Televisión digital terrestre

Difusión de los sistemas de televisión digital terrestre en el mundo.

Televisión digital terrestre (TDT), también llamada en América Latina televisión digital abierta (TDA), es la transmisión de imágenes en movimiento y su sonido asociado mediante codificación binaria a través de una red de repetidores terrestres.

Las ventajas de la Televisión Digital Terrestre son similares a otros medios de transmisión digital respecto a los analógicos en plataformas tales como la televisión por cable y televisión por satélite: uso más eficiente del espectro radioeléctrico al transmitir mediante multiplexación más de una señal televisiva, capacidad de transmisión de audio y video de mejor calidad y costos menores de transmisión, después de los costos de actualización. El espacio antes empleado por una sola señal de televisión pasa a llamarse canal múltiple digital o múltiplex. El número de programas transmitidos en cada canal múltiple dependerá de la relación de compresión empleada. Por otro lado, se puede dedicar el espectro sobrante para otros servicios. La compresión también ha hecho viable la emisión de señales de televisión en alta definición, que requieren un ancho de banda mayor que la de definición estándar.

Pese a las ventajas de la transmisión digital terrestre de televisión, la señal digital no es más resistente a posibles interferencias que la analógica, debido a su naturaleza de señal electromagnética. La diferencia radica en la manera de codificar la información siguiendo algoritmos lógicos que permiten posteriormente identificar y corregir errores.

Características

Mayor aprovechamiento del ancho de banda

Esquema de transmisión.

La tecnología de televisión analógica solamente permite la transmisión de un único programa de televisión por cada canal UHF (ya sea de 6 MHz, 7 MHz u 8 MHz de ancho de banda). Además los canales adyacentes al que tiene lugar una emisión han de estar libres para evitar las interferencias.

La codificación digital de los programas permite que en el ancho de banda disponible en un solo canal UHF se puedan transmitir varios programas con la calidad similar a la de un DVD o uno o dos con calidad HD.

El número de programas simultáneos depende de la calidad de imagen y sonido deseadas, si bien en la actualidad es de cinco programas, con un uso habitual de cuatro, lo cual da una buena calidad en imágenes con movimientos lentos, si bien en escenas de más acción se pueden apreciar fácilmente zonas de la imagen distorsionadas, que reciben el nombre de artefactos debidos a la codificación digital MPEG-2 (o MPEG-4) de baja velocidad.

Sin embargo, la gran flexibilidad de la codificación MPEG-2 o MPEG-4 permite cambiar estos parámetros en cualquier momento, de manera transparente a los usuarios. El bloque de cuatro o cinco canales de emisión que se emite por un canal habitual de UHF recibe el nombre de MUX (múltiplex). El flujo binario del MUX es la multiplexación de los canales que lo componen. La relación de flujo de cada canal multiplexado se puede regular a voluntad, lo que es equivalente a regular la calidad de los mismos. Se puede asignar un flujo alto a una película o un evento deportivo de pago detrayendo flujo de los otros canales que componen el MUX y pueden ser de emisión abierta. Como el flujo depende del contenido de la imagen, muchas variaciones o mucho detalle de una imagen producen más flujo. El aprovechamiento óptimo del MUX, cuando todos sus componentes tienen la misma importancia comercial, se realiza mediante un control estadístico del flujo. Un sistema inteligente estima el flujo de cada canal que compone en MUX en cada momento y va asignando mayor o menor ancho de banda según la necesidad detectada. Lógicamente, se puede determinar, canal por canal, un ancho de banda mínimo como se ha comentado anteriormente.

Mayor límite de calidad de imagen y sonido

Debido al mejor aprovechamiento del ancho de banda, las emisiones de TDT pueden constar de mayor calidad audiovisual.

La transmisión terrestre de televisión se ve afectada por dispersión de energía, zonas de sombra y reflexiones que provocan ecos. En transmisión analógica esos problemas se manifiestan como nieve, ruido en la imagen, dobles imágenes, colores deficientes y sonido de baja calidad. En trasmisión digital, al haberse codificado la señal de manera lógica y no proporcional, el receptor puede corregir, hasta cierto punto, las distorsiones provocadas por interferencias. No obstante, cuando el receptor no es capaz de subsanar ciertos errores - ello puede ocurrir cuando la interferencia ha modificado sustancialmente la señal - puede producirse la congelación de partes de la imagen o la interrupción del sonido. Cuando el nivel de error supera cierto límite, el receptor es incapaz de recomponer la señal. Es entonces cuando la pantalla ofrece una imagen en negro sin sonido. El hecho de que exista este límite de error determinado, y no una pérdida progresiva de la calidad (como era habitual en la transmisión analógica) se denomina abismo digital (digital cliff en inglés).

La imagen, sonido y datos asociados a una emisión de TDT se codifican digitalmente. Para ello, en resolución estándar, se suele emplear el estándar MPEG-2. También se puede emplear, entre otros, el estándar H.264, que al permitir un mayor ratio de compresión, es adecuado para las emisiones en alta definición o bien para incrementar el número de programas digitales incluidos en cada canal múltiple.

El problema de los ecos se ha solucionado aplicando, en el caso de DVB-T, la modulación COFDM. En la TDT el flujo binario resultante de codificar la imagen, el sonido y los datos del programa se transmite mediante miles de portadoras entre las que se reparte la energía de radiación. Las portadoras mantienen una ortogonalidad, en el dominio de la frecuencia, su energía se sitúa en el cruce por cero de cualquier otra, lo que facilita la modulación.

Método de ocupación del canal eficiente, la señal de audio y video se divide en pequeños grupos, modulándose cada grupo por separado con portadoras de frecuencia diferentes muy próximas entre si. Esto supone que el canal de radio se divide en subcanales que transmiten de forma cíclica la señal asignada a cada uno de ellos. La velocidad de transmisión de las portadoras es baja con largos periodos entre cada señal transmitida lo que le permite ser transmitida en entornos urbanos.

COFDM: La duración de los bits es superior a los retardos, evitando ecos y permitiendo reutilizar las mismas frecuencias en antenas vecinas.

Se divide el flujo de datos binarios en miles de sub-flujos de datos a muy baja velocidad y por tanto elevada duración de bit. Se emite durante un tiempo útil seguido de una parada o tiempo de guarda. Durante el tiempo útil todos los transmisores están sincronizados y emiten en paralelo una parte de bits del flujo binario. De esta manera, en entornos urbanos, las interferencias no degradan sino que mejoran la potencia y relación señal-ruido de la señal recibida. Las posibles reflexiones o rebotes de la señal en obstáculos del entorno (p. ej. edificios) hacen que las señales se superpongan sumando potencia y mejorando la relación de señal a ruido.

Además, la codificación dispone de mecanismos para la detección y corrección de errores que mejoran la tasa de error en las señales recibidas en entornos especialmente desfavorables.

La compresión MPEG-2 utilizada es una compresión con pérdidas. Esto significa que antes de la emisión la calidad del audio y el vídeo en televisión digital puede ser inferior que en televisión analógica debido a las anomalías (artefactos) provocadas por la compresión. En cambio, la calidad relativa a la relación señal/ruido aumenta como ocurre entre un disco compacto y una cinta o casete. Por lo tanto, lo que nos garantiza la televisión digital terrestre es una correcta recepción de la señal recibida, libre de perturbaciones provocadas por la transmisión. El efecto de una gran pérdida en la compresión por un ancho de banda escaso para la escena se puede comprobar en imágenes con gran cantidad de cambios de un fotograma al siguiente, como es el caso imágenes con lluvia o aspersores, polvo y tierra, pruebas deportivas o multitudes en movimiento como los encierros de San Fermín. En estas situaciones se pueden observar los bordes de los cuadrados en los que se divide la imagen para codificarla. Este problema es subsanable con el ancho de banda dinámico en el MUX, como se explica a continuación.

Mayor número de emisiones de televisión

Gracias al mejor aprovechamiento del ancho de banda, la TDT permite transmitir mayor cantidad de señales en un mismo canal.

Puesto que en el ancho de banda empleado por un canal analógico ahora se pueden transmitir varios programas digitales, la emisión digital comporta un importante ahorro energético por canal. Ello implica una reducción de costos para los radiodifusores.

Mayor flexibilidad de las emisiones y servicios adicionales

Dos antenas, una de Televisión Digital Terrestre y otra satelital.

En cada canal de radio se emite un único flujo MPEG-2, que puede contener un número arbitrario de flujos de vídeo, audio y datos. Aunque varios operadores compartan el uso de un canal multiplexado (múltiplex), cada uno puede gestionar el ancho de banda que le corresponde para ofrecer los contenidos que desee. Puede (por ejemplo) emitir un flujo de vídeo, dos de audio (por ejemplo, en dos idiomas a la vez), varios de datos (subtítulos en tres idiomas, subtítulos para sordos, en un partido información con las estadísticas de los jugadores, o en una carrera automovilística información de tiempos y posiciones, etc.).

El aprovechamiento de toda esta información por parte del usuario es posible gracias a las diversas aplicaciones de que dispone el receptor TDT, en general conformes al estándar de la industria llamado MHP (Multimedia Home Platform). Cada operador podrá desarrollar las aplicaciones que proporcionen los servicios deseados a sus clientes, y éstas se instalarán en el receptor TDT para dar acceso a dichos servicios.

Una de estas aplicaciones es la EPG (Electronic Program Guide), o guía electrónica de programas, que permitirá al usuario ver la información sobre programas de las emisoras (y horarios), eventualmente le dará la posibilidad (según la complejidad del receptor) de programar la grabación de programas, ver la descripción de los mismos, actores, etc.

Entre los diferentes servicios que incluye la plataforma digital hay un capítulo entero dedicado al pago por visión. La televisión digital permite el cifrado y por ello cualquier posibilidad de televisión de pago.

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