MEJORAS EN TV COLOR

 

INDICE

 

• Servicio de televisión codificada
• Televisión Estereofonica
• Televisión Estereoscopica
• MMDS
• LMDS
• Teletexto

 

 

 

 

 

 

Servicio de television codificada

 

La codificación de una señal televisiva consiste en un proceso aleatorizador (scrambler) que perturba el contenido de la información  de audio y/o video que evite el transmisor.

De tal forma, se hace necesario un equipamiento especial en el terminal receptor a fin de recuperar la señal original (decodificador). Sin este equipo, no tendrá significado alguno el video y/o audio, tanto sea la señal radiodifundida o filoguiada.

Este sistema fue ideado para establecer un servicio exclusivo para suscriptores, en el que el prestador asegura en modo fehaciente la protección de la señal frente a intentos de piratería.

Aspectos a considerar respecto de la eficacia de la protección son:

 

v     Costos del equipo

v     Complejidad de los circuitos de codificación/decodificación.

v     Deterioro de la señal provocado por el proceso perturbador.

 

La reglamentación del servicio, la norma técnica para los servicios de televisión codificada en la banda III (UHF) establece los requisitos  técnicos a cumplir:

 

q       Conservación de la anchura del canal, 6MHz.

q       No introducir modificaciones a los receptores de los abonados.

q       Instalación del decodificador sin afectar las señales no codificadas.

 

Métodos de codificación

 

Entre los métodos de codificación se pueden enumerar, en orden de menor a mayor  invulnerabilidad:

 

1)Tono Interferente

 

Resulta ser el más simple, se lo conoce como método trampa ya que la interferencia puede eliminarse mediante el empleo de filtros trampa de onda. Presenta 2 variantes: trampa positiva y trampa negativa. La trampa positiva consiste en el agregado de uno o más  tonos interferentes a la señal de RF (no se necesita aplicar el proceso en banda base, y esto es una ventaja); en el receptor se eliminan estos tonos por un filtro notch (ranura) produciéndose solo un pequeño deterioro de la señal original. La protección resulta mínima pues para eliminar la codificación basta conocer la frecuencia del tono interferente. La trampa negativa  se emplea comúnmente en circuitos de distribución por cable de CCTV, donde se elimina la portadora de video filtrándola con un dispositivo ranura, ubicado fuera del alcance del usuario. Para recuperar la información hace falta reinyectar  la portadora, en coherencia de fase y frecuencia.

 

 

2)Supresión de la señal de sincronismo

 

Es el método más popular actualmente. Se suprimen los pulsos de sincronismo horizontal y vertical pero se envía la información de la temporizacion necesaria para recuperarlas en el terminal receptor mediante una portadora piloto  de señalización.

Desde el punto de vista técnico, este piloto se puede enviar dentro o fuera del canal protegido, aunque la reglamentación exige que sea de modo intracanal.

 

3)Aleatorizacion Analógica.

 

Este método requiere disponer necesariamente de la banda base. La aleatorizacion agrega perturbaciones a la inteligencia, especialmente variaciones de fase, siguiendo algún algoritmo. En el receptor se tiene conocimiento de este algoritmo perturbador y se reconstruye la fase original.

 

4)Aleatorizacion Digital

 

Luego de la necesaria conversión A/D otorga versatilidad y confiabilidad al método de perturbación. Dentro del método digital, se destacan las técnicas siguientes:

 

·        Segmentación de líneas.

·        Entremezclado de líneas.

·        Segmentación y entremezclado de líneas.

 

Estas técnicas precisan almacenamiento de información de líneas en el decodificador, aunque el proceso se realiza en tiempo cuasi-real.

 

Television Estereofónica

 

La estereofonía compensa la falta de sensación espacial de la transmisión monoaural.

La sensación estéreo se logro combinando 2 señales I y D ( izquierdo y derecho) de manera tal que cada una de ellas se originaba en la señal captada por sendos micrófonos separados a una distancia similar a la que separa los oídos  de una persona.

Básicamente, el cerebro tiene en cuenta los factores siguientes  para la percepción espacial de sonido, proveniente de 2 fuentes sonoras Fi y Fd:

 

(a)   La diferencia de los niveles de intensidad producida por los rayos directos sobre los oídos izquierdo y derecho.

(b)   La diferencia d tiempos entre las señales anteriores recibidas en cada oído.

(c)   El efecto auditivo de los rayos cruzados limita el campo de audición  a aproximadamente el triángulo formado por el oyente y las 2 fuentes sonoras.

(d)   El índice de nitidez o inteligibilidad de la sala de audición. El valor máximo se obtiene para tiempos de reverberación de 50ms, pero a mas de 500ms el campo reverberante enmascara al campo directo.

(e)   Toda reflexión inferior a  un retardo de 30ms no altera el efecto direcciones del ente sonoro y mejora la inteligibilidad. (Efecto Haas).

 

 

Sistemas de Television Estereofónica

 

1)Sistema BTSC (1984, EIA, EEUU)

 

Este sistema aplica una filosofía similar a la que se implemento en la radio de FM estéreo. El canal de transmisión de audio esta formado por la suma de los canales izquierdo y derecho L+R, una señal piloto y la señal diferencia L-R que se modula en amplitud sobre una subportadora en doble banda lateral con portadora suprimida a una frecuencia del doble de la señal piloto (idénticamente que en FM estéreo).

Para asegurar la compatibilidad del sistema se ha elegido como frecuencia de la señal piloto a Fh (frecuencia horizontal) por lo tanto la señal L-R se trasmite a 2Fh (aquí se diferencia de FM estéreo en que los valores de esta son 19KHz y 38KHz).   El nivel de modulación de la subportadora estéreo de +/- 50KHz de desviación, el doble que la asignada a monoaural. También se agrega una compresion-expansion (compansion) de la información L-R lográndose así una notable mejora en la relacion S/N subjetiva en zonas marginales.

Cuando se envían señales con poca separación, la señal diferencia L-R es de muy bajo nivel, no alcanza  al nivel nominal y se confunde con el ruido. Existe una regla empírica conocida como 2:1 referida al radio de cobertura de una emisora monoaural respecto a una estéreo para iguales potencias y relacion S/N subjetiva.

En el sistema BTSC se mejoro este problema variando la ganancia del canal diferencia en función del nivel eficaz de la señal de audio. Esto se logra haciendo una compresión de pendiente 2:1, es decir que para una disminución de nivel por debajo del umbral de 20dB corresponderá una disminución del nivel trasmitido de 10dB.

El sistema BTSC tiene además la posibilidad de adicionar 2 subcanales llamados SAP (Second Audio Program) y PRO (Profesional Channel). Las frecuencias de estos subcanales son de 5Fh para el SAP y 6.5Fh para  el PRO.

La señal que se trasmite en el subcanal SAP tiene un procesado dinámico similar al del canal L-R para mejorar la relacion S/N y luego modula  a la subportadora en FM con desviación máxima de +/- 10KHz. Se lo suele utilizar para hacer el doblaje a otro idioma, del audio original.

El subcanal PRO puede ser usado para trasmitir datos con un ancho de banda de 3KHz lo que lo limita a ser usado para transmisión de palabra. En el modo de transmisión de datos es capaz de trasmitir 1200 baudios en FSK.

 

2)Sistema de doble portadora (Alemania,. 1981)

 

Se utilizan 2 portadoras de sonido separadas para trasmitir 2 señales completamente independientes: una señal estéreo o un sonido dual (2 monofonicos). La primera de las portadoras es la convencional de la señal de TV (aquí llamada canal 1). La segunda esta ubicada por encima de la anterior debiéndose cumplir una relacion enclavada con Fh (canal 2). Cada una de estas están moduladas en frecuencia por la inteligencia correspondiente.

El codificador de este sistema realiza las siguientes funciones: matrizado de la señal suma, preenfasis previo al matrizado, decodificación de la indicación de modo de sonido dual, a partir de la línea de datos (línea 16) y decodificación mediante la modulación de una señal piloto adicional en el canal 2.

En el modo estéreo, el codificador produce la señal suma compatible parta el canal 1 y en otra salida presenta la señal R en el canal 2. (no se procesa la diferencia).

En el modo dual, el codificador genera una señal piloto en el canal 2.

Si la señal de audio a trasmitir es mona, entonces el tono piloto se emite sin modular. Si el audio es estéreo, el tono piloto se modula con una frecuencia de 117Hz y si es sonido dual, la modulaste es de 274Hz.

 

3)Sistema NICAM 728

 

En un sistema  multicanal digital que usa 2 portadoras para trasmitir señal de audio.

Una portadora es la ya existente en la transmisión de TV modulada por una señal analógica monofonica (compatible). La otra portadora esta modulada en DQPSK. (Información transportada por el cambio de fase relativo).

Se puede llegar a trasmitir:

 

I.                     Señal estéreo digital.

II.                   2 señales digitales monofonica independientes.

III.                  Señal mono digital y canal de datos (352Kbit/s).

IV.               Canal de datos de 704 Kbit/s.

 

El sistema NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplex) tiene una resolución de 14 bits y una frecuencia de muestreo de Fm=32KHz. La transmisión se realiza con una tasa de datos de 728Kbit/s, gracias a la compresión de datos, usando un factor de escala, que reduce de 14 a 10 los bits trasmitidos.

En Europa la mayoría de las transmisiones se hace con el sistema doble portadora, sin embargo los requerimientos de este sistema son muy severos dado que la más pequeña imperfección causa una considerable Intermodulacion, por lo cual ha sido recientemente adoptado como sistema estándar Europeo para la transmisión de sonido digital en TV.

 

La transmisión digital puede ocasionar alteraciones en la señal convencional, por lo cual hay parámetros a tener en cuenta como ser:

 

·        Modulación de fase incidental de la portadora de video (ICPM) que se produce tanto en el terminal transmisor como en el receptor,  puede originar un ruido de interportadora que se manifieste  en la salida de audio del receptor.

·        Diafonia, propio de transmisiones duales o estéreos, determinado por las características del matrizador del codificador.

·        Asimetrías en los valores de desviación de frecuencia correspondientes a las señales suma y diferencia.

·        Distorsiones no lineales, producen intermodulacion en cualquier punto de la cadena trasmisora-receptora, como efecto Muaré en la imagen.

 

 

 

 

Funcionamiento de un generador BTSC

 

 

 

1)     El filtro ranura a la entrada da un rechazo de mas de 50dB a la frecuencia Fh. Este rechazo garantiza que la frecuencia horizontal no producirá ninguna interferencia en el funcionamiento del procesador con el generador estéreo.

2)     La norma BTSC introduce un procesador dinámico (compansion) en la señal L-R para mejorar la S/N del sistema, proceso que se realiza con un codificador dBx en el canal L-R. En el canal L+R un filtro pasabajos compensa las diferencias de amplitud y fase producidas en el codificador dBx del canal L-R.

3)     Esta etapa es un filtro Cauer pasabajos de once polos que cumple 2 funciones: protege la frecuencia piloto de Fh contra posibles interferencias y previene que el ruido producido en el codificador dBx entre en el canal principal.

4)     Este bloque genera, a partir del sincronismo horizontal; de la señal de video, la señal piloto y la señal de 2Fh. Esto lo hace por medio de un separador de sincronismo el cual extrae la frecuencia horizontal de la señal de video que maneja un PLL, este controla la frecuencia y la fase de la señal de piloto y por ultimo un control automático de ganancia (AGC) controla que el nivel de salida permanezca estable.

5)     La función del codificador estéreo es generar la banda-base compuesta de la señal  a trasmitir, la cual está formada por la banda base L+R, el subcanal L-R y la señal piloto Fh. Utilizando un multiplicador analógico altamente lineal, la señal L-R es multiplicada por la señal 2Fh para generar el subcanal con portadora suprimida.

6)     Este modulo es un recortador de protección de la banda base compuesta, el cual elimina los sobrepicos introducidos por los filtros muy abruptos, requeridos por las recomendaciones de la norma BTSC. Sino se controla estos sobrepicos puede sobrecargar y/o desestabilizar a los excitadores del transmisor.

7)     Este circuito sirve para decodificar la señal consta de una red de preenfasis de 75ms, el decodificador dBx y la matriz de precisión, con lo cual se tienen a la salida las señales L y R decodificadas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Funcionamiento del sistema NICAM 728

 

Opera efectuando un muestreo alternado, entre las señales L y R a una frecuencia de 32KHz, con una resolución de 14 bits/muestra. Para la transmisión, esta resultante es comprimida a 10 bits mediante una técnica conocida como NIC (Near Instantaneous Companding). Para que este sistema opere correctamente , la señal de audio digitalizada debe ser trasmitida con un código que le informe al receptor como ha sido comprimida la señal.

Esta información se denomina código de factor de escala (Scale Factor Code) y es una palabra de 3 bits que incorpora alguna función de protección de errores.

Los datos digitales son mandados  en cuadros de 728 bits, de los cuales 704 corresponden  a la señal de audio y 24 a la señal de control y datos. La capacidad de transmisión es de 728 Kbit/s, por lo tanto cada cuadro dura 1ms.

Con 2 bits se determina la fase de la portadora. Este puede tomar 4 estados separados 90 grados. Cada bit desplaza la fase de la portadora una cantidad determinada, con la referencia al estado estable previo (modulación DQPSK).

 

 

 

 

 

Television Estereoscópica

 

Se busca con este desarrollo, obtener imágenes de televisión con relieve.

Se parte de la necesidad de 2 imágenes: una derecha y otra izquierda, captadas desde distintos ángulos de visión para conformar una sensación volumétrica, como si se tratara de la visión formada por ambos ojos.

Se han seguido 4 tendencias tecnológicas distintas:

 

§         Captación de la escena mediante 2 cámaras, la que dan origen a 2 imágenes correspondientes a 2 puntos distintos de visión (equivalente al mecanismo de percepción por el ojo derecho y el ojo izquierdo).

§         Captación de una escena con una única cámara, la que posee un sistema óptico especial que permite obtener 2 imágenes distintas y simultaneas, derecha e izquierda.

§         Transmisión secuencial de imagenes derecha e izquierda, obtenidas con el empleo de obturadores optoelectronicos.

§         Transmisión simultanea de imágenes derecha e izquierda a través de un canal con ancho normal de la banda ocupada por el video.

 

Los mayores inconvenientes con que se encontraron los desarrolladores son los concernientes a la compatibilidad: que la s imagenes sean trasmitidas por un canal tradicional y puedan ser recibida en un televisor ya existente.

 

Si se capta la escena de acuerdo a la primera técnica enumerada, mediante 2 cámaras y cada una de ellas alimenta un canal cromático primario o combinación de 2 de una señal tradicional, se tendría la posibilidad de enviar 2 imágenes diferentes a través de un canal de emisión tradicional. Esta forma de lograr imágenes estereoscópicas es antiguamente conocida y se aplico varias veces a la cinematografía.

La salida de la cámara 1 existe el amplificador rojo y la de la cámara 2 la combinación verde+azul, resultando esto en una imagen borrosa a ojo desnudo pero con sensación de 3D si se observa con unos anteojos con respectivos filtros de rojo y ciano. Es una solución económica, pero no cumple  con la condición de compatibilidad óptica.

Este método fue mejorado para TV lograndose ver una imagen en 3D con anteojos  y una 2D sin ellos, pero no convenció  totalmente.

La NASA patrocinó un método secuencial que no resulto ópticamente compatible.

Hay que destacar que todos los sistemas de mezcla binocular  presentan anomalías con relacion a los detalles que resultan en una inestabilidad que provoca perdida de definición, derivando en cansancio y molestias por parpadeo.

Otra solución, con mayor posibilidad de éxito consiste en la utilización de un receptor con estrías verticales, que van dirigiendo la imagen pertinente a cada ojo, pero tiene el escollo de la ubicación del observador.

Si bien países como Japón, Francia y Australia comenzaron con transmisiones de prueba de TV 3D, ninguno ha logrado una calidad notable, no obstante, esta nueva posibilidad podría ser un hecho cotidiano a mediano plazo, pues es tema de interés de muchas empresas.

 

Red Radioelectrica MMDS

 

Casi simultaneamente con el comienzo de la TV por cable, se comenzaron a desarrollar  sistemas radioelectricos con el objetivo de establecer redes inalámbricas capaces de competir con menor costo que los demandados por la red filar.

En 1983, en los EEUU nace el sistema de distribución multipunto multicanal (MMDS) que operaba en la región espectral entre los 2.596 y 2.644 GHz. Quedo bautizado como Videocable inalámbrico por la jerga especializada.

Permite asignar hasta 30 canales de 6 Mhz con posibilidad de un servicio bidireccional interactivo, con un canal de respuesta vocal para cada uno de los mismos. La potencia necesaria para la trasmision eficiente y eficaz en esta banda es relativamente baja,  en promedio 100W. Sin embargo en EEUU existen casos de trasmisores entre 1W y 1KW.

La mayoría de los trasmisores comercializados poseen en las etapas de salida válvulas de potencia, pero se están lanzando los equipos de estado sólido.

El equipo transmisor se conecta al irradiante a través de una guía de onda de bajas perdidas o líneas coaxiales especiales para UHF. El sistema de antena transmisora se configura de tal forma como para lograr un diagrama de radiación omnidireccional.

El terminal receptor consta de una pequeña antena ( interior monopolo aro de Lenz o exterior dipolo con reflector troncoparabolico) los que trasducen la señal al conversor que es el encargado de realizar la convolucion espectral a fin de llevar la información  a una banda apta para ser procesada con un receptor común de television.

Dado el exiguo rendimiento de trasduccion del elemento captor, es necesario amplificar la señal inducida en el receptor previo al heterodinaje; al hacer esto, con circuitos de gran ancho de banda hay que cuidar la adaptación de impedancias.

El resto del equipo se completa con un mezclador, un amplificador de FI y un modem de video y audio, lográndose en los terminales de salida una señal televisiva en un canal de VHF (el 3 o 4). Este servicio es tanto aplicable para la difusión de programas de entretenimientos como para los fines educativos.

En la Argentina, este servicio recibe el nombre de circuito cerrado comunitario de TV por suscripción (CCTVS) mediante vinculo radioelectrico, cuyas emisiones quedaron reglamentadas a partir de 12/6/1990 como servicio complementario de radiodifusión  con el objeto de difusión entre una estación transmisora fija y 2 o más estaciones  receptoras, destinados exclusivamente a los abonados suscriptos al mismo, efectuada mediante vinculo radioelectrico en la banda efectiva de 2500 a 2686MHz.  La banda queda distribuida en 31 canales.

Originariamente se establecieron 4 categorías para las estaciones del CCTVS:

 

1.      Principal.

 

2.      Secundaria.

 

3.      Menor.

 

4.      Local.

 

 

Los trasmisores de CCTVS según la normativa, pueden operar con una potencia pico máxima de 100W para la señal  de video y un valor máximo de potencia media de 10W para la señal de audio.

El equipo necesario para recibir estas señales en la región de las microondas consiste en una antena receptora, un conversor descendente y un eventual decodificador.

El conversor  descendente provee la convolucion frecuencial necesaria para que un receptor común o VCR capte en forma directa las señales después del cambio de banda producido. Debido a las frecuencias involucradas en este sistema, el mismo pertenece al tipo denominado de línea de vista, típico de los sistemas con frecuencias superiores a los 30 MHz. Esto exige un trayecto libre entre antenas para un correcto funcionamiento del sistema. Se deduce  que se compromete la recepción severamente si la relacion C/N  cae por debajo del valor mínimo indicado por el fabricante (alrededor de 37dB).

 

Red Radioelectrica Celular

 

A fines de 1997 en los EEUU se autorizaron transmisiones experimentales del servicio de distribución multipunto local conocido como LMDS (Local Multipoint Distribution Service) en 286GHz.

En Argentina se hicieron estudios para evaluar la factibilidad de  emplear bandas superiores a los 276GHz para la radiodifusión de television mediante un sistema terrenal de tipo celular. Debido a la atenuación por camino en el espacio libre aparece un limite de 5Km por lo cual, la técnica celular provee ventajas como sucede en el caso de telefonía móvil. Aunque el estudio dictamina como propicio el uso para television, solo se permite el uso de telefonía por ahora.

 

Servicio complementario Teletexto

 

En 1992 la Union europea de Radiodifusión (UER)  publico un documento donde especifica un nuevo servicio complementario de television, denominado teletexto o  videografia radiodifundida.

El objetivo primario buscado es trasmitir textos alfanuméricos y/o material gráfico.

En primera instancia, un par de décadas atrás, ya se había pensado en trasmitir por la red telefónica publica conmutada u otras redes filoguiadas, a los que se llamo teletex y videotex.

También se empezaron ensayos para la radiodifusión, surgiendo como ideal el empleo de un receptor de TV modificado como terminal de presentación. Así surgieron los sistemas llamados Teletext y Videotext.

Tanto en Teletex como Teletext, la trasmision se efectúa en forma unidireccional. En cambio, en Videotex y Videotext permiten la interactividad por ser bidireccionales.

En particular, el sistema normalizado para la teledifusión corresponde al grupo Teletext y en castellano se le llamo Teletexto. Se trata de un servicio de radiodifusión de datos digitales,  los que pueden ser trasmitidos como parte integrante de la estructura preexistente, de una señal de video analógica o bien empleando novedosos métodos de modulación digital.

Para la radiodifusión de los datos del Teletexto se ha adoptado como modelo de referencia el descripto en la norma ISO 7498 del año 1984, para la interconexión de los sistemas abiertos (OSI)  que establece 7 niveles jerárquicos o capas.

En la mayoría de los servicios Teletext que cumplen con la normativa, se ha dispuesto que la trasmision de datos se efectúe durante el intervalo de borrado vertical; en ellos las líneas reservadas para esta aplicación son: 7 a 22 y 320 a 335, con una tasa de bits igual a 444 veces la frecuencia nominal del barrido horizontal, es decir 6.9375 Mbit/s con una tolerancia de +/- 25ppm.

El contenido de datos en cada línea, incluida la secuencia de sincronismo de bits, es de 360 bits agrupados en 45 bytes de 8 bits cada uno. La codificación de los datos adoptada es la NRZ binario (no retorno a cero). Los niveles normalizados para la señal de datos son:

 

Ø      Nivel 1: nivel de supresión (negro) +/- 2%

Ø      Nivel 0: 66 +/- 6% de la diferencia entre el pico de blanco y el nivel de negro.

 

En sistema de videocable con canales vacantes se puede ampliar la trasmision a la totalidad de las líneas (trama completa) logrando una velocidad efectiva de la presentación de los datos en la pantalla del receptor, ya que así los datos se envían continuamente.

 

 

 

 

Trabajo de investigación de:

 

R.G. Bosco

 

Ing. Electrónico

 

Buenos Aires

 

Argentina

 

rgbosco@hotmail.com