Los sistemas de transmisión de televisión (o sistemas de televisión terrestre fuera de EE. UU. y Canadá) son sistemas de codificación o formateo 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] con cada sistema designado por 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 2010.
Con la introducción de la televisión digital terrestre (TDT), fueron sustituidos por cuatro sistemas principales en uso en todo el mundo: ATSC , DVB , ISDB y DTMB .
Todos los sistemas de televisión analógicos, excepto uno, comenzaron como un sistema en blanco y negro . Cada país, enfrentado a problemas políticos, técnicos y económicos locales, adoptó un estándar de televisión en color que se injertó en un sistema monocromático existente como el CCIR System M , utilizando espacios en el espectro de video (explicados a continuación) para permitir que la información de transmisión en color se ajuste. en los canales existentes asignados. La incorporación de las normas de transmisión en color a los sistemas monocromáticos existentes permitió que los receptores de televisión monocromáticos existentes, anteriores a la transición 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 del 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 monocromáticos solo muestran la luminancia, mientras que los receptores de color procesan ambas señales. Aunque en teoría cualquier sistema monocromático podría adoptarse como un sistema de color, en la práctica algunos de los sistemas monocromáticos originales resultaron poco prácticos para adaptarse al color y fueron abandonados cuando se cambió a la transmisión en color. Todos los países utilizaron uno de los tres estándares de color: NTSC, PAL o SECAM. Por ejemplo, el CCIR System M se utilizaba a menudo junto con el estándar NTSC para proporcionar 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 eran electrónicos y normalmente se mencionaban por su número de línea: 375 líneas (utilizadas en Alemania, Italia y EE. UU.), 405 líneas (utilizadas en el Reino Unido), 441 líneas (utilizadas en Alemania, Francia, Italia y EE. UU.). ) o 567 líneas (utilizadas en los Países Bajos). Estos sistemas eran en su mayoría experimentales y nacionales, sin estándares internacionales definidos, y no reanudaron sus 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 celebrada en Estocolmo en 1961, la Unión Internacional de Telecomunicaciones designó estándares para sistemas de transmisión de televisión ( Designación de letras del sistema de la UIT ). [1] Cada estándar se designa con una letra (AM).
En las bandas VHF I , II y III se podrían utilizar los sistemas de 405 , 625 y 819 líneas :
En las bandas UHF (Bandas IV y V) solo se adoptaron sistemas de 625 líneas, con la diferencia en los parámetros de transmisión como el ancho de banda del canal.
Tras nuevas conferencias y la introducción de la televisión en color, en 1966 [2] cada estándar fue designado por una letra (AM) en combinación con un estándar de color (NTSC, PAL, SECAM). Esto especifica completamente 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] Excepto por líneas y velocidades de fotogramas , otras unidades son megahercios (MHz).
Por razones históricas, algunos países utilizan un sistema de vídeo diferente en UHF que en las bandas VHF . En algunos países, sobre todo en el Reino Unido , la transmisión de televisión en VHF se ha suspendido por completo. El sistema A británico de 405 líneas , a diferencia de todos los demás sistemas, suprimió la banda lateral superior en lugar de la inferior, lo que corresponde a su condición de sistema de televisión operativo más antiguo que sobrevivió en la era del color (aunque nunca se transmitió oficialmente con codificación de color). El Sistema A fue probado con los tres estándares de color y el equipo de producción fue diseñado y listo para ser construido; El sistema A podría haber sobrevivido, como NTSC-A, si el gobierno británico no hubiera decidido armonizar con el resto de Europa un sistema de vídeo de 625 líneas, implementado en Gran Bretaña como PAL-I sólo en UHF.
El sistema francés de línea 819 E fue un esfuerzo de posguerra para mejorar la posición de Francia en tecnología de televisión. Sus 819 líneas eran casi de alta definición incluso para los estándares actuales. Al igual que el sistema A británico, era sólo VHF y permaneció en blanco y negro hasta su cierre en 1984 en Francia y 1973 en Mónaco. Se probó con el estándar SECAM en las primeras etapas, pero luego se tomó la decisión de adoptar el color únicamente en el sistema L de 625 líneas. Así, Francia adoptó el sistema L tanto en redes UHF como VHF y abandonó el sistema E.
Japón tuvo el primer sistema HDTV en funcionamiento ( MUSE ), y los esfuerzos de diseño 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 HDVS de Sony. .
En muchas partes del mundo, la radiodifusión de televisión analógica se ha cerrado por completo o está en proceso de cerrarse; consulte Transición a la televisión digital para conocer una cronología del cierre analógico.
Haciendo caso omiso del 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 escaneo horizontales , algunas de las cuales forman una sola imagen o cuadro . Una imagen monocromática es teóricamente continua y, por 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 máximo a la resolución horizontal posible. Cuando se introdujo el color, esta necesidad de límite quedó fija. Todos los sistemas de televisión analógica están entrelazados : filas alternas del cuadro se transmiten en secuencia, seguidas por las filas restantes en su secuencia. Cada mitad del cuadro se denomina campo de vídeo , y la velocidad a la que se transmiten los campos es uno de los parámetros fundamentales de un sistema de vídeo. Está relacionado con la frecuencia de la red eléctrica a la que opera el sistema de distribución de electricidad , para evitar el parpadeo resultante del golpe 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 escaneo progresivo 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 filmados a 24 fotogramas por segundo deben transferirse a velocidades de fotogramas de vídeo utilizando un telecine para evitar efectos graves de vibración del movimiento. Normalmente, para formatos de 25 fotogramas/s (Europa, entre otros países con suministro de red de 50 Hz), el contenido es aceleración PAL , mientras que una técnica conocida como " pulldown 3:2 " se utiliza para formatos de 30 fotogramas/s (Norteamérica, entre otros). (países con suministro de red de 60 Hz) para igualar la velocidad de fotogramas de la película a la velocidad de fotogramas del vídeo sin acelerar la reproducción.
Los estándares de señal de televisión analógica están diseñados para mostrarse en un tubo de rayos catódicos (CRT), por lo que la física de estos dispositivos controla necesariamente el formato de la señal de vídeo. La imagen en un CRT está pintada por un haz de electrones en movimiento que incide sobre una capa 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 un cierto tiempo debido a la inductancia de los imanes; cuanto mayor es el cambio, mayor es el tiempo que tarda el haz de electrones en asentarse en el nuevo lugar.
Por este motivo, es necesario cortar el haz de electrones (correspondiente a una señal de vídeo de luminancia cero) durante el tiempo que lleva reorientar el haz desde el final de una línea hasta el inicio de la siguiente ( retrazo horizontal ) y desde desde la parte inferior de la pantalla hasta la parte superior ( retroceso vertical o intervalo de borrado vertical ). El retroceso horizontal se contabiliza en el tiempo asignado a cada línea de exploración, pero el retroceso vertical se contabiliza como líneas fantasmas que nunca se muestran pero que se incluyen en el número de líneas por cuadro definido para cada sistema de vídeo. Dado que en cualquier caso es necesario desconectar el haz de electrones, se producen lagunas en la señal de televisión, que pueden utilizarse para transmitir otra información, como señales de prueba o señales de identificación de colores.
Los espacios temporales se traducen en un espectro de frecuencia similar a un peine para la señal, donde los dientes están espaciados en una frecuencia lineal y concentran la mayor parte de la energía; el espacio entre los dientes se puede utilizar para insertar una subportadora de color.
Posteriormente, las emisoras desarrollaron mecanismos para transmitir información digital en 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. [ impreciso ]
En un sistema puramente analógico, el orden de los campos es simplemente una cuestión de convención. Para el material grabado digitalmente se hace 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, menor en comparación, es la elección de si la modulación de la visión 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 la anterior norma de transmisión de facsímil en blanco, el valor máximo de luminancia está representado por la potencia máxima de la portadora; En modulación negativa , el valor máximo de luminancia está representado por la potencia de la portadora cero. Todos los sistemas de vídeo analógico más nuevos utilizan modulación negativa con la excepción del sistema francés L.
El ruido impulsivo, especialmente el de los sistemas de encendido de automóviles más antiguos, provocaba que aparecieran puntos blancos en las pantallas de los receptores de televisión que utilizaban modulación positiva, pero 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 degrada seriamente cuando se utiliza la sincronización simple. El problema de la sincronización se superó con la invención de los circuitos de sincronización sincronizados en fase . Cuando aparecieron por primera vez en Gran Bretaña a principios de la década de 1950, un nombre utilizado para describirlos era "sincronización del volante".
Los televisores más antiguos para sistemas de modulación positiva a veces estaban equipados con un inversor de señal de vídeo pico que oscurecía los puntos blancos de interferencia. Por lo general, el usuario podía ajustarlo con un control en la parte posterior del televisor con la etiqueta "White Spot Limiter" en Gran Bretaña o "Antiparasite" en Francia. Si se ajusta incorrectamente, el contenido de la imagen blanca brillante se oscurecerá. La mayoría de los sistemas de televisión de modulación positiva dejaron de funcionar a mediados de los años ochenta. El Sistema L francés continuó hasta la transición a la radiodifusión digital. La modulación positiva fue una de varias características técnicas únicas que originalmente protegieron a la industria electrónica y de radiodifusión francesa de la competencia extranjera y dejaron a los televisores franceses incapaces de recibir transmisiones de los países vecinos.
Otra ventaja de la modulación negativa es que, dado que 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 sólo durante los pulsos de sincronización y así obtener una señal de vídeo de amplitud constante para controlar el resto del televisor. . Esto no fue posible durante muchos años con la modulación positiva, ya que la potencia máxima de la portadora variaba según el contenido de la imagen. Los circuitos de procesamiento digital modernos han logrado un efecto similar pero utilizando el porche delantero de la señal de vídeo.
Teniendo en cuenta todos estos parámetros, el resultado es una señal analógica mayoritariamente continua que puede modularse en una portadora de radiofrecuencia y transmitirse a través de una antena. Todos los sistemas de televisión analógica utilizan modulación de banda lateral vestigial , una forma de modulación de amplitud en la que una banda lateral se elimina parcialmente. 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 analógico de una emisión se modula invariablemente por separado del vídeo. Lo más habitual es que el audio y el vídeo se combinen en el transmisor antes de presentarse a la antena, pero se pueden utilizar antenas auditivas y visuales independientes. En todos los casos en los que se utiliza vídeo negativo, se utiliza FM para el audio monoaural estándar; Los sistemas con video positivo utilizan sonido AM y no se puede incorporar tecnología de receptor interportador. El audio estéreo, o más generalmente multicanal, se codifica mediante una serie de esquemas que (excepto en los sistemas franceses) son independientes del sistema de vídeo. Los principales sistemas son NICAM , que utiliza una codificación de audio digital; doble FM (conocido con diversos 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 flujo de transporte MPEG y utilizan el códec de vídeo H.262/MPEG-2 Parte 2 . Difieren significativamente en los detalles de cómo se convierte el flujo de transporte en una señal de transmisión, en el formato de video 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 incluya ambos sistemas principales, aunque sean 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 terrestre de transmisión de video digital utilizado en la mayor parte del resto . del mundo. DVB-T fue diseñado para compatibilidad de formato con los servicios de transmisión directa por satélite existentes en Europa (que utilizan el estándar DVB-S y también se utilizan en proveedores de antenas parabólicas directas al hogar en América del Norte ), y también hay un DVB. -Versión 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 optado por otras tecnologías (principalmente DVB-S o sistemas propietarios para satélite y 256QAM que reemplazan a VSB para cable). Japón utiliza un tercer sistema, estrechamente relacionado con DVB-T, llamado ISDB-T , que es compatible con el SBTVD de Brasil . La República Popular China ha desarrollado un cuarto sistema, denominado 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, el VSB analógico es una modulación de amplitud regular como el 8VSB es una 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 saturado sistema de asignaciones de televisión de los Estados Unidos, aunque es inferior a los otros sistemas digitales en el manejo de interferencias de trayectorias múltiples ; sin embargo, es mejor para lidiar con el ruido impulsivo , que está especialmente presente en las bandas VHF que otros países han dejado de usar en 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 vídeo de alta definición o varios servicios de definición estándar. Ver Subcanal digital: Consideraciones técnicas para más información.
El 17 de noviembre de 2017, la FCC votó 3-2 a favor de autorizar implementaciones voluntarias de ATSC 3.0 , que fue diseñado como el sucesor del 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 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 estos 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 competitivos propuestos por diferentes universidades chinas, que incorpora elementos de DMB-T , ADTB-T y TiMi 3.
DVB-T utiliza multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada (COFDM), que utiliza hasta 8.000 portadoras independientes, cada una de las cuales transmite datos a una velocidad comparativamente baja. Este sistema fue diseñado para proporcionar inmunidad superior contra interferencias de trayectorias 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 (una mayoría en 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 caso de emergencia para transmitir información al personal de los 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 directos de transmisión de video digital para televisión por satélite y se remonta a 1995. Se utiliza a través de satélites que prestan servicios en 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 de transmisión directa por satélite 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 EE. UU. y Bell Satellite TV en Canadá. El flujo de transporte MPEG entregado por DVB-S tiene como mandato MPEG-2.
DVB-C significa 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 canales .
ISDB es muy similar a DVB, sin embargo, está dividido en 13 subcanales. Doce se utilizan para TV, mientras que el último sirve como banda de guardia o para el servicio 1seg (ISDB-H). Al igual que los otros sistemas DTV, los tipos ISDB se diferencian 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 radiodifusión de sonido digital en la banda de 2,6 GHz utiliza CDM y ISDB-T (en banda VHF y/o UHF) utiliza COFDM con PSK/QAM. Fue desarrollado en Japón con MPEG-2 y ahora se utiliza en Brasil con MPEG-4. A diferencia de otros sistemas de transmisión digital, ISDB incluye gestión de derechos digitales para restringir la grabación de programación.
Como los sistemas entrelazados requieren un posicionamiento preciso de las líneas de escaneo, es importante asegurarse de que la base de tiempo horizontal y vertical estén en una proporción precisa. Esto se logra pasando uno a través de una serie de circuitos divisores electrónicos para producir el otro. Cada división es por un número primo .
Por lo tanto, tiene que haber una relación matemática sencilla entre las frecuencias de línea y de campo, deduciéndose esta última dividiendo la primera. Las limitaciones tecnológicas de la década de 1930 significaron que este proceso de división sólo podía realizarse utilizando números enteros pequeños, preferiblemente no mayores que 7, para una buena estabilidad. El número de líneas era impar debido al entrelazado 2:1. El sistema de línea 405 utilizaba 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 ).
Convertir entre diferentes números de líneas y diferentes frecuencias de campos/cuadros en imágenes de vídeo no es una tarea fácil. Quizás 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 almacén de cuadros para contener aquellas partes de la imagen que en realidad no se mostraban (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 recuento de líneas es diferente, es fácil ver que generar 59,94 campos por segundo a partir de un formato que tiene sólo 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.
Se utilizan varios métodos para hacer esto, según el costo deseado y la calidad de conversión. Los convertidores más simples posibles simplemente eliminan cada quinta línea de cada cuadro (al convertir de 625 a 525) o duplican cada cuarta línea (al convertir de 525 a 625), y luego duplican o eliminan algunos de esos cuadros para compensar la diferencia en el cuadro. tasa. Los sistemas más complejos incluyen la interpolación entre campos , la interpolación adaptativa y la correlación de fases .
Estándares de tecnología de transmisión.
Sistemas analógicos desaparecidos
Sistemas de televisión analógica
Audio del sistema de televisión analógica.
Sistemas de televisión digital
Historia
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