UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA

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1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería en Electricidad DESCRIPCION DEL ESTANDAR DE TELEVISION ISDB-Tb Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero en Electricidad mención Electrónica Industrial PROFESOR GUIA: Rubén Alfonso Carvallo Barrientos. ALUMNO: Murdo Dusan Aguila Mac-Leod. Descripción del estándar de Televisión ISDB-Tb, Marzo 2011

2 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería en Electricidad DESCRIPCION DEL ESTANDAR DE TELEVISION ISDB-Tb ALUMNO: Murdo Dusan Aguila Mac-Leod. Descripción del estándar de Televisión ISDB-Tb, Marzo 2011

3 INDICE Capitulo 1: INTRODUCCION TELEVISION DIGITAL TERRESTRE OBJETIVOS.. 5 Capitulo 2: ELECCION DE LA NORMA DE TELEVISION PARA CHILE Configuración del Transmisor Señal de Prueba Moduladores Modulador RF y Amplificador de Potencia Antena Transmisora Selección de los Puntos de Medición Selección de emplazamientos Configuración de la Recepción Antenas para la Caracterización del Servicio Decodificadores Conclusiones Validez de los Estándares Consideraciones Adicionales Baja Potencia de Transmisión Utilizada Movilidad Síntesis Conclusiones Finales.. 15 Capitulo 3: FUNCIONAMIENTO DE LA TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE BAJO EL ESTÁNDAR ISDB-TB Canal Radioeléctrico Modulación OFDM (Orthogonal Frecuency Division Multiplex) Interferencias Determinación de Parámetros Frecuencia de Muestreo IFFT de los Símbolos OFDM. 27 Capitulo 4: ORGANIZACIÓN DEL CANAL RADIOELÉCTRICO Capitulo 5: SISTEMA DE TRANSMISIÓN Formato MPEG Estructuras de Capas Formato MPEG Codificación de Audio para el Estándar Mpeg Dolby Digital AC Bloque de Transmisión Flujo de Transporte (TS) Mpeg Re Multiplexador.. 44 Descripción del estándar de Televisión ISDB-Tb, Marzo 2011

4 5.8 Funcionalidad BTS IIP (ISDB-Tb Information Packet) Codificación de Canal Códigos REED SOLOMON Separador de Canales Dispersión de Energía Ajuste de Retardo Intercalado de Bits Codificación Convolucional Bloque de Modulación Constelación QAM (Quadrature Amplitud Modulation) Etapa de Radiofrecuencia.. 55 Capitulo 6: SET TOP BOX Arquitectura de los SET- TOP- BOX Software del SET TOP BOX Descripción de los Middleware DASE DTV (Application Software Environment) ARIB Association of Radio Industries and Businesses CONCLUSIONES.. 66 BIBLIOGRAFIA.. 68 ANEXO 1: Forma física de conexión de los receptores (STB) ANEXO 2: Cotización de Equipos para La Universidad de Magallanes Descripción del estándar de Televisión ISDB-Tb, Marzo 2011

5 Capítulo I: INTRODUCCIÓN

6 1. INTRODUCCION En el ámbito de la televisión se han dado grandes pasos que buscan conseguir mejoras en la calidad de imagen y sonido. Esta ansiada mejora dará camino, sin lugar a dudas, al apagón analógico, es decir, terminar con la televisión convencional y dar paso a la televisión digital, que posee un sin fin de aplicaciones y ventajas comparativas, tales como: en un mismo espectro de frecuencia, ofrecer más canales con mejor calidad de imagen e inclusive interactividad, donde el usuario puede ser partícipe de la programación. Se debe hacer mención al hecho que la Universidad de Magallanes tiene actualmente un canal de televisión que transmite en señal analógica pero que dispone de toda la producción digital de programas en calidad SD para la televisión digital, lo que significa que se puede dar el paso y contribuir a la realización de pruebas locales, pero lo que le falta es un proyecto que especifique equipos. Por lo anterior, se hace necesario conocer exactamente cuales son los requisitos que tendrían estos equipos y el financiamiento necesario para dar el paso de la televisión analógica a pruebas locales de televisión digital. En Chile después de las respectivas pruebas desarrolladas por los distintos canales de televisión como: TVN, Chilevision, Canal 13 y la Universidad Católica de Chile, donde se compararon 3 estándares de televisión: ATSC, ISDB-T, DVB-T, se llega a la conclusión en septiembre de 2009, en el gobierno de la entonces presidenta Michelle Bachelet, a la elección de la norma ISDB-Tb, una norma de origen japonés con modificaciones en Brasil, cuya adaptación incorpora el uso del formato MPEG-4. Para entender un poco de qué se trata, resulta imprescindible comprender que en la televisión digital terrestre los parámetros de sonido y video son representados por números binarios. El proceso de digitalización de la señal análoga se realiza mediante un conversor análogo/digital, en cambio la televisión analógica trabaja los parámetros de audio y video representados por magnitudes analógicas de una señal eléctrica. 1

7 El inconveniente que presenta el conversor análogo/digital es el contener un exceso de bits que hace poco viable su tratamiento. La dificultad varía según el tipo de formato de imagen, dentro de este escenario lo favorable es que el ojo humano no puede captar la totalidad de la información, es decir, la imagen tiene una redundancia considerable, para lo cual se emplean sistemas de compresión con el objetivo de transportar las señales con gran calidad y economía de recursos. La principal arma de los sistemas de compresión es aprovechar la similitud de las imágenes consecutivas ya que estas imágenes poseen muchos puntos en común, la técnica es identificar las partes comunes para evitar repetir la digitalización. Como siempre existe una primera vez antes de ocurrir la repetición de una digitalización, sólo basta que el receptor esté alerta y recobre de su memoria la parte común. Con esto se evita la repetición y se ahorra una gran cantidad de bits. La esencia de este trabajo es abordar los puntos relevantes del estándar de televisión ISDB-Tb. Si bien algunos puntos se tratan de forma muy general, la solidez del trabajo se enfoca en la modulación OFDM y la forma en que ésta entrega ventajas comparativas a la hora de la transmisión de televisión. Además de ello se incluye todo el proceso del bloque transmisor con sus diferentes partes, apoyado de diagramas para la mejor comprensión. Aunque la televisión digital es muy amplia tanto así que se puede visualizar en alta calidad HD y tener interactividad a nivel del usuario con el programa que está viendo, sólo se instauran conceptos generales, ya que el objetivo de este trabajo es entender el principio de funcionamiento para en un futuro desarrollar pruebas experimentales de transmisión de televisión digital en calidad SD (definición estándar). 2

8 1.1 TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE La televisión digital terrestre (TDT) se transmite por medio de la atmósfera sin necesidad de cables o satélites y se recibe por medio de antenas. El empleo de la televisión digital permite optimizar el uso del espectro electromagnético, lo que a su vez permite un aumento del número de canales de televisión emitidos. El modo de recepción es a través de antenas UHF convencionales, incluso con antenas interiores, además de permitir la recepción en medios móviles. Un punto importante es el aprovechamiento del espectro ya que en la televisión digital se puede tener más de un canal en un ancho de banda de 6MHZ. El número de canales dependerá del tipo de calidad que se le desee asignar, esto quiere decir que a mayor compresión de la señal, se tendrá menor calidad de la misma pero esto puede otorgar un número mayor de posibilidades en un ancho de banda de 6MHZ. La televisión digital terrestre presenta mayor robustez. Este término es sencillo de comprobar debido a que una señal analógica se ve limitada por una degradación progresiva a medida que la señal se ve afectada en su camino por ruido, interferencia, distorsión, etc. Para solucionar estos problemas, la televisión digital terrestre aplica técnicas de corrección de errores. Para captar televisión digital se necesita de una antena y de un receptor SET-TOP-BOX para los televisores analógicos, ya que la televisión digital se transmite de la misma forma que la televisión analógica, es decir, mediante ondas electromagnéticas terrestres, añadir un receptor es la medida necesaria para los televisores antiguos. Figura 3.1 Conexión para Televisores Analógicos. 3

9 Los televisores pantalla plana de nueva generación poseen un receptor incorporado quedando la recepción de la siguiente manera: Figura 3.2 Conexión de Televisores de última generación. 4

10 1.2 OBJETIVOS Objetivo General: Socializar en nuestro medio los conceptos asociados a la norma ISDB-Tb adoptada por nuestro país para televisión digital abierta. Objetivos Específicos: - Describir la Modulación OFDM y las ventajas de emplearla. - Detallar las funciones y etapas que constituyen un transmisor de televisión digital terrestre. Entrada de datos. Codificación de canal. Bloque de modulación. Etapa RF. - Descripción del receptor de televisión digital SET-TOP-BOX. - Descripción de los middleware existente para el receptor. - Conexiones físicas del receptor 5

11 CAPÍTULO II: ELECCIÓN DE LA NORMA DE TELEVISION PARA CHILE

12 2. ELECCIÓN DE LA NORMA DE TELEVISIÓN PARA CHILE. En Chile se desarrollaron pruebas para la elección de la norma de televisión digital, dentro de las normas estaban ATSC, ISDB-T, DVB-T. A continuación se muestra un extracto que en su primera parte es la descripción de los métodos usados, y posterior a eso, las conclusiones obtenidas según la evaluación de los usuarios. Este documento fue elaborado por la Dirección de Investigaciones Científicas y Tecnológicas, Escuela de La Pontificia Universidad Católica de Chile. Seguidamente se detalla la metodología empleada de las pruebas de campo que se realizaron en Chile, con el objetivo de evaluar y comparar el desempeño de los estándares ATSC, ISDB-T y DVB-T bajo diversas condiciones de recepción, idénticas entre estándares. Por decisión gubernamental, se realizaron pruebas de campo, solo en la ciudad de Santiago. Se realizó un conjunto reducido de medidas que no obstante, son suficientes para obtener una razonable predicción del rendimiento efectivo de cada uno de los tres estándares, desde el punto de vista del usuario de TV digital terrestre. Las pruebas de receptibilidad efectuadas miden las condiciones en las cuales las señales de televisión digital pueden ser recibidas y decodificadas en situaciones operacionales reales, desde el punto de vista de un usuario típico, sin conocimientos técnicos. Dichas situaciones operacionales incluyen recepción en cualquier lugar donde los espectadores utilicen habitualmente sus receptores de televisión, con y sin antenas exteriores. En el diseño de la presente metodología, también se ha privilegiado la medición de aquellos aspectos de desempeño de cada estándar, que probablemente hayan evolucionado desde la realización de las pruebas de campo más recientes de las que se tiene conocimiento público, en particular las de Brasil y Taiwán. Por ello, se realizaron pruebas de recepción fija, tanto exteriores como en interiores. 6

13 El protocolo definido bajo los criterios anteriores, permite mantener la mayor imparcialidad posible y, a la vez, satisfacer las restricciones de tiempo y presupuesto existentes. 2.1 Configuración del Transmisor La configuración general del sistema transmisor se muestra en el diagrama de bloques de la figura 2.1. Los elementos del diagrama se describen en las subsecciones que siguen. Figura 2.1 diagrama en bloques del transmisor 2.2 Señal de Prueba Se utilizó una señal de prueba idéntica para los tres estándares y que consistió en un patrón de circuitos concéntricos en movimiento con un tono de 1 KHZ en audio. Figura 2.2 Patrón de Video 7

14 2.3 Moduladores Los parámetros de transmisión de los estándares DVB-T e ISDB-T fueron elegidos para adecuarlos lo más posible a la tasa de transmisión de Mbps de ATSC, operando los tres estándares en un canal con un ancho de banda de 6 MHZ. En DVB-T, para comparar en igualdad de condiciones con ATSC, se utilizó el modo de transmisión 8K, 64 QAM, tasa de codificación 3/4 e intervalo de guarda de 1/16 (tasa 19,760 Mbps). Para ISDB-T, puesto que existe una tasa similar a la de ATSC, se utilizó el modo de transmisión 8K, 64QAM, tasa de codificación 3/4 e intervalo de guarda de 1/ Modulador RF y Amplificador de Potencia La señal modulada de los tres estándares fue transmitida con un mismo transmisor, de propiedad y operada por Chilevisión, en el canal 30 de la banda UHF (569MHZ), siempre con el mismo valor de potencia eficaz. La potencia fue ajustada y registrada en la lista de chequeo de calibración de las mediciones de cada estándar, en cada punto de medición y para cada vez que se cambió de estándar. La potencia se midió como potencia eficaz a la salida del transmisor. 2.5 Antena Transmisora La transmisión se realizó con una antena omnidireccional instalada en la torre de Chilevisión. 8

15 2.6 Selección de los puntos de medición La calidad de la recepción fue medida en diferentes ubicaciones geográficas dentro de la zona de radiación de la antena transmisora. Se midieron 58 puntos exteriores y 41 puntos interiores. La determinación de estos lugares o puntos de medición se describe a continuación: 2.7 Selección de emplazamientos - Emplazamientos Exteriores: Se efectuó un proceso de pre-selección de los puntos de medida de acuerdo a un sistema de radiales, como se explica a continuación. Se determinaron 12 radiales, equiespaciados, cuyo centro se ubicó en el sitio de la antena de transmisión. Sobre cada radial, los puntos de medición se ubicaron a 3, 6, 9 y 12Km de distancia medida desde el transmisor. De los puntos así preseleccionados, se descartaron aquellos en que el acceso es imposible, aun desplazándose hasta en un radio de 50 m. Adicionalmente se seleccionaron puntos más alejados en dos radiales, esto con el fin de estimar la distancia de cobertura en exteriores. Las radiales seleccionadas fueron una hacia el sur y otra hacia el sur poniente, privilegiando así las radiales que no presentaran accidentes geográficos de relevancia. - Emplazamientos Interiores: Puesto que las mediciones en interiores consideran la obtención de permisos, así como traslado manual de equipamiento, la selección de los puntos de medida en interiores se hizo en un comienzo en base a un listado de voluntarios inscritos en la página web de la SUBTEL. Sin embargo, debido a las dificultades prácticas (especialmente de coordinación de horarios y cercanía a los puntos exteriores), se reemplazó este método por la gestión directa con los vecinos de los puntos exteriores seleccionados. 9

16 2.8 Configuración de la Recepción La configuración general del sistema receptor se muestra en el diagrama de bloques de la Figura 2.3 Los elementos principales del diagrama se describen a continuación: 10

17 2.9 Antenas para la Caracterización del Servicio Para las pruebas en exteriores se utilizó una antena fija directiva del tipo yagi UHF comercial, disponible en el mercado local para público en general. La antena fue montada sobre un mástil a una altura de 9 m sobre el suelo y con una capacidad de rotación de 360 grados. La polarización fue horizontal. Para las pruebas en interiores se usó una antena portátil comercial, tipo loop UHF, montada sobre un trípode a una altura de 1,5m Decodificadores Se realizaron las pruebas utilizando tres Set-Top-Boxes (STB) disponibles actualmente en el mercado. Para cada estándar, los STB fueron suministrados por la SUBTEL Conclusiones Empleando los elementos anteriormente mencionados, se realizaron encuestas a los usuarios que participaron en las pruebas de campo llegando a la siguiente conclusión en base a la comparación de los tres estándares de televisión digital. Las pruebas realizadas tuvieron dos objetivos. En primer lugar, verificar si todos los estándares bajo consideración son capaces de transmitir programación en alta definición en condiciones prácticas. En segundo lugar, esclarecer de la manera más precisa posible el comportamiento de los tres estándares bajo estudio, desde el punto de vista de lo que un usuario promedio de televisión digital terrestre percibiría. Las pruebas se realizaron entre el 23 de Octubre y el 24 de Noviembre de 2007 e incluyeron mediciones en 58 puntos exteriores (localizados al aire libre y con una antena elevada, de tipo comercial) y 41 puntos interiores (localizados en el interior de viviendas y con antenas de interiores, también de tipo comercial). Estos puntos estaban localizados a distancias de entre 3 y 46 Km medidos desde la antena transmisora, ubicada en el cerro San Cristóbal. Las transmisiones fueron realizadas en el canal 30 de la banda UHF. La mayoría de los puntos estaban ubicados sobre circunferencias a distancias de 3,6, 9 y 12 Km de radio. 11

18 Dada la disponibilidad de equipamiento y la imposibilidad de contar con algunos elementos y dispositivos en el plazo y presupuesto previstos por la Subsecretaría de Telecomunicaciones (SUBTEL) para estas pruebas, se debió realizar algunos ajustes a la metodología. Ello se hizo siempre cuidando que dichos ajustes no alteraran el comportamiento de ningún estándar en especial, ni que generaran sesgos en favor o en contra de uno u otro estándar. No obstante los ajustes, los resultados de las mediciones son válidos como elemento de evaluación de los estándares. En efecto, durante la realización de las pruebas, DICTUC no recibió comentarios negativos por parte de los veedores independientes invitados por SUBTEL, o de cualquier otro observador Validez de los Estándares Los tres estándares cumplen las condiciones técnicas de recepción fija, lo que resulta evidente dado que los tres estándares operan comercialmente en diversos países del mundo. Ello se evidencia, por ejemplo, en el hecho que todos los estándares permiten una recepción calificada de buena o excelente, en exteriores, en al menos un 80% de los puntos de medición. En interiores, este porcentaje disminuye, para los tres estándares, a un 60%. La disparidad entre interiores y exteriores es esperable, pues se trata de transmisiones de baja potencia (menor a la utilizada comercialmente), con una antena interior de ganancia menor que la correspondiente a la antena exterior, y cuya recepción en los puntos exteriores fue mayoritariamente con línea de vista, mientras que para puntos interiores fue sin línea de vista. Las diferencias relativas encontradas entre estándares se analizan en la sección siguiente de este documento Consideraciones Adicionales Puesto que el estándar ATSC transmite una tasa de datos fija, el protocolo de mediciones estableció que se debía configurar los modos de transmisión de los estándares DVB-T e ISDB-T de tal modo que sus tasas de datos transmitidas fueran lo más cercanas posible a la tasa de datos de ATSC (19,39 Mbps). Ello genera dos problemas. En primer lugar, esto implica que no necesariamente se usaron las configuraciones óptimas de transmisión para los estándares que utilizan modulación OFDM (ISDB-T y DVB-T). Tal vez se podría 12

19 haber seleccionado tasas distintas, que también permitan transmisión de programas de alta definición, pero con mayor robustez. Así, el comportamiento de los estándares basados en modulación OFDM (ISDB-T y DVB-T) podría mejorar en las transmisiones comerciales. Aún más, las configuraciones óptimas de las transmisiones de los estándares basados en OFDM dependen, entre otros aspectos, de los tamaños de las áreas o regiones a ser cubiertas en las transmisiones. Ello implica que, por ejemplo, son distintas las configuraciones óptimas para Santiago que para una localidad pequeña. En las pruebas realizadas, no se exploraron las ventajas de esta facilidad de configuración de los estándares basados en OFDM. En segundo lugar, en los estándares ISDB-T y DVB-T sólo es posible aproximarse a la tasa de ATSC, lográndose 19,33 Mbps para el estándar ISDB-T y 19,76 Mbps en el caso de DVB-T. Esto puso a DVB-T en cierta desventaja para efecto de los resultados de las pruebas. Esta desventaja no es objetivamente cuantificable en cuanto a su efecto sobre las pruebas de campo, y en ningún caso podría traducirse en una modificación de las conclusiones de éstas. Lo que sí se puede deducir es que si se hubiese usado una tasa más baja tanto para DVB-T como para ISDB-T, manteniendo siempre la capacidad de transmitir alta definición (por ejemplo, en Japón se utiliza una tasa total, para alta definición, de aproximadamente 17,3 Mbps, incluyendo aproximadamente 420 Kbps para transmisión a portátiles), entonces ambas transmisiones habrían sido al menos tan robustas como se observó, y probablemente más. De los argumentos anteriores se desprende que si se configura los estándares basados en OFDM óptimamente con la restricción que el servicio entregado por los tres estándares sea similar (es decir, transmisión de contenido de alta definición), en vez de configurarlos para entregar una tasa de datos similar, sin duda que los estándares basados en OFDM mejorarían su desempeño relativo a ATSC Baja Potencia de Transmisión Utilizada La baja potencia que debió ser utilizada en las pruebas (1 Kw) puede haber causado que rebotes lejanos y débiles (mayores retardos y menor energía) se pierdan bajo el ruido térmico de los receptores. Esto impide medir la robustez de los estándares bajo condiciones de rebotes lejanos como ocurriría en 13

20 transmisiones comerciales de mayor potencia. La teoría sugiere que los estándares basados en OFDM se comportarían mejor ante estos rebotes Movilidad Si bien el protocolo de pruebas indicaba la realización de ensayos de recepción bajo condiciones de movilidad, éstas no fueron realizadas, puesto que con la potencia de transmisión, los parámetros de modulación y los equipos receptores con que se contaba no eran los adecuados para una prueba de esta naturaleza Síntesis En síntesis, las condiciones en las que fueron hechas las pruebas son distintas a las condiciones de transmisiones comerciales, principalmente en lo que se refiere a la potencia de transmisión y optimización de las configuraciones de transmisión de dos de los estándares y movilidad. Ello permite deducir que, en la práctica, podría haber mayores ventajas comparativas de los estándares basados en OFDM. También es apropiado mencionar que los resultados de las pruebas son consistentes con aquellos obtenidos en pruebas similares realizadas en otros países (como las de Brasil) Conclusiones Finales Del análisis presentado sobre las pruebas de campo, se concluye que para la recepción fija de televisión digital: - Los tres estándares muestran condiciones razonablemente adecuadas para las transmisiones de televisión digital en alta definición. Por ello, se recomienda no descartar técnicamente a ninguno de ellos. - El estándar ISDB-T muestra ventajas comparativas de desempeño sobre los estándares ATSC y DVB-T, mostrando éste último un desempeño ligeramente superior al de ATSC, evidenciado en observaciones cualitativas realizadas en terreno. 14

21 - Los resultados obtenidos en las pruebas, referidos a los estándares basados en tecnología OFDM (ISDB-T y DVB-T) deberían evidenciar mejorías en las transmisiones comerciales, al aprovecharse su facilidad de configuración. Finalmente, cabe señalar que este informe se limita sólo a evaluar las condiciones técnicas en que los estándares considerados se comportaron en las pruebas de terreno de recepción fija y, por tanto, no considera otros aspectos que pueden ser también importantes para la decisión final del estándar. Finalmente en Chile, en el mes de Septiembre del año 2009 se elige la norma ISDB-Tb que deriva de la norma japonesa implementada en Brasil. 15

22 CAPITULO III: FUNCIONAMIENTO DE LA TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE BAJO EL ESTÁNDAR ISDB-TB

23 3 FUNCIONAMIENTO DE LA TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE BAJO EL ESTÁNDAR ISDB-TB Para entender todo lo relacionado con la televisión digital terrestre, lo primero que se debe visualizar es el siguiente esquema que se muestra en la figura 3.1. Figura 3.1 Esquema de la Televisión Digital Con esa idea en mente se puede detallar y describir las partes que interactúan para lograr el objetivo de visualizar la televisión en los hogares, A continuación se describirán las bases teóricas, complementadas con cálculos para entender de mejor manera cada uno de los siguientes puntos a tratar. 3.1 Canal Radioeléctrico Lo primordial es entender que para transmitir la televisión digital se necesita un canal radioeléctrico que posee ciertas particularidades que pueden ser un obstáculo para la transmisión. Más adelante se procederá a describir como la norma ISDB-Tb y su estructura permite combatir las dificultades propias de un canal radioeléctrico. 16

24 La figura 3.2 muestra el espectro de una señal radioeléctrica, este espectro permite visualizar que la respuesta es distinta en diferentes frecuencias, aunque se esté analizando el ancho de banda (Bw) de un canal. Los factores que inciden en esto son: - Reflexiones o ecos. - Desvanecimiento o fading. El espectro se ve afectado por condiciones como las mencionadas anteriormente. Esto se debe a que la señal a veces se ve alterada debido a reflexiones producidas en la trayectoria que debe seguir hasta llegar al receptor. Dicha señal se puede sumar a la señal que llega de forma directa ocasionando modificaciones en el espectro por el nivel de energía que se concentra al sumarse las señales. La falta de energía es otra causal (desvanecimiento de la señal). Figura 3.2 Espectro del Canal Radioeléctrico Para mitigar el efecto aparece la modulación OFDM, sin lugar a dudas la encargada de solucionar muchos inconvenientes mediante el uso de multiportadoras cuya separación es mínima. En la siguiente figura se observa la comparación de un sistema de una sola portadora versus un sistema multiportadoras como el OFDM. 17

25 Figura 3.3 Esquema de Portadoras de Señal 3.2 Modulación OFDM (Orthogonal Frecuency Division Multiplex) Como es sabido, las características de un canal radioeléctrico no son constantes en el tiempo, por ello se deben considerar dos grandes conceptos; el dominio de la frecuencia y el dominio del tiempo. En la figura 3.4 se visualizan los conceptos anteriormente mencionados, a su vez se aprecia una distribución del canal radioeléctrico. Además de la organización del canal radioeléctrico, resulta conveniente añadir nuevas ideas, como son los símbolos OFDM y los cuadros OFDM. 18

26 Un símbolo OFDM es un conjunto de portadoras transmitidas en un intervalo de tiempo, mientras que un cuadro OFDM es una sucesión de símbolos OFDM. Figura 3.4 organización canal radioeléctrico Interferencias Dentro del sistema de modulación se deben considerar dos tipos de interferencias o sucesos posibles debido a las características del modelo OFDM: - Interferencia entre portadoras (ICI) - Interferencia entre símbolos (ISI) Figura 3.5 Esquema del Tren de Pulsos Interferencia entre portadoras: Lo primero que se debe tener en cuenta es que las portadoras son transmitidas durante periodos de tiempos limitados pero de forma repetitiva, en la figura 3.5 se detalla un tren de pulsos con una duración T y un periodo Tp. 1 Single Frequency Networks, a Magic Feature of the COFDM, Faria Gerard, Francia,

27 Manteniendo el concepto que un conjunto de portadoras en un intervalo de tiempo representa un símbolo OFDM, se analizará un supuesto para ver la incidencia de la interferencia entre portadoras y como es posible solucionarlo para una adecuada modulación. La figura 3.6 representa un conjunto de portadoras, ahora si se proyectan dichas portadoras en un mismo gráfico en el eje del tiempo (Tu ) como en la figura 3.7 se observa claramente la interferencia entre ellas (ICI) ya que se estarían transmitiendo sin una separación entre sus frecuencias. Figura 3.6 conjunto de portadoras 2 Figura 3.7 portadoras (símbolo OFDM) 2, 3 Pero este problema no sucede, ya que el sistema considera una separación entre las portadoras tomando en cuenta sus frecuencias, de la siguiente manera: 1 f Tu (Ecuación 3.1) 2 Sistema Isdb-tb (primera parte), Nestor Oscar Pisciotta Septiembre, Sistema Isdb-tb (primera parte), Nestor Oscar Pisciotta Septiembre,

28 Con esto se consigue que f sea igual a la inversa del tiempo de duración del símbolo Tu, con ello se obtiene el resultado de la figura 3.8, donde las portadoras cumplen una condición de ortogonalidad. La gráfica se describe de la siguiente manera: si se considera un punto máximo de una señal (amplitud), las otras portadoras tendrán un valor nulo, lo que produce una ausencia de interferencia entre el conjunto de portadoras que forman el símbolo OFDM. Figura 3.8 Principio de Ortogonalidad Interferencia entre símbolo: En este punto lo primero que se debe considerar es el esquema de la figura 3.9, donde se puede observar el comportamiento de la señal transmitida. La señal reflejada es la causante del multi - path en la banda VHF/ UHF. En la televisión analógica siempre esta presente, este concepto es conocido como interferencia fantasma. Mientras que en la televisión digital la interferencia multi path es producida debido a las montañas, edificios y accidentes geográficos que se interponen en el camino de la señal transmitida, muy común en la zona Urbana. Figura 3.9 trayectoria de la señal 21

29 En la figura 3.9 se observa que existe un retardo de tiempo de las señales que se ven reflejadas en los diferentes obstáculos previos a su llegada al receptor. Este retardo se considera en relación a la señal que llega en forma directa y la diferencia de tiempo estará dada por la distancia que recorrerá la señal reflejada. Para cuantificar el tiempo de retardo se tiene la siguiente ecuación: Tr = C D (Ecuación 3.2) Tr = tiempo de retardo en segundos D = diferencia de distancia recorrida por la señal reflejada en Km. C = velocidad de la luz en el medio, aproximadamente Km/s Es evidente que se necesita solucionar el problema de las señales reflejadas, para evitar que produzcan una interferencia en una cadena de símbolos OFDM, para ello está considerado el INTERVALO DE GUARDA. Consiste en adicionar al comienzo de cada símbolo el intervalo de guarda cuya duración será T G. La condición que debe poseer el intervalo es la siguiente T G Tr (tiempo de retardo). En la figura 3.10 se aplica el concepto del intervalo de guarda relacionado directamente con un símbolo OFDM. Figura 3.10 Intervalo de guarda Ahora se puede relacionar un conjunto de símbolos con sus correspondientes intervalos de guarda como se observa en la figura Figura 3.11 Intervalos de guarda más símbolos OFDM 22

30 Ahora se afirma lo siguiente en relación al intervalo de guarda Tr T G <Tu, el intervalo de guarda ( T G ) es mayor que el tiempo de retardo (Tr ) pero es menor al tiempo útil de símbolo (Tu ). Por lo tanto, el valor de T G se normalizó con la idea de que los receptores o SET TOP BOXES tengan una menor complejidad, simplificando su diseño, fabricación y mantenimiento con el fin de reducir los costos y ser considerado un elemento con un grado de accesibilidad mayor. Los valores están determinados por la relación Ecuación 3.3 y son los siguientes =,,16, TG Δ= (Ecuación 3.3) Tu retardo (Tr ). Ahora se expondrá un ejemplo práctico para determinar el tiempo de En la figura 3.12 se esquematiza con un sencillo ejemplo las ondas transmitidas y ondas reflejadas que llegan a la antena de un hogar para la recepción de televisión digital terrestre. La distancia que se observa (d) entre la antena receptora y el objeto reflectante es de 1Km, por lo que la onda reflejada recorrerá una trayectoria adicional aproximada de 2Km respecto a la señal directa. Figura 3.12 Señal Reflejada 23

31 Calculando el tiempo de retardo según la Ecuación 3.2: 2Km Tr = = 7 µs km 0.3 µ s Del valor calculado anteriormente se puede decir que corresponde a =1/32, ya que es una distancia pequeña, este valor se ocupará en las etapas siguientes. 3.4 Determinación de Parámetros Ya con un conocimiento previo de la modulación OFDM explicada en los pasos anteriores se continuará con la obtención de los parámetros para conocer de forma teórica el comportamiento de las señales, ya que no se pueden dejar al azar los términos involucrados y que tienen una fuerte dependencia entre sí. Se debe considerar como aspectos básicos: el ancho de banda, velocidad de los datos y tiempo de retardo de las señales reflejadas. Ahora se deben establecer las relaciones entre los elementos para así plantear las ecuaciones que permiten obtener los parámetros. Como ya se ha definido el intervalo de guarda T G debe ser mayor o igual al tiempo de retardo Tr, pero también se debe considerar el tipo de modulación que emplearán las portadoras (QAM). Con el intervalo de guarda calculado se puede obtener el tiempo útil de cada símbolo (Tu ). Se debe tener presente que el tiempo útil de cada símbolo no puede ser muy grande porque esto implica tener portadoras grandes y la posibilidad de tener interferencia debido a la poca distancia entre las portadoras. Es importante obtener el número de portadoras necesarias (L) para el ancho de banda disponible, conociendo el valor del tiempo útil del símbolo (Tu ), se fija automáticamente la separación entre portadoras, según la ecuación 3.1 por lo tanto la cantidad de portadoras esta dado por la ecuación 3.4: L = BW f (Ecuación 3.4) 24

32 Para calcular el número de portadoras es necesario conocer la características del canal que se ocupará para la transmisión, se necesita conocer un valor de referencia para la relación portadora ruido (C/N), la tasa de codificación que se relaciona directamente con los bits estableciendo su nivel de redundancia, y el tipo de modulación. En la siguiente tabla se detalla una breve descripción de los tipos de canales: Tabla numero 3.1 C/N Tipo de Tasa de Codificación Tipo de Canal interna Modulación 28 db Rayleigh Baja redundancia 64 QAM 18 db Rice Redundancia media 64 QAM 3 db Gaussiano Alta redundancia QPSK De esta tabla se empleará el canal RICE, para obtener el cálculo de las portadoras necesarias. Primero se establece la cantidad de bit necesario para el ancho de banda de 6 Mhz, el que se denominará BW C (ancho de banda del canal). S R (bps) = BW C log 2 (1 + ) (Ecuación 3.5) N R (bps) = BW C log 2 (1 + 63) R (bps) = 6 log 2 (1 + 63) R (bps) = R = 36 Mbps Con dicho dato se puede relacionar la cantidad de portadoras necesarias con el tiempo total de duración de cada símbolo OFDM. El tiempo total está dado por Ts = T G + Tu, además como se trata de modulación 64 QAM, bp representa el numero de bits transmitidos por cada portadora, que para este tipo de modulación son bp=6 bit. R (bps) = bp L Ts = (Ecuación 3.6) 6 L Ts L = Ts 25

33 Se considera por lo tanto la necesidad de 6 portadoras por cada microsegundo de duración total del símbolo (TS). Con estos datos finalmente se pueden calcular el número de portadoras, pero para ello se debe volver un poco atrás y recordar (según la Ecuación 3.3), si se considera T G = Tr ya que la condición decía quet G Tr y como anteriormente este cálculo ya se había realizado obteniendo un valor de retardo de la señal que era igual a 7 µs, lo que establecía una relación de =1/32, ya que se trataba de una distancia menor. L Tu + TG 1 TG = 32 Tu L 32TG + TG = = L = 33 ( ) ( ) L = 1386 portadoras Ahora se puede calcular la separación entre portadoras. BWc f L (Ecuación 3.7) f 6000 = KHZ 1386 símbolo. También se puede conocer el tiempo útil de símbolo y el tiempo total del 1 Tu = 4329 = 231µs Ts = T G + Tu Ts = 7 µs + 231µs = 238µs Todos los valores calculados son solo teóricos. Se podrá constatar más adelante que variará dicho valor, lo que sí se puede adelantar, es que el número real en el MODO1 de la Norma ISDB-T posee 1405 portadoras. 26

34 Hasta el momento se han definido varios conceptos sobre la modulación pero falta considerar la frecuencia de muestreo F IFFT y la segmentación del canal. Sin lugar a dudas este último elemento será el que incidirá en la variación de los valores calculados de forma teórica. A continuación se procederán a describir ambas. 3.5 Frecuencia de Muestreo IFFT de los Símbolos OFDM IFFT (transformada rápida de Fourier inversa). Se necesita de un valor bien preciso. Para calcular dicho valor se emplean las portadoras en una potencia entera de 2, es decir 2 n. Cumpliendo esta regla y aplicándola a las portadoras calculadas que eran un total de 1386, se debe ubicar el número mas cercano, para este caso seria 2 11 resultando un valor Queda la duda de qué sucede con la diferencia clara de portadoras. Es sencillo; las 662 portadoras restantes no se emplean, sino que se anulan. En conclusión, la forma de obtener el valor de la frecuencia de muestreo F IFFT conociendo el número de portadoras necesarias (L) y el tiempo útil del símbolo Tu queda dada de la siguiente manera: n 2 F IFFT = Tu (Ecuación 3.8) anteriores Este es el último parámetro que se desea obtener para la serie de cálculos 2 11 F IFFT = = MHZ

35 CAPÍTULO IV: ORGANIZACIÓN DEL CANAL RADIOELÉCTRICO

36 4 ORGANIZACIÓN DEL CANAL RADIOELÉCTRICO Es hora de emplear de forma concreta el canal radioeléctrico que en un comienzo solo se mencionó. Para esto se debe considerar algo primordial, la transmisión Jerárquica propia del sistema ISBD-Tb. Una vez que se tiene en mente la idea de un canal radioeléctrico lo segundo es considerar que no se puede emplear por completo, ya que el hecho de acotar su tamaño beneficia la calidad de la transmisión. La forma de evitar la interferencia entre canales adyacentes es añadir intervalos de guarda dentro del canal. En la banda UHF se deben considerar intervalos de guarda de 200 KHZ, por cada canal de 6 MHZ. Es necesario emplear dos intervalos de guarda, cada uno de 200 KHZ, lo que quiere decir que se emplearán 400 KHZ del ancho de banda del canal, dedicados solamente a los intervalos de guarda. Bajo esta regla, lo siguiente es organizar el canal en porciones iguales que se denominan segmentos representadas por Ns; estos segmentos se calcularán de la siguiente manera: Ns = BWc 400KHZ = 6000KHZ = 15 Segmentos 400KHZ El cálculo anterior establece que si se divide en segmentos iguales el ancho de banda de 6 MHZ, se tendrán 15 segmentos, pero la norma ISDB-Tb establece que un segmento se empleará para el servicio one seg destinado a la recepción móvil, lo que obliga a replantear la ecuación anterior. El servicio one-seg emplea el segmento del centro con el fin de que el receptor pueda sintonizarlo fácilmente. Entonces, si se considera el segmento del centro para el servicio one-seg y se divide la misma cantidad de segmentos tanto para la izquierda como a la derecha, se obtiene la porción exacta que ocupará cada segmento, de la siguiente manera. BWs = BWc (Ecuación 4.1) 14 BWs = 6000KHZ = KHZ

37 BWs es una nueva variable que se introduce y esta es la encargada de cuantificar el ancho de banda que ocupará cada segmento en el universo de 6 MHZ. Con ello se obtiene que cada segmento ocupará un ancho de MHZ en un total de 14 segmentos, considerando 1 segmento para el intervalo de guarda y de los 13 restantes 1 para el servicio one-seg y los demás destinados a la televisión, su utilización quedará a disposición de la calidad de servicio que se desee entregar ya sea televisión digital en calidad SD o HD. Después de resolver como se emplearán los segmentos, se puede calcular el ancho de banda total de los segmentos BW = Ns BWs (Ecuación 4.2) 6000 BW = 13 = MHZ 14 Figura 4.1 Esquema Representativo de los Segmentos. En la figura 4.1 se aprecia un segmento que se ubica en la posición central. Este está destinado a la transmisión para receptores móviles. El servicio one seg se ubica en esta posición para que sea más fácil de recepcionar para los equipos móviles. Ahora que ya se sabe que la norma ISDB-Tb emplea segmentos para dividir el canal, retrocediendo al cálculo teórico de las 1386 portadoras se puede establecer la cantidad de portadoras (Ls) que necesitará cada segmento (Ns) de la siguiente manera: Ls = (Portadoras / Segmentos) (Ecuación 4.3) Ls= 1386 =

38 Dicho número debe ser entero, por lo tanto la cantidad que se necesitan debe ser igual a 107 portadoras por cada segmento, mientras la separación de las portadoras dentro de cada segmento será: f BW segmentos oneseg portadoras * segmento (Ecuación 4.4) f 6000MHZ = 4,0053 KHZ El siguiente paso es calcular el periodo útil de símbolo, este valor debe ser un número entero y si no es así se deberá replantear el número de portadoras necesarias para volver a efectuar los cálculos. Para este caso el periodo útil de símbolo es: Tu = MHZ = µs El número que se obtuvo es periódico, lo que incide directamente en los intervalos de guarda que a su vez también tendrán un valor periódico. Por ello Ts tampoco será un número entero, Ts = T G + Tu. Este suceso conlleva a adoptar la portadora de valor siguiente L=108, por lo tanto el número de portadoras por segmento finalmente será 108, claramente este hecho plantea recalcular todos los valores nuevamente quedando de la siguiente manera: f 6000KHZ = KHZ Tu = MHZ = 252 µs 30

39 Pensando en el esquema de la división del canal en segmentos el número total de portadoras será L= Ls Ns = = 1404 portadoras. En la siguiente figura 4.2 se observan las portadoras y su separación esto significa que existiendo L portadoras existirá (L-1) espacios de anchura f, f, con lo cual la anchura total ocupada será igual a (L-1) f. Figura 4.2 portadoras y espacios f Estableciendo ecuaciones para determinar el número total de portadoras necesarias: BW L 1) f ( (Ecuación 4.5) BW NS BWs (Ecuación 4.6) BWs f Ls (Ecuación 4.7) Reemplazando (6.6) y (6.7) en la ecuación (6.5) se obtiene: Ns BWs ( L 1) Ns BWs L Ns BWs + Ls Ns BWs + BWs Ls BWs BWs - Ls Ls BWs = L Ls BWs Ls BWs Ls = L BWs Ls Ls Ns BWs + BWs = L BWs Ls Ns BWs BWs BWs + = L BWs ( Ns Ls) 1 L (Ecuación 4.8) 31

40 Ahora, completando con los datos obtenidos anteriormente, según la Ecuación 4.8, L= = 1405 portadoras, las que corresponden al MODO1 de la norma ISDB-Tb La siguiente tabla muestra la relación entre el intervalo de guarda, el tiempo TG útil de símbolo y el tiempo total, considerando las relaciones existentes entre. Tu Tabla 4.1 Relaciones de tiempo Intervalo de Tu Tiempo Tiempo total Tiempo guarda TG de símbolo 252µs 1/4 Tu 63µs 315µs 252µs 1/8 Tu TG 252µs 1/16 Tu 252µs 1/32 Tu 31.5µs 15.75µs Ts = TG+Tu 7.875µs 283.5µs µs µs Por último se puede determinar la frecuencia de muestreo F IFFT. Para este caso se considera lo mismo que para el caso teórico del comienzo, se emplean las portadoras en una potencia entera de 2, es decir 2 n. Como la cantidad de portadoras es 1405 el valor de 2 11 sigue siendo válido, ya que son 2048 portadoras, descontando las portadoras utilizadas, quedan 643 portadoras que no se emplearán F IFFT = = MHZ 252 Después de determinar e ir variando los parámetros en busca de una optima condición de transmisión que evite la interferencia entre portadoras o canales adyacentes, se puede concluir que bajo la norma ISDB-Tb se logró definir el MODO1 o también denominado MODO2K por ser 2 n = 2048, pero como se planteó, la importancia de la frecuencia de muestreo es que con solo conocer dicho valor, se pueden dimensionar los parámetros de los MODOS 2 y 3. 32

41 La idea principal de los modos restantes es actuar frente a distancias muy grandes, donde las señales reflejadas tardan más en llegar a la antena receptora. El modo 1 básicamente puede cubrir una distancia de casi 20Km con un T G =¼ Tu, la pregunta es que sucede si las distancias son superiores a 20Km? sin olvidar que a pesar de que se hablen de distancias más amplias como 60km, se debe considerar que esta distancia es un recorrido de ida y vuelta de la señal reflejada y realmente la distancia del objeto reflectante es de 30km, situación que se puede dar perfectamente en conglomerados ubicados en zonas llanas, con un cordón montañoso distante. Figura 4.3 Trayectoria de la Señal Queda definir los otros dos modos de la norma, el modo 2 (4k) y el MODO3 (8k) constituyen más opciones para configurar correctamente un sistema de emisión, estos MODOS guardan directa relación con el MODO (2K) ya que se manejan las mismos parámetros. En la siguiente tabla se podrá apreciar el comportamiento de los 3 modos tomando como referencia el valor Tu =252 µs. Para el modo 2 el valor de tiempo útil de símbolo tendrá la siguiente relación con el del modo 1 Tu 2 = 2 Tu, y el modo 3 se relacionará con el modo 2 Tu 3 = 2 Tu 2, por lo tanto la tabla siguiente compara los valores de los modos 1,2 y 3, en relación al intervalo de guarda y el tiempo útil de símbolo. 33

42 Tabla 4.2 Intervalos de guardas para los distintos Modos MODO 1 MODO 2 MODO 3 Tiempo T G Tiempo T G Tiempo T G 1/4 Tu 63µs 1/4 Tu 126µs 1/4 Tu 252µs 1/8 Tu 31.5µs 1/8 Tu 63µs 1/8 Tu 126µs 1/16 Tu 15.75µs 1/16 Tu 31.5µs 1/16 Tu 63µs 1/32 Tu 7.875µs 1/32 Tu 15.75µs 1/32 Tu 31.5µs Con los valores anteriores se pueden establecer las distancias que pueden cubrir los diferentes modos. Por ejemplo, para Modo1 lo primero es recordar que TG Tr y la ecuación 4.2 Por lo tanto, para el Modo 1 con un intervalo de guarda de 63µs. 63 µs = D Km/s D = 18.9Km, de la misma forma se puede obtener la distancia para los distintos intervalos de guarda del Modo 1, y de los Modos restantes. En la siguiente tabla se aprecian las distancias para cada uno de los modos Tabla 4.3 Distancia de los Diferentes Modos MODO 1 MODO 2 MODO 3 Tiempo T d G Tiempo T d G Tiempo T G d 63µs 18.9Km 126µs 37.8Km 252µs 75.6Km 31.5µs 9.45Km 63µs 18.9Km 126µs 37.8Km 15.75µs 4.72Km 31.5µs 9.45Km 63µs 18.9Km 7.875µs 2.36Km 15.75µs 4.72Km 31.5µs 9.45Km Así como se calcularon los intervalos de guarda, el tiempo total de cada símbolo y las distancias, se pueden calcular los demás valores para conocer los parámetros y comparar su comportamiento en los distintos modos. En la siguiente tabla se puede ver: 34

43 Tabla 4.4 Parámetros de los tres modos de la norma ISDB-T Parámetro Modo 1 Modo 2 Modo 3 Tu 252µs 504µs 1008 µs f KHZ 1.98KHZ 0.99KHZ Tu Ls BWs f L 13Ls n MHZ 8.126MHZ 8.126MHZ F IFFt = Tu Para el modo 2, como las portadoras son 2809, se debe emplear un n=12, para lo cual se tiene 2 12 = 4096 (4K), para el modo 3 como las portadoras son 5617 se debe emplear un n=13, para lo cual se tiene 2 13 = 8192 (8K), a pesar de ello, es fácil reconocer en la Tabla 4.4, que para los tres modos la frecuencia de muestreo es la misma. Además, de lo anterior se pueden observar el comportamiento de la tasa binaria o velocidad de datos para los tres modos que está dada por la ecuación 4.6. Considerando el mismo valor de bp para los tres modos, como el valor de las portadoras se irá duplicando, también se duplicará el valor de Ts, con lo cual el cuociente entre los valores sigue siendo el mismo. Esto quiere decir que la tasa de transmisión de bits por segundo, es independiente del modo utilizado. 35

44 CAPÍTULO V: SISTEMA DE TRANSMISION

45 SISTEMA DE TRANSMISIÓN En la figura 5.1 se observa la forma de distribución de las capas jerárquicas. Debido a este tipo de organización es que el canal se ha dividido en segmentos iguales. Los segmentos pares e impares se ordenan respectivamente, de derecha a izquierda del segmento central. Figura 5.1 Transmisión Jerárquica Ya definidos los conceptos se puede elaborar un diagrama general para asociar todos los puntos, para ello, el siguiente esquema sirve para explicar las etapas del sistema de transmisión, partiendo de una idea general y a medida que avance se irá descomprimiendo, para entender el funcionamiento de sus diversas etapas. Figura 5.2 Diagrama General Televisión Digital. 36

46 Antes de esquematizar el proceso de transmisión, es necesario tener algunos conceptos claros en cuanto a la compresión de imágenes. Para transportar los bits generados en la digitalización, se realizan procesos de compresión, para evitar la redundancia. Este proceso se realiza a niveles adecuados para transportarlos ahorrando recursos y manteniendo una gran calidad. Las técnicas de compresión que se emplean son dos: compresión espacial y compresión temporal. La compresión temporal, que se conoce también bajo el nombre de predicción de compensación de movimiento, se basa principalmente en la deducción de la mayoría de las imágenes de una secuencia de video. De esta forma se compara un determinado cuadro de imagen con su antecesor, adicionando así un mínimo de información. Básicamente la redundancia temporal tiene el objetivo de aprovechar la similitud que existe entre dos cuadros sucesivos que forman una imagen dinámica, para reducir considerablemente la cantidad de información necesaria para su transmisión. La compresión de redundancia espacial, se basa en la comparación de dos píxeles adyacentes de una misma imagen, con el objetivo de evitar repetir cuadros innecesarios, ya que el ojo humano no puede detectar todos los detalles de una imagen. En la norma ISDB-Tb se emplea el formato MPEG-4 H.264, para la compresión de video y para el audio, MPEG-4 AAC. El proceso de compresión es necesario antes de ingresar al multiplexador en la figura 5.3, Se aprecia la idea conceptual. Posterior a la compresión, se forman paquetes de datos para el transporte (TS), que pasan por un re-multiplexador. El método de paquetes de datos es el utilizado por MPEG-2, en el momento de realizar el transporte de audio, video y datos comprimidos. Una señal de audio o video comprimida resulta un flujo (stream) de bits llamado flujo elemental (elementary stream ES) los paquetes de transportes empleados en MPEG-2 son de 187 bytes mas un byte de sincronismo (47 H ) que no se somete a la codificación de canal. 37

47 Figura 5.3 Etapas de Compresión, Multiplexación y Transporte TS 5.1 Formato MPEG-4 sistema Lo primero es establecer el tipo de imágenes que se emplean en este - Imagen I (Intra): Es la imagen de mayor tamaño, se codifica sin usar de referencia otro tipo de imagen, es la que contiene toda la información básica para que el decodificador pueda reconstruir la imagen. - Imagen P (Prevista): En cuanto a tamaño, es la mitad de la imagen tipo I, pero a diferencia de la anterior, para codificarlas depende tanto de las imágenes P anteriores como de la imagen I. - Imagen B (Bidireccionales): Estas imágenes poseen la particularidad de no propagar los errores de codificación en el caso de existir. Necesita de una imagen futura (P), como de una imagen previa (I). Pesa mucho menos y es equivalente a un cuarto de la imagen tipo I, por ello son el tipo de imágenes que más se emplean. 38

48 Figura 5.4 Tipos de Imágenes - Imagen SP (Switching P): Este tipo de imagen permite la transición entre dos streams representativos de una secuencia. Tiene la capacidad de avanzar y retroceder una imagen de un mismo stream. - Imagen SI (Switching I): Es la imagen que establece un punto de sincronismo para una transición de dos streams. En términos simples, el formato MPEG 4 es una técnica de compresión, orientada a mejorar la calidad de video a bajas velocidades. Algunas características y descripciones de este estándar son: - Las escenas se descomponen en dos componentes básicas: audio y video, las que son codificadas de forma independiente. - Los objetos pueden ser tanto video natural como imágenes sintéticas. - Ofrece soporte para manipulación de las imágenes sintéticas. - Posee un mejor algoritmo que incrementa la robustez para el trato de errores. VRML (Virtual Reality Modeling Language) trabaja con objetos en 3 dimensiones. Este estándar, a diferencia de otros, está basado en un modelo audio visual basado en objetos. 39

49 5.2 Estructuras de Capas Formato MPEG-4 La estructura esquematizada en forma de capas del sistema H.264, está constituida por el primer elemento que es el codificador de video VCL (Video Coding Layer), encargado de reducir la cantidad de video que se desea transmitir, posterior a ella se ubica la capa de red NAL (Network Abstraction Layer) aquí se formatean los datos provenientes de la salida del VCL, a su vez se segmenta e incrementa la información de cabecera y es la encargada de configurar el protocolo para el transporte de información (TS en formato Mpeg-2). Figura 5.5 Estructura de capa Mpeg Codificación de Audio para el Estándar Mpeg-4 En el esquema de la Figura 5.6 se resume en forma breve todo el proceso que sigue la señal de audio desde que ingresa al codificador hasta que es reconstruida la señal, en este esquema se consideran bloques de transporte y modulación que se describen más adelante. Inicialmente en el bloque del codificador se reciben las señales de audio en el dominio del tiempo y son convertidas en señales en el dominio de la frecuencia, con ello se consigue a la salida del codificador una cadena de bits de datos, que son tomados por el bloque de transporte donde los datos de audio son empaquetados y llevados al bloque de modulación y radiofrecuencia. Por otra parte el bloque que representa al receptor demodula la señal, revisa los paquetes de datos y decodifica los flujos de datos. 40

50 Figura 5.6 Señal de Audio 5.4 Dolby Digital AC3 Consiste en un sistema de compresión, destinado a eliminar partes del sonido codificado. Dichas partes no son percibidas por el oído humano condición que se aprovecha, para llevar mas información en un espacio menor. Una de las ventajas es la utilización de mas canales de audio, ventaja comparativa ante el sonido estereo que solo ofrece dos canales de audio. Este método está basado en el sistema Dolby Sorround Sound, brindando 5.1 canales de audio digital, a continuación se observa un sistema de Audio AC3: Figura 5.7 Sistema 5.1 de Sonido En relación a la figura, se aprecia lo siguiente: - Un canal central encargado de la reproducción de diálogos - Canal izquierdo y derecho acentúa el sonido que proviene del altavoz central - Canal Sorround izquierdo y derecho se utilizan para reproducir el sonido ambiente. 41

51 5.5 Bloque de Transmisión A continuación se presenta el esquema del transmisor con el objetivo de describir sus distintas etapas. Figura 5.8 Diagrama del transmisor En la sección de codificación de canal se añade la protección al bit de datos. Debido a esta razón, la modulación se llama COFMD o sea, OFDM codificado. Figura 5.9 Codificaciones de Canal De este bloque se distingue claramente el bloque separador, que permite diferenciar la información y dividirla en tres capas jerárquicas. Dichas capas quedan a disposición del tipo de servicio a emplear, ya sea televisión digital en formato SD o HD y a su vez el servicio one- seg. 42

52 5.6 Flujo de Transporte (TS) Mpeg-2 En la figura 5.10 se aprecia el tratamiento de las señales tanto de audio como de video, generando los correspondientes flujos elementales ES (flujos de video y audio codificados) que en la siguiente etapa se organizan en forma de trama de datos (PES), finalmente se multiplexan los datos de audio, video y datos en paquetes TS cuya longitud es de 188 bytes, siempre considerando que la cabecera de paquete TS posee una extensión de 4 bytes, identificando el primero como el byte de sincronismo (47 H ). Dependiendo del tipo de programa las velocidades binarias pueden variar, por ejemplo una señal SDTV puede entregar flujos que están entre los 2 y 6 Mbps. En tanto una señal en calidad HDTV puede manejar valores entre los 12 y 18 Mbps. Figura 5.10 Flujo de Transporte y la Multiplexación 5.7 Re Multiplexador Este sistema se adaptó para cumplir propósitos específicos que son parte elemental del sistema de transmisión. El primero es desarrollar una transmisión en forma jerárquica y el segundo emplear un segmento para transmisión parcial. El flujo de transporte MPEG-2, técnicamente no podía satisfacer dichos requerimientos, pero los ingenieros de Japan Broadcasting Corporation desarrollaron el sistema RE MULTIPLEXADOR para cumplir con los propósitos deseados. Para lograr dicho propósito se agregaron 16 bytes nulos a los paquetes TS, por lo tanto los paquetes TSP poseen una longitud igual a 204 bytes, una característica que posee el empleo de re multiplexador es que ubica y dispone 43

53 los paquetes TSP posibilitando la transmisión jerárquica y la recepción para dispositivos parciales. Para el flujo binario BTS el reloj de sincronización será el mismo, para cualquier tipo de modo en la transmisión jerárquica y su valor derivara de la frecuencia de muestreo IFFT, porque este es un valor referencial para los tres modos y como se calcularon en los pasos anteriores, para el modo que sea, el valor de F IFFT es el mismo. Figura 5.11 Proceso de Separación de los Paquetes TSP En la figura anterior aparecen elementos nuevos, como el codificador Reed - Solomon y el separador de canales, ambos pertenecientes al bloque de codificación de canal que se explicara más adelante. La capa A, B y C son los tipos de servicios que se pueden entregar en el canal según la configuración. Televisión para equipos móviles capa A, televisión en alta definición HD capa B y televisión en calidad estándar SD en la capa C. 5.8 Funcionalidad BTS Los BTS son flujos binarios que poseen información para el separador de canales, así este elemento será capaz de realizar su función de acuerdo a la característica del BTS, lo que se realiza es la identificación de los TSP (paquetes de datos) 44

54 Figura 5.12 Distribución de la Información Se divide el cuadro de 204 bytes en varias partes, el resultado de esta división demuestra la estructura de los datos. El primero en aparecer es el byte de sincronismo 47 H, seguido de los 187 bytes de carga útil. Se puede observar que sumando ambos resultan los 188 bytes que forman un paquete TS. Seguido a ello los 16 bytes divididos en dos secciones: la primera está destinada a la información, o sea, la información de la capa jerárquica, un contador de TSP, cabecera de cuadro e información auxiliar. Los restantes 8 bytes corresponden al byte de paridad red solomon. 5.9 IIP (ISDB-Tb Information Packet) Cada cuadro múltiplex incluye un paquete IIP. Esta información se encuentra dentro de un TSP especial. El estándar de televisión especifica el uso de un canal denominado TMCC (Transmisión Multiplexing Configuration Control). La característica del TMCC es llevar la información auxiliar necesaria para el funcionamiento óptimo del receptor. Esencialmente el TMCC está constituido por: -Cantidad de muestras de la IIFT. -Intervalo de guarda. -Esquema de modulación. -Codificación interna. -Cantidad de Segmentos Codificación de Canal Lo primero que se debe considerar en relación a un transmisor son las fuentes que deterioran la señal transmitida. La primera es el ruido inherente del propio canal de transmisión, lo segundo es la propagación multitrayectoria y las alinealidades del transmisor. Por ello los mecanismos de propagación de la señal 45

55 son los que juegan un papel muy importante en la transmisión de la señal y su adecuada recepción. El objetivo es que la señal digital de audio y video se pueda interpretar por parte del receptor de la forma más correcta posible. Idealmente se intenta reproducir la información como un fiel reflejo de la señal de entrada. Si se cuenta con un flujo de datos erróneos mayores a los que el receptor puede soportar, rápidamente se pasa a una zona de degradación de la señal, llegando a degradarla totalmente, lo que significa tener una recepción nula de la señal en comparación a la televisión analógica, que a pesar de tener ruido puede seguir siendo recibida. Por ello, retoma fuerza la protección de la información, debido a que la transmisión es en tiempo real y el televidente no puede observar la degradación de la señal. Por ende se debe optimizar la protección para lograr transmitir los datos y recibirlos correctamente. Si bien los datos sufrirán deterioros en el trayecto, el receptor será capaz de reconstruir los datos de forma aproximada. La codificación de canal es la parte esencial donde se detectan y corrigen errores. Figura 5.13 Codificación de Canal 5.11 Códigos REED SOLOMON Debido a que la comunicación entre el transmisor y el receptor es unidireccional, se debe considerar que los errores son de tipo ráfaga. Por ello, el método que se emplea para corregir los errores de transmisión es la técnica de corrección de errores hacia delante (FEC, forward error correction). 46

56 Este código es capaz de corregir ráfagas de errores digitales, hasta un cierto limite, determinado por la cantidad de redundancia que posea el código. El codificador se encarga de procesar una cantidad de datos sin codificar, a los que le agrega una cantidad de redundancia para producir un bloque con una mayor longitud al dato inicial. Los paquetes de datos contienen inicialmente 188 bytes donde se encuentra tanto información de video como de audio comprimida por el codificador de fuente. Cuando ya se ha efectuado el proceso de la separación jerárquica, los 16 primeros bytes que se descomponían en 8 bytes para información auxiliar y 8 bytes de paridad, se sustituyen por 16 bytes de paridad para la transmisión de modo que el código RS, y queda de la siguiente forma ( ). Para el funcionamiento, el receptor procede a comparar los 188 bytes iniciales con los 16 bytes en busca de encontrar cierto nivel de validez en los datos que se recuperaron. De no ser así, el receptor genera un paquete de datos parecido. Esto quiere decir, con los bits cambiados, buscando así que este nuevo paquete se parezca al recibido. Estos 16 bytes permiten corregir hasta 8 bytes erróneos en cada TSP. Figura 5.14 Paquete de Transporte y Transmisión de Datos 5.12 Separador de Canales Según la información que entregue el bloque de información que aparece en la figura 5.12, el separador de canales envía los TSP a la capa jerárquica correspondiente. Es importante que en el momento que el receptor desee leer la 47

57 información lo primero es que los paquetes nulos se reinserten en la misma posición que ocupaban en el BTS original. El otro aspecto importante es que en esta etapa, una vez asignados los paquetes TSP, los bits pasan de serie a paralelo, Por ello en el proceso de demodulación el receptor debe ser capaz de recuperar los TS originales. Esto quiere decir que los TSP deben ordenarse correctamente y además adicionar los paquetes nulos ya mencionados Dispersión de Energía La idea es evitar la regularidad del flujo de datos, ya que esto provoca concentraciones de energía. Para ello, la entrada del flujo de datos se convierte en una secuencia pseudoaleatoria (PRBS). Figura 5.15 Aleatorizacion de bits Como se aprecia en la figura 5.15 el esquema está constituido por un registro de desplazamiento de 15 posiciones, al comienzo de cada ocho paquetes de transporte se aplica la secuencia de bits El PRBS se emplea para recuperar el orden de la información transmitida en forma original. Para iniciar la secuencia de desaleatorizacion en el receptor (set-top-box) se invierten los bits del byte de sincronismo de los paquetes MPEG-2. Los datos de entrada deben aplicarse a la puerta de habilitación, y este proceso forzosamente debe estar activo para evitar la transmisión de la portadora sin modulación. 48

58 Figura 5.16 Sincronismo de cuadro OFDM y señal habilitadora PRBS 5.14 Ajuste de Retardo El ajuste de retardo es necesario para compensar el tiempo que se emplea para la modulación y la codificación de canal. El tiempo en que se ajusta el retardo se establece en el transmisor, este valor dependerá directamente de la cantidad de TSP s necesarios para cada flujo Intercalado de Bits Como se ha afirmado a lo largo de este documento, la transmisión se ve afectada por múltiples factores el objetivo de este bloque es dispersar los errores de ráfaga, si se supone una secuencia de símbolos como la siguiente: ABCDEFGHIJKLMNOP En el caso de aparecer un error en los siguientes símbolos DEFG la secuencia que se recibe por parte del receptor está dada por: ABCXXXXHIJKLMNOP La x representa los símbolos dañados durante la transmisión. El codificador no tendrá la capacidad de corregir estos datos, por ello en este bloque se debe ordenar la información de tal manera que permita dispersar los errores ABCD EFGH IJKL MNOP 49

59 El bloque entregará la información leída de la siguiente manera: AEIM BFJN CGKO DHLP Lo que se busca finalmente es reordenar los datos AEIMBFJNCGKODHLP Revisando las parte dañadas AEIXXXXNCGKODHLP En el codificador esta secuencia se ordena para obtener finalmente lo siguiente: AXCDEXGHIXKLXNOP Con esto se consigue la dispersión de los datos consecutivos que se acarreaban dañados, con ello la posibilidad de corrección aumenta Codificación Convolucional La particularidad de este tipo de comunicación es entregarle una mayor robustez al sistema, ya que a diferencia de cualquier otro tipo de medio de transmisión de señal de TV, el empleo de radiofrecuencias hace trabajar el sistema al límite en busca de una mayor calidad de transmisión. Lo importante es que el usuario no vea afectada su calidad de imagen. Para ello el codificador convolucional le entrega una protección extra complementando el bloque de reed solomon. Lo importante es que trabaja bit a bit y consigue realizar su labor sin la necesidad de aumentar el ancho de banda. En esta etapa el codificador consta de un tipo de memoria que le permite comparar los datos pasados con los presentes para así mejorar la capacidad de protección. 50

60 Los códigos convolucionales están compuestos por tres parámetros (n, k, m) cada uno con un significado particular y una relación funcional, n es el número de bits a la salida del codificador, mientras k es la cantidad de bits a la entrada y como ya se había mencionado m seria el número de registro de memoria, la relación que se puede establecer para los bits de entrada y salida es la siguiente k/n, siendo esta una relación o tasa de código. Para componer un codificador de estas características se pueden mencionar los siguientes elementos que lo conforman: registro de desplazamiento, constituido por m elementos de memoria (flips-flops) y n generadores de señal. El siguiente esquema muestra un codificador convolucional simple. Figura 5.17 codificador convolucional simple El modo de operar es el siguiente, al ingresar un bit ingresa al codificador que posee tres elementos de memoria y a su vez tres sumadores o generadores de función, el flujo de salida guarda directamente relación con la conmutación secuencial de las salidas de los generadores, con lo que se obtienen tres salidas por cada bit de entrada. 51

61 El bit que ingrese llegará a la puerta A a, mientras en las siguientes puertas A b y A -a se encuentran almacenados los bits anteriores. Con ello se produce un polinomio generador resultante de la suma de los tres bit que se encuentran en el codificador. V1 = A a + A b + A -a V2 = A b + A -a V3 = A a + A -a Estas relaciones se designan de la siguiente manera (3, 1,3) de donde se deduce que n = 3, k = 1, m = 3, y con ello la relación de código es k/n = 1/3. Esto quiere decir que por cada bit de entrada se generan 3 bits de salida, por lo tanto, la salida del codificador depende directamente del bit de entrada y del contenido de los (flips-flops) Bloque de Modulación En el bloque de modulación se mapean los bit para realizar el armado de las constelaciones I-Q, armado de cuadro OFDM, la generación de OFDM mediante IFFt e intersección de los intervalos de guarda para evitar interferencias entre canales adyacentes. Figura 5.18 Proceso de Modulación. 52

62 Al comienzo de este trabajo en el Capitulo 5 se describió el principio elemental de funcionamiento del bloque de modulación, En esta sección del trabajo se añade información relacionada con el proceso. Lo primero que se debe considerar es el esquema de modulación a emplear. Para ello primero se definirá qué es una constelación de modulación. La constelación de modulación es básicamente un esquema en el plano complejo, esto quiere decir que abarca el eje de los números reales y los números complejos, estos ejes son llamados I (In-phase) y Q (Quadrature). Los puntos que forman esta constelación representan un alfabeto, es decir todas las combinaciones que se pueden emplear en un intercambio de información Constelación QAM (Quadrature Amplitud Modulation) Esta constelación combina la modulación por desplazamiento de fase y por variación de amplitud. Esto dice que la información que contiene en forma digital se encuentra en la amplitud y la fase de la portadora que se desee transmitir, Se emplea un desfase de 90 entre la amplitud y la fase, para así aprovechar de mejor manera el ancho de banda disponible del canal. Para el bloque de modulación, asociando los conceptos anteriormente descritos, se obtiene el siguiente diagrama: Figura

63 Lo primero que se realiza es una conversión de serie a paralelo. Esta constelación esta constituida por 6 bits. Las últimas salidas de este diagrama sufren un retraso de tiempo que es diferente para cada una. Figura 5.20 Diagrama de Constelación para 64 QAM La constelación anterior es la resultante del proceso observado en la figura 5.19, y se aprecia el patrón de valores de cada símbolo. Bajo la norma ISDB-Tb se ocupa este tipo de modulación para los segmentos que se asignen para la transmisión de televisión. En la formación de los segmentos se realiza un proceso de intercalado en el tiempo. Para ello se tiene asignado un búfer asociado a cada segmento. Posterior a este proceso, se realiza un intercalado, pero en el dominio de la frecuencia Etapa de Radiofrecuencia Para establecer una arquitectura coherente, se necesita tener claro que en principio la señal es modulada, posteriormente amplificada y transmitida al aire. Figura 5.21 Etapa RF 54

64 En el primer bloque se encuentra el excitador, que contiene básicamente la señal modulada a la frecuencia de la portadora. Inmediatamente a la salida del excitador se aplica uno o varios amplificadores de potencia, cuya salida se entrega a una línea de transmisión para que esta señal sea conducida hasta la antena. Se puede observar que los amplificadores para la televisión digital son similares a los de la televisión analógica, La diferencia radica en la señales de entrada. En la televisión digital no es necesario tener dos señales de entrada para audio y video, como sucede en la televisión analógica, si no que consta de una sola señal constituida por un flujo binario continuo que contiene tanto la información de video como de audio. Los sistemas de transmisión terrestre emplean antenas tanto en la transmisión como en la recepción. Las antenas son los elementos que convierten la energía de radiofrecuencia en un circuito de energía electromagnética radiada al espacio. Esto en el caso de antenas transmisoras; para el caso de las antenas receptoras, la función es inversa. Las antenas que se diseñan para los transmisores deben ser capaces de manejar la potencia que les suministre el transmisor. Sin embargo, estos aspectos se consideran en el caso de una implementación técnica y no guardan relación con el tipo de señal que debe manejar. 55

65 CAPÍTULO VI: SET TOP BOX

66 6 SET TOP BOX Para entender que es un SET TOP BOX, es necesario considerar que para visualizar televisión digital se debe realizar la conversión de la señal de TV analógica por un formato digital, que puede ser emitido en forma de señal satelital, terrestre o cable. Posterior a este proceso, el televisor, en caso de ser digital, decodifica la señal, en el caso de los televisores analógicos que no poseen un receptor incorporado, se debe emplear un receptor llamado SET TOP BOX. Con este dispositivo, no solo se logra obtener la imagen en formato digital que el usuario desea ver, sino que también aplicaciones donde el usuario puede interactuar con la televisión, para lo que se han desarrollado Middleware, Precisamente, éstos son los encargados de permitir la interactividad del usuario con el programa de televisión que está viendo. Conocido es el hecho de que los usuarios de la televisión analógica participan con los programas mediante el empleo de teléfono, Internet, mensajes, SMS. De esta forma el televidente participa de forma indirecta con el programa. La diferencia con la televisión digital radica en que el televidente puede interactuar mediante un canal de retorno o del acceso de datos recibidos y almacenados en el SET TOP BOX. El siguiente diagrama muestra el concepto de canal de retorno: Figura 6.1 Canal de Retorno 57

67 Por ejemplo, en Brasil, asociado al hardware de los receptores se tiene un Middleware llamado GINGA. La fusión de estos elementos permiten al usuario obtener una cantidad mayor de aplicaciones en relación a las de la televisión analógica. Se pueden mencionar que muchas de estas aplicaciones ya existen pero están disponibles comercialmente por la redes de TV cable o satelitales: - Guías de programación electrónicas. - y mensajes de texto. - Juegos interactivos online. - Sistema de pay-per-view Una vez formada la idea de qué es un receptor de televisión digital se mencionarán sus componentes físicos. Un SET TOP BOX está formado por: Placa de sistema Sintonizador Modulador demodulador Demultiplexador Decodificador Procesador gráfico CPU Memoria Disco Interfaces físicas A su vez, dentro de la categoría de los receptores, se pueden clasificar los SET TOP BOX en tres tipos: Broadcast TV, Enhanced TV y Advanced services. Broadcast TV: Estos se emplean para los servicios tradicionales de la televisión digital que pueden adicionar un sistema de pay per view, y disponen de una cantidad de memoria limitada, puertos de interfases y procesamiento limitadas. 58

68 Enhanced TV: Poseen un canal de retorno, soportan comercio electrónico, video on demand, y un navegador para conexión a Internet. La presencia del canal de retorno posibilita comunicaciones por y Chat. Sus capacidades de almacenamiento y memoria son mayores a las del receptor descrito anteriormente. Advanced Services: Estos receptores poseen una velocidad que es cerca de 10 veces mayor en relación a un receptor básico. Este tipo de receptores se asocia a un disco duro incorporado. Es un receptor versátil, tiene acceso a una variedad de servicios de Internet e interactividad. 6.1 Arquitectura de los Set- Top- Box El propósito específico es recepción de señales de TV digital. En la siguiente figura se detalla la arquitectura de un receptor: Figura 6.2 Esquema Arquitectura de un Receptor Genérico. 59

69 Servicios en esta sección: se encuentran los servicios y contenidos que pueden ser producidos en una transmisión de TV digital. Entre ellos están: guía electrónica de programación, sistema pay-per-view, juegos online, etc. En la segunda sección se aprecian las aplicaciones, aquí se promueven los servicios de la primera sección. Tercera sección, se posesiona el Middleware, el que tiene la función de ser interfaz entre el hardware del receptor y las aplicaciones. De este modo se hace más fácil para el televidente la interacción con el televisor y el programa que esté viendo. codificación. La cuarta sección se tiene los componentes multimedia de decodificación y En la quinta sección, el sistema operativo es responsable del funcionamiento del hardware. En la última sección se encuentra el hardware del receptor que están constituidos por CPU, dispositivos de entrada y salida, almacenamiento, codificadores, sintonizador, etc. En la figura 6.3 se ilustra el esquema de la arquitectura de un set top box. Etapa Inicial Etapa Intermedia Etapa Final 60

70 Se puede dividir en tres etapas. En el esquema de la figura 6.3, el sintonizador de señales es donde se recepciona la señal. Posterior a eso, el sintonizador selecciona la frecuencia del receptor y modula en una banda base la señal de entrada. La señal se muestrea para crear la representación digital, empleando un conversor análogo/digital. Lo siguiente es la demodulación y corrección del error de la señal. La etapa intermedia consiste en la demultiplexación del flujo, donde se procede a separar audio, videos y datos contenidos en el flujo de transporte. La posterior selección de audio, video o datos serán realizados por el usuario y según las acciones que desee, la CPU será la indicada de llevarlas a cabo. En la etapa final se lleva a cabo el proceso de decodificación de audio y video, en la siguiente etapa el flujo es convertido nuevamente en una señal analógica, modulada y enviada para que el televisor convencional pueda exhibirla. Bajo el punto de vista del hardware, los componentes de la arquitectura del receptor varían según el tipo de norma, ya sea ISDB-T, DBV, ATSC, etc, lo que varían son sus componentes, como por ejemplo los circuitos integrados del demodulador y decodificador de video. 6.2 Software del SET TOP BOX Para el esquema de arquitectura visto en el punto anterior existen herramientas de software asociadas, que se dividen a su vez en varias secciones. Dichas herramientas emplean todas las funcionalidades que puede entregar el software del receptor para así entregar al usuario todas las posibilidades de interacción con la TV digital. 61

71 Figura 6.4 Secciones del Set Top Box El sistema está conformado por un conjunto de controladores de dispositivos, que permiten al sistema operativo de tiempo real ejecutado en la sección siguiente poder controlar el hardware. En cuanto a los receptores, guardan una gran distancia en relación a los computadores personales, ya que el sistema operativo de los set top box es mucho más reducido y con recursos más escasos. Así también su memoria y procesador son de menor velocidad. En la sección del sistema operativo se encuentra el middleware, que es el encargado de proporcionar una interfaz de aplicación API (Application Programming Interface). Este sistema permite un desarrollo de aplicaciones de software, ya que es independiente del hardware y de las tecnologías de comunicación. Finalmente la sección de aplicación, permite la interactividad con los distintos tipos de servicios, entregando el contenido digital en la televisión. 62

72 6.3 Descripción de los Middleware MHP (Multimedia Home Plataform) Tiene como objetivo establecer una forma de televisión interactiva independiente de hardware y software específicos de los receptores, su entorno virtual está basado en una máquina virtual Java y un conjunto de interfases de programación (API). Tiene la particularidad de usar un lenguaje de programación semejante al HTML y bajo este estándar se denomina DVB-HTML. Figura 6.5 Arquitectura Estándar DVB 6.4 DASE DTV (Application Software Environment) Emplea una máquina virtual Java de forma similar al MHP. Se emplea con el objetivo de facilitar la interactividad y se utilizan lenguajes como el HTML y el JavaScript. 63

73 En la figura 6.6 se aprecia por capas la arquitectura Figura 6.6 Arquitectura Estandar ATSC-DASE 6.5 ARIB Association of Radio Industries and Businesses Posee un lenguaje declarativo cuyo nombre es BML (Broadcast Markup Language) que está basado en el lenguaje de servicios web XML (Extensible Markup Language). Este método se basa en el DVB-MHP, el estándar tiene una tendencia de establecer lazos entre los estándares MHP y DASE. En la figura 6.7 se observa el estándar ISDB-T Figura 6.7 Arquitectura Estándar ISDB-ARIB 64

74 Finalmente se encuentra el Middleware Ginga que es perteneciente al estándar modificado en Brasil cuyas raíces provienen directamente del estándar Japonés. En la figura 6.8 se aprecia su arquitectura Figura 6.8 Arquitectura Estandar ISDB-Tb Este middleware permite desarrollar aplicaciones de interactividad en la televisión digital, se divide en grandes subsistemas interconectados. Se pueden encontrar el GINGA-J para aplicaciones JAVA y el GINGA- NCL para aplicaciones NCL. 65

75 CONCLUSIONES Lo primero es establecer un punto de comparación de la televisión analógica (televisión que se ocupa actualmente en la mayoría de los hogares) y la televisión digital que se transmite en banda UHF, de este modo se puede tener clara la ventaja de usar este último tipo de televisión. - Mayor calidad de audio y video, se consta con imágenes de calidad tan alta como la de los DVD. Este tipo de televisión presenta una mayor robustez en cuanto a la interferencia, factor sumamente importante en la zona urbana donde la señal presenta más obstáculos debido a la presencia de edificios, montañas y otro tipo de accidentes geográficos. - Para evitar la interferencia, la modulación OFDM se basa en el principio de ortogonalidad de las señales. Esto quiere decir que si se considera un punto máximo de una señal (amplitud) las otras portadoras tendrán un valor nulo, lo que produce una ausencia de interferencia entre el conjunto de portadoras que forman el símbolo OFDM. - La inserción de un intervalo de guarda se emplea para evitar la interferencia entre los canales adyacentes. - La Norma ISDB-Tb permite el aprovechamiento del canal radioeléctrico, mediante el uso de la segmentación del ancho de banda del canal de 6MHZ. De este modo se obtienen 14 segmentos de MHZ cada uno, ocupando los segmentos un total de 5.571MHZ, de los cuales se destina 1 segmento para el intervalo de guarda y otro segmento para el servicio one-seg, los restantes 12 segmentos se emplean para la televisión, esto quiere decir que en los 12 segmentos anteriormente mencionados se pueden tener hasta tres canales en calidad SD (definición estándar), también se permiten configuraciones con canales de alta definición (HD) pero todo queda en manos del servicio que se desee entregar. Claramente se tiene un abanico de posibilidades ocupando el mismo ancho de banda que la televisión analógica, pero la televisión digital ofrece un mayor número de canales, además de la posibilidad de recepción en equipos móviles inclusive en movimiento gracias al servicio one-seg. 66

76 - En la televisión analógica, los parámetros de imagen y sonido se representan por magnitudes analógicas de una señal eléctrica, en relación al transporte de señal esta ocupa muchos recursos, en la televisión digital los parámetros se trabajan como un flujo de datos binario que pasa por múltiples procesos desde la compresión para disminuir su tamaño hasta la protección de los bit. - Mientras se realiza el proceso de transporte en la televisión digital pasa por el codificador de canal se realiza la protección de los bit además es el encargado de la separación de canal. Esto quiere decir Capa A, Capa B o Capa C, estos son los servicios one-seg, HD y SD. - Otro punto que resulta importante de destacar es el empleo de los Set-Top-Box. Si bien para los televisores analógicos resulta obligatorio su empleo, este dispositivo entrega una cantidad de funciones que pueden llegar a ser comparables a la televisión pagada, servicios como : Guías de programación electrónicas. y mensajes de texto. Juegos interactivos online. Sistema de pay-per-view Todas las características dependerán del tipo de servicio a entregar pero de todas maneras el hecho de pensar en la televisión interactiva es un paso enorme ya que por medio de un canal de retorno el usuario puede participar en tiempo real en el programa que está viendo. Finalmente resulta necesario para la región la implementación de televisión digital terrestre, por eso es importante que el siguiente paso a este trabajo sean pruebas experimentales una vez que se cuenten con los equipos necesarios para así dar inicio de una nueva etapa en la televisión, ya que las condiciones actuales a nivel mundial y el masivo desarrollo de televisores de alta definición llevan a evolucionar en aspectos técnicos para lograr el tan ansiado apagón analógico. 67

77 BIBLIOGRAFIA - Capítulo 3: Extracto de: Anexo I Metodología, Dirección de investigaciones científicas y tecnológicas, Escuela de ingeniería de la pontificia Universidad Católica de Chile, 6 Diciembre, 2007; Informe sobre pruebas de campo de Televisión Digital Terrestre, Dirección de investigaciones científicas y tecnológicas, escuela de ingeniería de la pontificia Universidad Católica de Chile, 6 Diciembre, Opinión del Colegio de Ingenieros de Chile A.G. a la consulta pública Especificaciones y protocolo para las pruebas de campo de los estándares de Televisión Digital Terrestre en Chile, Colegio de Ingenieros de Chile A.G, 10 de Julio de Reporte de Resultado de la Demostración de TV Digital de Alta Resolución Terrestre ISDB-T, Gerencia de Marketing & Productos NEC Chile S.A., 16 de septiembre de Informe sobre Transmisiones Experimentales de Televisión Digital Terrestre, Canal 13 de la Pontífice Universidad Católica de Chile, Enero, Televisión Digital Terrestre Guía del Usuario, Gobierno de Chile. - Fundamentos Teóricos sobre el concepto de Televisión. - Sistema ISDB-TB (primera parte), Nestor Oscar Pisciotta, Septiembre, Televisión Digital Terrestre ISDB-t, Grupo de expertos en transmisión digital dibeg Ministerios de Asuntos Internos y Comunicación de Japón, Abril, Standard ISDB-t (integrated services digital broadcasting terrestrial), Osvaldo Kawakita (NEC Argentina S.A.), Octubre,

78 - Ventajas de ISDB-T, Ministerio de Asuntos Internos y Comunicaciones Gobierno del Japón. - Criterios adoptados a fin de obtener la recomendación del estándar de Televisión Digital para Perú, Manuel Cipriano Director General de Autorizaciones en Telecomunicaciones Ministerio de Transportes y Comunicaciones Perú, Abril, Manual Físico del SET TOP BOX, Scientific Atlanta. - Receptor de TV Digital SATVD-T (SET TOP BOX), Newtronic. - Introducción a la Compresión de video bajo el estándar MPGE-2., Victor Paladino. - Single Frequency Networks, a Magic Feature of the COFDM, Gerard Faria, Francia, Métodos de Modulación Digital, Roberto Ares. - Aplicaciones del Estándar MPGE-4, Tulio C. Piero P., Febrero,

79 ANEXOS

80 ANEXO 1 Forma física de conexión de los receptores (STB) En general los receptores (set-top-box) tienen ciertas similitudes físicas internamente ya se describieron anteriormente y poseen distintos tipos de uso. Esto varia según el tipo de interactividad que se desee para ellos, A continuación se esquematizan un STB con características en cuanto a conexión bien completas Los demás receptores se parecen en su panel posterior quizás posean menos características pero en si algún tipo de conexión que figura a continuación es realizable por el equipo. Figura A1 parte posterior receptor. 1 - Conexión del STB a cable coaxial. 2 -Conexión al cable Ethernet puerto para conectar el dispositivo a Internet, se puede emplear como canal de retorno para aplicaciones de interactividad. 3 -Conexión puerto USB empleable para reproducir archivos multimedia, en ocasiones se emplea para introducir actualizaciones del software del equipo 4 - Conexión puerto HDMI (High definition Multimedia Interface). 5 - Conexión para entrada de video PrPby. 6 -Conexión a cable S-Video para la TV o VCR señal SD pero de mayor calidad a otro tipo de conexión SDTV. 7 -Conexión a un VCR o cualquier dispositivo que contenga entradas de video en su HDTV o SDTV. 8 -Conexión a cables tipo RCA a estos puertos para enviar señales de audio digital analógico, (L/R), a una televisión con entradas estereo o amplificador estereo. 9 -Conexión de un a un cable óptico para enviar señales de audio digital a un receptor de sonido sorround o cualquier otro dispositivo de audio digital Conexión a la televisión para el canal 3 o Conexión para el adaptador de energía, para el funcionamiento del STB 70

81 A continuación se encuentran las diversas conexiones Figura A2 Conexión de un STB a una televisión HDTV por medio del puerto HDMI. Figura A3 Conexión de un STB a una televisión HDTV por medio de un conector DVI. 71

82 Figura A4 Conexión de un STB a una televisión HDTV con componente de conexión PrPbY. Figura A5 Conexión de un STB a un estereo VCR. Figura A6 Conexión de un STB con componente PrPbY. Figura A7 Conexión de un STB a un conector tipo RCA. 72

83 Figura A8 Conexión de un STB a una entrada coaxial. 73

84 ANEXO 2 Cotización de Equipos para la Universidad De Magallanes 74

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