1. INTRODUCCIÓ
1.2. Ribocommutadors
OBJETIVOS
Entender como se dá a transmissão digital, em especial no Brasil;
Compreender a evolução dos sistemas de TV (analógico x digital) a fim de perceber as principais características que têm se modificado e como essas modificações têm influenciado na qualidade do sinal recebido pelos televisores.
Introdução
É importante informar que nessa prática, em especial, as considerações teóricas tem maior importância que a visualização da imagem em si, que servirá apenas para embasar a explicação e dar uma idéia inicial da diferença entre o sinal digital e o analógico.
Cabe, então, explicar e detalhar os três padrões de transmissão digital, junto à modulação, compressão e fatores adicionais responsáveis pelo "tratamento" do sinal.
Transmissão Digital
Quando falamos de TV digital não estamos só associando esta idéia a de uma TV aberta ou de broadcasting (os canais comuns que temos hoje em VHF e UHF), mas também envolvemos outros métodos de transmissão e ou retransmissão, como retransmissão via link de microondas terrestres, via satélite ou transmissão via cabo (TV a cabo).
É importante notarmos que existem três tipos de transmissões ou padrões para transmissão digital. São eles:
ATSC
O sistema ATSC de TV Digital foi implantado nos Estados Unidos em 1998 e visa, predominantemente, a transmissão de HDTV. O método de modulação empregado nesse sistema é conhecido pela sigla 8VSB (Eight-Vestigial Side Band). Não é recomendado se é desejada a recepção móvel.
Modulador 8VSB:
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Reed Solomon Encoder: é um FEC (Forward Error Corrector, corretor posterior de erro), que acrescenta 20 bytes no packet de MPEG-2, com o objetivo de corrigir erros no sinal que irá chegar no receptor. O Reed Solomon não corrige erros concentrados, tais como o ruído impulsivo.
Interleaver: embaralha os bits de tal modo que, se no percurso do sinal, entre o transmissor e o receptor, houver uma interferência concentrada, no receptor, ao se fazer o desembaralhamento, os erros ficam distribuídos.
Trellis Encoder: é um FEC convolucional. A cada 2 bits ele acrescenta 1 bit com a finalidade de corrigir possíveis erros no receptor. Assim, tem-se: code rate = taxa de código = (CR)C = 2/3.
8 VSB Modulator: modula uma portadora localizada a 310 kHz do início da banda de 6 MHz, em AM-VSB / SC (amplitude modulada, com banda vestigial e portadora suprimida). Na modulação 8VSB, existem 8 níveis bem definidos: 4 positivos e 4 negativos. Esses níveis são tais que, cada conjunto de 3 bits consecutivos do sinal irá corresponder a um nível. Conseqüentemente, a taxa de bits fica dividida por 3 e assim, a freqüência do sinal modulador resultante torna- se compatível com a banda de 6 MHz, visto que a modulação é em VSB.
Figura 5.26
A figura acima mostra o aspecto do espectro do sinal ATSC, para um canal com banda de 6 MHZ (canal 14 de UHF). A função do piloto (7%) é enviar uma pequena porção de sinal da portadora, para sincronizar o oscilador do receptor, que irá permitir a recuperação do sinal enviado pelo processo de portadora suprimida.
DVB
Foi implantado na Europa em 1998 e trabalha com conteúdo audiovisual nas três configurações de qualidade de imagem: HDTV (1080 linhas), EDTV (480 linhas) e SDTV (480 linhas). Nas duas últimas configurações, permite a transmissão simultânea de mais de um programa por canal, permitindo uma média de quatro. É um sistema multiplicador, cuja taxa de bits do sinal na entrada do modulador pode ser variável (até 20 Mbit/s), dependendo da qualidade da imagem ou da robustez que se deseja na transmissão.
Utiliza modulação COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Multiplex), sendo o padrão adotado pelas principais operadoras privadas de TV por assinatura por satélite. E é designado de acordo com o serviço ao qual está vinculado:
66 DVB-T - Transmissões terrestres (TV aberta em UHF convencional);
DVB-S - Transmissões por satélite (TV por assinatura e TV FTA); DVB-C - Serviço de TV por cabo;
DVB-H - Transmissão para dispositivos móveis, tais como celulares e PDA's; DVB-MHP - Padrão de middleware Multimedia Home Plataform;
IPTV - Transmissão via internet.
Vamos nos ater, porém, ao DVB-T, já que o foco desta prática é a transmissão terrestre.
DVB-T:
Figura 5.27 - Diagrama em blocos simplificado do sistema DVB-T – Figura 27
Outer Coder: executa uma função idêntica à do Reed Solomon do sistema ATSC. A única diferença é que, no sistema DVB-T são acrescentados apenas 16 bytes no packet, que ficará com 204 bytes na saída.
Outer Interleaver: os bits são embaralhados da mesma maneira que no Interleaver do sistema ATSC.
Inner Coder: é semelhante ao Tellis Encoder do sistema ATSC. A diferença é que, no sistema ATSC o valor de (CR)C é fixo em 2/3 e, no sistema DVB-T ele pode ser programado para diversos valores (1/2; 2/3; 3/4; 5/6 ou 7/8).
OFDM Modulator: O sistema DVB-T possui dois métodos de mutiportadoras: 2K e 8K. No OFDM Modulator são criadas 1705 portadoras ortogonais simultâneas para o modo 2K ou 6734 portadoras ortogonais simultâneas para o modo 8K. Isto é obtido por DSP (Digital Signal Processing, processamento digital de sinal), pelo uso de uma IFFT (Inverse Fast Fourier Transform, transformada rápida inversa de Fourier) e por um conversor D/A (digital / analógico). No padrão M (banda de 6MHz), a separação entre as portadoras é fx=3348,1 Hz para o modo 2K, e fx=837,025 Hz para o modo 8K.
Inner Interleaver: O sistema DVB-T pode ser programado para modulação QPSK (Quaternary Phase Shift Keying, 2 feixes digitais), 16QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation, 4 feixes digitais) ou 64QAM (64 Quadrature Amplitude Modulation, 6 feixes digitais). No Inner Interleaver, o sinal é transformado em 2, 4 ou 6 feixes digitais (conforme o tipo de modulação escolhido) e, através do Mapper, esses feixes são destinados, consecutivamente, às 1705 portadoras do modo 2K ou às 6734 portadoras do modo 8K.
Na saída do OFDM Modulator surgem blocos estáticos de portadoras simultâneas moduladas em QPSK, 16QAM ou 64QAM. O tempo útil de cada bloco, também conhecido pelo nome de “símbolo” será Tu=1/fx. Assim sendo, tem-se: Tu=298,67ms para o modo 2K, e Tu=1,1947ms para o modo 8K.
67 Após cada símbolo, é deixado um intervalo de tempo sem nenhuma informação, conhecido como “intervalo de guarda” (∆t = kTu). Para o sistema DVB-T, o fator k pode ser programado para 1/4, 1/8, 1/16 ou 1/32. A introdução do intervalo de guarda dá ao sistema DVB-T uma proteção natural contra interferências por multicaminhos ou fantasmas.
Como exemplo (figura 5.28), uma transmissão no modo 8K com k=1/32 e que, além do sinal principal, esteja chegando ao receptor um sinal retardado de 20 us. Como ∆t = kTu = 1/32).1,1947ms=37,3ms, conclui-se que o sinal retardado não irá invadir o símbolo seguinte.
Figura 5.28
ISDB
Padrão japonês, considerado o mais avançado e capaz de englobar diversas mudanças ou serviços. Pode ser usado para recepção móvel, englobando serviços de TV para celulares, notebooks, etc.
Assim como no DVB, iremos nos ater ao ISDB-T, referente à transmissão terrestre, e ao ISDB-TB, referente ao sistema adotado no Brasil, que se baseou no sistema japonês, com algumas modificações.
• ISDB-T:
Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial, Serviço Integrado de Transmissão Digital Terrestre. É o padrão japonês de TV Digital, apontado como o mais flexível de todos por responder melhor a necessidades de mobilidade e portabilidade. Ele é uma evolução do sistema DVB-T, usado pela maioria dos países do mundo, e vem sendo desenvolvido desde a década de 70 pelo laboratório de pesquisa da rede de TV NHK. No Brasil, foi eleito o melhor nos testes técnicos comparativos conduzidos por um grupo de trabalho da Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão (SET) e da Associação Brasileira das Emissoras de Rádio e Televisão (Abert), ratificados pela Fundação CPqD e, por isso, é o padrão adotado no país desde Junho de 2006.
O que mais chama atenção no sistema ISDB-T é a sua versatilidade. Além de enviar os sinais da televisão digital ele pode ser empregado em diversas atividades, como: transmissão de dados; receptor para recepção parcial em um PDA e em um
68 telefone celular; recepção com a utilização de um computador ou servidor doméstico; acesso aos sites dos programas de televisão; serviços de atualização do receptor por download; sistema multimídia para fins educacionais, etc.
Por ser uma evolução do sistema DVB-T, se dá através do acréscimo das seguintes implementações:
Foi acrescentado um Interleaver temporal para melhorar o desempenho na presença de interferências concentradas, tais como o ruído impulsivo;
A banda de RF de 6MHz foi subdividida em 13 segmentos independentes, com a possibilidade de serem enviadas 3 programações diferentes ao mesmo tempo, por exemplo: uma em QPSK, outra em 16QAM e outra em 64QAM;
Foi acrescentado o modo 4K;
Foi acrescentado o método de modulação DQPSK, Differential Quaternary Phase Shift Keying.
O sistema conta com compressão de áudio MPEG-2 AAC, compressão de vídeo MPEG-2 HDTV, transporte MPEG-2 e Middleware ARIB.
MPEG-2: Sistema de compressão de sinais digitais, também utilizado em
computadores, que permite que uma maior quantidade de informações seja transmitida ao mesmo tempo. Para isto, ele utiliza dois tipos de codificação, uma chamada de espacial (spatial enconding) e outra chamada de temporal (temporal encoding). A codificação espacial faz com que o sistema perceba que toda uma área de uma mesma imagem tem a mesma informação e, ao invés de transmiti-la inteira, informe que toda aquela área é igual. A codificação temporal faz o seguinte: imagine uma cena onde exista uma tela inteira azul e só um ponto no centro que muda constantemente de cor, ao invés do sistema mandar sempre a mesma informação que a tela é azul e que o ponto está mudando ele informa que é para deixar a tela sempre azul e só mudar o ponto central. A informação total só deverá ser transmitida de novo quando a cena mudar (a tela azul ficar branca, por exemplo). Neste tipo de codificação a compressão elimina a redundância existente entre pixels do mesmo frame ou pontos do mesmo campo.
Middleware: Um middleware para aplicações de TV digital consiste de
máquinas de execução das linguagens oferecidas e bibliotecas de funções, que permitem o desenvolvimento rápido e fácil de aplicações interativas para TV digital. Essas aplicações vão possibilitar, por exemplo, acesso à internet, operações bancárias, envio de mensagens para o canal de TV ao qual se está assistindo, entre outros.
Middleware ARIB: Neste sistema, áudio, vídeo e todos os serviços de dados
são multiplexados e transmitidos via broadcasting de rádio, em um TS (Transport Stream) especificado pelo MPEG-2. Canais para a interatividade das comunicações são disponibilizados através dos canais interativos da rede. O sistema de transmissão de dados que utiliza o armazenamento dos pacotes como um fluxo de pacotes no PES (Packetized Elementary Stream) é usado para aplicações em tempo real, que necessitam de sincronização na decodificação e reprodução dos diferentes tipos de mídia. A estrutura lógica do display ARIB é composta, respectivamente, de plano de vídeo, plano de figura, plano de controle, plano de gráficos e textos e plano de
69 legendas. Além disso, existe o sistema de transmissão de dados, no qual os dados serão transmitidos inúmeras vezes. Este serviço é especificado como carrossel de dados.
Outra facilidade proporcionada pelo ARIB é que ele permite adicionar EPG (Electronic Program Guide), índice e funções de gravação automática para melhorar a seleção da programação. Facilitando assim a programação pessoal do usuário.
• ISDB-TB:
É um padrão de transmissão de TV Digital Terrestre desenvolvido no Brasil, tendo como base o sistema japonês ISDB-T pré-existente, acrescentando tecnologias desenvolvidas nas pesquisas das Universidades Brasileiras.
Tal sistema conta com compressão de áudio MPEG-4 AAC 2.0 ou 5.1 canais, compressão de vídeo MPEG-4 H.264 (HDTV - 1080i (1920x1080 pixels, 16:9) ou 720p (1280x720 pixels, 16:9); SDTV- 480i (720x480 pixels, 4:3); e LDTV - 1SEG (320x240 pixels, 4:3) (320x180 pixels, 16:9), utilizado para dispositivos móveis), transporte MPEG-2 (TS padrão para todos os sistemas) e Middleware GINGA (com interatividade em breve).
MPEG-4: O MPEG-4 absorve muitas das funcionalidades do MPEG-1 e MPEG-2
e outros padrões relacionados, adicionando novas funcionalidades como o suporte ao VRML (estendido) para renderização 3D, arquivos compostos orientados a objeto (incluindo áudio, vídeo e objetos VRML), suporte a Gerenciamento de Direitos Digitais especificado externamente e vários outros tipos de interatividade. O AAC (Advanced Audio Codec) era padronizado como adjunto ao MPEG-2 (como Parte 7) antes que o MPEG-4 fosse editado.
Inicialmente o MPEG-4 era destinado a vídeos de baixo bit-rate, entretanto, a sua abrangência foi expandida posteriormente para ser muito mais que um padrão de codificação multimidia. O MPEG-4 é eficiente através de uma variedade de bit-rates, indo desde poucos kilobits por segundo até dezenas de megabits por segundo. Ele fornece as seguintes funcionalidades:
Eficiência de codificação melhorada;
Possibilidade de codificação de diferentes mídias (vídeo, áudio, etc); Flexível a erros para possibilitar transmissões robustas;
Possibilidade de interação com a cena áudio-visual gerada através do receptor.
Middleware GINGA: O padrão de camada de software intermediário Ginga foi o
primeiro middleware opensource desenvolvido no Brasil, com o intuito de prover funções de interatividade para TV Digital. Este padrão brasileiro é divido em Ginga-NCL e Ginga-J.
O Ginga-NCL é uma infra-estrutura de apresentação para aplicações declarativas escritas na linguagem Nested Context Language (NCL). NCL é uma aplicação XML com facilidades para a especificação de aspectos de interatividade e sincronismo espaço-temporal entre objetos de mídia. Já o Ginga-J é a infra-estrutura de apresentação para aplicações procedurais (Java Xlet). E é através destas que se pode implementar aplicações de maior complexidade que provêm a interação com o
70 usuário. Existe uma ponte (bridge) entres os módulos Ginga-NCL e Ginga-J. Além deles, existe o módulo Common Core que é a camada de software que dá suporte para os outros módulos, através de uma série de codecs e procedimentos para obter dados do MPEG-TS ou do canal de retorno que permite a possibilidade de interatividade.
Transmissão Analógia x Transmissão Digital
O avanço da adoção da transmissão digital oferece qualidade de imagem e áudio superiores, a TV digital possibilita diversificar a programação e oferecer ao usuário maior interatividade com os conteúdos.
No quesito imagem, a modulação e a compressão digital possibilitam o envio ao aparelho receptor, na casa do usuário, de imagens com maior resolução. Enquanto no sistema analógico a definição é de até 525 linhas na tela, no digital o alcance é de até 1.080 linhas visíveis na tela, para o padrão de alta definição (HDTV). Além disso, as emissoras podem optar por transmitir programações diferentes pelo mesmo canal, no formato padrão (SDTV) utilizando a taxa de transporte de 19,4 Mbits por segundo. O formato da imagem, que no sistema analógico era vertical (4:3), fica mais horizontal (16:9), assemelhando-se à imagem do cinema. Em relação ao som, o ganho também é notável. Enquanto no sistema analógico as opções se limitam a Mono (um canal) ou Estéreo (dois canais), com a transmissão digital á possível ter acesso a uma experiência similar à proporcionada pelos sistemas de home theater mais avançados, com seis canais diferentes de saída.
Figura 5.29 - Comparação da TV Analógica e da TV Digital HD
Simplificando, temos: Transmissão Analógica:
71 625 linhas: PAL • PAL-N • PALplus • SECAM
Multicanais de áudio: BTSC (MTS) • NICAM-728 • Zweiton (A2, IGR) • EIAJ • SAP
Sinais ocultos: Closed caption • Teletexto • CGMS-A • GCR • PDC • VBI • VEIL • VITC • WSS • XDS
Transmissão Digital:
Intrelaçado: LDTV (240i, 288i, 1SEG) • SDTV (480i, 576i) • HDTV (720i, 1080i) Progressivo: LDTV (240p, 288p, 1SEG) • EDTV (480p, 576p) • HDTV (720p,
1080p)
Padrões de televisão digital (MPEG-2): ATSC • DVB • ISDB
Padrões de televisão digital (MPEG-4 AVC): DVB • ISDB-TB/SBTVD • ISDB (1SEG)
Áudio multicanal: AC3 (5.1) • Musicam • PCM • LPCM • AAC • SAP
Sinais ocultos: Closed caption • Teletexto • (CPCM/Broadcast flag) • AFD • EPG
BIBLIOGRAFIA DAS FIGURAS
Figura 1...Feita por alunos do curso técnico de Eletrônica utilizando software apropriado Figura 2... http://webinsider.uol.com.br/wp-content/uploads/image027.png
Figura 3...COELHO, Carlos Alberto Gouvêa. Notas de Aula de Sistemas de Televisão
Figura 4... http://pro.sony.com/bbsccms/assets/files/micro/xdcamex/solutions/Avoiding_Over-exposure.pdf Figura 5... http://pro.sony.com/bbsccms/assets/files/micro/xdcamex/solutions/Avoiding_Over-exposure.pdf Figura 6... http://pro.sony.com/bbsccms/assets/files/micro/xdcamex/solutions/Avoiding_Over-exposure.pdf Figura 7... http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_correction Figura 8... http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_correction Figura 9... http://en.wikipedia.org/wiki/Clipping_%28photography%29 Figura 10... http://en.wikipedia.org/wiki/Clipping_%28photography%29 Figura 11... http://en.wikipedia.org/wiki/Panning_%28camera%29 Figura 12... http://en.wikipedia.org/wiki/Panning_%28camera%29 Figura 13... http://en.wikipedia.org/wiki/Tilt_%28camera%29 Figura 14... http://en.wikipedia.org/wiki/Iris_diaphragm Figura 15... http://en.wikipedia.org/wiki/Aperture Figura 16... http://en.wikipedia.org/wiki/Aperture
Figura 17... Feita por alunos do curso técnico de Eletrônica utilizando software apropriado Figura 18... http://www.ikegami.com/image_j2/ocp200.jpg
Figura 19... http://www.ikegami.com/br/products/hdtv/hdtv_camera_frame1.html Figura 20... http://www.dvzero.com.br/produtos/sony/hdv/sony_hvr-1500.htm Figura 21... http://www.cybercollege.com/port/tvp056.htm
Figura 22... Foto (Print) retirada do próprio computador no qual foi desenvolvida esta atividade Figura 23... Foto (Print) retirada do próprio computador no qual foi desenvolvida esta atividade Figura 24... Foto (Print) retirada do próprio computador no qual foi desenvolvida esta atividade Figura 25... http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtvd/pagina_4.asp
Figura 26... http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtvd/pagina_4.asp Figura 27... http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtvd/pagina_5.asp Figura 28... http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtvd/pagina_5.asp
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