Televisión digital

Un mapa que describe las normas de televisión terrestre digital

La televisión digital (DTV) es la transmisión de señales de televisión mediante codificación digital, en contraste con la anterior tecnología de televisión analógica 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 la televisión desde la televisión en color en la década de 1950. 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 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 y proporciona muchas características nuevas que la televisión analógica no puede. La transición de la transmisión analógica a la digital comenzó alrededor del año 2000. Se han adoptado diferentes estándares de transmisión de televisión digital en diferentes partes del mundo; A continuación se muestran los estándares más utilizados:

• Digital Video Broadcasting (DVB) utiliza la modulación de frecuencias ortogonales codificadas (OFDM) y soporta la transmisión jerárquica. Esta norma se ha adoptado en Europa, África, Asia y Australia para un total de aproximadamente 60 países.
• La norma del Comité Superior del Sistema de Televisión (ATSC) utiliza banda lateral vestigial de ocho niveles (8VSB) para la radiodifusión terrestre. Esta norma ha sido aprobada por 9 países: Estados Unidos, Canadá, México, Corea del Sur, Bahamas, Jamaica, República Dominicana, Haití y Suriname.
• Servicios Integrados Digital Broadcasting (ISDB) es un sistema diseñado para ofrecer una buena recepción a receptores fijos y también receptores portátiles o móviles. Utiliza OFDM e interleaving bidimensional. Soporta la transmisión jerárquica de hasta tres capas y utiliza el video MPEG-2 y Advanced Audio Coding. Esta norma se ha adoptado en el Japón y Filipinas. ISDB-T International es una adaptación de este estándar utilizando H.264/MPEG-4 AVC, que ha sido adoptado en la mayoría de los países de América del Sur y de habla portuguesa.
• Digital Terrestrial Multimedia Broadcast (DTMB) adopta la tecnología sincrónica de tiempo-dominio (TDS) OFDM con un marco de señal pseudo-aleatoria para servir como intervalo de guardia (GI) del bloque OFDM y el símbolo de entrenamiento. La norma DTMB ha sido adoptada en China, incluyendo Hong Kong y Macau.
• Digital Multimedia Broadcasting (DMB) es una tecnología digital de transmisión de radio desarrollada en Corea del Sur como parte del proyecto nacional de tecnología de la información para el envío de multimedia como televisión, radio y datacasting a dispositivos móviles como teléfonos móviles, portátiles y sistemas de navegación GPS.

Historia

Antecedentes

Las raíces de la televisión digital están ligadas a la disponibilidad de computadoras económicas y de alto rendimiento. No fue hasta la década de 1990 que la televisión digital se convirtió en una posibilidad real. Anteriormente, la televisión digital no era factible en la práctica debido a los requisitos de ancho de banda increíblemente altos del video sin comprimir, que requerían alrededor de 200 Mbit/s para una señal de televisión de definición estándar (SDTV) y más de 1 Gbit/s para televisión de alta definición (HDTV).

Desarrollo

A mediados de la década de 1980, Toshiba lanzó un televisor con capacidades digitales que usaba chips de circuitos integrados, como un microprocesador, para convertir señales de transmisión de televisión analógica en señales de video digital, lo que habilitaba 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 las señales de transmisión de televisión analógica, y las verdaderas transmisiones de televisión digital aún no estaban disponibles en ese momento.

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, donde había planes para desarrollar un "Sistema de red integrado" Servicio. Sin embargo, no fue posible implementar en la práctica un servicio de TV digital de este tipo hasta que la adopción de formatos de compresión de video DCT con compensación de movimiento, como MPEG, lo hizo posible a principios de la década de 1990.

A mediados de la década de 1980, cuando las empresas japonesas de electrónica de consumo avanzaban con el desarrollo de la tecnología HDTV, y la emisora pública japonesa NHK proponía el formato analógico MUSE como estándar mundial. Los avances japoneses fueron vistos como marcapasos que amenazaban con eclipsar a las empresas estadounidenses de electrónica. Hasta junio de 1990, el estándar japonés MUSE, basado en un sistema analógico, era el favorito entre los más de 23 conceptos técnicos diferentes en consideración.

Entre 1988 y 1991, varias organizaciones europeas trabajaron en estándares de codificación de video digital basados en DCT para SDTV y HDTV. El proyecto EU 256 de CMTT y ETSI, junto con la investigación de la emisora italiana RAI, desarrolló un códec de video DCT que transmite SDTV a 34 Mbit/s y HDTV con calidad casi de estudio. a unos 70–140 Mbit/s. RAI demostró esto con una retransmisión de la Copa Mundial de la FIFA de 1990 en marzo de 1990. Una empresa estadounidense, General Instrument, también demostró la viabilidad de una señal de televisión digital en 1990. Esto llevó a la FCC a ser persuadida de retrasar su decisión sobre una televisión avanzada (ATV) estándar hasta que se pudiera desarrollar un estándar digital.

En marzo de 1990, cuando quedó claro que un estándar digital era factible, la FCC tomó una serie de decisiones críticas. En primer lugar, la Comisión declaró que el nuevo estándar de TV debe ser más que una señal analógica mejorada, pero ser capaz de proporcionar una señal HDTV genuina con al menos el doble de resolución que las imágenes de televisión existentes. Luego, para garantizar que los televidentes que no deseaban comprar un nuevo televisor digital pudieran continuar recibiendo transmisiones de televisión convencional, dictó que el nuevo estándar ATV debe poder transmitirse simultáneamente en diferentes canales. El nuevo estándar ATV también permitió que la nueva señal DTV se basara en principios de diseño completamente nuevos. Aunque incompatible con el estándar NTSC existente, el nuevo estándar DTV podría incorporar muchas mejoras.

El estándar final adoptado por la FCC no produjo un estándar universal para escanear formatos, relaciones de aspecto o 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 escaneado 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 líneas en secuencias, de arriba hacia 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 es más barato convertir a formatos entrelazados que viceversa. La industria cinematográfica también apoyó el escaneo progresivo porque ofrece un medio más eficiente para convertir la programación filmada en 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 entonces (y actualmente), es decir, 1.080 líneas por imagen y 1.920 píxeles por línea. Las emisoras también favorecieron el escaneo entrelazado porque su vasto archivo de programación entrelazada no es fácilmente compatible con un formato progresivo.

Lanzamientos inaugurales

DirecTV en los EE. UU. lanzó la primera plataforma satelital digital comercial en mayo de 1994, usando el estándar Sistema Satelital Digital (DSS). Las transmisiones por cable digital fueron probadas y lanzadas en los EE. UU. en 1996 por TCI y Time Warner. La primera plataforma digital terrestre se lanzó en noviembre de 1998 como ONdigital en el Reino Unido, utilizando el estándar DVB-T.

Información técnica

Formatos y ancho de banda

Comparación de la calidad de imagen entre ISDB-T (1080i broadcast, top) y NTSC (480i transmission, bottom)

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 de ancho a alto).

Con la transmisión de televisión digital terrestre (TDT), la gama de formatos se puede dividir ampliamente en dos categorías: televisión de alta definición (HDTV) para la transmisión de video de alta definición y televisión de definición estándar (SDTV). Estos términos por sí mismos no son muy precisos y existen muchos casos intermedios sutiles.

Uno de los diferentes 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. HDTV no se puede transmitir a través de canales de televisión analógicos debido a problemas de capacidad del canal.

SDTV, en comparación, puede usar uno de varios formatos diferentes que toman 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 proporcionar 768 × 576 en 4:3 y 1024 × 576 en 16:9. Sin embargo, los organismos de radiodifusión 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).

A cada canal DTV de televisión terrestre de transmisión comercial en América del Norte se le asigna suficiente ancho de banda para transmitir hasta 19 megabits por segundo. Sin embargo, la emisora no necesita usar todo este ancho de banda para un solo canal de transmisión. En su lugar, la transmisión puede usar el Protocolo de información del sistema y del programa y subdividirse en varios subcanales de video (también conocidos como fuentes) de diferentes calidades y tasas de compresión, incluidos los servicios de transmisión de datos que no son de video.

Una emisora 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 (similares a lo que la mayoría de las estaciones de radio FM ofrecen con HD Radio), que brindan múltiples fuentes de programación de televisión completamente diferente en el mismo canal. Esta capacidad de proporcionar una sola fuente de HDTV o múltiples fuentes de menor resolución a menudo se denomina distribución del presupuesto de bits o multidifusión. A veces, esto se puede organizar automáticamente, utilizando un multiplexor estadístico. Con algunas implementaciones, la resolución de la imagen puede estar menos directamente limitada por el ancho de banda; por ejemplo, en DVB-T, los organismos de radiodifusión 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 los espectadores más distantes o móviles.

Recepción

Hay varias formas diferentes de recibir televisión digital. Uno de los medios más antiguos para recibir DTV (y TV en general) es de transmisores terrestres que utilizan una antena (conocida como antena en algunos países). A este modo se le 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.

Se han ideado otras formas de recibir televisión digital. Entre los más familiares para la gente se encuentran el cable digital y el satélite digital. En algunos países donde las transmisiones de señales de TV normalmente se logran mediante microondas, se utiliza MMDS digital. Se han ideado otros estándares, como la transmisión multimedia digital (DMB) y DVB-H, para permitir que los dispositivos portátiles, como los teléfonos móviles, reciban señales de televisión. Otra forma es IPTV, que recibe TV a través del Protocolo de Internet, basándose en una línea de suscriptor digital (DSL) o una línea de cable óptico. Finalmente, una forma alternativa es recibir señales de televisión digital a través de Internet abierto (televisión por Internet), ya sea desde un servicio de transmisión central o un sistema P2P (peer-to-peer).

Algunas señales llevan cifrado y especifican condiciones de uso (como "no se pueden grabar" o "no se pueden ver en pantallas de más de 1 m en diagonal") respaldadas con la fuerza de la ley bajo el Tratado de Derechos de Autor de la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (Tratado de Derechos de Autor de la OMPI) y la legislación nacional que lo implementa, como la Ley de Derechos de Autor del Milenio Digital de EE. UU. El acceso a los canales encriptados se puede controlar mediante una tarjeta inteligente extraíble, por ejemplo, mediante el estándar de interfaz común (DVB-CI) para Europa y mediante el punto de implementación (POD) para IS o con un nombre diferente, CableCard.

Parámetros de protección

Las señales de televisión digital no deben interferir entre sí y también deben coexistir con la televisión analógica hasta que se elimine gradualmente. La siguiente tabla proporciona las relaciones señal a ruido y señal a 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, y esta es la razón por la que una gama más pequeña de canales puede transmitir un conjunto de estaciones de televisión totalmente digitales.

Interacción

Las personas pueden interactuar con un sistema DTV de varias formas. Se puede, por ejemplo, navegar por la guía electrónica de programas. Los sistemas modernos de DTV a veces usan una ruta de retorno que brinda retroalimentación del usuario final a la emisora. Esto es posible con un cable coaxial o de fibra óptica, un módem de acceso telefónico o una conexión a Internet, pero no es posible con una antena estándar.

Algunos de estos sistemas admiten video a pedido mediante un canal de comunicación localizado en un vecindario en lugar de una ciudad (terrestre) o un área aún más grande (satélite).

1 seg

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 otro a receptores de banda estrecha, como televisores móviles y teléfonos móviles.

Cronología de la transición

Comparación con analógico

DTV tiene varias ventajas sobre la televisión analógica, la más significativa es que los canales digitales ocupan menos ancho de banda, y las necesidades de ancho de banda son continuamente variables, con la correspondiente reducción en la calidad de la imagen según el nivel de compresión y la resolución de la imagen transmitida. Esto significa que las emisoras digitales pueden brindar más canales digitales en el mismo espacio, brindar servicios de televisión de alta definición u otros servicios no televisivos, como multimedia o interactividad. DTV también permite servicios especiales como multiplexación (más de un programa en el mismo canal), guías de programación electrónica e idiomas adicionales (hablados o subtitulados). La venta de servicios distintos a la televisión puede proporcionar una fuente de ingresos adicional.

Las señales digitales y analógicas reaccionan a las interferencias de manera diferente. Por ejemplo, los problemas comunes con la televisión analógica incluyen imágenes superpuestas, ruido de señales débiles y muchos otros problemas potenciales que degradan la calidad de la imagen y el sonido, aunque el material del programa todavía se pueda ver. Con la televisión digital, el audio y el video deben sincronizarse digitalmente, por lo que la recepción de la señal digital debe ser casi completa; de lo contrario, no se podrán usar ni el audio ni el video. Aparte de este fracaso total, "blocky" el video se ve cuando la señal digital experimenta interferencia.

La televisión analógica comenzó con un sonido monofónico y luego desarrolló un sonido de televisión multicanal con dos canales de señal de audio independientes. DTV permite hasta 5 canales de señal de audio más un canal de graves de subwoofer, con transmisiones de calidad similar a las salas de cine y DVD.

Las señales de televisión digital requieren menos potencia de transmisión que las señales de televisión analógica para transmitirse y recibirse satisfactoriamente.

Artefactos de compresión, monitoreo de calidad de imagen y ancho de banda asignado

Las imágenes 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 tasa de bits y los algoritmos de compresión como MPEG-2. Este defecto a veces se denomina "ruido de mosquito".

Debido a la forma en que funciona el sistema visual humano, los defectos en una imagen que se localizan en características particulares de la imagen o que van y vienen 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, p. permitiendo más artefactos de compresión durante el movimiento rápido donde el ojo no puede seguirlos y resolverlos tan fácilmente y, por el contrario, minimizando los artefactos en fondos fijos que pueden examinarse de cerca en una escena (siempre que el tiempo lo permita).

Los operadores de DTV de transmisión, cable, satélite e Internet controlan la calidad de la imagen de las señales de televisión codificadas utilizando algoritmos sofisticados basados en la neurociencia, como la herramienta de medición de calidad de video de similitud estructural (SSIM), que se le otorgó a cada uno de sus inventores una Primetime Emmy debido a su uso global. Otra herramienta, llamada Visual Information Fidelity (VIF), es un algoritmo de alto rendimiento en el núcleo del sistema de monitoreo de calidad de video Netflix VMAF, que representa aproximadamente el 35% de todo el consumo de ancho de banda de EE. UU.

Efectos de una mala recepción

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 detectar interferencias que dominan 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 ningún video o bloquearse. Este fenómeno se conoce como el efecto acantilado digital.

Puede ocurrir un error de bloqueo cuando la transmisión se realiza con imágenes comprimidas. Un error de bloque en un solo cuadro a menudo da como resultado cuadros negros en varios cuadros posteriores, lo que dificulta la visualización.

Para ubicaciones remotas, los canales distantes que, como señales analógicas, se podían usar anteriormente en un estado de nieve y degradado pueden, como señales digitales, ser perfectamente decodificables o pueden no estar disponibles por completo. El uso de frecuencias más altas se sumará a estos problemas, especialmente en los casos en los que no se disponga 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.

Efecto en la tecnología analógica antigua

Los televisores que solo tienen sintonizadores analógicos no pueden decodificar transmisiones digitales. Cuando cesa la transmisión analógica por aire, los usuarios de televisores con sintonizadores solo analógicos pueden usar otras fuentes de programación (por ejemplo, cable, medios grabados) o pueden comprar decodificadores para sintonizar las señales digitales. En los Estados Unidos, estaba disponible un cupón patrocinado por el gobierno para compensar el costo de una caja convertidora externa. El apagón analógico (de las estaciones de plena potencia) tuvo lugar el 11 de diciembre de 2006 en los Países Bajos, el 12 de junio de 2009 en los Estados Unidos para las estaciones de plena potencia y, posteriormente, para las estaciones de clase A el 1 de septiembre de 2016. 24 de julio de 2011 en Japón, 31 de agosto de 2011 en Canadá, 13 de febrero de 2012 en los estados árabes, 1 de mayo de 2012 en Alemania, 24 de octubre de 2012 en el Reino Unido e Irlanda, 31 de octubre de 2012 en ciudades indias seleccionadas y 10 de diciembre de 2013, en Australia. La finalización del apagón analógico está prevista para el 31 de diciembre de 2017 en toda India, diciembre de 2018 en Costa Rica y alrededor de 2020 en Filipinas.

Desaparición de receptores de TV-audio

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 video. Esta señal de audio FM podría escucharse utilizando radios estándar equipadas con los circuitos de sintonización apropiados.

Sin embargo, después de la transición de muchos países a la televisión digital, ningún fabricante de radios portátiles ha desarrollado aún un método alternativo para que las radios portátiles reproduzcan solo la señal de audio de los canales de televisión digital; La radio DTV no es lo mismo.

Cuestiones medioambientales

La adopción de un estándar de transmisión incompatible con los receptores analógicos existentes ha creado el problema de que una gran cantidad de receptores analógicos se descartan durante la transición a la televisión digital. Un superintendente de obras públicas fue citado en 2009 diciendo; "algunos de los estudios que he leído en las revistas comerciales dicen que hasta una cuarta parte de los hogares estadounidenses podrían tirar un televisor en los próximos dos años después del cambio de regulación". En 2009, aproximadamente 99 millones de receptores de TV analógicos estaban sin usar en hogares solo en los EE. UU. y, aunque algunos receptores obsoletos están siendo reequipados con convertidores, muchos más simplemente se tiran en vertederos donde representan una fuente de metales tóxicos como el plomo como así como cantidades menores de materiales como bario, cadmio y cromo.

Según un grupo de campaña, un monitor de computadora o televisor CRT contiene un promedio de 8 libras (3,6 kg) de plomo. Según otra fuente, el plomo en el vidrio de un CRT varía de 1,08 lb a 11,28 lb, según el tamaño y el tipo de pantalla, pero el plomo se encuentra en forma de "estable e inmóvil" óxido de plomo mezclado con el vidrio. Se afirma que el plomo puede tener efectos negativos a largo plazo en el medio ambiente si se vierte en vertederos. Sin embargo, el sobre de vidrio se puede reciclar en instalaciones debidamente equipadas. Otras partes del receptor pueden estar sujetas a eliminación como material peligroso.

Las restricciones locales sobre la eliminación de estos materiales varían ampliamente; en algunos casos, las tiendas de segunda mano se han negado a aceptar receptores de televisión en color en funcionamiento para su reventa debido al aumento de los costos de eliminación de los televisores no vendidos. Aquellas tiendas de segunda mano que aún aceptan televisores donados han informado aumentos significativos en el número de receptores de televisión usados en buen estado que son abandonados por los espectadores que a menudo esperan que no funcionen después de la transición digital.

En Michigan, en 2009, un reciclador estimó que hasta un hogar de cada cuatro desecharía o reciclaría un televisor al año siguiente. La transición a la televisión digital, la migración a receptores de televisión de alta definición y el reemplazo de los CRT por pantallas planas son todos factores en el número creciente de receptores de televisión basados en CRT analógicos desechados.