La televisión digital ( DTV ) es la transmisión de señales de televisión mediante codificación digital , en contraste con la tecnología de televisión analógica anterior que utilizaba señales analógicas . En el momento de su desarrollo se consideró un avance innovador y representó la primera evolución significativa en la tecnología de televisión desde la televisión en color en la década de 1950. [1] La televisión digital moderna se transmite en televisión de alta definición (HDTV) con mayor resolución que la televisión analógica. Por lo general, utiliza una relación de aspecto de pantalla ancha (comúnmente 16:9 ) en contraste con el formato más estrecho ( 4:3 ) de la televisión analógica. Hace un uso más económico del escaso espacio del espectro radioeléctrico ; puede transmitir hasta siete canales en el mismo ancho de banda que un solo canal analógico, [2] y proporciona muchas características nuevas que la televisión analógica no puede. Una transición de la transmisión analógica a la digital comenzó alrededor de 2000. Se han adoptado diferentes estándares de transmisión de televisión digital en diferentes partes del mundo; a continuación, se muestran los estándares más utilizados:
Los orígenes de la televisión digital están ligados a la disponibilidad de ordenadores económicos y de alto rendimiento . No fue hasta la década de 1990 que la televisión digital se convirtió en una posibilidad real. [7] Antes, la televisión digital no era viable en la práctica debido a los requisitos de ancho de banda poco prácticos del vídeo sin comprimir , [8] [9] que requerían alrededor de 200 Mbit/s para una señal de televisión de definición estándar (SDTV), [8] y más de 1 Gbit/s para la televisión de alta definición (HDTV). [9]
A mediados de la década de 1980, Toshiba lanzó un televisor con capacidades digitales, utilizando chips de circuitos integrados como un microprocesador para convertir señales de transmisión de televisión analógica en señales de video digital , lo que permite funciones como congelar imágenes y mostrar dos canales a la vez . En 1986, Sony y NEC Home Electronics anunciaron sus propios televisores similares con capacidades de video digital. Sin embargo, todavía dependían de señales de transmisión de televisión analógica, ya que las transmisiones de televisión digital verdaderas aún no estaban disponibles en ese momento. [10] [11]
En 1986, Nippon Telegraph and Telephone (NTT) y el Ministerio de Correos y Telecomunicaciones (MPT) de Japón propusieron un servicio de transmisión de televisión digital , con la intención de desarrollar un servicio de "sistema de red integrado". Sin embargo, no fue posible implementar en la práctica un servicio de televisión digital de este tipo hasta que la adopción de formatos de compresión de vídeo DCT con compensación de movimiento, como MPEG, lo hizo posible a principios de los años 90. [8]
A mediados de los años 1980, las empresas japonesas de electrónica de consumo avanzaron con el desarrollo de la tecnología HDTV y la cadena pública japonesa NHK propuso el formato analógico MUSE como estándar mundial. Los avances japoneses se consideraban pioneros que amenazaban con eclipsar a las empresas de electrónica estadounidenses. Hasta junio de 1990, el estándar japonés MUSE, basado en un sistema analógico, era el favorito entre los más de 23 conceptos técnicos diferentes que se estaban considerando.
Entre 1988 y 1991, varias organizaciones europeas trabajaron en estándares de codificación de video digital basados en DCT tanto para SDTV como para HDTV. El proyecto EU 256 de la CMTT y ETSI , junto con la investigación de la emisora italiana RAI , desarrolló un códec de video DCT que transmitía SDTV a 34 Mbit/s y HDTV con calidad cercana a la de estudio a aproximadamente 70-140 Mbit/s. RAI demostró esto con una transmisión de la Copa Mundial de la FIFA 1990 en marzo de 1990. [9] [12] Una empresa estadounidense, General Instrument , también demostró la viabilidad de una señal de televisión digital en 1990. Esto llevó a que la FCC se convenciera de retrasar su decisión sobre un estándar de televisión avanzada (ATV) hasta que se pudiera desarrollar un estándar basado en digital.
Cuando en marzo de 1990 se hizo evidente que se podría lograr un estándar digital, la FCC tomó varias medidas importantes. En primer lugar, la Comisión declaró que el nuevo estándar de televisión debía ser más que una señal analógica mejorada , sino que debía ser capaz de proporcionar una señal de HDTV genuina con al menos el doble de resolución de las imágenes de televisión existentes. Luego, para garantizar que los espectadores que no desearan comprar un nuevo televisor digital pudieran seguir recibiendo transmisiones de televisión convencionales, dictó que el nuevo estándar ATV debía poder transmitirse simultáneamente en diferentes canales. El nuevo estándar ATV también permitía que la nueva señal de DTV se basara en principios de diseño completamente nuevos. Aunque incompatible con el estándar NTSC existente, el nuevo estándar de DTV podría incorporar muchas mejoras. [7]
La norma final de la FCC no produjo una norma universal para los formatos de escaneo, las relaciones de aspecto o las líneas de resolución. Este resultado fue el resultado de una disputa entre la industria de la electrónica de consumo (a la que se unieron algunas emisoras) y la industria informática (a la que se unieron la industria cinematográfica y algunos grupos de interés público) sobre cuál de los dos procesos de escaneo, entrelazado o progresivo , es superior. El escaneo entrelazado, que se utiliza en televisores de todo el mundo, escanea primero las líneas pares y luego las impares. El escaneo progresivo, que es el formato utilizado en las computadoras, escanea las líneas en secuencias, de arriba a abajo. La industria informática argumentó que el escaneo progresivo es superior porque no parpadea como el escaneo entrelazado. También argumentó que el escaneo progresivo permite conexiones más fáciles con Internet y se convierte a formatos entrelazados de manera más económica que viceversa. La industria cinematográfica también apoyó el escaneo progresivo porque ofrece un medio más eficiente de convertir la programación filmada a formatos digitales. Por su parte, la industria de la electrónica de consumo y las emisoras argumentaron que el escaneo entrelazado era la única tecnología que podía transmitir imágenes de la más alta calidad posible en ese momento (y en la actualidad), es decir, 1.080 líneas por imagen y 1.920 píxeles por línea. Las emisoras también favorecían el escaneo entrelazado porque su vasto archivo de programación entrelazada no es fácilmente compatible con un formato progresivo. [7]
DirecTV en los EE. UU. lanzó la primera plataforma satelital digital comercial en mayo de 1994, utilizando el estándar Digital Satellite System (DSS). [13] [14] Las transmisiones por cable digital fueron probadas y lanzadas en los EE. UU. en 1996 por TCI y Time Warner . [15] [16] La primera plataforma terrestre digital se lanzó en noviembre de 1998 como ONdigital en el Reino Unido, utilizando el estándar DVB-T . [17]
La televisión digital admite muchos formatos de imagen diferentes definidos por los sistemas de transmisión de televisión, que son una combinación de tamaño y relación de aspecto (relación ancho-alto).
En el caso de la televisión digital terrestre (TDT), la gama de formatos se puede dividir en dos grandes categorías: televisión de alta definición (HDTV) para la transmisión de vídeo de alta definición y televisión de definición estándar (SDTV). Estos términos por sí solos no son muy precisos y existen muchos casos intermedios sutiles.
Uno de los distintos formatos de HDTV que se pueden transmitir a través de DTV es: 1280 × 720 píxeles en modo de escaneo progresivo (abreviado 720p ) o 1920 × 1080 píxeles en modo de video entrelazado ( 1080i ). Cada uno de estos utiliza una relación de aspecto de 16:9 . La HDTV no se puede transmitir a través de canales de televisión analógicos debido a problemas de capacidad de canales .
En comparación, la SDTV puede utilizar uno de varios formatos diferentes que adoptan la forma de varias relaciones de aspecto según la tecnología utilizada en el país de transmisión. NTSC puede ofrecer una resolución de 640 × 480 en 4:3 y 854 × 480 en 16:9 , mientras que PAL puede dar 768 × 576 en 4:3 y 1024 × 576 en 16:9 . Sin embargo, los transmisores pueden optar por reducir estas resoluciones para reducir la tasa de bits (por ejemplo, muchos canales DVB-T en el Reino Unido utilizan una resolución horizontal de 544 o 704 píxeles por línea). [18]
Cada canal de televisión terrestre de transmisión comercial DTV en América del Norte tiene asignado suficiente ancho de banda para transmitir hasta 19 megabits por segundo. Sin embargo, la emisora no necesita utilizar todo este ancho de banda para un solo canal de transmisión. En cambio, la transmisión puede utilizar el Protocolo de información de programas y sistemas y subdividirla en varios subcanales de video (también conocidos como feeds) de calidad y tasas de compresión variables, incluidos los servicios de transmisión de datos que no son de video .
Un transmisor puede optar por utilizar una señal digital de definición estándar (SDTV) en lugar de una señal HDTV , porque la convención actual permite que el ancho de banda de un canal DTV (o " multiplex ") se subdivida en múltiples subcanales digitales (similar a lo que la mayoría de las estaciones de radio FM ofrecen con HD Radio ), proporcionando múltiples transmisiones de programación de televisión completamente diferente en el mismo canal. Esta capacidad de proporcionar una única transmisión HDTV o múltiples transmisiones de menor resolución a menudo se conoce como distribución del presupuesto de bits o multidifusión. Esto a veces se puede organizar automáticamente, utilizando un multiplexor estadístico . Con algunas implementaciones, la resolución de la imagen puede estar limitada de manera menos directa por el ancho de banda; por ejemplo, en DVB-T , los transmisores pueden elegir entre varios esquemas de modulación diferentes, lo que les da la opción de reducir la tasa de bits de transmisión y facilitar la recepción para espectadores más distantes o móviles.
Existen varias formas distintas de recibir televisión digital. Uno de los medios más antiguos de recibir DTV (y TV en general) es a través de transmisores terrestres que utilizan una antena (conocida como antena en algunos países). Este método de transmisión se conoce como televisión digital terrestre (TDT). Con la TDT, los espectadores están limitados a los canales que tienen un transmisor terrestre dentro del alcance de su antena.
Otros métodos de distribución incluyen el cable digital y el satélite digital . En algunos países donde las transmisiones de señales de televisión se realizan normalmente por microondas , se utiliza el servicio de distribución multipunto multicanal digital . Se han ideado otros estándares, como la radiodifusión multimedia digital (DMB) y la radiodifusión de vídeo digital portátil (DVB-H), para permitir que los dispositivos portátiles, como los teléfonos móviles, reciban señales de televisión. Otra forma es la televisión por protocolo de Internet (IPTV), que es la entrega de televisión a través de una red informática. Por último, una forma alternativa es recibir señales de televisión digital a través de Internet abierta ( televisión por Internet ), ya sea desde un servicio de transmisión central o un sistema P2P (peer-to-peer).
Algunas señales están protegidas mediante cifrado y respaldadas por la fuerza de la ley en virtud del Tratado de la OMPI sobre Derechos de Autor y la legislación nacional que lo implementa, como la Ley de Derechos de Autor para el Milenio Digital de los Estados Unidos . El acceso a los canales cifrados se puede controlar mediante una tarjeta extraíble, por ejemplo, a través de Common Interface o CableCard .
Las señales de televisión digital no deben interferir entre sí y deben coexistir con la televisión analógica hasta que esta se elimine gradualmente. La siguiente tabla muestra las relaciones señal-ruido y señal-interferencia permitidas para varios escenarios de interferencia. Esta tabla es una herramienta regulatoria crucial para controlar la ubicación y los niveles de potencia de las estaciones. La televisión digital es más tolerante a las interferencias que la televisión analógica. [19]
Las personas pueden interactuar con un sistema de DTV de diversas maneras. Por ejemplo, se puede navegar por la guía electrónica de programas . Los sistemas de DTV modernos a veces utilizan una ruta de retorno que proporciona retroalimentación desde el usuario final hasta la emisora. Esto es posible a través de la televisión por cable o mediante una conexión a Internet, pero no es posible con una antena estándar únicamente.
Algunos de estos sistemas admiten vídeo a pedido utilizando un canal de comunicación localizado en un barrio en lugar de en una ciudad (terrestre) o en un área incluso más grande (satélite).
1seg (1 segmento) es una forma especial de ISDB . Cada canal se divide a su vez en 13 segmentos. Doce están destinados a HDTV y el resto a receptores de banda estrecha, como televisores móviles y teléfonos celulares .
La televisión digital presenta varias ventajas sobre la televisión analógica , siendo la más importante que los canales digitales ocupan menos ancho de banda y las asignaciones de ancho de banda son flexibles dependiendo del nivel de compresión y resolución de la imagen transmitida. Esto significa que las emisoras digitales pueden proporcionar más canales digitales en el mismo espacio, proporcionar servicio de televisión de alta definición u otros servicios no televisivos como multimedia o interactividad. La televisión digital también permite servicios especiales como multiplexación (más de un programa en el mismo canal), guías electrónicas de programas e idiomas adicionales (hablados o subtitulados). La venta de servicios no televisivos puede proporcionar una fuente de ingresos adicional a las emisoras.
Las señales digitales y analógicas reaccionan a las interferencias de forma diferente. Por ejemplo, los problemas habituales de la televisión analógica incluyen imágenes superpuestas , ruido de señales débiles y otros problemas que degradan la calidad de la imagen y el sonido, aunque el material del programa pueda seguir viéndose. Con la televisión digital, debido al efecto acantilado , la recepción de la señal digital debe ser casi completa; de lo contrario, no se podrá utilizar ni el audio ni el vídeo.
La televisión analógica comenzó con sonido monofónico y luego desarrolló el sonido de televisión multicanal con dos canales de señal de audio independientes. La televisión digital permite hasta cinco canales de señal de audio más un canal de graves de subwoofer , lo que produce transmisiones de calidad similar a las de las salas de cine y los DVD. [20]
Las señales de televisión digital requieren menos potencia de transmisión que las señales de televisión analógica para ser transmitidas y recibidas satisfactoriamente. [21]
Las imágenes de DTV tienen algunos defectos de imagen que no están presentes en la televisión analógica o en el cine, debido a las limitaciones actuales de la velocidad de bits y de los algoritmos de compresión, como MPEG-2 . Este defecto a veces se conoce como ruido de mosquito . [22]
Debido a la forma en que funciona el sistema visual humano, los defectos en una imagen que están localizados en características particulares de la imagen o que aparecen y desaparecen son más perceptibles que los defectos que son uniformes y constantes. Sin embargo, el sistema DTV está diseñado para aprovechar otras limitaciones del sistema visual humano para ayudar a enmascarar estos defectos, por ejemplo, permitiendo más artefactos de compresión durante el movimiento rápido donde el ojo no puede seguirlos y resolverlos tan fácilmente y, a la inversa, minimizando los artefactos en fondos estáticos que, debido a que el tiempo lo permite, pueden examinarse de cerca en una escena.
Los operadores de televisión digital por cable, satélite, Internet y radiodifusión controlan la calidad de imagen de los codificadores de señales de televisión mediante algoritmos sofisticados basados en la neurociencia, como la herramienta de medición de calidad de vídeo SSIM ( Structural Semejanza Índice de Medición ). Otra herramienta denominada fidelidad de la información visual (VIF) se utiliza en el sistema de control de calidad de vídeo VMAF de Netflix .
Los efectos de cuantificación pueden crear contornos (en lugar de gradaciones suaves) en áreas con pequeñas gradaciones en amplitud. Normalmente, una escena muy plana , como un cielo sin nubes, exhibirá escalones visibles a lo largo de su extensión, que a menudo aparecen como círculos concéntricos o elipses. Esto se conoce como bandas de color . Se pueden ver efectos similares en escenas muy oscuras, donde los fondos negros verdaderos se superponen con áreas de color gris oscuro. Estas transiciones pueden ser suaves o pueden mostrar un efecto de dispersión a medida que el procesamiento digital se difumina y no puede asignar de manera consistente un valor de negro absoluto o el siguiente paso en la escala de grises.
Los cambios en la recepción de la señal debido a factores como la degradación de las conexiones de la antena o las condiciones climáticas cambiantes pueden reducir gradualmente la calidad de la televisión analógica. La naturaleza de la televisión digital da como resultado un video perfectamente decodificable inicialmente, hasta que el equipo receptor comienza a captar interferencias que superan la señal deseada o si la señal es demasiado débil para decodificar. Algunos equipos mostrarán una imagen distorsionada con daños significativos, mientras que otros dispositivos pueden pasar directamente de un video perfectamente decodificable a no tener video en absoluto o bloquearse. [23] Este fenómeno se conoce como el efecto acantilado digital. [24]
Pueden producirse errores de bloque cuando la transmisión se realiza con imágenes comprimidas. Un error de bloque en un único fotograma suele dar lugar a cuadros negros en varios fotogramas posteriores, lo que dificulta la visualización.
En el caso de lugares remotos, los canales distantes que, como señales analógicas, se podían utilizar en un estado degradado y nevado, pueden, como señales digitales, ser perfectamente decodificables o pueden llegar a no estar disponibles en absoluto. El uso de frecuencias más altas se suma a estos problemas, especialmente en los casos en los que no se dispone de una línea de visión clara desde la antena receptora hasta el transmisor, porque, por lo general, las señales de frecuencias más altas no pueden atravesar obstáculos con tanta facilidad.
Los televisores con sintonizadores analógicos únicamente no pueden decodificar transmisiones digitales. Cuando cese la transmisión analógica por aire, los usuarios de televisores con sintonizadores analógicos únicamente podrán utilizar otras fuentes de programación (por ejemplo, cable, medios grabados) o podrán comprar decodificadores para sintonizar las señales digitales. En los Estados Unidos, existía un cupón patrocinado por el gobierno para compensar el costo de un decodificador externo.
La transición a la televisión digital comenzó a fines de la década de 1990 y se ha completado país por país en la mayor parte del mundo.
Antes de la conversión a la televisión digital, la televisión analógica transmitía el audio de los canales de televisión en una señal portadora de FM separada de la señal de vídeo. Esta señal de audio de FM podía escucharse mediante radios estándar equipadas con los circuitos de sintonización adecuados.
Sin embargo, después de la transición a la televisión digital , ningún fabricante de radios portátiles ha desarrollado aún un método alternativo para que las radios portátiles reproduzcan sólo la señal de audio de los canales de televisión digital; la radio DTV no es lo mismo.
La adopción de un estándar de transmisión incompatible con los receptores analógicos existentes ha creado el problema de que se desechan grandes cantidades de receptores analógicos. En 2009, un superintendente de obras públicas dijo: "algunos de los estudios que he leído en las revistas especializadas indican que hasta una cuarta parte de los hogares estadounidenses podrían desechar un televisor en los próximos dos años tras el cambio de normativa". [25] En Michigan, en 2009, un reciclador estimó que hasta uno de cada cuatro hogares desecharía o reciclaría un televisor al año siguiente. [26] La transición a la televisión digital, la migración a los receptores de televisión de alta definición y la sustitución de los CRT por pantallas planas son factores que contribuyen al aumento del número de receptores de televisión analógicos CRT desechados. En 2009, se estima que había 99 millones de receptores de televisión analógica sin uso en hogares de Estados Unidos solamente y, aunque algunos receptores obsoletos se están modernizando con convertidores, muchos más simplemente se desechan en vertederos donde representan una fuente de metales tóxicos como el plomo, así como cantidades menores de materiales como bario , cadmio y cromo . [27] [28]
