consiste en emplear portadoras ortogonales entre si, por lo que no se interfieren unas con otras, con bandas de guarda para evitar interferencias, lo que le otorga una robustez natural a las transmisiones. Una vez definida la trama de transporte es necesario definir los sistemas de modulación de señal que se utilizarán para los distintos tipos de radiodifusión (satélite, cable y terrena), los tipos de códigos de protección frente a errores y los mecanismos de acceso condicional a los servicios y programas. El DVB ha elaborado distintos estándares en función de las características del sistema de radiodifusión. Los estándares más ampliamente utilizados en la actualidad son el DVB-S y el DVB-C que contemplan las transmisiones de señales de televisión digital mediante redes de distribución por satélite y cable respectivamente. La transmisión de televisión digital a través de redes de distribución terrestres utilizando los canales UHF convencionales se contempla en el estándar DVB-T, que actualmente se está implantando en la mayor parte de los países europeos. Además de estos estándares también están especificados sistemas para la distribución de señales de televisión digital en redes multipunto, sistemas SMATV (Satellite Master Antenna Televisión). También existen estándares que definen las características de la señalización en el canal de

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 retorno en sistemas de televisión interactiva, la estructura de transmisión de datos para el cifrado y descifrado de programas de acceso condicional, la transmisión de subtítulos, y la radiodifusión de datos (nuevos canales de teletexto) mediante sistemas digitales. De manera muy similar a como se realiza en la norma ATSC el video y la imagen son comprimidas y codificadas en MPEG-2, pero a diferencia de que la calidad del audio en ATSC era en AC-3 esta solo lo comprime baja estándares de MPEG-2 para el sonido estéreo con un máximo de 38kbps. También se puede realizar de forma similar a ATSC codificación, descodificación, multiplexión y transporte de datos en el ancho de banda, permitiendo poder tener también varios servicios de canales en el ancho de banda. DVB es muy variado respecto a la región implementada pues en algunas partes se implementado con el sistema PAL y en otros con NTSC, también se ha variado el ancho del canal siendo en algunos casos de 6,7 o 8Mhz. El ancho de banda de transmisión esta da por el clock ahora bien para 6Mhz será de 7/48 us que lo que significaría 5.71 Mhz de ancho de banda DVB-t permite la transmisión de 2 señales en una misma transmisión digital. Esto se logra mediante un sistema de jerarquías, donde una señal de alta prioridad y otra de baja prioridad, esto permitirá transmitir 2 programaciones totalmente distintas, o también poder transmitir una señal de alta resolución a corta distancia con baja prioridad y otra de resolución estándar a largas distancias con alta prioridad, pues un flujo alta prioridad requiere menor razón señal a ruido (SNR) para ser decodificado que el baja prioridad La codificación de DVB-T fue diseñado para manejar interferencias dentro del canal (la que producen otras estaciones transmisiones en la misma frecuencia pero en otra sección geográfica) e interferencias de Canal adyacentes (la producen estaciones que transmiten en la frecuencia contigua) para televisión digital tanto como análogas. Este grado de protección se logra por medio de códigos Reed – Solomon y Convolucional El sistema de modulación COFDM funciona con parámetros de portadoras las subdividen la banda de transmisión, por ejemplo en el modo 2k con 2048 sub-portadoras, el modo 4k con 4096 sub-portadoras, el modo 8k con 8192 sub-portadoras; aun que en la práctica se utiliza 1705, 3409 y 6817 respectivamente ( esto incluye los tonos pilotos y de parámetros) . Este sistema cada portadora transporta una pequeña parte de la información a transmitir, todo esto se realiza de forma digital utilizando métodos de “Transformada de Fourier (FFT). Finalmente la que realmente se utiliza para la transmisión de video y audio es: 1512, 3024 y 6048 respectivamente, lo restante se usan para la codificación, modulación, tonos pilotos (para sincronización y estimación del canal), esto permite que el operador pueda administrar sus recursos de transmisión según sea necesario dependiendo del contenido (alta definición, servicio público, comerciales, etc.) El ancho de banda de transmisión esta da por el clock ahora bien para 6Mhz será de 7/48 us que lo que significaría 5.71 Mhz entre sub-portadora; y para 8Mhz será 7/64 lo que implicara 7,61. Las sub-portadoras pueden ser moduladas con constelaciones 4-QAM, 16-QAM o 64-QAM. Estas constelaciones son uniformes (símbolos equidistantes) en el caso de transmisión de un flujo de transporte único, mientras que se utiliza un formato no-uniforme (símbolos equidistantes dentro de cada cuadrante, pero con separación mayor entre cuadrantes) al combinar flujos jerarquizados alta prioridad y baja prioridad. Dado un ancho de banda de la transmisión y transmisión no jerarquizada (flujo de transporte único), todas las combinaciones de los demás parámetros permiten lograr en total 60 tasas de datos distintas. Para bandas de 6 MHz, las tasas de datos netas para transmisión de contenido están el rango entre 3,73 Mbits/s y 23,75 Mbits/s, esto está dado por la elección de que se va a transmitir, si con HD o SD, o un canal o múltiples canales La operación como frecuencia única se realiza de forma similar que la ATSC, pues presentan problemas similares de traslapado de señales, además de que la sincronización de las señales es muy importante y se en: misma frecuencia de portadores de radiofrecuencia y muestreo en los moduladores de COFDM. Si no se logra un sincronismo o el flujo de transporte tampoco, se producen interferencias de co-canal y una propagación multitrayectoria muy dispersa entre transmisor y receptor; lo cual provoca degradación de video y audio. Cabe destacar que el mecanismo de sincronización puede compensar retardos de propagación en la red de distribución de a lo más un segundo, por lo tanto el área de cobertura geográfica está limitada al retardo de un segundo (1s).

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Telecomunicaciones II 2do Semestre 2009 La norma DVB posee una variante DVB-H la cual corresponde a televisión móvil, la cual funciona de manera similar a DVB-T, pero funciona con data-grama IP, y estas son multiplexados en el mismo flujo de información de la TV terrestre, por ende no se requiere un ancho de banda adicional para este. También requiere una capa de codificación extra para evitar la degradación que se produce con la movilidad. Por otra parte el sistema de transmisión es por ráfaga, lo cual se realiza cediendo un pequeño espacio del MPEG-2, lo cual beneficia al receptor móvil al no tener que recibir y decodificar señal que no es de interés. Nota importante acá el sistema es pagado, ósea es como contratar un paquete de canales de TV cable. Norma ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) Esta norma fue creado en Japón por el consorcio AIRB (Association of Radio Industries and Businesses) y por DIGEB (Digital Broadcasting Expert Group) con la participación de NHK, y forma parte de una familia de estándares de uso exclusivo en Japón para plataformas de satélite y cable (ISDB-S e ISDB-C). ISDB-t fue diseñado originalmente para transmisiones de televisión abierta de alta definición en un canal de 6Mhz e inicio a operar comercialmente en el año 2003. Esta norma utiliza un esquema de modulación denominado BST-OFDM mostrando un buen comportamiento frente a multitrayectorias, recepción en movilidad a alta velocidad, con posibilidad de utilizar redes de uní frecuencia o modulación jerárquica que permite transmitir hasta tres flujos de transmisión. Asimismo, su diseño posee la facilidad de ser flexible y configurable, en cuanto a que soporta interactividad, alta definición (HD), multiprogramación definición estándar (SD) y puede configurarse de acuerdo a los requerimientos del operador. ISDB-T utiliza el canal de 6 MHz haciendo una división del canal en trece segmentos, uno de los cuales se utiliza exclusivamente para aplicaciones portátiles. Entre las capacidades que permite ISDB-T, se destaca la capacidad de recibir alta definición en movimiento con, al menos, dos antenas receptoras en los vehículos. ISDB-T soporta MPEG-2-TS (Transport Stream) en su capa de transporte, y se ha desarrollado masivamente con MPEG-2 en la capa de compresión de video para la emisión de señales de Alta Definición y Definición Estándar. ISDB-T ha sido adoptado por su país de origen y Brasil, en este último caso, para la capa de compresión de video se ha optado por el uso de MPEG-4, junto con introducir otras modificaciones. Características de la norma ISDB-T 9 Proporciona EPG (Electronic Program Guide, o guía electrónica de programas) 9 Soporta acceso a Internet como un canal de retorno que trabaja para soportar la transmisión de datos. Acceso a Internet también es provisto en teléfonos móviles. 9 Provee SFN (Single Frequency Network) y tecnología on-channel repeater. SFN hace uso eficiente del recurso de frecuencia (espectro). 9 Se puede recibir puertas adentro con una simple antena interior. 9 Proporciona robustez a la interferencia multi-ruta (”fantasmas”) 9 Proporciona robustez a la interferencia de televisión análoga co-canal. 9 Proporciona robustez a ruidos impulso que vienen de motores de vehículos y líneas de poder en ambientes urbanos. 9 Permite recepción de HDTV en vehículos móviles por sobre los 100 km/h; DVB-T solo puede recibir SDTV en vehículos móviles, ATSC no puede ser recibido en vehículos móviles en absoluto. Las características especificas de la norma son muy similares a la norma DVB, poseen la misma codificación y compresión en formato MPEG-2 (claro existe la discrepancia con la norma brasilera que utilizara la comprensión en MPEG-4) Utiliza códigos de canal Reed-Solomon y Convolucionales. Ambas normas utilizan modulación COFDM con modos 2k, 4k y 8k, y modulación QAM de las sub-portadoras. La primera diferencia que tenemos es en el orden y forma en que los datos son codificados, el esquema se conoce como BST-OFDM (Band Segmented Transmisión-OFDM), la idea es vivir la banda en segmentos.

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La idea de la segmentación es l siguiente por utilizar un segmente para la transmisión de audio, 3 para la transmitir de SDTV, 6 para transmitir en HDTV, uno para transmisión móvil. Las opciones están graficados en la imagen anterior. Cada uno de estos segmentos tiene aproximadamente un ancho de 433 Khz., los que pueden ser asignados en servicios libremente según jerarquías, esto último es realizado por la codificación del canal. La recepción parcial es caso especial de trasmisión por jerarquía, en la cual la codificada y entrelazada en la frecuencias auto-contenida dentro del segmento centradle la banda de transmisión, la cual es una solución eficientes para las terminales móviles y con receptor conocido como de un segmento se recibe esta señal, la cual tiene un costo inferior que el de 13 segmentos. La modulación OFDM es muy similar a la DVB-T, por lo tanto no se repetirá la misma explicación, pero de todas formas hay diferencias las cuales están a continuación. Los modos de operación de sub-portadoras operan en 2k, 4k y 8k, siendo el número de portadoras en cada caso de 1405,2809 y 5617 Mhz, donde la cantidad de datos que portan es 1248, 2496 y 4992 Mhz, y el restante es utilizado parta el pilotaje, parámetros de modulación y codificación. A diferencia con DVB-T, ISDB-T considera la modulación QPSK diferencial (DKPSK) además de las modulaciones 4-QAM, 16-QAM y 64-QAM. Otra diferencia es que en ISDB-T sólo se consideran los modos uniformes de 16-QAM y 64-QAM, puesto que la jerarquización de la transmisión es realizada en forma distinta (banda segmentada en vez de modulación no uniforme) En términos estrictos, el ancho de banda de transmisión establecido por la norma ISDB-T es 5,7 MHz (con un rango de datos entre 3.65 Mbits/s y 23.75 Mbits/s. Este ancho de banda contiene el 99% de la energía radiada. La norma también especifica una máscara espectral única requerida para radiaciones fuera de banda, la que a diferencia con la norma DVB-T no considera la naturaleza de las transmisiones en bandas adyacentes, ya sea fueran digitales o analógicas La operación con frecuencia única específica que: • Los osciladores de portadora de las estaciones de la RFU deben presentar Variaciones de 1 Hz o menos con respecto a la frecuencia central de la banda. • La frecuencia de muestreo de los moduladores OFDM de banda base deben tener una precisión de +/- 0,3 partes por millón. • Los flujos de transporte deben ser idénticos. Las características teóricas de este estándar en cuanto a la operación en redes de frecuencia única son prácticamente iguales a las del estándar DBV-T. Una característica interesante con la que provista desde sus inicias es la movilidad en el estándar ISDB-T mediante el concepto de recepción parcial de un segmento (“1seg”). El servicio comenzó experimentalmente durante 2005, y comercialmente el 1 de Abril de 2006. La solución para transmisión a terminales portátiles basada en recepción parcial de un segmento es altamente eficiente, puesto que puede ser realizada con un receptor de un solo segmento, el cual es significativamente más sencillo (menor costo) que un receptor ISDB-T completo de 13 segmentos. Además de esta ventaja económica, un receptor 1seg también es muy eficiente en su consumo de energía, puesto que no requiere decodificar los demás 12 segmentos para recuperar el segmento 13.

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Resumen con las características de la Norma ISDB-T

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