UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Y CIRCUITOS PROFESOR: MIGUEL DÍAZ FFUUNNDDAAMMEENNTTOOSS DDEE LLAASS RRAADDIIOOCCOOMMUUNNIICCAACCIIOONNEESS

HDTV

ARCANO, Kathy #9931473 CATALDO, Giancarlos #9931599 CLEMENZA, Juan #9931615 LUCANI, Daniel #9931962

Sartenejas, 03 de Marzo de 2004

TABLA DE CONTENIDO

TABLA DE CONTENIDO .................................................................................................... 2

An

Ni

An

CO

INTRODUCCIÓN.................................................................................................................. 3

Descripción del Servicio de HDTV........................................................................................ 4

Estaciones de Televisión .................................................................................................... 5

Distribución primaria.......................................................................................................... 6

Transmisores secundarios................................................................................................... 6

Receptores o Transceptores en el hogar ............................................................................. 6

cho de Banda ..................................................................................................................... 7

Frecuencias ............................................................................................................................. 8

Transmisión ............................................................................................................................ 8

Esquemas de Modulación....................................................................................................... 9

Sistemas de Modulación..................................................................................................... 9

veles de Potencia Típicos ................................................................................................. 11

Magnitud del Campo ........................................................................................................ 11

La distorsión en HDTV y la Penalidad en Potencia ......................................................... 12

Estándares de Potencia para Transmisión y Recepción.................................................... 15

tenas para el servicio de HDTV....................................................................................... 17

Ventajas de las antenas apiladas....................................................................................... 17

Reemplazos para antenas Existentes ................................................................................ 18

Diseños adicionales de antenas apiladas para HDTV ...................................................... 19

Otras Posibilidades para Antenas no Apiladas ................................................................. 20

NCLUSIÓN .................................................................................................................... 22

BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................. 23

Apéndice 1: MPEG-2 ........................................................................................................... 24

Apéndice 2: Set-Box............................................................................................................. 28

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INTRODUCCIÓN

La llegada de la televisión digital supone un cambio tan radical como el que supuso el paso del blanco y negro al color. Se trata de conseguir imágenes de mejor calidad, e inclusive, abrir las puertas a la introducción de servicios hasta ahora inimaginables, como la recepción móvil de televisión, la interactividad, la televisión a la carta (pay-per-view) o los servicios multimedia tan de moda hoy en día debido al impacto de Internet.

La televisión analógica es ineficiente en cuanto a la transmisión de las señales pues, en la mayoría de los casos, un elemento de imagen (píxel) varía muy poco o nada con respecto a los anteriores y a los subsiguientes. En pocas palabras, se está sub-utilizando el espectro electromagnético. Además, el fenómeno de interferencia aumenta al crecer el número de estaciones transmisoras.

Los canales radioeléctricos de la televisión digital ocupan el mismo ancho de banda (6MHz) que los canales utilizados por la televisión analógica pero, debido a la utilización de técnicas de compresión de las señales de imagen y sonido (MPEG), tienen capacidad para un número variable de programas de televisión en función de la velocidad de transmisión, pudiendo oscilar entre un único programa de televisión de alta definición (gran calidad de imagen y sonido) a cinco programas con calidad técnica similar a la actual (norma de emisión G con sistema de color PAL), o incluso más programas con calidad similar al vídeo. Sin embargo, inicialmente, se ha previsto que cada canal múltiple (canal múltiple se refiere a la capacidad de un canal radioeléctrico para albergar varios programas de televisión) de cobertura nacional o autonómica incluya, como mínimo, cuatro programas o menos programas de alta definición. Dichos canales de Alta Definición constituyen lo que se conoce como HDTV.

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Descripción del Servicio de HDTV

El servicio de televisión de alta definición (HDTV) se basa en los mismos principios básicos de los sistemas de televisión analógicos convencionales (NTSC). Es decir, es un servicio que funciona a través de una difusión de las señales en una zona determinada con el objetivo de suministrar el servicio de televisión a un grupo de usuarios que tengan los equipos para decodificar estas señales. En general, se puede decir que esta tecnología surge del deseo y necesidad de mejorar los servicios de televisión actuales, es decir, que los nuevos estándares de televisión digital, entre ellos HDTV, buscan desplazar o reemplazar los equipos y sistemas de televisión analógica existente. Por ello, los transmisores de televisión digital utilizarían los emplazamientos actuales de transmisores de televisión analógica, con lo cual podría ser reutilizada gran parte de la infraestructura disponible actualmente lo cual resulta en una disminución del costo de traslado de una tecnología a la otra. Por supuesto, al comenzar el proceso de cambio, los proveedores del servicio deberán mantener ambas tecnologías disponibles en espera de que los usuarios hagan el cambio definitivo a la tecnología digital. Este proceso es diferente al que ocurrió al cambiar la televisión a blanco y negro por la televisión a color, pues en este caso se mantuvo una compatibilidad entre los dos sistemas. Esto hacía posible que tanto un televisor a blanco y negro como uno a color pudiesen funcionar correctamente emitiendo una sola señal desde un canal de TV dado. Este proceso no es posible en el paso de la televisión analógica a la digital. Probablemente uno de los requisitos más críticos para la adopción de un nuevo estándar sea la disponibilidad de equipos que lo soporten. En efecto, un factor clave en el éxito de la implantación de un sistema de televisión digital depende de cuán atractivo sea el sistema y los nuevos servicios y ventajas que ofrezca respecto de los anteriores sistemas analógicos. Esto cual viene marcado en gran medida por la posibilidad de disponer de receptores sencillos y versátiles, por un lado, y que ofrezcan gran variedad de servicios por otra. Entre las ventajas de HDTV frente a sistemas analógicos existentes, vale la pena destacar lo siguiente:

• Mejor aprovechamiento del ancho de banda, lo que conduce a la posibilidad de ofrecer una mejor calidad en la transmisión de la información.

• Relacionado con la utilización del espectro, aparece la posibilidad del acceso condicional (Conditional Access), lo que se refleja en nuevas modalidades como subscripciones y películas pagadas (pay-per-view) basadas en la interactividad con el usuario. Es decir, es posible lograr una interactividad con el usuario del servicio.

• Mejor calidad y mayor información tanto de imagen como de audio. • Posibilidad de dedicar parte del espectro a transmisión de datos o

imágenes, lo que permite al usuario el acceso a otras informaciones.

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Como puede apreciarse, es necesario un cambio de las señales analógicas de televisión que se utilizan actualmente en la mayoría de los países, por sistemas digitales. Los mecanismos para realizar este cambio tecnológico todavía están siendo discutidos y existe una gran variedad de propuestas para conseguirlo. Por ello, no existe aún un grupo reducido e implementado de estándares comunes en todo el mundo, como sucede con la televisión analógica. Sin embargo, cada una de estas propuestas coincide en una de puntos importantes en lo que se refiere a suministrar el servicio a los usuarios. Este servicio se basa en el uso de redes de televisión digital terrena o TDT. La estructura y diferentes etapas de estas redes se explican a continuación.

Estaciones de Televisión

En primer lugar, las estaciones de televisión deben tener un sistema que realice la digitalización de las señales. Sin embargo, las características de muestreo de las señales de la televisión de alta definición obligarían a utilizar canales de transmisión con un ancho de banda mucho mayor al que se utiliza comúnmente en la televisión analógica. Como se desea reutilizar al máximo los equipos y las bandas de transmisión de la televisión analógica cuando ocurra el proceso de cambio definitivo a la televisión digital, es necesario lograr que el ancho de banda de las señales de HDTV y de la televisión digital en general sea igual o menor al ancho de banda de la televisión analógica actual. Por ende, la compresión de la información de HDTV es necesaria para poder reutilizar estos canales de televisión analógica como medios de transmisión para los canales digitales. El proceso de compresión se realiza de acuerdo a un procesamiento de las imágenes enviadas a través de unos protocolos o mecanismos conocidos para reducir el número de bits enviados tratando de enviar únicamente información útil a través del medio de transmisión. Los algoritmos de compresión más utilizados en sistemas digitales son conocidos como MPEG (Moving Picture Expert Group). En particular, para HDTV el algoritmo más utilizado es el MPEG-2 (Ver Apéndice 1 para una explicación más completa). Estos algoritmos buscan enviar a los receptores solamente aquella información que sea útil para un programa de televisión. La información útil es, en este caso, la variación que sufren de un cuadro a otros los valores de los píxeles del mismo. Así, una imagen en la que el fondo no cambia y no ocurren movimientos rápidos podrá sufrir una mayor compresión pues los valores de los píxeles de la pantalla permanecen casi inalterados de un cuadro a otro. Una ventaja importante del algoritmo MPEG-2 es que la complejidad se encuentra en el sistema de compresión y no en el de descompresión, lo cual es particularmente útil para lograr un mejor servicio de difusión.

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Distribución primaria

En segundo lugar, en las redes TDT debe existir un sistema de distribución primario para transportar los paquetes codificados en MPEG-2 desde los estudios de televisión hasta los centros re-multiplexores, en el caso de que se esté transmitiendo más de un canal - como ocurre, por ejemplo, en el caso de compañías que poseen más de un canal de televisión- y hasta los centros iniciales de transmisión para aquellos programas y canales que deban transmitirse en diferentes regiones al mismo tiempo. Para lograr estas conexiones, se consideran varias posibilidades, entre las que se incluyen fibra óptica, redes PDH (Plesichronous Digital Hierarchy) o SDH (Synchronous Digital Hierarchy), ATM o satélite. Una red completa constará seguramente de una combinación de las posibilidades comentadas. El uso de estas redes es una de las ventajas de utilizar una codificación de la señal en forma digital, ya que permite hacer uso de conexiones y tecnología previamente desarrollada para enviar la información de un centro a los diferentes transmisores y repetidores.

Transmisores secundarios En tercer lugar, se encuentran los transmisores secundarios. Estos

constituyen los sistemas de transmisión que toman la señal enviada desde el centro que transmite los paquetes codificados en MPEG-2 y la modulan a una frecuencia dada. Esto da la libertad a aquellos consorcios que tienen diferentes asignaciones de banda de acuerdo a la región de difundir los mismos programas en cada una de estas bandas. Estos transmisores secundarios se encargan de llevar los programas a los usuarios del servicio.

Receptores o Transceptores en el hogar Finalmente, se encuentran los receptores o, más precisamente,

transceptores en el hogar. Estos transceptores pueden venir incluidos dentro de los televisores para HDTV o en sistemas conversores de señal HDTV a TV analógica conocidos como Set Box. Se dice transceptores pues su función no es únicamente recibir la información de los diferentes canales de televisión HDTV. El impulso actual busca convertir los sistemas de televisión digital en general en sistemas que permitan al usuario interactuar de forma más activa con el servicio de televisión pues éste contará con otros servicios. Por ejemplo, se dispondrá de servicios de canales pagos (Pay per view), servicios de navegación vía Internet, telecompra, juegos a través del televisor y uso de discos duros locales para el almacenamiento de información de Internet o grabado de algún programa de un canal específico. Otro servicio importante con el que podrá contarse es el denominado “Plataforma Multimedia del Hogar”. Esto consiste en poder conectar el televisor HDTV o el Set Box a la red digital del hogar, es decir, conectando los computadores personales presentes en el hogar con el sistema de televisión HDTV y todos sus servicios nuevos (Por ejemplo: Internet y juegos). La plataforma

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será una arquitectura abierta, basada en los estándares de Internet, que cumplirá las normas mundiales de difusión de televisión digital así como las normas de Internet como HTML, JavaScript y HTML Dynamic. En pocas palabras, los requisitos básicos que debe cumplir la plataforma consisten en lograr una difusión mejorada con interactividad local, una interactividad mediante un canal de retorno y un acceso a Internet. Para más información referirse al apéndice 2. Ancho de Banda

El principio fundamental del uso de la televisión de alta definición es obtener, como su nombre lo indica, una mayor definición y calidad en las imágenes que serán presentadas en las pantallas. Es decir, HDTV tiene más resolución y píxeles que la TV estándar. Esta definición viene dada por dos factores fundamentales. El primero de ellos consiste en tener un mayor número de píxeles por área que en el caso de una televisión analógica, lo cual permite obtener imágenes con mayor nitidez y detalle. Por ejemplo en el área ocupada por un solo píxel en un estándar NTSC, HDTV tendrá cuatro píxeles y medio. El segundo de los factores consiste en un aumento de las dimensiones de las pantallas para adaptarse al estándar utilizado en las películas, es decir, se pasa de la relación de dimensiones 4:3 a la relación de dimensione 16:9. Si se utiliza el ejemplo anterior, esto quiere decir que se utilizarán 2.073.600 píxeles en un televisor de HDTV, lo que equivale a tener seis veces más píxeles que la TV estándar analógica.

Otra característica del sistema HDTV es que no se limita a utilizar los canales convencionales de audio: mono o, más comúnmente, estéreo. HDTV soporta una serie de estándares de audio para equipos denominados “Home Theather” que pueden llegar a cumplir con el estándar Dolby 5.1. Es decir, que se tienen 5 canales de audio convencional y un canal para una corneta de baja frecuencia a diferencia del sonido estándar estéreo del ATSC o NTSC.

Para cumplir todos estos nuevos rasgos, es necesario transmitir más información. HDTV requerirá cinco veces más información que la televisión convencional analógica. Esto no incluye los datos de audio u otros. La solución para este problema depende en gran medida del país, del uso del espectro en el mismo y la disposición para adaptarse a esta nueva tecnología. Por ejemplo, en algunos países el ancho de banda de las estaciones es aumentada para poder transmitir la información sin requerir un procesamiento de la misma más allá del necesario para cumplir con el proceso de envío de la misma. Esto ocurre en Japón, donde cada estación HDTV requiere 20 MHz de ancho de banda. Sin embargo, en los Estados Unidos esta solución no es una opción viable por prerrogativas de los organismos de regulación del espectro radioeléctrico en ese país. En este caso, el canal de televisión está restringido a 6MHz. También ocurre que, aunque se asigne una nueva banda de trabajo para el uso de la tecnología de HDTV, muchas de las empresas y estaciones de televisión no estén dispuestas a

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realizar el cambio, debido a la fuerte inversión en equipos que se verían obligados a realizar. En la mayoría de los casos, estos consorcios preferirían reutilizar las mismas bandas que han utilizado para transmitir. Entonces, debe procesarse la señal de HDTV para adaptarla al canal que tiene asignado. El único modo de conseguir que todos estos datos se transmitan en el ancho de banda existente de 6MHz es usar técnicas de compresión similares a aquellos algoritmos usados por las computadoras para comprimir datos digitales.

Una imagen de HDTV tiene más de dos millones de píxeles., pero sólo la mitad las líneas son refrescadas a la vez (interleaved). La mitad de las líneas es refrescada cada 1/60 segundos. Por lo tanto, los marcos son refrescados 30 marcos por segundo. Esto causa una señal de 60Mbps, pero después de la compresión MPEG-2 se reduce a 19.4 Mbps. El esquema de transmisión usado reduce esto a 6MHz.

Frecuencias

El nuevo sistema opera sobre todo en la banda de 470 a 890 MHz (canales 14 a 83) y en frecuencias UHF. El sistema nuevo y el antiguo deberán coexistir hasta el 2006, en que deben cesar las emisiones de señales NTSC, tanto en la banda de 54 a 216 MHz (canales 2 a 13), como en frecuencias UHF y VHF. La FCC reasignará entonces dichos canales a la televisión digital.

Transmisión

Actualmente, existen dos grandes grupos de estándares para la transmisión de TV digital, tal como se muestra en la figura 1. Uno es europeo y se llama DVB (Digital Video Broadcasting), y el otro es estadounidense y se llama ATSC (Advanced Television Systems Committee).

Figura 1. Estándares de Transmisión.

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Esquemas de Modulación

El esquema de modulación empleado puede suponer la parte clave en la implantación de estos servicios. En efecto, como es bien sabido, uno de los recursos más caros, y por consiguiente, de mayor requisito de optimización en un sistema vía radio es el del espectro en frecuencia asignado. El espectro en frecuencia es limitado lo que obliga a utilizarlo de la forma más eficiente posible. Debido a esta limitación en cuanto a la banda utilizable, se debe tratar de emplear la tecnología disponible para lograr una solución óptima al problema que se desea resolver al menor costo posible. Éste es uno de los puntos clave en la discusión de la conveniencia de emplear sistemas de difusión de televisión vía radio frente a la difusión por cable.

En principio, el principal argumento de defensa de la televisión por cable, desde un punto de vista tecnológico, es el gran ancho de banda de que dispone en su transmisión, especialmente en sistemas que cuentan con fibra óptica. Esta gran capacidad de transmisión de información, este gran ancho de banda constituye la principal ventaja frente a un sistema que se basa en televisión vía radio. Sin embargo, los sistemas por cable tienen como inconveniente su carencia de movilidad.

En general, se desea que un sistema de nueva generación como HDTV presente un esquema de codificación y modulación muy robusto para poder suministrar al usuario los servicios ofrecidos cumpliendo con los principios de calidad prometidos a dicho usuario. La escogencia de la codificación y modulación de la información debe realizarse sabiendo la cantidad de información que puede requerir la transmisión de televisión de alta definición y el reducido espectro que se dispone para realizar dicha transmisión.

Sistemas de Modulación

Cada uno de los estándares de Televisión Digital tiene su propio sistema de modulación: COFDM en el caso Europeo y 8-VSB para América.

COFDM

El esquema de modulación empleado en DVB es el COFDM (Coded Ortogonal Frequency Division Multiplexing). El COFDM es un esquema de modulación especialmente apropiado para las necesidades de los canales de difusión terrestres, principalmente por los siguientes motivos:

Puede soportar altos valores de atenuación y efectos de multitrayecto con alta dispersión de retardos entre las señales recibidas. Esto es útil en regiones en que se tienen este tipo de condiciones, principalmente en grandes centros urbanos, los cuales constituyen el mayor mercado potencial de la televisión digital terrenal. Lo cual desemboca en las redes de

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frecuencia única, o isofrecuenciales (SFN: Single Frequency Networks), en las que se puede hablar de "multitrayecto artificial". En realidad, la normativa DVB-T1 admite su empleo tanto en redes multifrecuenciales (MFN: Multi-Frequency Networks), en las que la planificación es similar a la de los existentes sistemas analógicos, como en redes isofrecuenciales (SFN)

COFDM además soporta interferencia cocanal de banda estrecha, como la que producirían otros servicios analógicos terrestres. Además, es importante prever que se tendrá un tiempo de transición en los que convivan varios servicios de difusión de televisión, incluidos los analógicos, hasta una total implantación de los sistemas digitales, tanto terrenales como por satélite, y servicios por cable. Por consiguiente, la planificación técnica, en su apartado de planificación de frecuencias y compatibilidad electromagnética ha de tomar en consideración este hecho.

En COFDM se modulan los datos en un gran número de portadoras, a baja

velocidad, empleando técnicas de división en frecuencia (FDM). El motivo de emplear múltiples portadoras viene precisamente del hecho de que haya niveles altos de multitrayecto. Como se ha comentado, las ciudades y centros urbanos podrían ser, en una primera aproximación, el principal mercado para estas redes. La razón es que es en estas grandes aglomeraciones de edificios y estructuras donde los sistemas vía radio podrían cobrar ventaja respecto de los sistemas por cable, sus principales competidores al menos a primera vista. La ventaja radica en la gran dificultad, especialmente económica y logística que supone cablear una ciudad en comparación con establecer centros de transmisión de las señales de radio.

Los fenómenos de multitrayecto se ven además aumentados por el extendido uso de las conocidas "set-top TV antennas". La idea básica sería que si se esperan retardos altos de la señal, por efectos del multitrayecto, se ha de tener una duración de símbolo mucho mayor que dichos retardo para hacerlos soportables, con lo que parece más apropiado el emplear muchas portadoras moduladas a baja velocidad, que una sola a alta velocidad. Este efecto también es apreciable en el dominio de la frecuencia, viendo como el multitrayecto provoca una selectividad en frecuencia, evitable, con anchos de banda estrechos.

No obstante, cabe pensar que aunque el periodo de símbolo se ha hecho mucho mayor que el mayor de los retardos por multitrayecto, aún sigue habiendo interferencia entre símbolos (ISI). Para evitar esta pequeña fracción de tiempo en la que hay interferencia entre símbolos, lo que se hace es insertar un tiempo de guarda.

1 DVB-T pertenece al estandar Europeo DVB, donde la T denota la televisión terrenal.

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8-VSB

La 8-VSB (8-level vestigial sideband) es un formato estándar de modulación en radio frecuencia elegido por la ATSC para la transmisión de la televisión digital para uso en los Estados Unidos y en otros países que se rijan por la misma institución. A través de la modulación 8-VSB se transmiten datos de video, utilizando compresión MPEG-2, y audio digital, a través de canales Dolby Digital.

La modulación 8-VSB incluye ocho niveles de amplitud que soportan hasta 19.28 Mbps de datos en un solo canal de 8 Mhz de ancho de banda. Por lo tanto es considerada efectiva para hacer “multicasting” (transmisión de más de un programa de TV digital) y para ofrecer servicio de “datacasting” (consiste en canales de datos que constituye un nuevo atractivo de la televisión digital).

La ATSC adoptó el sistema de transmisión VSB por el gran ancho de banda que se puede obtener de sus características, el cual es ampliamente necesario para la transmisión de programas de televisión digital de alta definición (HDTV).

Otro problema a resolver en el caso de televisión digital es el efecto multicamino producidos por edificios y reflexiones en general los cuales hacen aparecer las llamadas efectos de imágenes fantasmas en los receptores. Este problema se debe principalmente a la transmisión en una portadora, la cual resuelve el COFDM colocando múltiples portadoras. Mientras, la modulación 8-VSB propone el uso de antenas que rotan solventando el efecto multicamino, lo cual añade costo extra a los usuarios. La modulación VSB además no soporta la televisión en contextos móviles tal como la soporta su homólogo COFDM.

Niveles de Potencia Típicos

Magnitud del Campo

En el cálculo de la potencia en HDTV existen ciertas consideraciones que deben tomarse en cuenta para poder precisar de la mejor manera la potencia necesaria en la transmisión y la recepción. A diferencia de la televisión actual (NTSC), HDTV puede obtener una relación señal a ruido dada con 12 dB menos de potencia radiada lo que implica que con la misma potencia, señales de NTSC marginales serán altamente mejoradas con HDTV. Adicionalmente el espectro de 6 Mhz de HDTV no muestra una portadora distinguible, solamente un piloto para adquisición de la señal de televisión. Para poder medir la potencia de transmisión es necesario medir la magnitud del campo electromagnético que solo es posible, en RF, mediante una técnica que utiliza un receptor de banda estrecha sintonizable a una frecuencia donde el campo electromagnético permanezca estable durante la medición. Debemos recordar que la magnitud del campo

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electromagnético es aleatoria y cambia rápidamente ya que depende de las imágenes que se transmiten a una alta velocidad de datos.

Debido a la complejidad de poder medir un campo electromagnético de HDTV con la suficiente precisión, es necesario hacer una aproximación que consiste en calcular el promedio de potencia de la señal a la frecuencia sintonizada. Para hacer esto se calcula la potencia como el área bajo la curva de espectro de potencia observado en el analizador de espectro. Posteriormente se utiliza la formula convencional para señales NTSC que relaciona la potencia recibida con el campo incidente.

P =E2

120π=

Gλ2

4π

donde: G = ganancia de la antena en Rx relativa a la isotrópica

E = Magnitud del Campo λ = Longitud de Onda

Para determinar la magnitud del campo en HDTV usando esta formula se debe hacer una consideración que no es del todo cierta. Esta es que toda la potencia de HDTV esta concentrada en una frecuencia única en lugar de estar esparcida no uniformemente, a través del canal. En cualquier caso, el valor obtenido es suficiente para poder estudiar los radios de coberturas y los tipos de antenas a utilizar.

La distorsión en HDTV y la Penalidad en Potencia

El espectro de las señales sin distorsión de NTSC y HDTV pueden verse en la figura 2. Este espectro es una buena representación de las señales tipo entregadas a las antenas transmisoras.

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Figura 2. El espectro sin distorsión de las señales NTSC y HDTV

Lo que sale de la antena transmisora y llega finalmente al receptor es el

espectro observado en la figura 3. Se puede observar que para la señal NTSC la integridad del mensaje no esta comprometida ya que ésta depende solamente del área alrededor de los 3 picos de banda estrecha que poseen la información del audío y vídeo.

Figura 3. El espectro distorsionado de las señales NTSC y HDTV

En contraste se puede observar que la señal de HDTV es una transmisión

de banda ancha donde la integridad de cada porción del canal es igualmente crítica para la cobertura. Cabe destacar que la señal de HDTV con una pequeña

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interferencia en la subportadora del color por debajo del espectro normal, no proveería cobertura sin importar la cantidad de potencia en la antena receptora. Es decir, no se vería ni escucharía nada en el televisor, hecho que no sucedería para el mismo caso en NTSC ya que solo se degradaría la imagen y no se distorsionaría el sonido.

Cualquier distorsión de la señal de HDTV resulta en una pérdida de cobertura. Esta pérdida de cobertura se expresa mejor como una penalidad en potencia, en decibeles, añadido a la potencia disponible en la antena transmisora. El concepto de la penalidad en potencia es única para HDTV, este concepto es central en la observación de la potencia neta utilizable en vez de la potencia disponible (usado en NTSC). Este concepto es la clave para una predicción realista de la cobertura del servicio.

La penalidad en potencia es la suma de dos componentes, una componente que representa la pérdida total de potencia en el ancho de banda de 6 MHz y una segunda componente que representa la pérdida efectiva debido al proceso de ecualización en el receptor que trata de transformar la señal en el receptor los más posible a la señal original del transmisor, añadiendo ganancias en determinadas frecuencias. Debido a este proceso, el nivel de ruido aumenta y el CNR (Carrier to Noise Relation – Relación Portadora Ruido) disminuye lo que se transforma en una perdida de potencia en la portadora.

Figura 4. Patrón de Radiación de una antena omnidireccional (Canal 38)

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Figura 5. Penalidad en Potencia como resultado del patrón de radiación de una antena omnidireccional.

Podemos observar en las figuras 4 un patrón de radiación de una antena

cuya penalidad de potencia se puede ver representada en la figura 5. En este caso las direcciones sudeste y noroeste presentan una penalidad sustancialmente alta. En esas direcciones, la cobertura de HDTV estaría completamente perdida y no se observaría ni escucharía absolutamente nada en los receptores (televisores). En contraposición para NTSC la penalidad seria una perdida de la calidad del vídeo y alguna perdida en la cobertura.

Estándares de Potencia para Transmisión y Recepción

Existen varias proposiciones sobre cómo debe regularse la transmisión de las nuevas señales de televisión digital, para HDTV. La FCC (Federal Communications Commission) ha realizado un planeamiento en la asignación de valores de potencia mínimos necesarios para transmitir en los canales sin interferir la señales adyacentes en el espectro. Originalmente se planteo la utilización de antenas “inteligentes” que tuvieran un UHF-LNA (Low Noise Amplifier) que aumentaría entre 10 dB y 14 dB el CNR de los receptores.

La propuesta final de la FCC para las magnitudes de los campos electromagnéticos considerando un receptor pasivo, una penalidad de 0.5 dB debido al VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) y a las no linealidades del transmisor se muestran a continuación en la Tabla I tomando una temperatura promediada de la temperatura atmosférica:

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Con LNA Con LNA

Canal (dBu) (dBu) Canal (dBu) (dBu) 2 28.3 36 44.1 33.8 3 28.3 37 44.2 33.9 4 28.4 38 44.4 34.0 5 28.7 39 44.5 34.1 6 28.9 40 44.6 34.1 7 31.0 41 44.7 34.2 8 31.3 42 44.8 34.3 9 31.5 43 44.9 34.4 10 31.8 44 45.0 34.5 11 32.1 45 45.1 34.6 12 32.3 46 45.2 34.6 13 32.6 47 45.3 34.7 14 41.5 31.7 48 45.4 34.8 15 41.7 31.8 49 45.5 34.9 16 41.8 31.9 50 45.5 34.9 17 41.9 32.0 51 45.6 35.0 18 42.1 32.1 52 45.7 35.1 19 42.2 32.2 53 45.8 35.2 20 42.3 32.3 54 45.9 35.3 21 42.4 32.4 55 46.0 35.3 22 42.6 32.5 56 46.1 35.4 23 42.7 32.6 57 46.2 35.5 24 42.8 32.7 58 46.3 35.5 25 42.9 32.8 59 46.4 35.6 26 43.0 32.9 60 46.5 35.7 27 43.1 33.0 61 46.5 35.8 28 43.3 33.1 62 46.6 35.8 29 43.4 33.2 63 46.7 35.9 30 43.5 33.3 64 46.8 36.0 31 43.6 33.4 65 46.9 36.0 32 43.7 33.5 66 47.0 36.1 33 43.8 33.5 67 47.1 36.2 34 43.9 33.6 68 47.1 36.2 35 44.0 33.7 69 47.2 36.3

Tabla I. Propuesta final de la FCC para las magnitudes de los campos electromagnéticos considerando un receptor pasivo.

Con esta distribución, la FCC limita el máximo EPR (Effective radiated power) para UHF-HDTV a 500 kW (120 kW Tx). Todos los canales de UHF proveerán cobertura total muy por encima del 90% de las veces, esto sin LNA. Con el sistema LNA en funcionamiento la cobertura efectiva aumentara al punto que se consideraría para razones prácticas como si el transmisor radiara con 5000 kW ERP (MW Tx) y receptores pasivos.

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Antenas para el servicio de HDTV

Las empresas de difusión que hacen frente a la adición de las instalaciones de transmisión de HDTV deben elegir una configuración de antenas que proporcione una buena cobertura de la señal, reduzca al mínimo el efecto del viento en la torre y maximice el espacio disponible en la misma. Los sistemas de antenas apiladas proporcionan grandes mejoras para alcanzar estas características deseables.

Ventajas de las antenas apiladas

El sistema de antenas apiladas ofrece varias ventajas para la difusión de la señal. Colocar la antena de HDTV encima de la antena de NTSC ofrece ventajas significativas de funcionamiento como son: El funcionamiento superior del patrón omnidireccional de la antena y la maximización de la circularidad del patrón del acimut que permite disminuir las pérdidas en este aspecto por debajo de ±1 dB, más típicamente ±0.5 dB. Hay que tener en cuenta que cada dB adicional de perdida en HDTV resulta en una reducción de la señal en aproximadamente una milla de cobertura por lo cual el funcionamiento de la circularidad es una consideración importante. Este tipo de antena puede observarse en la figura 6.

Figura 6. Antena de HDTV Apilada.

Otra ventaja obvia es que la antena de HDTV tiene el centro de radiación más alto posible. Esto se debe a que la mayoría de servicio de HDTV estará en la banda de UHF por lo que la altura del centro de radiación de la antena puede afectar perceptiblemente la cobertura alcanzada. La cobertura sólida de UHF ocurre cuando se logra la línea de vista directa. El terreno, los edificios, e incluso la vegetación pueden reducir seriamente la cobertura de la señal. El aumento del centro de la radiación puede dar buenos resultados al aumentar la cobertura sin aumentar la energía irradiada.

Adicionalmente, el hecho de usar antenas apiladas ofrece ventajas a la hora de construir las torres que las albergarán. Para estas antenas, los

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coeficientes de fuerza del viento más bajos posibles son aplicados a las áreas de las antenas expuestas. Los estándares estructurales actuales para las torres de antena y las estructuras de soporte de acero de la antena (TIA/EIA-222-F), especifican los coeficientes de la fuerza para las estructuras tubulares del poste (Antenas Apiladas) que son mucho más bajas que los cilindros no – estructurales. Esto da lugar generalmente a fuerzas del viento más bajas para la combinación apilada de las antenas comparadas a otras configuraciones de antenas en la misma torre.

Finalmente, el hecho de colocar las antenas de HDTV y de NTSC sobre la punta de la torre produce un uso eficiente y flexible del espacio. Los servicios y equipos auxiliares pueden mantener sus posiciones por debajo de las antenas y facilitar así su mantenimiento y puesta a punto.

Reemplazos para antenas Existentes

El potencial para directamente sustituir las antenas existentes de NTSC por un sistema de antena apilada de HDTV/NTSC existe para algunos sistemas de difusión; haciendo las compensaciones apropiadas de ganancia / longitud, es posible ofrecer diseños en la banda baja (canales 2-6) y la banda alta (canales 7-13) que pueden sustituir algunas antenas comunes de NTSC.

Para los canales 2-6, un diseño estándar está disponible para sustituir una antena de tipo Superturnstile de 6 planos. La limitación del Superturnstile a 3 bahías ofrece bastante abertura para una antena de HDTV. Este diseño, demostrado en la figura 6, ofrece altura equivalente sin aumentar la carga de viento.

Otro diseño de estándar está disponible para los canales 7-13. Esta configuración, la de la figura 7, substituye las antenas existentes TW-15A o TW-18A. En este caso, una antena especial de TW-9B-R se utiliza para apoyar el montaje de la base de la de HDTV. La combinación proporciona altura igual al TW-15A aumento solamente un 15% la carga del viento.

Figura 7. Antena base para difusión de HDTV (TW-9B-R).

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Para HDTV, estos diseños aseguran que el sistema de transmisión introduzca la mínima distorsión posible de tal manera que la señal de NTSC no interfiera con la de HDTV. Para lograr este cometido, se utilizan ecualizadores para hacer frente a los posibles defectos de la propagación.

Diseños adicionales de antenas apiladas para HDTV

Otros tres diseños de antenas apiladas encontrarán un uso bastante amplio para sistemas de televisión digital. Los primeros dos están pensados para los sistemas de antenas de polarización circular de VHF. Éstos serán especialmente útiles para sistemas de difusión de televisión analógica ya que permitirán 100% compatibilidad con el formato NTSC, el cual será el producto primario por lo menos en la década próxima.

En la figura 8 se observa un ejemplo de la configuración 1 de apilado para canales 2-6 usando 5 planos TDM para la porción de NTSC. Para la mayoría de los sitios, esta antena requerirá un transmisor de 60 kilovatios con un tamaño de 4-1/16" o más grande. Permitiendo una abertura de 50 pies de la antena de HDTV, la altura de apilado para un diseño del canal 2 es 125 pies que pueden reducirse a 104 pies cuando está combinada con una antena de 6 planos TDM.

Figura 8. Configuración 1.

La alternativa 2 es una polarización circular disponible para los canales 7-13 según lo ilustrado en el figura 9. En este caso, la antena de NTSC es un TCL-12. La ganancia del TCL-12 varía de 5.0 a 6.0 para el canal 7 al 13 respectivamente. Dependiendo de la longitud, son necesarios 60 kilovatios o transmisores más grandes para alcanzar el ERP máximo en cada plano (316 Kw ERP).

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Figura 9. Configuración 2.

La configuración 3 esta diseñada para los sistemas difusores de frecuencia ultraelevada existentes. La antena de frecuencia ultraelevada de la base NTSC es un diseño ranurado de cilindro (ver figura 10). Pueden utilizarse también diseños direccionales u omnidireccionales, con polarización horizontal, elíptica o circular. Debido a las potenciales combinaciones existentes, no es factible ofrecer diseños estándares por lo que estas antenas apiladas UHF se deben diseñar para cada caso.

Figura 10. Configuración 3.

Otras Posibilidades para Antenas no Apiladas

Existen dos posibilidades o alternativas para construir antenas de HDTV sin necesidad de usar antenas apiladas, estas son: 1) Antenas de paneles, y 2) Antenas de montaje lateral.

Las antenas de panel (Figura 11) se pueden considerar para sustituir la antena existente de NTSC. Las antenas de panel se pueden utilizar al mismo tiempo para de UHF y para el servicio de HDTV mediante una multiplexación de las señales de HDTV y de NTSC. Las desventajas principales de las antenas del panel son cargas de viento más fuerte, polarización circular reducida, y sistemas complejos de la alimentación.

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Las antenas de HDTV montadas lateralmente (Figura 12) son posibles soluciones para dicho servicio pero hay desventajas significativas. Aunque una antena de HDTV montada de lado puede ser aceptable para el servicio direccional, el funcionamiento omnidireccional es inaceptable debido a la radiación que se dispersa en los componentes de la torre y en la línea de la transmisión. Otra negativa es que una antena lateral produce mayor carga de viento que una antena montada en la parte superior de la torre aunque ambas tengan un tamaño equivalente.

Figura 11. Antenas de HDTV en Configuración de Paneles.

Figura 12. Antena de HDTV en Configuración Lateral.

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CONCLUSIÓN

Una vez estudiadas las características básicas de funcionamiento y uso del sistema de Televisión de Alta Definición (HDTV) se puede llegar a una serie de conclusiones.

En primer lugar, la concepción de una televisión más eficiente y de mejor calidad, ha obligado a los diseñadores a introducir tecnología digital en los sistemas de difusión para cumplir con las nuevas exigencias y mantener la compatibilidad con los sistemas anteriores, al menos en cuanto a los equipos de difusión utilizados y los espectros dedicados para la transmisión de la información.

En segundo lugar, este sistema debe pasar por una serie de etapas para poder llevar el servicio de televisión a los usuarios. En general, este proceso puede resumirse en que la señal análoga de TV es convertida a digital para ser transmitida a los usuarios. Una vez que la información llega al usuario, éste podrá utilizar televisores de HDTV o conversores para poder convertir la señal a analógica cuando sea necesario. Este proceso de digitalización aumenta la eficiencia de transmisión y también presenta la posibilidad de añadir nuevas prestaciones en el servicio.

En tercer lugar, las ventajas que ofrece HDTV sobre la televisión analógica convencional son las siguientes: confiabilidad, multiplexado más eficiente, miniaturización, manejo de proceso de datos, menos problemas de calibración, mayor complejidad en el manejo de la capacidad, versatilidad y mayor capacidad de canales. Es decir, que la televisión digital, en particular HDTV, permite satisfacer una nueva gama de necesidades de los usuarios actuales.

En cuarto lugar, las tendencias modernas en comunicación, son dirigidas a la creación de sistemas cada vez más complejos que son manejados con gran facilidad debido a la versatilidad de los sistemas digitales.

En quinto lugar, cabe destacar que la TV digital en general no es ampliamente utilizada en el campo de la televisión comercial pues aún no se ha realizado un cambio definitivo en los dispositivos y equipos por parte de la población en general y las plantas de televisión.

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BIBLIOGRAFIA

Advanced Television Systems Committee http://www.atsc.org

Aspectos técnicos de los sistemas de televisión digital terrestre http://www.asenmac.com/tvdigital/aspectos.htm#1.2.2

HDTV Television - An Introduction http://www.ee.washington.edu/conselec/CE/kuhn/hdtv/95x5.htm

What is 8-VSB? http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci332161,00.html

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Apéndice 1: MPEG-2

El grupo de expertos de imágenes en movimiento (MPEG) fue formado por la Organización Internacional de Estándares (ISO) para desarrollar un conjunto de estándares para compresión de vídeo digital y en concordancia con las siete capas del modelo OSI. El primer intento de MPEG fue para suplir compresión de datos a velocidades de 1.5 Mbit/s para imágenes almacenadas. La segunda parte llamada MPEG 2, fue diseñada para generar velocidades de píxel entre 5 y 10 Mbit/s, para videos de mejor calidad en CATV y HDTV, entre otros. Entre las varias mejoras o extensiones introducidas en los codificadores MPEG 2, tenemos:

• Nuevos modos de predicción de campos y tramas para scanning entrelazado.

• Cuantización mejorada. • Nuevos códigos intra-trama de longitud variable (VLC). • Extensión escalada de resoluciones para compatibilidad, servicios

jerárquicos y robustos, y • Dos nuevas capas de sistema para multiplexaje y transporte que provee

celdas/paquetes de vídeo de alta o baja prioridad, cuando son llevados a través de una red conmutada.

• Incrementos soportados por accesos aleatorios. • Soporte resistente para incremento de errores. • Múltiples programas con un multiplexor, que es un avance sobre MPEG 1

pues éste no tenía esta capacidad.

Al igual que otros estándares de compresión, el estándar MPEG 2 es un esquema híbrido de compresión para imágenes en pleno movimiento que usa codificación inter-trama y codificación intra-trama y combina la codificación predictiva con la codificación con la transformada DCT 8x8 (Discrete Cosine Transform, o sea, transformada discreta de coseno). La DCT es un algoritmo matemático (conversión del dominio del tiempo hacia el dominio de la frecuencia), que es aplicado típicamente a un bloque de 8x8 elementos de imagen, dentro de un cuadro. La DCT elimina redundancia en la imagen a través de la compresión de la información contenida en 64 píxeles. El cuantizador otorga los bits para los coeficientes DCT más importantes, los cuales son transmitidos.

El concepto de MPEG 2 es similar al MPEG 1, pero incluye extensiones para cubrir un amplio rango de aplicaciones. La principal aplicación destinada durante el proceso de definición de MPEG 2 fue todas las transmisiones de vídeo con calidad de TV codificadas a velocidades entre 5 y 10 Mbit/s. Sin embargo, la sintaxis del MPEG 2 ha sido descubierta para ser eficiente para otras aplicaciones como las de altas velocidades binarias y velocidades de muestreo en HDTV. La característica más resaltante con respecto a MPEG 1 es la sintaxis para codificación eficiente de vídeo entrelazado.

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Otras características más específicas (precisión 10 bit DCT DC, cuantización no-lineal, tablas VLC) son incluidas, y tienen un mejoramiento notable en la eficiencia de la codificación. Otra característica clave de MPEG 2 son las extensiones escalables las cuales permiten la división de continuas señales de vídeo dentro de dos o más cadenas binarias codificadas, representando el vídeo en diferentes resoluciones, calidades (por ejemplo SNR), o velocidades.

NIVELES Y PERFILES

La codificación MPEG-2 es una recomendación muy compleja que tiene una larga variedad de combinaciones. Sin embargo, un reducido conjunto de combinaciones son definidas bajo "perfiles" y "niveles". Dentro de los perfiles, una larga variación de desempeños es posible. Por otra parte, los niveles son un conjunto de derivaciones impuestas para los perfiles. La combinación de un perfil y un nivel produce una arquitectura muy bien definida para una cadena particular de bit. Los perfiles limitan la sintaxis, por ejemplo los algoritmos usados, mientras los niveles limitan los parámetros como la velocidad de muestreo, dimensiones de las tramas, velocidad binaria codificada, entre otros.

• Niveles: proveen un rango de cualidades potenciales, definen los máximos y mínimos para la resolución de la imagen, muestras Y por segundo (luminancia), el número de capas de audio y vídeo soportados por los perfiles escalados, y la máxima velocidad binaria por perfil. A continuación una explicación resumida de cada uno de ellos:

o Nivel Bajo: tiene un formato de entrada el cual es un cuarto de la imagen definida en el registro ITU-R 601.

o Nivel Principal: tiene una trama de entrada completa definida en el registro ITU-R 601.

o Nivel Alto 1440: tiene un formato de alta definición con 1440 muestras por línea.

o Nivel Alto: tiene un formato de alta definición con 1920 muestras por línea (para aplicaciones sin cualquier limitación en velocidades de datos).

• Perfiles: son definidos subconjuntos con características de sintaxis (por ejemplo: algoritmos), usados para converger la información. Hay cinco diferentes perfiles y cada uno es progresivamente más sofisticado y agrega herramientas adicionales - aunque es más costoso para el cliente - con la característica adicional de ser compatible con el anterior. Esto significa que un decodificador equipado con un alto perfil descodificará perfiles simples. A continuación una pequeña explicación de los perfiles:

o Perfil Simple: es el que ofrece pocas herramientas. o Perfil Principal: tiene herramientas extendidas o mejoradas del perfil

simple y predicción bidireccional. Tendrá mejor calidad para la misma velocidad binaria que el perfil simple.

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o Perfil Escalable SNR y Perfil Escalable Espacial: son los próximos pasos. Estos dos niveles son llamados escalables porque ellos permitirán codificar datos de vídeo que sean particionados dentro de una capa base y una o más señales "Top-up". La señal Top-up puede tanto tratar la proporción S/N (SNR escalable) o la resolución (escalable espacial).

o Perfil Alto: este incluye todas las herramientas de las versiones anteriores y mejoradas. Tiene la habilidad de codificar diferencias de color entre líneas simultáneamente. Este es un super sistema diseñado para aplicaciones donde no están contraídas sobre las velocidades de los bits.

Actualmente hay cuatro modos escalables en MPEG 2. Estos modos rompen el vídeo MPEG 2 en diferentes capas (base, media, y alta) para propósitos de prioritización de datos de vídeo. Otro propósito de la escalabilidad es para divisiones complejas. Por ejemplo, en HDTV, la alta prioridad de la cadena binaria (720x480) puede ser descodificada bajo condiciones de ruido donde la baja prioridad (1440x960) no pueda. A continuación una breve explicación de los modos escalables:

• Escalabilidad espacial: Este método de dominio espacial codifica la capa base a una dimensión de muestro bajo (por ejemplo: resolución) que las capas superiores. Las capas bajas (base) reconstruidas del muestro son usadas como predicción de las capas superiores.

• Segmentación de datos: es un método de dominio de frecuencia que rompe los bloques de 64 coeficientes cuantizados de la transformada dentro de dos cadenas binarias. La primera, cadena de alta prioridad contiene los coeficientes más críticos de las frecuencias bajas e información (tales como valores DC, vectores, etc.), la segunda, cadena binaria de baja prioridad lleva datos AC de las altas frecuencias.

• Escalabilidad SNR: es un método de dominio espacial donde los canales son codificados a velocidades de muestreo idénticas, pero con diferentes calidades de imágenes. La cadena binaria de alta prioridad contiene datos de la capa base que pueden ser añadidos a la capa de refinamiento de baja prioridad para construir una imagen de alta calidad.

• Escalabilidad temporal: La cadena binaria de alta prioridad codifica vídeo a una baja velocidad de tramas, y las tramas intermedias pueden ser codificadas en una segunda cadena binaria usando la reconstrucción de la primera cadena binaria como predicción. Por ejemplo en una visión estereoscópica, el canal de vídeo izquierdo puede predecirse del canal derecho.

Otra característica importante es el uso de una codificación de las tramas enviadas para no transmitirlas en forma secuencial. Esto es particularmente útil para reducir la pérdida de información continúa en el caso de que ocurran

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desvanecimientos en la transmisión de la señal. En la figura 13 puede observarse un ejemplo de la codificación intertrama.

Figura 13. Codificación Intertrama. AUDIO MPEG 2

El sistema MPEG 2, soporta cualquier número de canales de entrada de audio siempre que la velocidad de transporte pueda soportar los datos enviados. Los usuarios tienen la flexibilidad para seleccionar su propio algoritmo de compresión de audio, tales como: Audio MPEG 2, MUSICAM, DOLBY AC-2 o AC-3. Los canales pueden ser configurados independientemente o en pares estéreo. Los usuarios también pueden escoger la velocidad de transmisión del audio tomando en cuenta, una vez más, que la velocidad está asociada con la calidad del sonido que se tendrá.

La compresión de audio MPEG 2 es un algoritmo que, como el vídeo MPEG 2, explota las limitaciones del sistema humano, en este caso el oído. Como en la compresión de vídeo, el algoritmo de compresión de audio también elimina la información irrelevante dentro de la señal de audio, es decir, cualquier señal imperceptible.

La configuración básica del audio MPEG 2 ofrece seis canales de audio. Esta característica debe ser usada para distribuir tres pares de estéreos o seis canales mono para aplicaciones multilenguajes o para crear un sistema estereofónico multicanal. La recomendación de cornetas configuradas para

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sistemas estereofónicos multicanales es conocido como estéreo -p/q , donde p es el número de cornetas en el frente y q es el número de cornetas en el fondo. Por ejemplo un estéreo 3/2 proveerá un sistema con canales al frente en la derecha, centro y a la izquierda más canales posteriores que rodean el área y ofrecen un mejor e impresionante realismo a la audiencia.

Las configuraciones típicas para sistemas estereofónicos multicanales son:

• 1 Canal modo 1/0: Mono • 2 Canales estéreo 2/0: izquierda y derecha • 3 Canales estéreo 3/0: izquierda, derecha y centro • 4 Canales estéreo 3/1: izquierda, derecha, centro y posterior • 5 Canales estéreo 3/2: izquierda, derecha, centro, posterior izquierda y

derecha. • 5.1 Canales estéreo 3/2: izquierda, derecha, centro, posterior izquierda y

derecha y un canal de efectos especiales de 100 Hz LFE (Low Frequency Enhancement).

Apéndice 2: Set-Box

Un decodificador llamado también SET-TOP BOX es el dispositivo que posibilita la recepción en el hogar de la televisión digital y todas sus ventajas: los servicios interactivos, el acceso condicional o la televisión de alta definición.

Básicamente se encarga de recibir una señal digital en alguno de los estándares de TV digital existentes, comprueba que tenga permiso para mostrarla y envía la señal de forma analógica al televisor.

Los descodificadores, en realidad, no son más que un paso intermedio hasta que los televisores digitales se comercialicen (de hecho ya existen algunos televisores de estas características).

Ejemplos

Figura 14. Descodificador Sagem.

Figura 15. Descodificador Nokia

de Vía Digital

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Figura 16. Philips 32DW6834C DigitalTV Televisor Digital preparado para recibir la señal

digital del operador inglés ONDigital Esquema fundamental de un Set-top Box

El set-top box se encarga de tratar la señal para que aparezca en el televisor siguiendo el siguiente esquema:

Figura 17. Esquema de un Set-Box.

1. Primero se sintoniza la señal para recibir la información de audio, vídeo y datos (los tres tipos que vienen mezclados)

2. Después se separan los tres tipos de paquetes según su tipo (audio, vídeo o datos).

3. A continuación, el sistema de acceso condicional se encarga de decidir qué permisos tiene el subscriptor para ver unos contenidos u otros, y en función de eso, desencripta los paquetes.

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4. Los paquetes de audio y video desencriptados se pasan a los dispositivos de vídeo y audio del televisor.

5. Los paquetes de datos que forman una aplicación se ejecutan si es necesario.

6. El Set-top box puede poseer un canal de retorno por donde enviar datos a la cabecera ("Back Channel").

Capas de software

Para poder ejecutar los datos o programas que se descargan de la señal se necesitan una serie de elementos software. Éstos se pueden describir con un esquema de capas de forma parecida a como se describiría un PC.

Figura 18. Capas de Software en un Set-Box.

1. Capas de Hardware. Son todos los componentes que forman el dispositivo o Set-top box (por ejemplo, CPU, memoria, acceso condicional, decodificador de MPEG, etc.)

2. Sistema Operativo.

Como un PC, los Set-top boxes también necesitan un sistema operativo para la ejecución de aplicaciones interactivas. En este caso se utilizan RTOS (Real-Time Operative Systems o sistemas operativos en tiempo real ya que hay una serie de operaciones como la decodificación de MPEG que necesitan ser realizadas al instante). Algunos ejemplos son Linux, Windows CE o Psos.

3. La plataforma o middleware.

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Es un conjunto de módulos que permiten el desarrollo más eficiente de las aplicaciones. La plataforma facilita un API (Application Programming Interface) para cada lenguaje de programación que soporte. Igual que en el PC nos encontramos la plataforma Windows con las APIs Win32s para diferentes lenguajes de programación, aquí nos encontramos con diferentes plataformas como OpenTV, MediaHighway, Microsoft TVPAK o Liberate con APIs para C, PanTalk, Visual Basic o HTML/Javascript respectivamente. Un Set-top box puede soportar diferentes lenguajes de programación mediante la instalación de varias APIs.

4. Capa de aplicaciones.

Aquí es donde se encuentran las aplicaciones interactivas que una vez descargadas se pueden ejecutar (por ejemplo, las EPGs, anuncios interactivos, chats, etc.). A diferencia del resto de capas, esta es la única que no necesita estar residente permanentemente. Es decir, se pueden descargar las aplicaciones bajo demanda o en un momento determinado y ser borradas de la memoria cuando ya se hayan utilizado (como un spot interactivo).

5. Canal de retorno por modem.

Generalmente conectado a una línea telefónica. Características más comunes en un set-top box

• Procesadores 32-bits a 80 Mhz • Un mínimo de 8Mb RAM • 2Kb de EEPROM • 8 MB de memoria FLASH • Disco duro de 20 Gb • Mando a distancia • Teclado inalámbrico (opcional).

Un Set-top box también permite otro tipo de funcionalidades añadidas:

• Unidad de disco duro. • Terminal bancario para gestión de operaciones vía una tarjeta de

crédito. Por ejemplo, compra de productos y/o servicios, recarga de tarjetas monedero, entre otros.

• Conexión de periféricos u otros dispositivos como por ejemplo, cámaras de vídeo para el envío por e-mail de capturas, impresoras.

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