rtvdigital perales 09

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    SistemaATSC

    158

    23 de Febrero 1995Losmiembrosde la formacin, agrupadosbajoel nombrede La gran alianza ,

    apruebanel estndarque han creado.

    24 de Diciembre 1996E lgobiernoestadounidense apruebael estndarATSCpara su implantacin con

    enlacede tierra,comola televisinconvencional,y en su mismoespacioespectral.

    2006. Apagn de la TVanalgicaS e concretael proyectode transmisin simultneade los sistemas analgico

    (NTSC)y digital (ATSC)hasta el ao 2006 , aoen el que se estimaque se produ-cirel denominado apagnde l viejosistema.Para entonces,la implantacin de losnuevoscanalesdigitalesdeber cubrir todo el territorio nacional.

    Unacaracteristicaaadidaposteriormente al sistemaATSC,es la posibilidaddeque el radiodifusor determinela calidada ofrecer,entendiendo sta por el nme-ro de lneasy de pxeles,para poder bajarlay asi reducirel anchode banda convistasa albergaren el espectro conseguidonuevosservicioso bien transmitir un muItiplex de imgenes.

    Naturalmente,los receptorespara el estndarATSCdeben ser capacesde iden-tificar y reproducirla imageny el sonidode todas las posiblesvariantesdel siste-ma. E sposibleigualmente transmitir y recibirimgenes organizadasen los modosde exploracin progresivao entrelazada.

    Con ello,el sistemaquedespecificadoen las variantesque muestrael siguien-te cuadro:

    `ResoIucin Resolucin P ixeles RelacinCuadrospor segundo Barridovertical horizontal cuadrados de aspecto (Hz) _ _ (tipo)

    , 23,976;24,2997;30 Progresivo_|080 l920 S l I9:9 f - -

    29,97;30 Entrelazado 1

    2 3 , 9 7 6 ;2 4 , 2 9 9 7 ;30 ; PfSfeS ll59943 6 0 Progresivo

    2 3 , 9 7 6 ;2 4 1 9 9 7 ;5 9 , 9 4 ; e o

    7 2 0 1 2 30 s 1 6 1 9

    30: Entrelazado _704 NO 4:3, |6 :9

    29,97;3048 0 Progresivo

    23,976; 24,2997;30;\ 6 40 S i 4.3 59.94;60 Entrelazado

    2 9 9 7 ;3 0 E n t r e n a n d ol

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    SistemaATSC

    Lasversionesde 1 920y 1280lneasde resolucinhorizontal se considerandecalidadHDTVy las de 704y 640,con resolucin verticalde 48 0 lneas,de calidadnormalSDTV(televisinde definicin estndar).

    Aspectos tcnicos del estndarE lestndarATSC,como formato de televisindigital similaral europeoDVB,

    empleacompresinde datos con procedimientos MPEG-2para la imagen,DolbyAC-3para el sonidoy modulacin de la portadora en el modo VSB(modulacinen bandalateral vestigial), con ochoniveles,modo este que es denominado 8-VSB.

    Su versinpara HDTVpermite reproducir imgenescon cincoveces ms deta-lles (pxeles)que la televisinclsica NTSCen pantallade 1 6:9,ofrecehasta seiscanalesde sonidoy el barrido puede ser de modo entrelazadoo progresivo,todoelloubicadoen un canalde 6 M H z, conun a frecuenciade flujo de datos de 19 39Mbpsen las transmisionespor tierra y el doblepara las redes de cable, en las quese empleamodulacin 16-VSB.

    R= .1152 _ _ _ _ _ _ _ . _ 1 .0

    _ .___ __1_ .____._. 5

    l 0d d d = .3 1 MHZ d d

    5.38MHZ

    6 MHZ

    Figura 9.1 .Espectroocupado porel canalAT S C .

    _ _ F _

    L afigura 9.1 muestrael espectrode 6 MHZocupado porun canal dela normaATSC.L aparte principalest situadaen 5'38 lVIHzy los dos espacios limites de0 31 MHZcorrespondena las bandas,aunquela inferior se suprimey en su lugarse inserta unarfaga piloto para acciones desincronizacin.

    De forma resumida,la estructurade l sistema es la que muestrala figura 9.2,cuya descripcinse da a continuacin.L ainformacin de vdeoes codificadacon los procedimientosde MPEG,como

    se ha indicado,y aplicadadespus al bloquede serviciosmltiples, que es en laprcticaun multiplexor,en el que tambin incidela informacin de audio,previomuestreoa 48 KHzy codificacinen formato AC-3,y los datos de los serviciosauxiliaresy de control destinadosa la identificacin dela emisora,nombre de l pro-grama,serviciosinteractivos,etc.

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    SistemaATSC

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    v i oc o cooiricmonE cD D0 uucriptcxon Z

    D E coorricnioonS E RV I C I O Sremsponrc -|D EC A N A LuooumponuuuietcsA u o i ocooiricwon

    o c A u o i o

    DATOS AUXILIARES l

    PATOS D E CONTROL

    Figura 9.2. Diagramabs ico debloquesdel codificador ATSC.

    E lresultadode l procesode empaquetado por multiplexado temporal e s la sali-da de un flujo de datos con audiode hasta seis canales,vdeoy los servicioscom-plementariosindicados.

    E l siguientebloque, denominado comnmente de transporte , procede aorganizarel flujo de datos en paquetes de 1 88octetospara aplicarloposterior-menteal codificador de canal,en el cual se realizanlos siguientesprocesosespe-cficosdel sistema:

    CodificacinR -S(Reed-Solomon) paragenerar20 octetosde palabrasde paridadpara proporcionarproteccina la informacina transmitir.En la salida desu cir-cuitocorrespondiente,los paquetes adquierenun a longitud de 208 octetos.

    ~ CodificacinF E Ce insercinde cuatro simbolosde sincronizacinal principiode cada trama.Este es el clsicoprocesode dispersinde la energaemplea-do en todos los sistemasde transmisin digital de informacin.

    L a salida de datos del codificador de can altiene formato de trama, en cuyacomposicinintervienendos campos,comomuestrala figura 9.3.

    Cada trama contiene 31 3 segmentospor campo de datos (626 segmentos),siendoel primero el que lleva la seal de sincronizaciny una secuenciabinariadestinadaal ecualizadorde l receptor.Los restantes312 segmentoscontienenunpaquetede 208octetos,que correspondena los 1 88octetosy a las 20 de pala-bras de cdigo( F E C ) _Dichainformacin correspondea 8 28 s mbolos de4 bits.

    E lltimo paso del procesoes la modulacin 8 -V SB enocho nivelesdiscretosdeamplitud, para lo cual se codificanlos datos en el modo denominado Trellis,paraconseguirel mapa de constelacionesde bits necesario.

    Comoconclusinde este apartado,en el siguiente cuadrose indicanlas espe-cificacionesprincipalesdel sistemaen sus versiones detierra y cable.

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    SistemaATSC

    vioeo coixivianti- coDiFicA-D o nA ro D o nM P E G

    i v 1 u i .TiP L E - F L S J xon o A o s

    A U D IO co N vE H T i_ -coDiFicA-D o nNo D o nA c - 3

    Figura9.5.Diagramade bloquesdel procesode multiplexadode audioy video.

    Aleatorizacin de los datos

    rI vioiaolAuoiolviggojAuoio

    L aaleatorizacines una necesidaden las transmisionesdigitalespara dispersarla energia.N o llevarlaa cabo implicala prdidade homogeneidadde la R Fy tam-bin dificulta la regeneracinde l relojde los datos en el receptor,que es necesa-rio para interpretar su contenido.

    E lcircuito aleatorizalos datos de audio, videoy auxiliaresrecibidosde l multi-plexoranterior.N o se aleatorizanlos paquetes de sincronismosde trama y seg-mentoy de paridadde l sistema R S ,informacionesestas que conservansu conte-nidooriginal para emplearlasen el receptorcomo referencia.

    DATOS

    G E N E R A D O RD EALEATOFllZAClOl\l

    Figura9.6.PuertaDRpara aleatorizarlos datoscon un generadorde polinomio.

    E lgeneradorde aleatorizacinse aplicaa la puertaORexclusivade la figura 9.6y comienzasu secuencia detiempo introduciendo una carga binaria de 180Hdurante el intervalode sincronismode segmento,para continuar despusdesarro-llandoel siguientepolinomio de aleatorizacin:

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    SistemaATSC

    Codificacin RS

    Para proteger la informacin ante interrupciones temporalesde la seal o situa-

    cionessimilares,los segmentosde datos se codificanmedianteel sistema Reed-Solomon,lo que genera 20 octetos de palabras de paridadque se suman a losdatos, quedandodel siguiente modo:

    t = 1 0 (207, 187)donde:

    187 = Longitud inicialde los segmentosde datos.207 = Longitud de los segmentosdespus dela codificacinR S .

    Entrelazado

    Entrelazarlos datos supone dispersaren el espaciolos bit de cada octeto paraque, ante prdidasde seal enel receptor,el vacoafectea la mnimacantidaddesus unidades deinformacin.

    E sde teneren cuentaque la mxima capacidadde correccindel sistemaR Sesde tres bits errneosde un mismoocteto.

    E lprocesose llevaa cabo en bloquesde 52 segmentosde datos, cuyosbits seentrelazanen el tiempo de modo convolucional conforme al siguientepolinomio:

    X8+>

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    L afigura 9.7 muestrael diagramade bloquesbsico del proceso,en la que sepueden observarlos conmutadores electrnicospara los 52 segmentos(slo seentrelazanlos datos) y el bloquede lineas deregistrosde desplazamientoqueefectanlos retardosde tiempo correspondientes.

    Codificacin Trellis

    L asiguienteetapa en el procesode datos es la codificacin denominadaTrellis,cuyafinalidad es transformarla relacinde bitsa 2/3 (dosde entraday tres de sali-da) para conseguirlos ocho nivelesdiscretos requeridospara la modulacin 8-VSBcaracterstica delsistemaATSC.

    Este bloquerecibe sucesivasparejasde bits desde un convertidor de formatoserie a paraleloy genera los simbolosde tresbits (relacin2/3)para la transmisinporenlaces detierra.L afigura 9.8 muestrala configuracin bsicade l codificador,figura en la que se pueden observarlos dosbits de entradaen formato paraleloylos tres de salidadestinadosal modulador VSB.

    1 bit0 - 0 1 bt(zo)

    i 0 2' bit (Z1)

    2' bil:

    -- 8 3 m i( 2 2 )

    E N T R A D A S A L I D A

    Figura 9.8 .Diagramabsicode bloquesdel codificadorTrellis.

    Con las ocho posiblescombinacionesde Z u ,2,, 22 se obtienen finalmente en laentradade l modulador 8-VSBocho nivelesdiscretos(+7, +5, +3, +1, -1 , -3 , -5 y-7 ) con los que se genera la constelacinde bits caractersticade este s is temabasado en la modulacin de amplitud y fase.

    E lATSC,como s istema deanchode banda limitado, recurrea procedimientoscon los que aumentar su eficacia.L acodificacin sin elevarel anchode banda res-

    1 6 5

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    SistemaATSC

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    pecto de los anterioresde tipo M-ario (de dos estados),donde M = Nmerodefases de salida, persigue por tanto alcanzarel lmite mximode capacidad decanalque estableciShannon,y que es:

    C = W log 2 (1 + S/N)(en bit/segundo)W = anchode bandaS/N = relacinseal ruido.E l codificador Trellis,de razn 2/3,tal com ose ha indicado,est basado en

    transmitir un bit sin modificar por cada par de la secuenciade entraday codificarel otro en dos bits con uncodificador de ra zn1 / 2 .

    S i el serviciode televisindigital con el sistema ATSCse distribuye medianteredes de cable, cuya modulacin especificadaes 16-VSB,el codificador Trellissecambiapor un bioque de mapeadode bits que emplea s mbolosde salida de 4bits, cuya constelacincaracteristicaes la que muestrala figura 9.9.

    DATOS MAPEADORD E B IT S

    Figura9.9. Mapeadode bits y constelacin.

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    I I QI QI Q|__________l

    O I I I

    l I I O

    Como se puede observaren la figura, se generan 16 combinacionescon un

    nmeroigualde amplitudes discretasen la salida delmodulador.L afigura 9 .10 muestralos segmentosde datos del 8-VSBcon detalle de l espa-

    cio para el sincronismode segmento,as como la correspondencia conlos indica-dos ocho nivelesdiscretos queadopta su portadora.

    SINCRONISMOD E SEGMENTO

    SINCRONISMOD E S EG M EN TO

    + 7+ 5 ~ - -I I ora les 1 FE C_ _ 5 -s_ l< l7 ll a z esiiieotosI 4 siuiaotos 2 0 7ocrcros

    S T D TIVELES EGMEN0 DE A OS

    832 SIMBOLOS208 OCTETOS

    Figura 9.10.Segmentode 8-VSB.

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    Muitiplexor

    Los datos formateados del modo indicadoson aplicadosal multiplexor de l sis-tema para insertaren l los sincronismosde segmentoy de tramaen los espaciossealadosen la figura anterior,quedandoel flujo de datos en las condicionesrequeridaspara la modulacin VSB.

    Modulador VSB

    E lflujo de datos, cuyovalores 10 76M S m b O | o S I Sen la versin desmbolosde 3bits,pues son los necesariospara conseguirlos ocho nivelesdiscretosde modula-cin,se aplicaal bloquemodulador 8-VSB,cuyatecnologaest descritaen el cap-tulo 4.

    S i el s is tema detransmisines por cable, la modulacinempleadaes de l tipo16-VSB,con 16 nivelesdiscretosde amplitud, sistemaque empleasmbolosde 4bits de longitud para el mismovalorde 10 76M s m b m o s j sy no recurrea la codifica-cinTrells. -

    Respectode los circuitosde l receptorATSC,la figura 9.11 muestrasu arquitec-tura general.

    ritmoD EF 1Y FILTROD ES NB ` I2 ZA` D E T E C T O RD E R E C H A Z Oo e

    SINCRONISMOS NTSC

    ECU AL IZA- D ESCO D IFICA-DOFl D O HTRELLIS

    I___- voEo

    DESIVIULTIPLE- DATOSXO R AUXILIARES

    U D I O

    Figura 9.11.Organizacindel segmentode datos,con detalledel sincronismo.

    DESENTHELA-ZADOR

    DESCODIFICA-D O RRS

    o E s A L E \ ToR I Z A C I O N

    E lsintonizador efectael procesoclsicode sintonacon un anchode bandade6 MHz,amplificacin de R Fy conversina F I,cuyovalore s de 44 MHz,frecuenciaobtenida en la salidade l filtro cermicode l mismo nombre .

    Un descodificadorasncronounidoal filtro de F l,en el que intervienetambinun filtro de paso bajo,permite extraerlos sincronismos,cuya temporizacin mues-tra la figura 9.12.

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    SistemaATSC

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    eeilliill1r==-i iiiiFigura 9.12.

    L asealde FIobtenida es aplicadaa un filtro destinadoa rechazarla interferen-

    cia que se produceentre los canales delATSCy los de la televisin analgicade lestndarNTSC.E seste un filtro de peiney por tanto con operacinen el dominiodel tiempo, del que se obtiene finalmente el flujo de datos para el procesode des-codificacin.

    Respecto delrechazode la citada interferencia,es de tener en cuenta que elcanal 8-VSBocupa un ancho de banda de 6 MHZy que en los canalesdel estn-dar NTSC, labanda lateralinferior de vdeoest a 1 25 MHz,la informacin decromaseparada3'579 MHzdela de luminanciay el audioa 4'5 lVlHz,con modu-lacinesta ltimainformacin en FM.

    E l flujo de datos de 10 76Msmbomses aplicadoa un circuito de ecualizacinpara compensarlas distorsiones nolinealesproducidas comoconsecuenciade latransmisindigital y de las imperfeccionesde l sistemade recepcin.

    Circuitoscomplementarios al ecualizador adaptanel flujo de datos recibidoaocho nivelesclaramenteidentificados con destinoal descodificadorTrellis,el cualsepara los nivelesdiscretosrepresentativosde la transmisin8-VSBy genera antecada uno sus tres bits de contenido, con lo que se lograel flujo de datos de sali-da a la velocidadde 19 39Mb/s.

    E ldesentrelazado delos datos, la descodificacinR Spara detectary corregir loserrores producidosen la recepciny la desaleatorizacinpara devolvera la

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    SistemaATSC

    secuenciasu forma original, se llevana cabo con losprocedimientosya descritosen los captulos anteriores,y consiguenel flujo de datos que se aplicaal bloquedesmoduladorpara las siguientesaccionesespecficas:

    Separacinde los paquetesde vdeode l conjunto de los datos para aplicarlosal descompresorMPEGy , desde ste, al generadorde videoque proporcionasalidasde condicin analgicaen formato vdeocompuestoy RGB.E lgeneradorde vdeo insertaen las sealesde imagenlos impulsosde sincro-nismocorrespondientesa la normade televisinanalgicade l monitor.

    0Separaciny descodificacinde los datos adicionales,como los destinadosalos subttulos, informacin esta que se multiplexa con la seal de imagendes-tinada al monitor.

    0 Separacin delos paquetesde datos de l audioy descodificacincon los crite-rios de DolbyAC-3 para,despus,aplicarlosa los convertidoresde digital aanalgico correspondientesy obtener las sealesde audioque excitanlas eta-pas de potenciade l receptor.Entrela salidade los convertidoresD /Ay la entradade los amplificadoresdepotencia,se podrdisponer un procesadorpara control de los parmetrosdetales seales.

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