Los sistemas de transmisión de televisión (o sistemas de televisión terrestre fuera de los EE. UU. y Canadá) son los sistemas de codificación o formato para la transmisión y recepción de señales de televisión terrestre .
Los sistemas de televisión analógica fueron estandarizados por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en 1961, [1] y cada sistema se designaba con una letra ( A - N ) en combinación con el estándar de color utilizado ( NTSC , PAL o SECAM ); por ejemplo, PAL-B, NTSC-M, etc.). Estos sistemas analógicos para la transmisión de televisión dominaron hasta la década de 2000.
Con la introducción de la televisión digital terrestre (TDT), fueron reemplazados por cinco sistemas principales en uso en todo el mundo: ATSC , DVB , VKSravan, ISDB y DTMB .
Todos los sistemas de televisión analógica, excepto uno, comenzaron como sistemas en blanco y negro . Cada país, ante problemas políticos, técnicos y económicos locales, adoptó un estándar de televisión en color que se injertó en un sistema monocromo existente , como el Sistema CCIR M , utilizando huecos en el espectro de vídeo (explicado más adelante) para permitir que la información de transmisión en color se ajustara a los canales existentes asignados. El injerto de los estándares de transmisión en color en los sistemas monocromos existentes permitió que los receptores de televisión monocromos existentes anteriores al cambio a la televisión en color siguieran funcionando como televisión monocromática. Debido a este requisito de compatibilidad, los estándares de color agregaron una segunda señal a la señal monocromática básica, que transporta la información de color. La información de color se llama crominancia con el símbolo C, mientras que la información en blanco y negro se llama luminancia con el símbolo Y. Los receptores de televisión monocromática solo muestran la luminancia, mientras que los receptores de color procesan ambas señales. Aunque en teoría cualquier sistema monocromático podría adaptarse a un sistema de color, en la práctica algunos de los sistemas monocromáticos originales resultaron poco prácticos para adaptarse al color y se abandonaron cuando se realizó el cambio a la transmisión en color. Todos los países utilizaban uno de los tres estándares de color: NTSC, PAL o SECAM. Por ejemplo, el sistema CCIR M se utilizaba a menudo junto con el estándar NTSC para ofrecer televisión analógica en color, y los dos juntos se conocían como NTSC-M.
Se probaron varios sistemas experimentales y de transmisión anteriores a la Segunda Guerra Mundial. Los primeros eran de base mecánica y de muy baja resolución, a veces sin sonido. Los sistemas de televisión posteriores fueron electrónicos y generalmente se mencionaban por su número de línea: 375 líneas (usado en Alemania, Italia, EE. UU.), 405 líneas (usado en el Reino Unido), 441 líneas (usado en Alemania, Francia, Italia, EE. UU.) o 567 líneas (usado en los Países Bajos). Estos sistemas eran en su mayoría experimentales y nacionales, sin estándares internacionales definidos, y no reanudaron las transmisiones después de la guerra. Una excepción fue el sistema de 405 líneas del Reino Unido, que reanudó las transmisiones y fue el primero en ser estandarizado por la UIT como Sistema A , permaneciendo en funcionamiento hasta 1985.
En una conferencia internacional en Estocolmo en 1961, la Unión Internacional de Telecomunicaciones designó estándares para los sistemas de transmisión de televisión ( Designación de Letra del Sistema UIT ). [1] Cada estándar se designa con una letra (AM).
En las bandas VHF I , II y III se podrán utilizar los sistemas de 405 , 625 y 819 líneas :
En las bandas UHF Bandas IV y V sólo se adoptaron sistemas de 625 líneas, con la diferencia de parámetros de transmisión como el ancho de banda del canal.
Tras la celebración de otras conferencias y la introducción de la televisión en color, en 1966 [2] cada estándar pasó a designarse con una letra (AM) en combinación con un estándar de color (NTSC, PAL, SECAM). Esto especifica por completo todos los sistemas de televisión analógica monoaural del mundo (por ejemplo, PAL-B, NTSC-M, etc.).
La siguiente tabla muestra las principales características de cada estándar. [2] A excepción de las líneas y las velocidades de cuadro , las otras unidades son megahercios (MHz).
Por razones históricas, algunos países utilizan un sistema de vídeo diferente en UHF que en las bandas de VHF . En unos pocos países, sobre todo en el Reino Unido , la transmisión de televisión en VHF se ha suspendido por completo. El sistema británico A de 405 líneas , a diferencia de todos los demás sistemas, suprimía la banda lateral superior en lugar de la inferior, lo que se ajusta a su condición de sistema de televisión en funcionamiento más antiguo que sobrevivió a la era del color (aunque nunca se transmitió oficialmente con codificación de color). El sistema A se probó con los tres estándares de color y se diseñó y preparó el equipo de producción para su construcción; el sistema A podría haber sobrevivido, como NTSC-A, si el gobierno británico no hubiera decidido armonizarlo con el resto de Europa en un sistema de vídeo de 625 líneas, implementado en Gran Bretaña como PAL-I solo en UHF.
El sistema francés E de 819 líneas fue un esfuerzo de posguerra para mejorar la posición de Francia en la tecnología de la televisión. Sus 819 líneas eran casi de alta definición incluso para los estándares actuales. Al igual que el sistema británico A, era solo VHF y permaneció en blanco y negro hasta su cierre en 1984 en Francia y 1985 en Mónaco. Se probó con el estándar SECAM en las primeras etapas, pero más tarde se tomó la decisión de adoptar el color solo en el sistema L de 625 líneas. Por lo tanto, Francia adoptó el sistema L tanto en redes UHF como VHF y abandonó el sistema E.
Japón tuvo el primer sistema de HDTV en funcionamiento ( MUSE ), con esfuerzos de diseño que se remontan a 1979. El país comenzó a transmitir señales de video analógicas de alta definición de banda ancha a fines de la década de 1980 utilizando una resolución entrelazada de 1125 líneas, respaldada por la línea de equipos Sony HDVS .
En muchas partes del mundo, la transmisión de televisión analógica se ha suspendido por completo o está en proceso de suspenderse; consulte Transición a la televisión digital para ver una cronología del cierre analógico.
Ignorando el color, todos los sistemas de televisión funcionan esencialmente de la misma manera. La imagen monocromática vista por una cámara (más tarde, el componente de luminancia de una imagen en color) se divide en líneas de exploración horizontales , algunas de las cuales forman una sola imagen o cuadro . Una imagen monocromática es teóricamente continua y, por lo tanto, ilimitada en resolución horizontal, pero para que la televisión sea práctica, se tuvo que poner un límite al ancho de banda de la señal de televisión, lo que pone un límite final a la resolución horizontal posible. Cuando se introdujo el color, esta necesidad de límite se volvió fija. Todos los sistemas de televisión analógica son entrelazados : se transmiten filas alternas del cuadro en secuencia, seguidas por las filas restantes en su secuencia. Cada mitad del cuadro se llama campo de video , y la velocidad a la que se transmite el campo es uno de los parámetros fundamentales de un sistema de video. Está relacionado con la frecuencia de servicio a la que opera el sistema de distribución de electricidad , para evitar el parpadeo resultante del ritmo entre el sistema de deflexión de la pantalla del televisor y los campos magnéticos generados por la red eléctrica cercana. Todas las pantallas digitales, o de "píxeles fijos", tienen exploración progresiva y deben desentrelazar una fuente entrelazada. El uso de hardware de desentrelazado económico es una diferencia típica entre las pantallas planas de menor precio y las de mayor precio ( pantalla de plasma , LCD , etc.).
Todas las películas y otros materiales filmados a 24 fotogramas por segundo deben transferirse a velocidades de fotogramas de vídeo mediante un telecine para evitar graves efectos de vibración de movimiento. Normalmente, para los formatos de 25 fotogramas por segundo (en Europa, entre otros países con suministro de red de 50 Hz), el contenido se acelera a PAL , mientras que para los formatos de 30 fotogramas por segundo (en América del Norte, entre otros países con suministro de red de 60 Hz) se utiliza una técnica conocida como " reducción a 3:2 " para hacer coincidir la velocidad de fotogramas de la película con la del vídeo sin acelerar la reproducción.
Los estándares de señales de televisión analógica están diseñados para ser mostrados en un tubo de rayos catódicos (TRC), por lo que la física de estos dispositivos controla necesariamente el formato de la señal de video. La imagen en un TRC está pintada por un haz de electrones en movimiento que golpea un revestimiento de fósforo en la parte frontal del tubo. Este haz de electrones es dirigido por un campo magnético generado por potentes electroimanes cerca de la fuente del haz de electrones.
Para reorientar este mecanismo de dirección magnética, se requiere una cierta cantidad de tiempo debido a la inductancia de los imanes: cuanto mayor sea el cambio, mayor será el tiempo que tarda el haz de electrones en asentarse en el nuevo punto.
Por este motivo, es necesario apagar el haz de electrones (que corresponde a una señal de vídeo de luminancia cero) durante el tiempo que tarda en reorientar el haz desde el final de una línea hasta el principio de la siguiente ( retroceso horizontal ) y desde la parte inferior de la pantalla hasta la parte superior ( retroceso vertical o intervalo de borrado vertical ). El retroceso horizontal se tiene en cuenta en el tiempo asignado a cada línea de barrido, pero el retroceso vertical se tiene en cuenta como líneas fantasma que nunca se muestran pero que se incluyen en el número de líneas por fotograma definido para cada sistema de vídeo. Como el haz de electrones debe apagarse en cualquier caso, el resultado son huecos en la señal de televisión, que pueden utilizarse para transmitir otra información, como señales de prueba o señales de identificación de color.
Los espacios temporales se traducen en un espectro de frecuencia tipo peine para la señal, donde los dientes están espaciados en la frecuencia de línea y concentran la mayor parte de la energía; el espacio entre los dientes se puede utilizar para insertar una subportadora de color.
Posteriormente, los radiodifusores desarrollaron mecanismos para transmitir información digital a través de las líneas fantasma, utilizadas principalmente para teletexto y subtítulos :
Las imágenes de televisión son únicas en el sentido de que deben incorporar regiones de la imagen con contenido de calidad razonable, que algunos espectadores nunca verán. [ vago ]
En un sistema puramente analógico, el orden de los campos es una mera cuestión de convención. En el caso de material grabado digitalmente, es necesario reorganizar el orden de los campos cuando se realiza la conversión de un estándar a otro.
Otro parámetro de los sistemas de televisión analógica, de menor importancia en comparación, es la elección de si la modulación de la imagen es positiva o negativa. Algunos de los primeros sistemas de televisión electrónica, como el británico de 405 líneas (sistema A), utilizaban modulación positiva. También se utilizó en los dos sistemas belgas (sistema C, 625 líneas y sistema F, 819 líneas) y en los dos sistemas franceses (sistema E, 819 líneas y sistema L, 625 líneas). En los sistemas de modulación positiva, como en el anterior estándar de transmisión por facsímil blanco, el valor máximo de luminancia está representado por la potencia máxima de la portadora; en la modulación negativa , el valor máximo de luminancia está representado por la potencia cero de la portadora. Todos los sistemas de vídeo analógico más nuevos utilizan modulación negativa, con la excepción del sistema L francés.
El ruido impulsivo, especialmente el de los sistemas de encendido de los automóviles más antiguos, hacía que aparecieran puntos blancos en las pantallas de los receptores de televisión que utilizaban modulación positiva, pero que podían utilizar circuitos de sincronización simples. El ruido impulsivo en los sistemas de modulación negativa aparece como puntos oscuros que son menos visibles, pero la sincronización de la imagen se degradaba gravemente cuando se utilizaba la sincronización simple. El problema de la sincronización se superó con la invención de los circuitos de sincronización de enganche de fase . Cuando estos aparecieron por primera vez en Gran Bretaña a principios de la década de 1950, un nombre utilizado para describirlos era "sincronización de volante de inercia".
Los televisores más antiguos para sistemas de modulación positiva a veces estaban equipados con un inversor de señal de vídeo de pico que oscurecía los puntos blancos de interferencia. Normalmente, esto lo podía ajustar el usuario con un control en la parte trasera del televisor denominado "Limitador de puntos blancos" en Gran Bretaña o "Antiparasitario" en Francia. Si se ajustaba incorrectamente, oscurecía el contenido de la imagen blanca brillante. La mayoría de los sistemas de televisión de modulación positiva dejaron de funcionar a mediados de la década de 1980. El sistema francés L siguió funcionando hasta la transición a la radiodifusión digital. La modulación positiva fue una de las varias características técnicas únicas que originalmente protegieron a la industria de la electrónica y la radiodifusión francesa de la competencia extranjera y que hicieron que los televisores franceses fueran incapaces de recibir emisiones de los países vecinos.
Otra ventaja de la modulación negativa es que, como los pulsos de sincronización representan la potencia máxima de la portadora, es relativamente fácil configurar el control automático de ganancia del receptor para que funcione únicamente durante los pulsos de sincronización y así obtener una señal de vídeo de amplitud constante para accionar el resto del televisor. Esto no fue posible durante muchos años con la modulación positiva, ya que la potencia máxima de la portadora variaba en función del contenido de la imagen. Los circuitos de procesamiento digital modernos han logrado un efecto similar, pero utilizando la parte frontal de la señal de vídeo.
Teniendo en cuenta todos estos parámetros, el resultado es una señal analógica prácticamente continua que se puede modular en una portadora de radiofrecuencia y transmitir a través de una antena. Todos los sistemas de televisión analógica utilizan modulación de banda lateral residual , una forma de modulación de amplitud en la que se elimina parcialmente una banda lateral. Esto reduce el ancho de banda de la señal transmitida, lo que permite utilizar canales más estrechos.
En la televisión analógica, la parte de audio analógica de una transmisión se modula invariablemente por separado del video. Lo más común es que el audio y el video se combinen en el transmisor antes de presentarse a la antena, pero se pueden usar antenas auditivas y visuales separadas. En todos los casos en los que se usa video negativo, se usa FM para el audio monoaural estándar ; los sistemas con video positivo usan sonido AM y no se puede incorporar tecnología de receptor interportadora. El audio estéreo, o más generalmente multicanal, se codifica utilizando una serie de esquemas que (excepto en los sistemas franceses) son independientes del sistema de video. Los principales sistemas son NICAM , que utiliza una codificación de audio digital; doble FM (conocido bajo una variedad de nombres, en particular Zweikanalton , A2 Stereo, West German Stereo, German Stereo o IGR Stereo), en cuyo caso cada canal de audio se modula por separado en FM y se agrega a la señal de transmisión; y BTSC (también conocido como MTS ), que multiplexa canales de audio adicionales en la portadora de audio FM. Los tres sistemas son compatibles con audio FM monoaural, pero solo se puede utilizar NICAM con los sistemas de audio AM franceses.
En comparación, la situación de la televisión digital mundial es mucho más sencilla. La mayoría de los sistemas de televisión digital se basan en el estándar de transmisión de datos MPEG y utilizan el códec de vídeo H.262/MPEG-2 Parte 2. Se diferencian significativamente en los detalles de cómo se convierte el flujo de datos en una señal de transmisión, en el formato de vídeo antes de la codificación (o, alternativamente, después de la decodificación) y en el formato de audio. Esto no ha impedido la creación de un estándar internacional que incluye ambos sistemas principales, aunque son incompatibles en casi todos los aspectos.
Los dos principales sistemas de transmisión digital son los estándares ATSC , desarrollados por el Comité de Sistemas Avanzados de Televisión y adoptados como estándar en la mayor parte de América del Norte , y DVB-T , el sistema de transmisión de vídeo digital terrestre utilizado en la mayor parte del resto del mundo. DVB-T fue diseñado para la compatibilidad de formato con los servicios de transmisión directa por satélite existentes en Europa (que utilizan el estándar DVB-S , y también se utiliza en algunos proveedores de antenas parabólicas directas al hogar en América del Norte ), y también hay una versión DVB-C para televisión por cable. Si bien el estándar ATSC también incluye soporte para sistemas de televisión por satélite y por cable, los operadores de esos sistemas han elegido otras tecnologías (principalmente DVB-S o sistemas propietarios para satélite y 256QAM en sustitución de VSB para cable). Japón utiliza un tercer sistema, estrechamente relacionado con DVB-T, llamado ISDB-T , que es compatible con SBTVD de Brasil . La República Popular China ha desarrollado un cuarto sistema, llamado DMB-T/H .
El sistema ATSC terrestre (extraoficialmente ATSC-T) utiliza una modulación desarrollada por Zenith llamada 8-VSB ; como su nombre lo indica, es una técnica de banda lateral vestigial. Esencialmente, VSB analógica es a modulación de amplitud regular lo que 8VSB es a modulación de amplitud en cuadratura de ocho vías . Este sistema fue elegido específicamente para proporcionar la máxima compatibilidad espectral entre la televisión analógica existente y las nuevas estaciones digitales en el ya abarrotado sistema de asignaciones de televisión de los Estados Unidos, aunque es inferior a los otros sistemas digitales en el manejo de la interferencia por trayectos múltiples ; sin embargo, es mejor en el manejo del ruido impulsivo que está especialmente presente en las bandas VHF que otros países han descontinuado del uso de televisión, pero que todavía se usan en los EE. UU. Tampoco hay modulación jerárquica . Después de la demodulación y la corrección de errores, la modulación 8-VSB admite un flujo de datos digitales de aproximadamente 19,39 Mbit/s, suficiente para un flujo de video de alta definición o varios servicios de definición estándar. Consulte Subcanal digital: Consideraciones técnicas para obtener más información.
El 17 de noviembre de 2017, la FCC votó 3-2 a favor de autorizar la implementación voluntaria del sistema ATSC 3.0 , que fue diseñado como sucesor del sistema ATSC "1.0" original, y emitió un Informe y Orden a tal efecto. Las estaciones de máxima potencia deberán mantener una transmisión simultánea de sus canales en una señal compatible con ATSC 1.0 si deciden implementar un servicio ATSC 3.0. [9]
En el cable, ATSC suele utilizar 256QAM , aunque algunos utilizan 16VSB . Ambos duplican el rendimiento a 38,78 Mbit/s dentro del mismo ancho de banda de 6 MHz . ATSC también se utiliza por satélite. Si bien se denominan lógicamente ATSC-C y ATSC-S, estos términos nunca se definieron oficialmente.
DTMB es el estándar de transmisión de televisión digital de China continental , Hong Kong y Macao . Se trata de un sistema de fusión, que es un compromiso de diferentes estándares propuestos por diferentes universidades chinas, que incorpora elementos de DMB-T , ADTB-T y TiMi 3.
La DVB-T utiliza multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada (COFDM), que utiliza hasta 8000 portadoras independientes, cada una de las cuales transmite datos a una velocidad comparativamente baja. Este sistema fue diseñado para proporcionar una inmunidad superior a la interferencia por trayectos múltiples y tiene una variedad de variantes del sistema que permiten velocidades de datos desde 4 MBit/s hasta 24 MBit/s. Una emisora estadounidense, Sinclair Broadcasting , solicitó a la Comisión Federal de Comunicaciones que permitiera el uso de COFDM en lugar de 8-VSB, con la teoría de que esto mejoraría las perspectivas de recepción de televisión digital en hogares sin antenas exteriores (la mayoría en los EE. UU.), pero esta solicitud fue denegada. (Sin embargo, una estación digital estadounidense, WNYE-DT en Nueva York , fue convertida temporalmente a modulación COFDM en una base de emergencia para la transmisión de información al personal de servicios de emergencia en el bajo Manhattan después de los ataques terroristas del 11 de septiembre ).
DVB-S es el estándar original de modulación y codificación de errores de avance de transmisión de video digital para televisión por satélite y se remonta a 1995. Se utiliza a través de satélites que dan servicio a todos los continentes del mundo, incluida América del Norte . DVB-S se utiliza en los modos MCPC y SCPC para transmisiones de redes de transmisión , así como para servicios satelitales de transmisión directa como Sky y Freesat en las Islas Británicas, Sky Deutschland y HD+ en Alemania y Austria, TNT Sat/Fransat y CanalSat en Francia, Dish Network en los EE. UU. y Bell Satellite TV en Canadá. El flujo de transporte MPEG entregado por DVB-S se clasifica como MPEG-2.
DVB-C son las siglas de Digital Video Broadcasting - Cable y es el estándar del consorcio europeo DVB para la transmisión de televisión digital por cable . Este sistema transmite un flujo de audio/vídeo digital de la familia MPEG-2 , utilizando una modulación QAM con codificación de canal .
ISDB es muy similar a DVB, sin embargo, se divide en 13 subcanales. Doce se utilizan para TV, mientras que el último sirve como banda de guarda o para el servicio 1seg (ISDB-H). Al igual que los otros sistemas de DTV, los tipos de ISDB difieren principalmente en las modulaciones utilizadas, debido a los requisitos de las diferentes bandas de frecuencia. La banda de 12 GHz ISDB-S utiliza modulación PSK, la banda de 2,6 GHz para radiodifusión sonora digital utiliza CDM y la ISDB-T (en banda VHF y/o UHF) utiliza COFDM con PSK/QAM. Se desarrolló en Japón con MPEG-2 y ahora se utiliza en Brasil con MPEG-4. A diferencia de otros sistemas de radiodifusión digital, ISDB incluye gestión de derechos digitales para restringir la grabación de la programación.
Como los sistemas entrelazados requieren una colocación precisa de las líneas de exploración, es importante asegurarse de que las bases de tiempo horizontales y verticales estén en una proporción precisa. Esto se logra pasando una a través de una serie de circuitos divisores electrónicos para producir la otra. Cada división se realiza por un número primo .
Por lo tanto, tiene que haber una relación matemática sencilla entre las frecuencias de línea y de campo, la última derivada de la división a partir de la primera. Las limitaciones tecnológicas de la década de 1930 significaban que este proceso de división solo podía realizarse utilizando números enteros pequeños, preferiblemente no mayores de 7, para una buena estabilidad. El número de líneas era impar debido al entrelazado 2:1. El sistema de 405 líneas usaba una frecuencia vertical de 50 Hz (frecuencia de suministro de red de CA estándar en Gran Bretaña) y una horizontal de 10,125 Hz ( 50 × 405 ÷ 2 ).
La conversión entre diferentes números de líneas y diferentes frecuencias de campos/fotogramas en imágenes de vídeo no es una tarea fácil. Tal vez la conversión más difícil desde el punto de vista técnico sea la de cualquiera de los sistemas de 625 líneas y 25 fotogramas por segundo al sistema M, que tiene 525 líneas a 29,97 fotogramas por segundo. Históricamente, esto requería un almacenamiento de fotogramas para almacenar aquellas partes de la imagen que no se estaban emitiendo (ya que el escaneo de cualquier punto no coincidía en el tiempo). En tiempos más recientes, la conversión de estándares es una tarea relativamente fácil para una computadora.
Aparte de que el número de líneas es diferente, es fácil ver que generar 59,94 campos cada segundo a partir de un formato que solo tiene 50 campos puede plantear algunos problemas interesantes. Cada segundo, se deben generar 10 campos adicionales aparentemente de la nada. La conversión tiene que crear nuevos fotogramas (a partir de la entrada existente) en tiempo real.
Existen varios métodos para hacer esto, dependiendo del costo deseado y la calidad de conversión. Los convertidores más simples posibles simplemente omiten cada 5.ª línea de cada cuadro (al convertir de 625 a 525) o duplican cada 4.ª línea (al convertir de 525 a 625), y luego duplican o eliminan algunos de esos cuadros para compensar la diferencia en la velocidad de cuadros. Los sistemas más complejos incluyen la interpolación entre campos , la interpolación adaptativa y la correlación de fase .
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