1. Sistema de television digital
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 mejores, pero no se queda ahí, sino que también se van a abrir las puertas a la futura introducción de servicios hasta ahora inimaginables, como la recepción móvil de televisión, la interactividad, la televisión a la carta o los servicios multimedia tan de moda hoy en día con la explosión de Internet.

El principal problema de la televisión analógica es que no saca partido al hecho de que en la mayoría de los casos, las señales de vídeo varían muy poco al pasar de un elemento de imagen (píxel) a los contiguos, o por lo menos existe una dependencia entre ellos. En pocas palabras, se derrocha espectro electromagnético.

Además al crecer el número de estaciones transmisoras, la interferencia pasa a convertirse en un grave problema.

Los canales radioeléctricos de la televisión digital ocupan la misma anchura de banda (8MHz) 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. Por el momento, no se contempla la emisión de programas de televisión de alta definición.

El empleo de la televisión digital terrestre como medio para la difusión de televisión proporciona una serie de beneficios frente a otras posibles opciones:

• Al utilizar como medio de difusión la red terrestre nos permite una recepción en el hogar sencilla y poco costosa, ya que emplea el mismo sistema de recepción de la televisión analógica, e incluso con la antena anterior, sin merma de calidad.
• Permite la recepción portátil y en movimiento.
• Puede emplear redes de frecuencia única lo que conlleva el uso de un menor número de frecuencias.
• Requiere menor potencia de transmisión.
• Incrementa el número de programas con respecto a la televisión analógica actual, permitiendo múltiples programas y servicios multimedia en cada canal radioeléctrico.
• Mejora de la calidad de la imagen y del sonido (se evitan los efectos de nieve y de doble imagen de la televisión analógica) en la zona de cobertura, consecuencia de la robustez de la señal digital frente al ruido, las interferencias y la propagación multitrayecto.
• La elevada resolución espacial de un sistema de televisión digital permite un realismo mayor, que se puede apreciar en una pantalla más grande.
• Permite el aumento de la relación de aspecto. El formato convencional es de 4:3, mientras que con la televisión digital se permite el formato panorámico de 16:9.
• Se puede ofrecer un sonido multicanal, con calidad de disco compacto. Además la multiplicidad de canales de audio permite conseguir el efecto de sonido perimétrico empleado en las salas de cine. Aparte, estos canales podrían emplearse para transmitir diferentes idiomas con el mismo programa de vídeo.
• Abre las puertas del hogar a la Sociedad de la Información, debido a que permite la convergencia TV-PC. El televisor pasará a convertirse en un terminal multimedia que podrá admitir datos procedentes de los servicios de telecomunicaciones, suministrando servicios de valor añadido como correo electrónico, cotizaciones de bolsa, videoteléfono, guías electrónicas de programas (EPG), vídeo bajo demanda, pay per view, teletexto avanzado, banco en casa, tienda en casa, etc.
• Facilita los servicios de ámbito nacional, regional y local.
• Permite el desarrollo equilibrado entre servicios en abierto (Servicio Universal) y servicios de pago.

Los televisores actuales no permiten la recepción de la nueva señal digital para obtener una imagen visualizable, por lo que caben dos soluciones:

• La solución obvia es comprarse un televisor digital, pero hasta que el sistema no esté completamente introducido, los televisores digitales de pantalla grande apta para televisión digital serán caros.
• La solución más económica es añadir al receptor de televisión corriente un aparato decodificador, que convierta la señal digital en una señal analógica. Aunque el espectador no percibirá la calidad propia de la televisión digital, la calidad de la imagen superará la que tendría el mismo programa transmitido por un canal analógico.

Las normas para la televisión digital han sido desarrolladas en Europa por el Proyecto DVB, integrado por más de 200 organizaciones. Debido a su menor complejidad, las normas de satélite y cable han precedido uno o dos años a la norma de TV terrestre, y así se ha reflejado en su respectiva implantación.

2. TV digital vs. tv analógica

El principal problema de la televisión analógica es que no saca partido al hecho de que en la mayoría de los casos, las señales de vídeo varían muy poco al pasar de un elemento de imagen (píxel) a los contiguos, o por lo menos existe una dependencia entre ellos. En pocas palabras, se derrocha espectro electromagnético.

Además al crecer el número de estaciones transmisoras, la interferencia pasa a convertirse en un grave problema.

En la televisión analógica, los parámetros de la imagen y del sonido se representan por las magnitudes analógicas de una señal eléctrica. El transporte de esta señal analógica hasta los hogares ocupa muchos recursos. En el mundo digital esos parámetros se representan por números; en un sistema de base dos, es decir, usando únicamente los dígitos "1" y "0".

El proceso de digitalización de una señal analógica lo realiza el conversor analógico/digital. Esta representación, numérica en bits, permite someter la señal de televisión a procesos muy complejos, sin degradación de calidad, que ofrecen múltiples ventajas y abren un abanico de posibilidades de nuevos servicios en el hogar. Sin embargo, la señal de televisión digital ofrecida directamente por el conversor analógico/digital contiene una gran cantidad de bits que no hacen viable su y almacenamiento sin un consumo excesivo de recursos.

La cantidad de bits que genera el proceso de digitalización de una señal de televisión es tan alto que necesita mucha capacidad de almacenamiento y de recursos para su transporte.

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

• En formato convencional (4:3) una imagen digital de televisión está formada por 720x576 puntos (pixels). Almacenar una imagen requiere: 1 Mbyte. Transmitir un segundo de imágenes continuas, requiere una velocidad de transmisión de 170 Mbits/s.
• En formato panorámico (16:9) una imagen digital de televisión está formada por 960x 576 puntos (pixels): requiere un 30% más de capacidad que el formato 4:3
• En formato alta definición la imagen digital de televisión consiste en 1920 x1080 puntos (pixels). Almacenar una imagen requiere más de 4Mbyte por imagen. Transmitir un segundo de imágenes continuas, requiere una velocidad de transmisión de 1Gbit/s. Afortunadamente, las señales de televisión tienen más información de la que el ojo humano necesita para percibir correctamente una imagen. Es decir, tienen una redundancia considerable. Esta redundancia es explotada por las técnicas de compresión digital, para reducir la cantidad de "números" generados en la digitalización hasta unos niveles adecuados que permiten su transporte con una gran calidad y economía de recursos.

Estas y otras técnicas han sido los factores que han impulsado definitivamente el desarrollo de la televisión Digital, permitiendo el almacenamiento y transporte de la señal de televisión digital con un mínimo uso de recursos.




Llegada de la Televisión Digital en Estados Unidos y Desarrollo de un Estándar Digital

El cambio a la nueva modalidad ocurrió a finales del año 1998. El sistema que se mantenía vigente hasta entonces, fue establecido en los años cuarenta y cincuenta por la Comisión Nacional de Sistemas de Televisión (NTSC). El cambio ha seguido un proceso lento y a menudo muy controvertido.

Funcionarios de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), cadenas emisoras de televisión, fabricantes y académicos trataban de crear un estándar digital que no dejara inmediatamente anticuados los televisores existentes.

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.

La FCC creó en 1987 una comisión asesora sobre servicios de televisión avanzada, la ACATS, que debía asesorar a la FCC sobre el servicio de televisión avanzada en Estados Unidos, incluida la preparación de un estándar técnico.

En 1988 la ACATS pidió a las industrias, universidades y laboratorios que propusieran normas para la televisión avanzada.

En marzo de 1990 la FCC dio un paso fundamental. Decidió que el servicio de televisión avanzada se daría en régimen de difusión simultánea (simulcast) con el servicio convencional, y no en régimen de compatibilidad de receptores (este último fue el enfoque que se siguió al introducir la televisión en color, en que la señal debería poderse ver tanto en televisores en color como en blanco y negro). En el régimen de compatibilidad de receptores, la señal de televisión de alta definición (HDTV) podría captarse y visualizarse en los receptores actuales convencionales. Pero la señal de HDTV requiere mucha más información que una señal de color, por lo que el receptor exigiría un canal suplementario para introducir la información adicional (otro canal de 6 MHz).

Esto plantea varios problemas:

• Al transmitirse la señal HDTV por un canal NTSC tendremos un sistema poco eficaz, poco moderno y poco rentable.
• Hay que asignar un canal nuevo por cada canal NTSC existente.

Por estos motivos, es por lo que se optó por el enfoque simulcast. La señal HDTV se transmite por un canal propio de 6 MHz independientemente de la señal NTSC (en lugar de emplear compatibilidad de receptores, en el que la señal HDTV se obtiene de la señal NTSC y de la información que va en el canal suplementario). Así podría equiparse un sistema de transmisión moderno para la señal HDTV completa.

No obstante persiste el inconveniente de que los televisores actuales no pueden recibir una señal HDTV. Para evitar que estos televisores se quedaran de repente inservibles, la FCC asignó un nuevo canal por servicio a cada una de las 1500 estaciones de Estados Unidos que lo solicitasen. Durante un periodo de transición, la FCC exigiría que el mismo programa fuera transmitido simultáneamente (o con muy poco retraso) tanto por HDTV, como por NTSC (más tarde se suprimiría este requisito). Cuando una gran parte del país ya utilizase la nueva televisión, se suprimiría el servicio NTSC, y la porción de espectro que ocupaba se utilizaría para nuevos canales HDTV u otros servicios.


Esta decisión tuvo una repercusión decisiva en el desarrollo de una norma para la HDTV.

Poco después comenzaron a recibirse propuestas para sistemas HDTV, y la ACATS y la FCC decidieron someter a evaluación cinco propuestas técnicas: una analógica y cuatro digitales. Estas propuestas técnicas se analizaron en el Centro de Pruebas de Televisión Avanzada de Alexandria, mientras que la calidad de la imagen se evaluaba en el Laboratorio de Evaluación de Televisión Avanzada de Ottawa.

En febrero de 1993, tras revisar los resultados la ACATS llegó a la conclusión de que los cuatro sistemas digitales superaban en prestaciones al analógico. A su vez, cada uno de los cuatro sobresalía en distintos aspectos. Así que la ACATS animó a los promotores a que organizaran en un solo sistema los elementos mejores de los cuatro y lo sometieran a evaluación.

En mayo de 1993 se constituyó la Gran Alianza, un consorcio integrado por AT&T, Zenith, el centro de investigación de David Sarnoff, General Instrument Corporation, el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), Philips Electronics North America, y la francesa Thomson Consumer Electronics.

Entre 1993 y 1994 la Gran Alianza introdujo mejoras en los mejores elementos técnicos de los cuatro sistemas y creó un prototipo. En base a ese prototipo de HDTV, la comisión de Sistemas de Televisión Avanzada (consorcio de industrias) creó un estándar técnico.
Para poder transportar en un canal de 6 MHz (aproximadamente 20 Mbps) toda la información de una imagen de alta definición es necesario comprimir los datos (si no se comprimiera necesitaría del orden de Gbps). La propuesta de la Gran Alianza se basó en el sistema MPEG2.

La clave de la compresión según el sistema MPEG consiste en no enviar las imágenes completas (como en NTSC), sino sólo los cambios entre dichas imágenes. El resultado es que se necesitan muchos menos datos para actualizar una imagen. Los datos comprimidos de vídeo, audio y otros se multiplexan formando una sola sucesión de bits. Esta sucesión de bits modula una señal que se transmite por radiodifusión terrestre.

En recepción la señal se capta por una antena y se envía a un receptor, que demodulará la señal para obtener la sucesión de bits original. Estos bits se demultiplexan y se recuperan los datos comprimidos para pasar a descomprimirlos a continuación.

En noviembre de 1995 la ACATS recomendó a la FCC el estándar elaborado por la Comisión de Sistemas de Televisión Avanzada, y ésta lo aceptó en 1996 salvo por un detalle. Suavizó la restricción de la norma en la que se limita a 18 los formatos de resolución de vídeo autorizados.

A principios de 1997 la FCC añadió otras disposiciones en apoyo del nuevo estándar técnico, como por ejemplo la asignación de canales.El sistema de televisión digital basado en dicho estándar es muy flexible, y permite por ejemplo que un canal de 6MHz pueda ofrecer imágenes de alta resolución y sonido perimétrico multicanal, o bien transmitir varios programas de televisión de calidad comparable a la de los programas actuales. Esta flexibilidad ha hecho sustituir el acrónimo de Televisión de Alta Definición (HDTV) por el de Televisión Digital (DTV). Además el estándar está abierto para que se le puedan incorporar futuras mejoras técnicas.



Evolución Histórica en Europa

Los servicios de TV Digital por satélite comenzaron en 1996, con un desarrollo desigual según la estrategia de implantación seguida, y con los resultados más espectaculares en Francia, con tres plataformas y más de un millón de abonados en su conjunto.

La difusión terrenal arrancó antes de finales de 1998 en el Reino Unido y Suecia. El DVB está promoviendo fuera de Europa su sistema DVB-T para difusión terrenal como un sistema flexible, con capacidad para televisión de alta definición, adaptable a canales de diferente ancho de banda y susceptible de ser utilizado en red isofrecuencia con cobertura de todo un país. Esta promoción está orientada sobre todo a China, el sudeste asiático, Australia, Brasil y Argentina.

El Reino Unido ha asumido un papel líder en Europa para el desarrollo de la TV digital terrenal (DTT). En el Reino Unido se han habilitado 6 múltiplex que se han repartido entre los radiodifusores existentes y una plataforma comercial. A los radiodifusores se les ha concedido medio múltiplex, capacidad equivalente a 2 programas por canal analógico existente. De este modo, la BBC ha obtenido un múltiplex completo, la ITV, Channel 4 y Channel 5, medio múltiplex cada uno respectivamente, y la S4C, el radiodifusor regional de Gales, otro medio múltiplex con cobertura exclusiva del País de Gales. Por su parte, la plataforma comercial BDB, constituida por los grupos Carlton y Granada, ha obtenido tres múltiplex de cobertura nacional y, por otra parte, medio múltiplex con cobertura de todo el R.U., excepto Gales, ha sido concedido al consorcio SDN, formado por S4C, NTL y United News and Media.

En paralelo con el lanzamiento de la DTT, se produce el comienzo de los servicios digitales de BSkyB. La situación es extremadamente interesante, porque a este lanzamiento simultáneo de los servicios de TV digital terrenal y por satélite se suman algunos operadores de cable que están procediendo a digitalizar sus redes. Esto supone que el usuario final tendrá que elegir qué vía de distribución prefiere, en lo que influirán no sólo las ventajas intrínsecas de cada forma de distribución, sino también el atractivo de los contenidos y de las formas de subvención de las cajas de usuario o de los receptores que ofrezcan las diferentes plataformas.

Suecia lanzó también los servicios DTT a principios de 1999, con dos múltiplex y una cobertura inicial del 50% de la población. Los servicios se implantaron sobre una red común, mientras que la provisión de contenidos se sacó a concurso.

El tercer país europeo que opta a la introducción de la TV digital terrenal a corto plazo es España. La situación en España es extremadamente competitiva porque existen ya dos plataformas de satélite en servicio y los operadores de cable (dos por demarcación) comenzaron a ofrecer sus servicios en 1999. El Gobierno emitió un proyecto de Regulación y Plan técnico de la DTT.




3. Aspectos técnicos de los sistemas de televisión digital

Básicamente, existen dos normas de Televisión Digital Terrestre, una Americana (desarrollada por el ATSC), y otra Europea (desarrollada por el ETSI).

Reseña técnica al sistema americano:
Este sistema, está basado en una modulación 8-VSB. Es un sistema de Banda Lateral Vestigial (al igual que los sistemas analógicos) basado en una modulación 8-QAM que se extiende hasta 64-QAM con una codificación de Trellis.

Existe un tercer estándar de televisión digital terrestre, el Japonés, denominado ISDB (Integrated Services Digital Broadcasing), quizá de menor importancia o despliegue que los anteriores.


El Sistema Europeo de Difusión de Televisión Digital Terrenal

El sistema europeo está basado en las especificaciones del DVB-T (Digital Video Broadcast-Terrestrial), realizadas en el ETSI (European Telecommunications Standards Institute), y recogidas en el documento ETS 300 744 de Marzo de 1997. Dicho estándar ha sido adoptado por los países Europeos, así como por países de fuera, como Australia, Brasil o India.

A continuación se describe brevemente los aspectos técnicos más relevantes del DVB-T, en su aplicación a los sistemas de difusión de Televisión Digital Terrestre.

Como se recoge en la propia norma, el proyecto DVB (Digital Video Broadcast) es un consorcio de organizaciones tanto públicas como privadas, con objeto de establecer el marco para la introducción de servicios de televisión digital basados en MPEG-2. Esto es, se propone abordar las necesidades reales en este campo teniendo presente la situación y estado de los mercados, así como las circunstancias económicas, tanto de la electrónica de consumo, como de la industria de difusión de televisión. En el sistema se definen los esquemas de modulación y codificación de canal para difusión de servicios terrestres de LDTV (Limited Definition Television), SDTV (Standard Definition Television), EDTV (Enhanced Definition Television) y HDTV (High Definition Television).

El desarrollo del DVB-T se basó en un conjunto de requisitos de usuario producido por el Módulo Comercial (Commercial Module) del proyecto DVB. Los miembros del DVB contribuyeron al desarrollo técnico del DVB-T a través del DTTV-SA (Digital Terrestrial Television-System Aspects), grupo de trabajo del Módulo Técnico (Technical Module). Proyectos europeos como SPECTRE, STERNE, HD-DIVINE, HDTVT, dTTb, y otras organizaciones desarrollaron hardware de sistema y resultados, que eran comunicados al DTTV-SA.

Una de las principales características del DVB-T es el empleo de paquetes MPEG-2, lo cual implica que es transportable cualquier información que sea digitalizable (vídeo, audio, datos multimedia, etc...). Además, se incluyen en las especificaciones un conjunto de canales de retorno para los usuarios con objeto de interactuar con los servicios digitales recibidos (ver apartado de receptores de usuario).


El sistema se define como un bloque funcional que realiza la función de adaptación de la señal de televisión en banda-base de la salida del mux. de transporte MPEG-2 a las características del canal terrestre de transmisión. En la figura siguiente se pueden ver los bloques del sistema





Esquemas de Protección del Sistema

Como se puede ver, el sistema consta de un gran número de bloques referentes a la protección frente a errores, previos a la modulación de la señal para su transmisión por el interfaz aéreo. La entrada al sistema difusor de la señal, son paquetes MPEG-2, con lo que la salida en los equipos receptores, también tendrá este formato. Sin entrar en detalles se describen brevemente los esquemas de codificación y entrelazado previos a la modulación:

• El sistema emplea codificación exterior de Reed-Solomon (RS(204,108)) para protección frente a errores, así como entrelazado convolucional exterior para dispersar los paquetes, y por tanto proteger la transmisión de errores en ráfagas (un gran número de errores consecutivos, que hace al paquete irrecuperable).
• Asimismo emplea codificación convolucional interior (punctured Convolutional Code), así como entrelazado interior.

Esquema de Modulación. Redes Isofrecuenciales

Tras los mencionados esquemas de protección frente a condiciones adversas de propagación, se pasa a la descripción del esquema de modulación empleado. Nos centraremos algo más en el mismo, pues 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 de la frecuencia, el espectro. Debido a esta escasez de banda, hay que tratar de emplear toda la tecnología disponible, al menor coste posible para optimizar la banda del espectro a emplear. Aquí aparece ya 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 la gran banda de que dispone en su transmisión, especialmente en sistemas de fibra óptica. Esta gran capacidad inherente a los sistemas por cable será su principal argumento de defensa frente a su carencia de movilidad (que no necesariamente de ubicuidad) de los equipos receptores de televisión. Efectivamente, resulta impensable el arrastrar un cable de fibra óptica cuando se desea ver la TV desde el interior de un vehículo, por las calles de una gran ciudad, aunque también es argumentable la posibilidad o necesidad de recibir este tipos de servicios, cuando se va conduciendo por ejemplo.

Así, queda visto como un sistema de nueve generación de este tipo ha de presentar un esquema de codificación y modulación muy robusto y consistente, para poder ofrecer los servicios deseados, con las calidades deseadas, sabiendo la cantidad de información que puede requerir la transmisión de televisión, especialmente de alta calidad, y el reducido espectro de que se puede disponer.

El esquema de modulación empleado 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 multitrayecto (encontrados principalmente en grandes centros urbanos, mercado potencial de la televisión digital terrenal), con alta dispersión de retardos entre las señales recibidas. Esto además desemboca en las redes de frecuencia única, o isofrecuenciales (SFN: Single Frequency Networks), en las que podemos hablar de "multitrayecto artificial". En realidad, la normativa DVB-T 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. Es además importante el 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, amén de los servicios de 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 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, que a primera vista aparecerían como sus principales competidores, debido a la gran dificultad, especialmente económica y logística que supone cablear una ciudad.

Los fenómenos de multitrayecto se ven además, especialmente 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 lata velocidad. Este efecto también es apreciable en el dominio de la frecuencia, viendo como el multitrayecto provoca una selectividad en frecuencia, evitable (portadora a portadora, dentro de un canal de banda estrecha), 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), tal y como se aprecia en la figura anterior (parte derecha). Para evitar esta pequeña fracción de tiempo en la que hay interferencia entre símbolos, lo que se hace es insertar un tiempo de guarda.

4. Aspectos Técnicos en la Implantación de las Redes TDT

Instalación de Transmisores

En principio, 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. En algunas situaciones se requeriría una nueva antena; si la antena disponible fuera a ser empleada, habría de tenerse en cuenta que las señales digitales tendrían que ser combinadas en alta potencia con las señales analógicas actuales (al menos durante la transición analógico->digital), o bien el conjunto debería pasarse por un amplificador multicanal, lo cual conllevaría problemas de filtrado y de no linearidades.

Distribución Primaria
Se requiere una red de distribución primaria para transportar los paquetes MPEG-2 desde los estudios de televisión hasta los centros re - programación y hasta los centros transmisores.

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.

Equipos Receptores de Usuario

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 TDT es lo atractivo que sea el sistema y los nuevos servicios y ventajas que ofrezca respecto de los anteriores sistemas analógicos, lo cual viene en buena parte marcado por la posibilidad de disponer de receptores sencillos por un lado, y versátiles y que ofrezcan gran variedad de servicios por otra.

Entre las ventajas respecto de los existentes sistemas analógicos destacamos:

• Mejor aprovechamiento del ancho de banda, lo que conduce a la posibilidad de ofrecer más canales, y/o mejor calidad.
• Relacionado con la utilización del espectro, aparece la posibilidad del acceso condicional (Conditional Access), lo que se refleja en nuevas modalidades como subscripciones, Pay-per-View, etc, basadas en la interactividad con el usuario.
• Mejor calidad 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 (como por ejemplo las estadísticas de un jugador en un evento deportivo).

Respecto al tema, cabe comentar el ingente trabajo adicional de especificación que se ha realizado en Inglaterra (como país pionero y probablemente referencia) con objeto de maximizar la interoperabilidad manteniéndose la compatibilidad con DVB. Gran parte de ese trabajo estaba destinado la especificación del API (Application Programming Interface) para servicios interactivos


5. Plataforma de usuario

Set Top Box

La STB es el terminal receptor que hay que instalar en los hogares para la recepción de TDT. En este aspecto son fundamentales los foros DIGITAG (DIgital Terrestrial Action Group) y VALIDATE. DIGITAG evalúa las características que debe cumplir el receptor del usuario. VALIDATE es el grupo de trabajo que valida todas las experiencias de Televisión Digital Terrestre, en cuanto a la compatibilidad de los equipos de diferentes fabricantes.

A continuación se indican los elementos que forman el equipo receptor o STB.


Equipo receptor


A continuación se muestra un esquema de bloques para la recepción de televisión digital terrenal de alta definición:




Ejemplo de difusión de TV de alta definición




Tabla 1. Coste del receptor en relación a la calidad del dispositivo y los nuevos servicios

Tabla 2. Algunas opciones del receptor en función de nuevos servicios y procesado de información avanzado.

Tabla 3. Estándares ATSC y DVB en relación a la calidad de imagen

Tabla 4. Estándares ATSC y DVB en relación los servicios

Algunos Proveedores De STBs:

• General Instrument
• LG Electronics
• Microsoft
• Panasonic
• Samsung
• Philips
• Scientific-Atlanta
• Thomson Consumer Electronics
• Zenith Electronics

Los diseños de STB continúan agregando nuevas funcionalidades y encontrando maneras de reducir costes. Uno de los logros es el desarrollo de una plataforma avanzada que permite la difusión de vídeo a la carta y otras aplicaciones, mediante DVB terrestre, y representa un avance en la convergencia de los receptores de los hogares. El desarrollo de STBs avanzadas, permite soluciones de bajo coste y fácil uso de DVD, TELEVISIÓN digital interactiva (con funciones de teletexto más avanzadas), y aplicaciones MPEG-2 tales como PPV (Pay Per View o pago por visión) y vídeo bajo demanda, proporcionando nuevos niveles de interacción.

Plataforma Multimedia del Hogar
En 1997 el Proyecto DVB extendió su alcance a la Plataforma Multimedia del Hogar (MHP), que estará formada por el terminal de acceso desde el hogar (STB, TELEVISIÓN, PC), sus periféricos y la red digital en casa.

Esta plataforma permitirá al usuario servicios interactivos y acceso a internet (e-mail, chat...). La plataforma aumentará la capacidad de la STB permitiéndole que proporcione servicios interactivos. La plataforma es una solución software que hace la televisión más útil, divertida y al servicio de los hogares. Además, creará nuevas oportunidades económicas para los operadores de red y sus proveedores de contenidos, hardware y software. Se abren grandes posibilidades en cuanto a los aparatos, desde las avanzadas STBs hasta las televisores de alta definición integradas. Un papel crucial en cuanto a la integración es el de la API (Application Programming Interface).


Las normas de DVB ofrecen grandes oportunidades a los fabricantes de receptores. Es probable que los productos iniciales difieran substancialmente. Las posibilidades para los usuarios también son enormes, ya que podrán recibir una combinación de contenidos mejorados, imágenes de alta calidad y nuevos servicios. Las especificaciones de DVB permiten manejar múltiples métodos de transmisión. Una posibilidad para los usuarios es la recepción combinada terrestre/satélite, aunque es poco probable al principio.

Plataforma Multimedia del Hogar

La plataforma será una arquitectura abierta, basada en los estándar de internet, que cumplirá las normas mundiales de difusión de televisión digital, incluyendo DVB, ATSC y ARIB, y ATVEF. Esto permitirá a los proveedores de contenidos crear programas una sola vez para verlos en cualquier parte. También soportará normas de Internet como HTML, JavaScript y HTML Dynamic, así como todos los contenidos interactivos autorizados de acuerdo con el ATVEF ( Advanced Television Enhancement Forum).

Los requisitos básicos que debe cumplir la plataforma son:

• Difusión mejorada con interactividad local.
• Interactividad mediante un canal de retorno.
• Acceso a Internet.

6. Televisión de Alta Definición

Después de años de investigación, la NHK del Japón desarrolló el primer sistema moderno de televisión de alta definición, de pantalla ancha y de 1,125 líneas con barrido de imagen de 60 Hz, logrando igualar la calidad cinematográfica de la película de 35 mm.
Conforme aumentaba el interés por la alta definición, en 1987 la Comisión Federal de Comunicación FCC de los EEUU propició la formación de la Comisión Asesora sobre el Servicio de Televisión Avanzada (ACATS, por sus siglas en inglés), encargada de seleccionar un sólo estándar de transmisión terrestre de televisión avanzada para los EEUU, estándar para un sistema de televisión de alta definición capaz de ser transmitido en forma simultánea con la señal NTSC vigente, y por tanto restringida al esquema de utilización de canales de 6 MHz de ancho de banda.

El 1o. de junio de 1990, la compañía General Instruments de San Diego, California, propuso un sistema terrestre de televisión de alta definición HDTV completamente digital, marcando con ello un parteaguas en la historia de la televisión. La era digital iniciaba, marcando el fin de la televisión analógica e imponiendo el enorme reto a los industriales de reinventar completamente la televisión.

En un esfuerzo de concertación y de apego a estrategias nacionales de predominio de mercados, el gobierno estadounidense propuso a los principales fabricantes que trabajaban cada cual en su propuesta, que unieran sus esfuerzos en una "Gran Alianza" para proponer un solo sistema de televisión de alta definición digital, con -lo mejor de lo mejor- en cuanto a tecnologías de cada uno de los participantes: AT&T (Lucent), MIT, General Instruments, Zenith Electronics Corporation, North American Philips, David Sarnoff Research Center (RCA), y Thompson Consumer Electronics.

El sistema de televisión de alta definición HDTV propuesto tendría dos modalidades principales: 1,080 líneas activas con 1,920 pixeles cuadrados por línea, con barridos entrelazados de 59.94 y 60 cuadros por segundo, y 720 líneas activas, con 1,280 pixeles por línea, con barridos progresivos de 59.94 y 60 cuadros por segundo. Ambos formatos operarían igualmente con barridos progresivos de 30 y 24 cuadros por segundo, para la transmisión de programas filmados.

El sistema de la Gran Alianza emplea compresión de vídeo y sistemas de transporte MPEG-2, audio Dolby Digital (AC-3), y modulación 8-VSB en banda lateral vestigial. Con ello, se desarrolló un sistema de pantalla ancha, con relación ancho/altura de 16:9, con cinco veces más calidad de imagen que la televisión de definición estándar de 480 líneas activas y relación ancho/altura de 4:3. Todo ello comprimido en un canal estrecho de televisión de 6 MHz de ancho de banda.


A pesar de haberse logrado esta proeza de la ingeniería electrónica, la FCC cedió ante los intereses de la industria de la computación, y solicitó en 1995 que se incluyeran en el estándar digital varios formatos menores de televisión de definición estándar (SDTV, por sus siglas en inglés) de 480 líneas con barridos progresivos y entrelazados (ver tabla 5).

* se codifican 1088 líneas para satisfacer requerimiento MPEG-2 de ser múltiplo de 16 (i) y 32 (p).

Tabla 5. Formatos disponibles para la televisión digital, según la tabla III de la Norma ATSC.

Finalmente, el 24 de diciembre de 1996, el gobierno norteamericano aprobó como norma obligatoria para la transmisión terrestre de televisión digital y de alta definición, la norma para SDTV y HDTV de la ACATS, documentada por el Comité de Sistemas de Televisión Avanzada (ATSC, por sus siglas en inglés). Esta norma, conocida como la Norma ATSC, dejó fuera lo referente a la imposición del tipo de barrido (sólo progresivo, o sólo entrelazado), en aras de lograr, una vez más, el consenso con el grupo de interés de la industria de la computación.

A partir de la adopción de la Norma ATSC, el organismo gubernamental encargado de la asignación del espectro en los EEUU acordó iniciar la asignación gratuita de canales digitales a todos los concesionarios de canales de televisión analógica, con el fin de estimular la transmisión digital simultánea de programación. Además, se fijó como meta importante en esta transición a transmisión digital, el que se regrese el canal analógico NTSC al final del período de transición, que como meta se fijó el año de 2006 fecha razonable para la finalización del servicio de transmisión de señales NTSC.

Con la Norma ATSC, será necesario tomar decisiones acerca de la calidad de la imagen que será transmitida al usuario, esto es, si se le enviará un determinado programa en definición estándar SDTV, aprovechando el canal digital para el envío de varios programas simultáneos en modo "SDTV múltiplex", o si se le enviará con la máxima calidad disponible de alta definición HDTV, para así ser más competitivo. La transmisión en alta definición HDTV podría ser el medio preferido para eventos deportivos y programación en horario estelar. Al respecto, varias cadenas televisivas de los EEUU, operadores de cable y programadores de DBS han hecho pública su intención de proporcionar servicios de programación de televisión de alta definición HDTV, para finales de 1998, y al menos en los diez principales mercados de ese país (entre ellos DirecTV y HBO).


Al día de hoy, el factor limitante para alcanzar la alta definición en el hogar, es la no existencia de pantallas de televisor capaces de manejarla. Mes con mes se anuncian mejoras, como la ofrecida recientemente por Fujitsu, en torno a haber desarrollado una pantalla plana de 42 pulgadas y formato ancho de relación 16:9, con 1,024 pixeles por línea; a sólo un paso de la alta definición total. Sin embargo, el máximo potencial de la norma para televisión de alta definición HDTV exige más de lo que puede ofrecer la mejor de las pantallas de televisor de hoy en día, por lo que esta revolución en tecnología de televisión digital está detonando el arranque de un nicho tecnológico de investigación y desarrollo industrial en los fabricantes de pantallas de televisor, sector que durante muchos años permaneció estancado, sin ofrecer innovaciones importantes. Su nuevo reto consiste en poder crear una nueva experiencia en televisión, con pantallas más anchas y de mucho mejores características visuales.



7. Formatos de Compresión

Para ver la necesidad de los formatos de compresión vamos a resumir el proceso de digitalización del vídeo analógico. El vídeo analógico define el estándar de líneas por fotograma y fotogramas por segundo (no todas las líneas contienen vídeo activo). Para digitalizar una señal de vídeo analógico es necesario muestrear todas la líneas de vídeo activo. Cada muestra de color se codifica en señal Y-U-V (Y- luminancia, U y V crominancia). Un ejemplo de conversión de señal analógica de televisión en color a una señal en vídeo digital sería:

Sistema PAL : 576 líneas activas, 25 fotogramas por segundo, para obtener 720 pixels y 8 bit por muestra a 13,5Mhz:

Luminancia(Y): 720x576x25x8 = 82.944.000 bits por segundo
Crominancia(U): 360x576x25x8 = 41.472.000 bits por segundo
Crominancia(V): 360x576x25x8 = 41.472.000 bits por segundo

Número total de bits: 165.888.000 bits por segundo (aprox. 166Mbits/sg). Ninguno de los sistemas comunes de transmisión de vídeo proporcionan transferencias suficientes para este caudal de información (el Vídeo CD tiene un índice de transferencia de 1,4 Mbps y la televisión por cable 6Mbps)

Diferentes Tipos de Compresión

Es un estándar definido específicamente para la compresión de vídeo, utilizado para la transmisión de imágenes en vídeo digital. El algoritmo que utiliza además de comprimir imágenes estáticas compara los fotogramas presentes con los anteriores y los futuros para almacenar sólo las partes que cambian. La señal incluye sonido en calidad digital. El inconveniente de este sistema es que debido a su alta complejidad necesita apoyarse en hardware específico.

Existen diferentes opciones dependiendo del uso:

MPEG-1 Estándar escogido por Vídeo- CD: calidad VHS con sonido digital.
MPEG-2 Se usa en los DVD (Digital Vídeo Disk). Calidad superior al MPEG-1.
MPEG-3 Gran calidad de vídeo: 1920x1080x30 Hz con transferencias entre 20 y 40 Mbps.
MPEG-4 Está en fase de desarrollo.

1. Compresión MJPEG