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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones “Perfeccionamiento de los Medios de Trabajo en el proceso de enseñanza- aprendizaje en la asignatura Televisión Digital” Autor: Yeilanis Romero Tápanes Tutor: Ing. Irina Siles Siles Santa Clara 2013 "Año 55 de la Revolución"
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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
“Perfeccionamiento de los Medios de Trabajo en el proceso de
enseñanza- aprendizaje en la asignatura Televisión Digital”
Autor: Yeilanis Romero Tápanes
Tutor: Ing. Irina Siles Siles
Santa Clara
2013
"Año 55 de la Revolución"
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones
“Perfeccionamiento de los Medios de Trabajo en el proceso de
enseñanza-aprendizaje en la asignatura de Televisión Digital.”
Autor: Yeilanis Romero Tápanes
E-mail: [email protected]
Tutor: Ing. Irina Siles Siles
E-mail: [email protected]
Santa Clara
2013
"Año 55 de la Revolución"
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta
Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en
Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución,
para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser
presentado en eventos, ni publicado sin autorización de la Universidad.
____________________
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la
dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta
envergadura referido a la temática señalada.
__________________
Firma del Tutor
_____________________ ________________________
Firma del Jefe de Departamento Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
i
PENSAMIENTO
En la ciencia no existen calzadas reales, y quien aspire a remontar sus
luminosas cumbres; ha de estar dispuesto a escalar la montaña por senderos escabrosos.
Karl Marx
ii
DEDICATORIA
Dedico este gran esfuerzo a Dios, que me ha acompañado cada momento, y
ha conseguido de mi ser una mejor persona.
A mis padres que los adoro con el alma Olga y Angelito, a mamita, mi
viejita linda ¨te llevo en mi corazón¨, a mi hermanito ¨jose¨, a mi hermana
yele, los amo a todos.
A mis compañeros de estudio, grandes amigos en que se han convertido;
Dayi, Yoa, Rafa, Ira, Dano, Alfre, y mi Amor Mayi.
Yeilanis
iii
AGRADECIMIENTOS
A mi familia, todo se lo debo a ustedes...
A mi tutora de tesis, y amiga Ing.Irina Siles, por su valiosa asesoria,
dedicación y apoyo incondicional.
A Mario Enrique, gracias por estar ahí siempre, antes siendo mi amigo y
ahora mi amor.
A todos mis profesores, por brindarme todas las facilidades a lo largo de
estos años de formación académica.
A mis amigos del “grupo”, dayi, yoa, rafa, dano, ira, mi amor yiyi, los
quiero mucho.
A César Felipe por su gran esfuerzo en mi superacion a lo largo de la
carrera.
A los compañeros de Radiocuba que han tomado un papel protagónico en el
proyecto.
A todos los que han hecho posible la realización de este trabajo.
Yeilanis
iv
TAREA TÉCNICA
1. Revisión de la bibliografía técnico-especializada y estudio del programa de la
asignatura Televisión Digital.
2. Análisis sobre temas correspondientes de TDT e incorporación de aquellos que
carecen de bibliografía.
3. Implementación de ejercicios con el objetivo de complementar el estudio de la
asignatura Televisión Digital.
Firma del Autor Firma del Tutor
v
RESUMEN
Con la reciente implementación del plan de estudio “D” en la carrera de
Telecomunicaciones y Electrónica en la facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Central Marta Abreu de las Villas, asignaturas de la disciplina Sistemas de
Radiocomunicaciones, se ven sometidas a significativas modificaciones en cuanto al
contenido de los planes temáticos, cantidad de horas clase, sistemas de evaluación,
confección de laboratorios de simulación etc., de forma paralela al surgimiento de otras que
aparecen segregadas de una tercera y que van a ostentar condición de currículo propio.
Todas estas modificaciones aprobadas por la comisión de carrera obedecen al Modelo del
Profesional y al Programa Analítico, estas acatan necesidades reales actuales de los
sistemas de radio y a la constante y rápida evolución de los mismos. De acuerdo a esta
reestructuración y la necesidad inmediata de disponer de la mayor cantidad de recursos de
aprendizaje surgió la asignatura Televisión Digital. Se hace necesario revertir las
dificultades bibliográficas que hasta este momento se presentaban para con la asignatura.
La introducción de una nueva tecnología en el país requiere de amplios conocimientos por
lo que se llega a la conformación de materiales que tributen a su buen desempeño,
obteniendo el diseño de un folleto con la ayuda de materiales bibliográficos ya existentes y
ejercicios propuestos elaborados con datos reales suministrados por la entidad Radio Cuba
en su pronta implantación de la Televisión Digital en Santa Clara. Estos materiales fueron
seleccionados cumpliendo las exigencias metodológicas que imponen la Educación
Superior y también las indicaciones del Plan de Estudio D.
vi
GLOSARIO
AV: Audio-Video.
AVS: Audio Video Coding Standard, Estándar de codificación de Audio y Video
utilizado en la norma china de televisión digital.
CBC: Context-Dependent Bitplane Coding/ Codificación dependiente del contexto
del plano de bits. Es un tipo de codificación de entropía utilizado para la
codificación de audio AVS.
BCH: Bose-Chaudhuri-Hocquenghem. Código utilizado en el esquema de
codificación FEC de la norma DTMB.
BPSK: Binary Phase Shift Keying/Tipo de modulación angular donde se producen
dos fases de salida.
CDF: Calendar Day Frame/ Trama de un día de duración.
DCT: Discrete Cosine Transform/ Transformada discreta del coseno.
DTMB: Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting, estándar de televisión digital
adoptado por China.
DTTB: Digital Terrestrial Television Broadcasting/Radiodifusión Terrestre de
Televisión Digital.
DVB-T: Digital Video Broadcasting – Terrestrial.
ES: Elementary Stream/ cadena elemental. Utilizada en MPEG-2.
ETECSA: Empresa de Telecomunicaciones de Cuba.
FEC: Forward Error Correction /Corrección de Errores hacia Delante, tipo de
código que se utiliza en aplicaciones que no toleran retransmisiones o que se
producen en tiempo real. El receptor debe ser capaz de detectar y corregir los
errores que ocurran en el canal de comunicación.
vii
HDTV: High Definition Television/ Televisión de alta definición.
IDFT: InverseDiscrete Fourier Transform/ Transformada Discreta Inversa de
Fourier.
ICRT: Instituto Cubano de Radio y Televisión.
intMDCT: Integer Modified Discrete Cosine Transform/ Transformada entera
discreta del coseno. Utilizada en la codificación de audio AVS.
ISDB: Integrated Services Digital Broadcasting o Transmisión Digital de Servicios
Integrados.
JPEG: Join Photographic Experts Group/ Grupo de Expertos Fotográficos Unidos.
Es una norma para la compresión de datos de imágenes fijas.
LDPC: Low Density Parity Check/Chequeo de paridad de baja densidad.
MFN: Multiple Frequency Network/ Red de múltiple frecuencia.
MPEG: Moving Picture Experts Group o Grupo de Expertos de Imágenes en
movimiento. Este grupo de expertos se dedica a la elaboración de técnicas
eficientes de compresión de audio y video.
NR: Nordstrom-Robinson. Código conocido también como pre-mapeo Cuasi-
ortogonal.
PES: Packetized Elementary Stream/ Cadena elemental paquetizada. Utilizada en
MPEG-2.
PID: Packet Identifier/ identificador de paquete. Es el valor que identifica a un
paquete dentro de un programa.
PMT: Program map Table/ Tabla de mapa de programa.
PQSPSC: Post-Quantization Square Polar Stereo Coding/ Post-cuantización
cuadrada con codificación polar. Es utilizada en la codificación de audio AVS.
viii
PRBS: Pseudo Random Bits Sequence o Secuencia de Bits Pseudoaleatoria.
PS: Program Stream/ Cadena de programa. Utilizada en MPEG-2.
QAM: Quadrature Amplitude Modulation. Tipo de modulación digital en la que se
suman dos señales ortogonales moduladas en amplitud y desfasada 90º
QPSK: Quadrature Phase Shif tkeying/ Tipo de modulación angular de amplitud
constante, la misma es una técnica de codificación M-ario, en donde M=4, con
QPSK son posibles 4 fases de salida para una sola frecuencia de portadora.
RF: Radio Frequency/ Radio Frecuencia.
RGB: del inglés Red, Green, Blue; señales de color.
SDTV: Standard Definition Television/Televisión de definición estándar.
SFN: Single Frequency Network/Red de una sola frecuencia.
TIC: Tecnología de la Información y las Comunicaciones.
TDT: Televisión Digital Terrestre.
TS: Transport Stream/ Paquete de transporte utilizado en MPEG.
TV: Televisión.
UCLV: Universidad Central de Las Villas.
UHF: Ultra High Frequency. Banda del espectro electromagnético que ocupa el
rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz.
VHF: Very High Frequency. Banda del espectro electromagnético que ocupa el
rango de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz.
VLC: Variable Length Code/ Codificación de longitud variable.
XOR: operación lógica binaria que toma valor 1 cuando la cantidad de 1s de sus
entradas es impar.
ix
x
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO ..................................................................................................................... i
DEDICATORIA .................................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii
TAREA TÉCNICA ................................................................................................................ iv
RESUMEN ............................................................................................................................. v
GLOSARIO ........................................................................................................................... vi
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN AMBIENTES
EDUCATIVOS Y TÉCNICOS .............................................................................................. 5
1.1 Peculiaridades examinadas en referencia a los medios de enseñanza utilizados ......... 5
1.2 Televisión Digital Terrestre ......................................................................................... 5
1.2.1 Observaciones en cuanto a implementación e industrialización del estándar
DTMB 7
1.2.2 Televisión Digital en Cuba ................................................................................... 9
1.3 Necesidad de la Asignatura Televisión Digital .......................................................... 11
1.3.1 Programa de la asignatura .................................................................................. 12
1.3.2 Elaboración de un material didáctico como medio de aprendizaje .................... 14
1.3.3 Desarrollo de Habilidades y Hábitos adquiridas por medios de aprendizaje ..... 16
1.4 Conclusiones Parciales del Capítulo .......................................................................... 17
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL ...................................................................................................... 19
2.1 Digitalización de la señal de video. ........................................................................... 19
2.2 Digitalización de la señal de audio ............................................................................ 22
2.2.1 Codificación Psicoacustica. ................................................................................ 23
xi
2.3 Compresión y codificación de la información de video ............................................ 25
2.4 Características generales de la norma DTMB ........................................................... 27
2.4.1 Estructura del Sistema del Estándar DTMB ....................................................... 28
2.4.2 Interfaz ................................................................................................................ 29
2.4.2.1 MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group 2) ................................................ 30
2.4.2.2 Estructura del paquete básico ......................................................................... 30
2.4.2.3 Trama trasporte ............................................................................................... 31
2.4.2.4 MPEG-4 (Moving Pictures Experts Group 4) ................................................ 32
2.4.2.5 AVS ................................................................................................................ 32
2.5 Scrambling ................................................................................................................. 34
2.6 FEC (del inglés Forward Error Correction) ............................................................... 35
2.6.1 BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) ............................................................. 35
2.6.2 Codificación LDPC ............................................................................................ 36
2.7 Constelaciones Mapeadas .......................................................................................... 38
2.7.1 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ....................................................... 38
2.7.2 Symbol Interleaving ........................................................................................... 39
2.7.3 Estructura de trama ............................................................................................. 40
2.7.3.1 Secuencia PN .................................................................................................. 42
2.7.3.2 Información del sistema .................................................................................. 42
2.7.4 Procesamiento del Cuerpo de Trama .................................................................. 42
2.7.5 TDS-OFDM (Time Domain Synchronuous-Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing) .................................................................................................................... 43
2.7.5.1 OFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales) .............. 43
2.7.5.2 Modelo TDS-OFDM (Time Domain Synchronuous-Orthogonal Frequency-
Division Multiplexing) ..................................................................................................... 44
xii
2.7.6 Framing ............................................................................................................... 45
2.7.7 Procesamiento de Datos Banda Base ................................................................. 45
2.7.8 Up Converter ...................................................................................................... 46
2.7.9 Carga útil de datos banda base ........................................................................... 46
2.8 Conclusiones Parciales del Capítulo .......................................................................... 47
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS ................................... 48
3.1 Introducción ............................................................................................................... 48
3.2 Sistema de acciones para el desarrollo de habilidades y hábitos ............................... 48
3.3 Muestra de Ejemplos Resueltos ................................................................................. 49
Ejercicio #1 ....................................................................................................................... 49
Resolución ........................................................................................................................ 50
Ejercicio #9 ....................................................................................................................... 51
Resolución ........................................................................................................................ 51
Ejercicio #10 (Norma DTMB) .......................................................................................... 53
Resolución ........................................................................................................................ 53
Ejercicio #3 ....................................................................................................................... 56
Resolución ........................................................................................................................ 56
Ejercicio#15 ...................................................................................................................... 59
Resolución ........................................................................................................................ 60
3.4 Conclusiones parciales del capitulo ........................................................................... 61
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 62
Conclusiones ..................................................................................................................... 62
Recomendaciones ............................................................................................................. 62
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 63
xiii
ANEXOS .............................................................................................................................. 65
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Durante el estudio y aprendizaje de asignaturas como TV Digital se hace necesario que el
material bibliográfico disponible para consultar por los estudiantes reúna todas las
condiciones de actualidad, imbricación de contenidos relacionados, normas existentes,
tratamiento de señales audiovisuales, tratamiento de los flujos de señal, etc., todos ellos
orientados en aras de satisfacer las demandas existentes.
Para solventar esta carencia y como producto de la necesidad existente se confecciona este
documento que ha de ser utilizado como medio de enseñanza donde se aglutina e ilustra
contenidos a abordar en la asignatura de Televisión Digital garantizando el rigor científico
de la especialidad, en total correspondencia con los temas del programa de la asignatura y
con una estructura concebida del modo más didáctico posible.
En el culminado semestre del curso 2012-2013 los estudiantes de 5to año de
Telecomunicaciones recibieron la primera edición de la asignatura TV Digital incluida en
el Plan de Estudios D. La misma se impartió utilizando solamente bibliografía en formato
electrónico obtenida de sitios de Internet dotados de información fiable y veraz. Tras meses
de comenzada, se recepcionó un texto considerado como texto básico tanto para
Fundamentos de TV como para TV Digital, “Sistemas audiovisuales” de Francesc Tarrés.
El mismo tiene un capítulo dedicado a cuestiones de digitalización, compresión,
codificación de señales, multiplexación de secuencias y principios de DVB, pero carece de
contenidos incluidos en el plan temático como el tratamiento de señales de audio,
transporte de flujos y sobre el estudio y comparación de las diferentes normas existentes a
nivel mundial y de ejemplos numéricos y ejercicios. Paralelo a esta situación, Cuba está
dando los primeros pasos en la aceptación de uno de los estándares tecnológicos para la
TDT y su instalación y puesta en marcha estará a cargo de entidades como el ICRT, Etecsa
INTRODUCCIÓN 2
y Radiocuba, todas carentes de información y especialistas y con el reto de instaurar de
manera gradual y paulatina esta nueva tecnología, buscando llevar a todos los hogares
cubanos señales audiovisuales digitalizadas.
Es por esto que surge la necesidad de preguntarse: ¿Cómo desarrollar un material de apoyo
que contribuya al proceso de enseñanza aprendizaje de la asignatura de Televisión Digital?
Por todo esto se plantea la siguiente situación problémica: ¿Cómo contribuir a la
estructuración de temas vinculados a la asignatura Televisión Digital mediante un folleto
con la ayuda de ejercicios prácticos unido a la implementación de La Televisión Digital en
la provincia, de manera que se satisfagan las necesidades de enseñanza–aprendizaje de
profesores y estudiantes respectivamente?
Esta investigación tiene como objetivo principal: Elaborar un documento sobre temas
referentes a la asignatura Televisión Digital que responda al Programa Analítico de la
Asignatura y a necesidades actuales del país en cuanto a la migración e instauración de la
TV Digital empleando la norma DTMB.
Los objetivos específicos están encaminados a:
1. Realizar una revisión bibliográfica y estudio del programa de la asignatura “Televisión
Digital”.
2. Conformar y explicar temas correspondientes a la asignatura “Televisión Digital”
enfatizando en las características generales de la adopción y desarrollo de uno de los
estándares en Cuba.
3. Proporcionar cierta vinculación a la puesta en marcha de la Televisión Digital en la
provincia y dejar plasmado de algún modo su implementación con ejercicios basados en
datos reales.
Interrogantes Científicas:
1. ¿Cuáles serían los temas a tratar en aporte a la asignatura, vinculados al proceso de
transición analógico - digital?
2. ¿Cuál sería la estructura correcta para conformar estos temas en correspondencia con la
asignatura?
INTRODUCCIÓN 3
3. ¿Cómo lograr una vinculación entre el material y la implementación de la Televisión
Digital en Santa Clara?
Tareas de investigación:
1. Estudio del Programa Analítico de la asignatura Televisión Digital y del Modelo del
Profesional estableciendo los referentes teórico-metodológicos para el proceso
enseñanza aprendizaje de la asignatura TVD.
2. Conformación de los contenidos a abordar en apoyo a la asignatura para satisfacer
los requerimientos del plan de estudio.
3. Incorporación de una serie de ejemplos, ejercicios resueltos y propuestos con el fin
complementar la poca bibliografía existente.
Mediante este proyecto se pretende contribuir a la formación teórica y técnica de los
estudiantes de la carrera Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica en la asignatura
de Televisión Digital. Su correcta utilización facilitará la vinculación del estudiante con la
actividad práctica y le ofrecerá las herramientas necesarias, a partir de ejercicios reales y
demostrativos para su aprendizaje en función de su desempeño profesional. Los turnos de
laboratorios y seminarios programados serán propicios para constatar habilidades y
conocimientos abordados en el presente informe.
El trabajo consta de tres capítulos. El capítulo I hace referencia a la Televisión Digital
como proceso de transición tanto en el mundo como en nuestro país, la necesidad inminente
de la existencia de documentación reconocida acerca de dicho proceso, constituye un
avance y una contribución a la importante tarea del país de preparar el personal calificado
en lo que respecta al nuevo método de transmisión. Por consiguiente, la formación en los
estudiantes de habilidades y hábitos proporcionados por la ayuda de medios como es este
trabajo, es esencial en el desarrollo de sus capacidades.
El capítulo II se dedica a describir someramente los fundamentos teóricos que sustentan la
Televisión Digital, que constituyen base para la descripción de las características generales
de la norma determinante en nuestro país (DTMB Digital Terrestrial Multimedia
Broadcast). El capítulo III se expone un sistema de acciones para desarrollar habilidades
respaldado por una muestra de un total de ejercicios (la muestra total será indexada
adicionalmente a este trabajo) que obedecen al plan temático y a las aptitudes que se
INTRODUCCIÓN 4
persiguen formar en los estudiantes, algunos de ellos, toman valores reales en la instalación
del equipamiento digital para la transmisión de señales audiovisuales.
Las Conclusiones y las Recomendaciones están en función del cumplimiento de los
objetivos propuestos en la confección del trabajo.
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
5
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
1.1 Peculiaridades examinadas en referencia a los medios de enseñanza utilizados
Las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) han tomado un notable auge en la
sociedad debido a su desarrollo acelerado y a que su uso en el entorno escolar contribuye a
mejorar en gran medida el proceso enseñanza aprendizaje. La necesidad de un constante
movimiento del pensamiento contribuye a la fomentación de habilidades, pues refleja cabalmente
la manera en que el alumno piensa, aprende y recuerda palabras, imágenes y sonidos,
animaciones y videos, intercalando pausas para estudiar, analizar, reflexionar e interpretar en
profundidad la información.
La introducción de los medios responde a la necesidad creciente de optimizar la actividad
comunicativa en la que se sustenta todo proceso de enseñanza-aprendizaje. Dentro del sistema
escolar, son recursos en manos del docente y pueden permitir que desarrollen situaciones y
conozcan mejor la realidad. Es menester la existencia de recursos que desempeñen características
de orientación, comunicación y por ende formación de habilidades en los consultantes, que
pongan en práctica instrucciones llevadas a cabo por el mismo. (de Pablos Pons, 1996)
1.2 Televisión Digital Terrestre
El gran empuje tecnológico existente en el mundo ha llevado por primera vez en la historia de la
televisión, un cambio indetenible, materializado con la llegada de la Televisión Digital. Esta
consiste en la transmisión de imágenes en movimiento y su sonido asociado (televisión)
mediante una señal digital (codificación binaria) a través de ondas hertzianas utilizando como
soporte la redes de cable, satélites o simplemente un “cable virtual” que recepciona la señal por
medio de antenas de televisión UHF/VHF convencionales.
Existen un conjunto de ventajas referentes a la Televisión Digital que la hacen determinante
frente a la Televisión Analógica. Presenta gran inmunidad ante ruidos (si existen bits defectuosos
por causa del ruido o de pérdidas de señal, el sistema de corrección de errores puede restituir el
valor original). El uso de técnicas para eliminar las interferencias, así como los problemas de
atenuación de señales y de recepción de camino múltiple, propio de las emisiones analógicas.
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
6
Los equipos de grabación no tienen por qué ser mejor de lo necesario, es decir, la realización de
copias digitales no ocasiona pérdidas de calidad; proporciona interactividad basados en servicios
de guía electrónica de programas, facilita flexibilidad en la recepción tanto para aparatos
domésticos fijos como para receptores a bordo de vehículos o portátiles.
Es importante destacar que los parámetros de la imagen y del sonido en la televisión analógica se
figuran por las magnitudes analógicas de una señal eléctrica, en donde el envío de esta señal
analógica a los hogares ocupa una gran cantidad de recursos, mientras que en la Televisión
Digital estos parámetros analógicos se representan a través de señales digitales en código binario,
es decir, usando los dígitos „1‟ y „0‟. El proceso de digitalización de una señal analógica lo
realiza el conversor análogo/digital, el cual dedica sus funciones a comprimir la señal,
almacenarla y transportarla con un mínimo uso de recursos sin degradar la calidad del video ni
de audio.
En lo que se refiere a calidad en la imagen digital, en sentido estricto, se habla de resolución, que
se expresa en píxeles, de manera tal que cuanto mayor cantidad de píxeles tiene la señal que se
recibe, mayor calidad tendrá la imagen. Es posible aplicar técnicas de compresión de datos sin
pérdidas o técnicas de compresión con pérdidas basados en la codificación perceptual mucho
más eficientes que con señales analógicas. (Rey Domínguez & Raymond Rodríguez, 2011)
La principal diferencia entre los sistemas de comunicación analógicos y digitales radica en que
los sistemas analógicos tienen una forma de onda continua, de esta forma se tiene un conjunto
que es infinito, un receptor tendrá que decidir entre un conjunto infinito de posibilidades de
señales recibidas. La figura de mérito del desempeño de un sistema de comunicaciones analógico
está ligado a un criterio de fidelidad, relación señal a ruido, porcentaje de distorsión, o esperar un
error cuadrático medio entre las formas de ondas transmitidas y recibidas. Al contrario, un
sistema de comunicaciones digital transmite señales que representan dígitos. Estos dígitos
forman un conjunto finito, y este conjunto es conocido a priori por el receptor. La figura de
mérito de un sistema de comunicación digital es la probabilidad de detectar incorrectamente un
dígito o la probabilidad de error. (Sklar, 1988)
El proceso de transición hacia esta tecnología ha venido marcado por utilizar de forma más
eficiente el espectro actualmente manejado por la televisión analógica, para así aprovechar los
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
7
beneficios del procesamiento, multiplexaje, codificación y modulación digital de señales de
audio, video y datos, con la finalidad de optimizar la transmisión, por ampliar la oferta de
canales, y por impulsar los nuevos servicios y facilidades que podrá ofrecer la televisión digital.
Cuba ha dado los primeros pasos en la aceptación de uno de los estándares tecnológicos para la
TDT, examinando sus ventajas y desventajas a la luz de las condiciones técnicas de las redes
actuales y realizando pruebas de campo sobre las cuatro normas vigentes (Habana 2007 y 2009).
La norma DTMB (Digital Terrestre Multimedia Broadcast) se usa principalmente en China y
está en prueba en otros países. En estos momentos, las comisiones designadas por el gobierno
cubano consideraron su adopción, pues los resultados de pruebas comparativas realizadas en
todo el mundo la señalan como la más completa técnicamente: además de las pruebas realizadas
en la Habana, también se han realizado en Beijing, Caracas, Lima y Quito. A pesar de que fue la
última en ser lanzada ha incorporado los más novedosos algoritmos y reutiliza lo mejor de cada
una de las que le antecedieron. (García Rodríguez, Rey Domínguez, & Raymond, 2012).
1.2.1 Observaciones en cuanto a implementación e industrialización del estándar DTMB
La implementación de la Televisión Digital Terrestre así como otras nuevas tecnologías
representa altos costos, que pueden entenderse como inversiones, ya que, en el caso de la
televisión digital, a largo plazo beneficiará tanto a los usuarios como a los proveedores de
servicios. Mientras más grande sea el número de usuarios y por ende potencias compradoras de
los equipos de recepción, estos se abaratan más.
El estándar chino cuenta con muchas empresas que han fortalecido su industrialización, entre las
cuales están:
Chips Demoduladores: Sunplus, Haier, Trident, Maxscend, Hisilicon, Leaguer SME,
Micronas, Legend Silicon.
Transmisores DTMB: BBEF, GME, Kaiteng, Anshan broadcasting, Toshiba,
Thmonson.
Televisores y Decodificadores (Set Top Box): Haier, Changhong, KONKA, Skyworth,
Hisense, Jiuzhou, SVA, Samsung, Tsinghua Tongfan.
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
8
Equipo de Testeo de DTMB: Tektronic, Agilent, R&S, Eiden, Shiba Electrinics,
Promax.
Hoy en día el estándar DTMB cuenta con muchas más empresas que facilitan enormemente su
implementación en China y Hong Kong.
Dentro de los gastos útiles y necesarios que realiza una persona común para poder recibir la
TDT, está el adquirir un televisor con sintonizador digital integrado (híbrido) que permite recibir
la señal digital directamente sin ningún problema toda una vez que obedezca a la norma que se
implemente, o un decodificador (set top box), que permite el cambio del formato digital al
analógico convencional posibilitando recibir la señal en un televisor analógico tradicional, con el
que se cuenta actualmente.
Dentro de la fase de transmisión, la implementación de la red de Televisión Digital terrestre es
muy importante. En principio, los transmisores de televisión digital podrían utilizar los
emplazamientos actuales de transmisores de televisión analógica, con lo cual se puede reutilizar
gran parte de la infraestructura disponible actualmente.
Adicionalmente el país que requiera implementar la Televisión Digital Terrestre debe tomar
decisiones reglamentarias oportunas que normen este servicio, por ejemplo se puede iniciar
elaborando un plan Nacional de Transición a la Televisión Digital Terrestre que debe establecer
un marco básico de actuación para un cese ordenado y coordinado de las emisiones de televisión
con tecnología analógica que garantice la transición armónica a la TDT. (Campos Mariño, 2010)
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
9
1.2.2 Televisión Digital en Cuba
En nuestro país, se verificaron las posibilidades reales de cada uno de los estándares, llegando a
conclusiones debido a resultados técnicos que favorecieron a la norma China DTMB y a la
japonesa-brasileña ISDB-Tb, específicamente en la ciudad capital La Habana, en diciembre del
2007 se implementó el estándar DTMB en fase de prueba, comparándolo con el estándar
europeo. Los resultados mostraron al estándar DTMB superior que el DVB-T, no solo en canales
de 6MHz (ancho de banda) sino también en canales de 8 MHz.
Norma China:
Técnicamente más avanzada, se obtiene igual resultado con un 30% menos de recursos en
la transmisión
Tiene más capacidad de transmisión de información
Es la que puede llegar a la mayor cantidad de población con el menor gasto de recursos
Soporta muy bien las condiciones generales de Cuba. Antenas deficientes / vehículos
ruidosos, etc.
Pudiera ser diseñada para enfrentar la tele-agresión de forma intrínseca
Hay que adaptarla para ser usada en Cuba. Esto hace que el soporte fundamental de
productos sea la Industria Nacional, la que se tiene que desarrollar obligatoriamente.
Es muy reciente, todavía se está desarrollando.
Norma japonesa versión brasileña:
No requiere adaptación para ser usada en Cuba.
Está plenamente desarrollada
Permite transmitir la TV de forma gratuita hacia los teléfonos celulares
Dispone de un sistema de alarma frente a desastres naturales
Soporta muy bien las condiciones generales de Cuba. Antenas deficientes / vehículos
ruidosos, etc.
Ha sido adoptada por casi todos los países de América del Sur, y se perfila como una
norma latinoamericana
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
10
Hasta hoy, no hay garantía de su viabilidad frente al bloqueo de los EE.UU.
Es importante destacar que la elección de la norma es un acto de suma responsabilidad para
cualquier país. La norma elegida va a determinar el tipo de receptor que la población va a tener y
la forma en que se va a transmitir. Debe estar vigente durante un cierto período de tiempo hasta
que el desarrollo tecnológico la supere. Como involucra a toda la población, con implicaciones
económicas y sociales, es una decisión política que se toma al más alto nivel.
Para determinar el comportamiento de cada uno de los estándares de transmisión en las
circunstancias propias de nuestro país se han realizado estudios teóricos y pruebas de campo,
además de una negociación en aras de evitar que en la introducción de esta tecnología el país se
vea afectado también por las leyes del injusto bloqueo impuesto por los Estados Unidos. Implica
a su vez considerables inversiones, no solo para la transmisión de la señal, sino en el propio
proceso de creación y producción televisiva, en el transporte de esta señal hacia las antenas que
la radian para que sea recibida en los hogares, y en los equipos receptores, la mayoría de los
cuales no están acondicionados para la televisión digital. (Rey Domínguez & Raymond
Rodríguez, 2011)
Recientemente, se ha dado la divulgación a través de medios de comunicación masivos (prensa y
televisión) a la población de que el estándar a adoptar es el DTMB en su variante de 6 MHz. Para
la alfabetización de los televidentes se han llevado a cabo espacios abiertos de diálogo como
Mesas Redondas y programas de participaciones en las diferentes cadenas de radio. En ellos se
trata de que para la primera etapa de prueba se distribuya con un precio módico las cajas
decodificadoras y luego para el último cuatrimestre del año se pretende que las cabeceras
provinciales comiencen con la transmisión. Las cajas decodificadoras para la etapa de transición
brindaran una señal analógica de 8 programas (Cuba-visión, Tele-rebelde, Canal Educativo,
Canal Educativo II, Canal Habana, Cuba-visión internacional, Multi-visión, un canal con las
respectivas emisoras de radio) multiplexados en definición estándar (SDTV), entregados por el
canal de AV audio-video (para los receptores que la tengan habilitada) señales RGB o por la
antena para televisores convencionales analógicos o híbridos. El decodificador de entrada vendrá
equipado con un mando con el que se podrá interactuar para escoger uno de 8 programas
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
11
predeterminados, la cartelera o información del estado de tiempo. Se pretende para el futuro
contar con canales de alta definición (HDTV).
Una gran responsabilidad de estas transformaciones la tiene el Instituto Cubano de Radio y
Televisión o ICRT ya que de alguna u otra forma el cambio supone una forma diferente de
producir programas debido a las tipologías de los nuevos equipos o por el concepto de
realización. Radio Cuba y Etecsa (Empresa de Telecomunicaciones de Cuba) se han encargado
principalmente de realizar la mayor parte de inversiones en los sistemas de transportación y
transmisión de la señal, otros implicados como las cadenas de tiendas, la industria electrónica
nacional y por supuesto la población en general.
1.3 Necesidad de la Asignatura Televisión Digital
En aras de suplir el reto de formar integralmente egresados aptos para enfrentar el siglo XXI, las
Universidades cubanas y en particular la Universidad Central Marta Abreu de las Villas, tiene el
compromiso con nuestra sociedad de educar a la juventud, buscando siempre un equilibrio entre
los enfoques científico-tecnológico y el ético-cultural, acordes con las necesidades sociales no
sólo de nuestra nación, sino del mundo globalizado actual; así como la búsqueda de la verdad y
el bien común. Desde su fundación y con 60 años de experiencia, la UCLV ha formado
profesionales exitosos (con profundos valores educativos, sociales y morales) en los más
diversos campos de trabajo quienes han contribuido de manera significativa al desarrollo de
nuestro país afrontando retos del nuevo milenio y aportando conocimientos y habilidades al
progreso.
Teniendo como primicia el interés por mantenerse como una institución de excelencia y prestigio
internacional, la UCLV, lleva a cabo un importante proyecto académico: la conformación de un
modelo educativo que la caracterice en todos sus ámbitos de acción. Además, ha de rescatar lo
más valioso de su tradición educativa aunado a sustentos teórico filosófico y contemporáneo en
materia de educación y que ha de destacarse por una adecuada, satisfactoria y congruente
práctica docente educativa.
En total resonancia con lo antes expuesto, el Departamento de Telecomunicaciones y
Electrónica, y particularmente la Disciplina de Radiocomunicaciones ha promovido algunos
cambios en el proceso de enseñanza en la Educación Superior; que se materializan con una
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
12
reevaluación y actualización de las asignaturas a estudiar en dicha especialidad. Un ejemplo de
ello lo constituye la asignatura llamada Televisión Digital, que emerge ostentando la condición
de opcional y de currículo propio para ser impartida en el último año de estudios. La misma
promulga satisfacer los requerimientos del país de preparar profesionales capaces de suplir las
necesidades existentes en esta nueva materia. Es fundamental el conocimiento y la sapiencia para
su ejecución, así como la existencia de proyectos con el objetivo de que el estudiante pueda
documentarse en el tema.
1.3.1 Programa de la asignatura
Como se comentó anteriormente, en sus inicios, la asignatura “Televisión Digital” surgió en el
marco de la disciplina “Sistemas de Radio Comunicaciones”, en su versión correspondiente al
“Plan de Estudio D”. Los contenidos referentes al tema se impartían de forma breve y poco
profunda, en un tema destinado al estudio de la TV Digital en la asignatura “Fundamentos de
Televisión”. Esta asignatura presenta un carácter electivo, de currículo propio con un total de 32
horas clase. Ver anexo horas clase (Anexo A.1).
En ella se precisan objetivos instructivos encaminados a definir los temas a tratar en la
asignatura, y puntualizar el modo académico para los estudiantes; ellos son:
Conocer los parámetros fundamentales de la Señal de Televisión Digital.
Preparar de modo académico a los educandos en función de saber la necesidad que
implica reducir el espectro de radio frecuencia en función de la eficiencia espectral y la
calidad de la imagen a observar por los televidentes.
Conocer las diferencias entre las señales de TV digital y analógica así como las de
investigaciones aplicadas y tratadas por sistemas de adquisición de datos.
Conocer las normas establecidas internacionalmente para el tratamiento de la señal de TV
Digital.
Perspectivas de su aplicación en Cuba. Actual y futuro.
Los objetivos educativos coinciden con los de la Disciplina de “Sistemas de Radio
Comunicaciones”:
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
13
Contribuir a formar en el estudiante la concepción del mundo a través del estudio de las
leyes que rigen el movimiento del campo electromagnético en diferentes medios, así
como también mediante la caracterización, procesamiento y transmisión/recepción de
señales a los efectos de la radiocomunicación y radiodifusión.
Contribuir a formar en el estudiante una personalidad integral a través del desarrollo de
hábitos, habilidades y capacidades relacionadas con la constancia en el estudio y trabajo
independiente y la asimilación de las mejores tradiciones de nuestro país.
Contribuir a formar en el estudiante el hábito del análisis científico a través de la
aplicación de métodos científicos en el estudio de los sistemas de radiocomunicaciones.
Contribuir a que los estudiantes en su futura actividad profesional sean capaces de
participar en la organización, desarrollo y dirección de los sistemas de
radiocomunicaciones.
La impartición de la asignatura “Televisión Digital” se estructura a partir de cuatro temas
fundamentales que engloban todo lo concerniente a la materia en cuestión:
Tema I “Introducción a la TV Digital” con una duración de 6 horas clase donde se abarca la
materia correspondiente a lo relacionado con la evolución de la TV analógica a la digital.
Digitalización de la señal de vídeo y audio así como las normas de Televisión y formatos de
imagen. Particularmente comprende cuatro horas para conferencias y dos para clase práctica.
Cuenta con objetivos principales tales como el conocimiento de las técnicas y normas utilizadas
en el muestreo y codificación de la señal de video para conformar el cuadro o imagen
digitalizada y saber calcular en base a estas las velocidades en requeridas para una
correcta transmisión.
Tema II “Técnicas de Compresión de Video y Audio. Multiplex y transporte” con un total de 20
horas clase que comprende la materia correspondiente a las Técnicas de compresión de vídeo sin
pérdidas, Técnicas de compresión con pérdidas, Norma MPEG-2, Dolby AC-3, y la estructura de
la señal de transporte MPEG-2. El contenido se divide en 14 horas de conferencias y 6 de clases
prácticas.
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
14
Su objetivo principal consiste en conocer las generalidades más importantes de las técnicas de
compresión aplicadas a las señales audiovisuales, haciendo énfasis en las utilizadas en las
normas DTV, así como también la norma aplicada al paquete o flujo de bits digitalizados.
Tema III “Sistemas de RF” con una duración de 18 horas. Sus contenidos a tratar son la
Estructura general de un Sistema de RF de Televisión Digital Terrestre, Normas ATSC, DVB,
ISDB y DTMB, Técnicas de Medición con sus correspondientes resultados experimentales.
Estos temas se parten en 12 horas de conferencias y 6 de clases prácticas. Su propósito radica en
conocer las principales características de las normas de TV digital Terrestre desarrolladas
actualmente, algunas en fase de pruebas y otras aplicadas, destacando las deficiencias y
bondades de cada una de ellas.
Tema IV Receptores de TV digital, principalmente la estructura de un receptor de TV digital y
las posibilidades técnicas de su reparación, principios de decodificación y deflexión, así como
los TDT que deben ser inicialmente utilizados, cuenta con un total de 4 horas clase incluyendo
conferencias y clases prácticas.
El presente trabajo no tiene como objetivo puntualizar cada tema del programa de la asignatura
sino hacer un estudio abarcador de los contenidos relacionados con la norma empleada
actualmente en el país(DTMB), desde una breve explicación de sus características técnicas
generales y de su sistema de transmisión básico para TV Digital Terrestre hasta la confección y
realización de un número de ejercicios propuestos y resueltos que serán útiles para la auto-
preparación individual que responde a los objetivos planteados en cada tema. Los ejercicios
elaborados serán puestos en la plataforma Moodle como parte de un trabajo colaborativo con
otro estudiante y aumentar la visibilidad mediante la extranet de los programas de estudios que
brinda la universidad.
1.3.2 Elaboración de un material didáctico como medio de aprendizaje
El hombre a lo largo de la historia ha tratado de sobrevivir en un proceso adaptativo al medio
físico social, ayudándose de herramientas que le facilitan su dominio sobre el mismo. Estos
medios comenzaron por atender dimensiones de su adaptabilidad en relación con su fuerza física,
de igual modo, más tarde lo ha hecho en la adaptación de sus sentidos, de perpetuación de
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
15
patrimonio cultural, la actividad educativa, etc. Hay por tanto una serie de útiles, instrumentos,
herramientas que prolongan facilitan, median, la capacidad de relación, incluida la comunicativa,
del hombre y que, en sentido genérico, se les puede llamar medios. (Pérez J. R.)
Se hace necesario destacar la importancia que reviste este proyecto como medio de enseñanza
tanto para alumnos como técnicos especializados en el tema. Por consiguiente, como concepto
podemos definir un medio como cualquier forma de recurso o equipo que sea usado
normalmente para transmitir información entre las personas, sus funciones principales radican en
acercar a los alumnos a situaciones vitales de aprendizaje, elementos para la motivación,
despertar el interés y la atención para el aprendizaje y constituye un medio facilitador de la
comprensión de los contenidos didácticos. (Pérez J. R.)
Los medios de enseñanza tienen una innegable importancia en todo lo relacionado con el
intercambio de información en el proceso de formación de los profesionales. Estos elementos,
como uno de los componentes fundamentales del proceso docente-educativo, facilitan el trabajo
relacionado con la demostración de ideas necesarias a ser trasmitidas, por lo que aumentan
considerablemente la calidad de la información que se comparte.
El ahorro de tiempo que se alcanza con el empleo racional y organizado de los medios de
enseñanza es otro de los argumentos que obligan a considerarlos como uno de los factores a tener
presente para elevar la efectividad del proceso docente educativo.
Vale resaltar que el libro de texto constituye la fuente principal de información científica y
práctica de los alumnos, pues considera los requisitos necesarios para el nivel de conocimiento,
las habilidades y hábitos requeridos por los propios estudiantes. Pero sin dejar de mencionar que
este se complementa con materiales tanto para la transmisión de información como a otras
funciones no menos importantes en el aprendizaje, en la solución de ejercicios y tareas, la
orientación para el estudio individual y el trabajo experimental. Estos permiten la actualización
de los conocimientos y fortalece en los alumnos los hábitos que se requieren para el trabajo
independiente y el estudio permanente. (Perdomo Vázquez, 1998)
Entre las características fundamentales que debe presentar un medio de enseñanza ofrecidas por
el Dr. José Manuel Perdomo Vázquez (Perdomo Vázquez, 1998) se tiene que estos:
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
16
permiten una mejor retención en la memoria de los conocimientos aprendidos.
posibilitan una racionalización del tiempo necesario para el aprendizaje.
disminuyen el agotamiento intelectual de los estudiantes.
sintetizan un gran volumen de información.
hacen más productivo el trabajo del profesor.
aumentan el nivel de asimilación de los conocimientos por parte de los alumnos.
establecen un alto grado de comprensión y comunicación entre el profesor y los alumnos.
No cabe duda que la elección y utilización de los materiales de enseñanza representan decisiones
básicas para lograr la coherencia de la actuación docente. Los materiales curriculares y medios
didácticos son herramientas que, en manos del docente se convierten en mediadores del
aprendizaje del alumnado. Utilizados sistemáticamente y con criterios prefijados, facilitan
además la tarea del profesor, tanto en lo que se refiere a la planificación, como al desarrollo y la
evaluación del proceso de enseñanza y aprendizaje. (Ballesta Pagán)
En este sentido, es inimaginable una enseñanza desprovista de instrumentos y medios de soporte
didáctico. Los materiales curriculares son necesarios, ya que difícilmente se pueden tomar
decisiones sin contar con medios que las faciliten.
1.3.3 Desarrollo de Habilidades y Hábitos adquiridas por medios de aprendizaje
Actualmente se hace continua referencia a la necesidad de que los alumnos no solo aprendan
teorías, leyes y conceptos, sino que además desarrollen habilidades que les permitan asumir una
actitud responsable en la búsqueda de esa información. Dado el desarrollo alcanzado por la
ciencia y la técnica y la gran cantidad de conocimientos acumulados por la humanidad, se hace
necesario que los maestros y profesores dirijan su trabajo docente, más a enseñar a aprender que
a transmitir información.
Con todo un logro de lo mencionado anteriormente se contribuye a la formación de habilidades
en los estudiantes, dada la rapidez de los cambios provocados por el progreso científico y por las
nuevas formas de actividad económica y social. Es menester promover no sólo el acceso a la
información, sino la curiosidad, la satisfacción y el deseo de conocer permanentemente.
(Instituto Pedagógico Latinoamericano y Caribeño).
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
17
Las habilidades son imposibles sin los conocimientos; la educación presupone conocimientos de
la realidad con la que se establece una u otra relación, el conocimiento de la actividad que
provocan unas u otras emociones y que contempla determinadas habilidades y hábitos de
conducta.
La formación de las habilidades y los hábitos permite que los alumnos sean capaces de
argumentar, explicar, demostrar, otras se expresan en actuaciones ordenadas, disciplinadas,
limpias, con respecto a las normas e instrucciones individuales y colectivas.
El estudiante debe demostrar el alto nivel científico y pedagógico alcanzado con la dinámica de
los diferentes planes de estudio y en especial con el plan de estudio D, lo que lo hace competitivo
en los diferentes sectores de la enseñanza. (Modelo del Profesional, 2007)
En el desempeño de este trabajo cada cual adquiere una serie de conocimientos, motivaciones y
particularidades específicas que se convierten en la base de su preparación para realizar la
actividad en las condiciones concretas de acuerdo con el tipo de labor que desempeña en
determinada esfera de la sociedad. A su vez el desarrollo y progreso continuo de la ciencia y la
producción material requiere del aumento creciente del nivel de capacitación y la calidad de la
ejecución de los trabajadores. (Instituto Pedagógico Latinoamericano y Caribeño).
Se han desarrollado un sin número de herramientas, primero con el objetivo de suplantar el
trabajo del profesor, pero que, a la larga, han venido a complementar de una forma absoluta su
trabajo. Entre las exigencias educativas del “Plan de estudio D”, para sus asignaturas, está el
contar con materiales bibliográficos al alcance de los estudiantes que cumplan con las exigencias
requeridas, con el fin de dinamizar aún más el proceso docente educativo.
1.4 Conclusiones Parciales del Capítulo
La asignatura TV Digital juega un papel importantísimo en la adquisición de un entendimiento
básico vinculado al establecimiento de una nueva tecnología, su estructura, funcionamiento y un
grupo de normas y estándares afiliados. La planeación de la asignatura vista como un
instrumento teórico-metodológico, al alcance de los educadores permite visualizar con antelación
el camino viable para el logro de aprendizajes, los cuales es necesario visualizarlos dentro de
planes estratégicos teniendo como primicia que el trabajo docente no consiste en enseñar
CAPÍTULO I. PANORÁMICA DE LA TV DIGITAL EN CUBA EN
AMBIENTES EDUCATIVOS Y TÉCNICOS
18
conocimientos, sino que se fundamenta en enseñar a pensar a través de habilidades cognitivas
adquiridas, con la finalidad de que el objeto de estudio de la disciplina estudiada se comprenda,
explique, aplique, para aprender a seguir aprendiendo de esta, toda una vez que el profesor se
libera de la preocupación de transmitir conocimientos enciclopédicos.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
19
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
CORRESPONDIENTES A LA TELEVISIÓN DIGITAL
Una vez se ha tenido el alcance y los objetivos marcados en la elaboración del proyecto, se
dedica este capítulo a realizar una introducción teórica de conceptos de los que se hace uso en el
contenido a abordar sobre el estándar empleado en Cuba y que son necesarios para una mejor
comprensión de los procedimientos a manejar en el cumplimiento de los ejercicios propuestos.
2.1 Digitalización de la señal de video.
La digitalización de una imagen se basa en una división del espacio a modo de cuadrícula, donde
la unidad más pequeña se denomina píxel. Para cada uno de los pixeles que se tienen en una
imagen, se guarda la información referente a la luminancia (brillo o niveles de gris) y, si es en
color, también al nivel de cada una de las componentes, R (rojo), G (verde) y B (azul). Por tanto
se observa que para una imagen se tienen varias matrices de información. (Chai, N, & Meier
Douglas, 1999)
Los pixeles se agrupan dentro de la imagen en arreglos de 8 por 8, denominados bloques. Estos
bloques pueden representar, indistintamente, muestras de luminancia o de crominancia,
organizándose en macrobloques, formados por 4 bloques de luminancia, constituyendo matrices
de 16x16 elementos.
Los macrobloques son la unidad básica sobre la cual se realiza la compensación de movimiento
que consiste en una técnica utilizada en la codificación de vídeo, cuyo principal objetivo reside
en eliminar la redundancia temporal existente entre las imágenes que componen una secuencia,
con el fin de aumentar la compresión. Estos bloques contienen datos de luminancia y
crominancia, posteriormente, en el momento de la codificación, a cada uno de éstos bloques se le
aplica la DCT y se obtendrán unos coeficientes cuantificados uniformemente listos para
transmitir. La cabecera de los macrobloques proporciona información sobre el tipo de
codificación usado en el macrobloque, la escala del cuantificador y los vectores de movimiento.
Cuando se habla de digitalización de video debemos tener en cuenta que entra en juego una
tercera dimensión, el tiempo. Por tanto una secuencia de video se genera mediante la proyección
de un número de imágenes en un tiempo determinado, que dependerá del sistema sobre el que se
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
20
trabaje. El problema de este planteamiento es el alto volumen de datos que se crean. Es por esto
que se han desarrollado varios estándares de codificación y compresión como es la familia
MPEG entre otros, que permiten obtener una alta calidad de video y a la vez, diferentes tasas
para diversas aplicaciones. (Rivas, 2006)
La digitalización de toda señal continua debe primero muestrearse. Este representa la medida de
la amplitud de la señal análoga en intervalos periódicos. En esta etapa la señal es muestreada
periódicamente a intervalos T, y donde la frecuencia de muestreo ( ⁄ ) es la tasa a la cual
el codificador digital examina la señal analógica y la convierte en números digitales. Según el
teorema de Nyquist para que una señal pueda recuperarse por completo, debe hacerse a
donde es la anchura de banda de la señal.
Para favorecer la uniformidad y el funcionamiento de las memorias digitales, el muestreo deberá
ser ortogonal, es decir, que todas las líneas contengan el mismo número de muestras.
Es necesario efectuar un proceso de redondeamiento de los valores de amplitud para generar un
conjunto finito de valores fijos o niveles, asignándole valores numéricos a cada muestra, este
proceso se le conoce como cuantificación. El número de bits por muestra utilizados, determina la
resolución o profundidad de digitalización. (Briceño Márquez, 2005).
Posteriormente se procede a codificar la señal para ser transmitida, este asigna una palabra de
código o símbolo (una serie de bits) a cada valor cuantificado.
Una vez codificadas las muestras se genera una trama de bits en serie cuya frecuencia o tasa
binaria Rb, definida como número de bits por segundo, depende de la frecuencia de muestreo y
del número de bits por muestra.
Existen varios formatos para muestrear la señal. En el formato 4:4:4 hay 4 bloques de cada
componente de crominancia por cada 4 de luminancia, mientras que en el formato 4:2:2 hay 2
bloques de componentes de crominancia por cada 4 bloques de luminancia y en el formato 4:2:0
hay un bloque de cada componente de crominancia por cada 4 bloques de luminancia. Este
diezmado o submuestreo de la información de crominancia es justificada dada la menor
resolución cromática de la visión humana.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
21
Figura 2.1 Formatos del Macrobloque (4:2:2, 4:2:0, 4:1:1)
Existen dos alternativas en la selección de las señales a digitalizar para representar la señal de
televisión en color: digitalizar la señal de video compuesta o digitalizar cada componente. La
primera variante no es aplicable, debido a la existencia de incompatibilidades entre sistemas,
problemas intrínsecos de los sistemas analógicos (imbricación de espectros, separación
luminancia- crominancia, etc), es menester hacer referencia la digitalizacion por componentes.
(Rivas, 2006)
En la digitalización de las señales por componentes trabajan las tres señales. Cada señal va por
su camino y por ello sufre distorsiones diferentes, tanto en amplitud como en tiempos (hay
retardos) que complican y alteran el resultado final de la mezcla de ellas para componer la
imagen en la pantalla del televisor. De esta forma no hay pérdidas en el tratamiento de la imagen
puesto que los colores primarios siguen existiendo como tal en su transmisión; por simplicidad,
nos lleva a la luminancia (Y) que representa la componente de la señal de vídeo que contiene las
informaciones de la luz o brillo y las dos componentes de la crominancia, conteniendo las
informaciones del color.
La velocidad de muestreo que es necesario emplear en los distintos formatos utilizados por el
sistema, puede calcularse como la cantidad total de muestras que tiene el cuadro o campo
multiplicado por la frecuencia de cuadro o campo en dependencia de si se utiliza exploración
progresiva o entrelazada. (Gonzalez & Woods, 2002)
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
22
Figura 2.2 Velocidades de muestreo para los distintos formatos del sistema digital
2.2 Digitalización de la señal de audio
Una señal de audio es una señal analógica eléctricamente exacta a una señal sonora;
normalmente está acotada al rango de frecuencias audibles por los seres humanos que está entre
los 20 y los 20.000 Hz, aproximadamente. Dado que el sonido es una onda de presión se requiere
un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas
sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas).
El proceso de la adquisición de audio para su digitalización comienza con la captura mediante un
elemento transductor (micrófono) o de la reproducción de una grabación previa, posteriormente
se realiza un filtrado eliminando aquellas frecuencias no audibles por los humanos para después
llevar a cabo la compresión, y así realizar el muestreo de la señal y su conversión análogo digital.
Figura 2.3 Proceso de Digitalización de Audio
La elección de la frecuencia de muestreo dependerá de la aplicación para la cual esté destinada la
aplicación:
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
23
32kHz→ derivado de la FM se usa para TX.
44.1kHz→ derivado de la tecnología de video se usa para los CDs.
48kHz→ derivado de la FM tiene uso de audio profesional.
En el muestreo se fija la amplitud de la señal eléctrica a intervalos regulares de tiempo (tasa de
muestreo). Para cubrir el espectro audible (20 a 20000 Hz) suele bastar con tasas de muestreo de
algo más de 40000 Hz, con 32000 muestras por segundo se tendría un ancho de banda similar al
de la radio FM o una cinta de casete, es decir, permite registrar componentes de hasta 15 kHz,
aproximadamente. Para reproducir un determinado intervalo de frecuencias se necesita una tasa
de muestreo de poco más del doble (Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon). Por ejemplo en
los CD, que reproducen hasta 20 kHz, emplean una tasa de muestreo de 44,1 kHz (frecuencia
Nyquist de 22,05 kHz). (Spinelli).
Seguido el proceso de muestreo, se lleva a cabo la cuantificación, que consiste en convertir el
nivel de las muestras fijadas en el proceso de muestreo, normalmente, un nivel de tensión, en un
valor entero de rango finito y predeterminado. (Spinelli).
El proceso de codificación de audio es un poco diferente que el de video. No hay un equivalente
a las diferentes I, P o B “frames” y los “frames” de audio tienen todas las mismas cantidades de
datos y nunca son transmitidos fuera de orden. En Audio MPEG-2, el encabezado de la
secuencia contiene el descriptor que indica qué capa se usó para codificar el audio y el tipo de
compresión, seguido de la velocidad de muestreo original.
2.2.1 Codificación Psicoacústica.
Toda técnica de compresión se basa en descartar parte de los datos de la señal de audio digital:
aquellos menos significativos, que representen la menor distorsión en la señal de audio
resultante. Diversas técnicas se fueron desarrollando para descartar datos pero en los primeros
desarrollos la calidad de audio se veía seriamente comprometida. El método que resultó exitoso
se basó en aprovechar cualidades perceptivas del oído humano para decidir qué información
descartar. Este método se denominó “compresión psicoacústica”. La magia de la compresión
psicoacústica radica en aprovechar un fenómeno de la audición conocido como “efecto de
enmascaramiento”: una particularidad del oído humano para la cual escuchamos solamente
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
24
algunas componentes de una señal acústica compleja (mezcla de sonidos): aquellos que tienen
una mayor intensidad, y que ocultan otros que no se oyen. (Spinelli).
Figura. 2.4 Enmascaramiento
Figura. 2.5 Enmascaramiento en frecuencia por un tono de 1 KHz
Figura. 2.6 Enmascaramiento temporal
Existen dos tipos de enmascaramiento:
1. Enmascaramiento en frecuencia o simultáneo: Ocurre cuando dos sonidos se producen al
mismo tiempo, y uno enmascara al otro.
2. Enmascaramiento temporal: Está vinculado con la imposibilidad del oído humano de
percibir un sonido débil si antes de éste se estaba escuchando un sonido más potente.
Cuando escuchamos la señal codificada, la información descartada no se recupera, pero como se
eliminó información que el oído de todos modos no iba a escuchar, la señal codificada y la
original se escuchan “iguales”, esto es en teoría, en la práctica la fidelidad del audio comprimido
depende de la tasa de compresión aplicada, es decir, de la cantidad de datos que se descartan.
Cuanto más datos son descartados (mayor compresión) menor cantidad de datos son necesarios
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
25
para representar la señal (archivo más pequeño), pero a costa de perder calidad de audio.
(Spinelli).
En la siguiente figura se observan las curvas de igual sonoridad. Representan la sensibilidad del
oído a distintas frecuencias y niveles. La escala de nivel está representada en dB SLP, donde 0
dB se refiere al umbral de audición para 1.000Hz, que corresponde a una presión sonora de
⁄ . Valores por debajo de cero deben interpretarse como el área en donde el oído es
más sensible que el valor elegido como referencia, es decir, niveles de presión sonora más
pequeños que ⁄ quedan representados como dB SLP negativos. Esto no significa que
la presión sea negativa. Nótese que la sensibilidad del oído es más lineal a medida que se
incrementa el nivel de audio. (Spinelli).
Figura 2.7 Curvas de igual sonoridad. Representan la sensibilidad del oído a distintas frecuencias y
niveles.
La curva inferior se denomina “umbral de audición” e indica el nivel mínimo recibido para cada
frecuencia. La curva superior se corresponde al “umbral de dolor” y representa la máxima
presión sonora que soporta el oído antes de dañarse. Valores por encima de este umbral pueden
causar daños severos al oído. (Spinelli).
2.3 Compresión y codificación de la información de video
Para entender el proceso de compresión es importante reconocer las diferentes redundancias
presentes en los parámetros de una señal de video:
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
26
Espacial (Intracuadro)
Temporal (Intercuadro)
Psicovisual
Codificación
La redundancia espacial ocurre porque en un cuadro individual los pixeles cercanos (contiguos)
tienen un grado de correlación, es decir, son muy parecidos (por ejemplo, en una imagen que
muestre un prado verde bajo un cielo azul, los valores de lo pixeles del prado serán muy
parecidos entre ellos y del mismo modo los del cielo). Los pixeles en cuadros consecutivos de
una señal también están correlacionados, determinando una redundancia temporal (si la señal de
video fuera un recorrido por el prado, entre una imagen y la siguiente habría un gran parecido).
Además, el sistema de visión humano no trata toda la información visual con igual sensibilidad,
lo que determina una redundancia psicovisual (por ejemplo, el ojo es más sensible a cambios en
la luminancia que en la crominancia). Finalmente, no todos los parámetros ocurren con la misma
probabilidad en una imagen. Por lo tanto, resulta que no todos necesitarán el mismo número de
bits para codificarlos, aprovechando la redundancia en la codificación. Los estándares MPEG
(Moving Picture Experts Group), han sido diseñados para codificación y compresión de audio y
video.
En general, en la compresión espacial se logra la eliminación de elementos poco significativos
dentro de la propia imagen, logrando así que las tasas de bits disminuyan considerablemente.
Eliminación de información no perceptible: Esta técnica aprovecha las características del
sistema visual humano para eliminar aquella parte de la información que resulta difícil o
imposible de distinguir.
Eliminación de la información redundante: En este tipo de compresión las tramas de
video se dividen en bloques de 8x8 píxeles; a su vez cuatro bloques forman un
macrobloque de 16x16 píxeles. Los bloques son transformados al dominio de la
frecuencia espacial aplicándoles la transformada discreta del coseno (DCT).
La compresión temporal consiste en comparar y codificar solo las diferencias y obviar aquella
parte de la información de la imagen que es común en ambas y que fue tratada con anterioridad
con técnicas intracuadro. Este fenómeno se explota empleando dos mecanismos diferentes:
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
27
Los bloques y macrobloques que no cambian en campos sucesivos se envían una sola vez
con una determinada sincronización.
Basándose en la uniformidad de los movimientos en la naturaleza, que los hace
predecibles si no hay cambios bruscos de dirección, se puede reducir la cantidad de
información utilizando los denominados vectores de movimiento. Esta técnica consiste en
asociar a los bloques y macrobloques que se desplazan entre imágenes un vector que
represente el desplazamiento sufrido.
En el proceso de aplicar la redundancia espacial se aplica una técnica de compresión muy
conocida llamada Transformada Discreta del Coseno, este realiza la compactación de la energía
en pocos coeficientes transformados que se concentran en zonas de bajas frecuencias, los
coeficientes con mayor energía son los que se corresponden con el origen (valor medio de la
señal), primer y el segundo coeficiente. La transformada es aplicada a cada uno de los bloques
(8x8 píxeles ) que conforma la imagen, con esto se logra una transformación de los coeficientes
en el dominio espacial al dominio de la frecuencia, las componentes de frecuencias más bajas se
concentran siempre más hacia arriba y a la izquierda dentro del bloque. Las altas frecuencias
pueden ser eliminadas puesto que representan los detalles dentro de la imagen que en la mayoría
de los casos resulta imperceptible para el ojo humano. Hay que decir que la transformada por sí
sola no introduce compresión por lo que debe estar acompañada de mecanismos de codificación
(RLC, Huffman). (Briceño Márquez, 2005)
2.4 Características generales de la norma DTMB
El estándar DTMB define la estructura de trama, codificación de canal y modulación para la
radiodifusión de televisión digital terrestre en las bandas de VHF y UHF. Utiliza dos tipos de
modulación: TDS-OFDM y 8-VSB, el primero para modulación en definición estándar y el
segundo para alta definición (HDTV). (Campos Mariño, 2010)
Las normas de compresión de video utilizadas son MPEG-4 y MPEG-2. En lo que respecta al
audio se emplea MPEG2 y AVS (Audio Video Estándar). Para bandas de 6 MHz, las tasas de
datos netas para transmisión de contenido están en el rango entre 3,6098 Mbps y 24,3654 Mbps.
Este estándar de televisión chino posee un gran alcance de cobertura debido a su codificación de
canal, al parecer mayor que los demás estándares existentes. (Campos Mariño, 2010)
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
28
Desde sus inicios ha dado soporte a:
Recepción fija, interna y externa.
Recepción móvil y portable.
Tanto la recepción fija como móvil soportan lo siguiente:
Sonido digital
Multimedia
Servicios de transmisión de datos
Televisión Digital de Definición Estándar (SDTV)
Televisión Digital de alta definición (HDTV), este estándar es capaz de transmitir
HDTV de calidad aceptable a vehículos en movimiento hasta velocidades en el
orden de los 200 km/h.
Usa muchas tecnologías avanzadas que mejoran su rendimiento como las siguientes:
Secuencias PN (secuencia binaria pseudoaleatoria) como intervalos de guarda que
suministran una sincronización más rápida del sistema y estimación de canal más
precisa.
Código de corrección de errores avanzado Low Density Parity Check coding (LDPC)
TDS-OFDM (Time Domain Sinchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
que combina el procesamiento digital de la señal en el dominio de tiempo y de la
frecuencia.
La sincronización de la estructura de trama en tiempo real, soporta transmisión
multimedia y servicios personalizados.
Spreading spectrum para proteger la información de sistema.
2.4.1 Estructura del Sistema del Estándar DTMB
DTMB describe un sistema de transmisión básico para TV Digital Terrestre donde especifica la
codificación de canal, modulación, entrelazado y estructura de trama de la señal para servicios
terrestres de SDTV/HDTV. El diagrama de bloques del Estándar de Televisión Digital Terrestre
Chino se muestra en la figura 2.8, en donde los flujos del transmisión banda base (TS) entrantes,
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
29
son aplicados a los siguientes procesos. Inicialmente, el TS es aleatorizado por el Scrambling. A
continuación pasa por los bloques de código de corrección de errores hacia adelante FEC y por
las constelaciones mapeadas & interleaving. Seguidamente el TS se complementa con la
información del sistema, formando así el cuerpo de la trama. El cuerpo de la trama con la
introducción de la secuencia PN como encabezado forma la trama de la señal. Estas son
convertidas en señales de datos banda base, la cual se procesa y adecua en un ancho de banda
específico. Finalmente la señal de datos banda base es convertida en señal de radiofrecuencia
(RF) para ser transmitida. (Campos Mariño, 2010)
Figura 2.8 Estructura del Transmisor del Estándar DTMB
2.4.2 Interfaz
En el estándar DTMB los datos de entrada del sistema de transmisión consisten en un flujo de
datos banda base codificados en MPEG-2, MPEG-4 o AVS. La técnica de codificación de audio
video digital (AVS) impulsada por el gobierno Chino a diferencia de los formatos MPEG fue
investigada y desarrollada recientemente. Esto conllevó a que durante la etapa de desarrollo del
estándar se tome en cuenta la escalabilidad y el apoyo de una interfaz común.
La interfaz del estándar DTMB asume el formato de datos MPEG-2, donde la longitud del
paquete es de 188 byte, un byte de sincronización de cabecera 47H, y 187 byte de datos.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
30
2.4.2.1 MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group 2)
El método de codificación MPEG-2, es un estándar para codificación de imágenes en
movimiento e información de audio asociado, con una calidad suficiente para la transmisión de
señales de televisión digital terrestre, por satélite o cable. (de Bruin & Smits, 1998)
La trama de video básica de MPEG-2 tiene una estructura jerárquica en la que se van definiendo
progresivamente los parámetros de la secuencia de video. Esta trama lleva el nombre de trama
elemental (Elementary Stream - ES), esta contiene toda la información acerca del proceso de
codificación del video, pero no referente a como sincronizar el video con el audio y con los datos
adicionales. La trama elemental es una trama de bits continua que porta información sobre las
imágenes de un determinado programa el cual debe intercalarse con audio (Elementary Stream
Audio- ES audio) y datos (Elementary Stream Data - ES datos), en la variante de radiodifusión
digital debe multiplexarse con otros programas adicionales.
Para construir secuencias MPEG multiplexadas, existen dos posibilidades conocidas como la
trama de programa (PS, del inglés Program Stream) y la trama de transporte (TS, del inglés
Transport Stream). Las dos permiten multiplexar video, audio y datos sincronizando los
decodificadores de las distintas fuentes. La diferencia radica en que la trama de programa está
orientada a aplicaciones de almacenamiento de video en la que se producen pocos errores de
lectura, mientras que la trama de transporte se orienta a sistemas de comunicaciones en donde las
condiciones de recepción de la trama pueden llegar a variar considerablemente. La trama de
programa está compuesta por paquetes de gran longitud de datos mientras que en la trama de
transporte los paquetes son de longitud pequeña para poder realizar un control de errores más
eficaz. (García Rodríguez, Rey Domínguez, & Raymond, 2012)
2.4.2.2 Estructura del paquete básico
Antes de referirnos a la trama de programa o de transporte, la ES (Elementary Stream) se
concentra en paquetes elementales que convierten el flujo continuo de información en bloques
discretos que permiten un mejor control de transmisión o almacenamiento.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
31
Figura 2.9 Estructura simplificada del Packetized Elementary Stream
Por lo tanto, se denomina PES (del inglés Packetized Elementary Stream) a la agrupación en
paquetes de la ES y se define para cada uno de los posibles tipos de señal (video, audio y datos).
Su estructura simplificada se compone de una cabecera que contiene un código de inicio de
paquete y un código que identifica si la información de paquete corresponde a la señal de video,
audio o datos. Los identificadores PTS y DTS son opcionales y por lo general no se encuentran
en todos los paquetes, no obstante son extremadamente importantes pues se utilizan como
unidades de sincronización entre la información de video y de audio. La longitud de una PES
puede llegar hasta un máximo de 64 Kbytes. (Campos Mariño, 2010)
2.4.2.3 Trama trasporte
Los paquetes utilizados en la trama de transporte son de longitud fija 188byte y contienen una
cabecera y un fragmento de datos de una trama PES.
Figura 2.10 Estructura de paquete de transporte
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
32
Existen dos tipos de cabeceras que pueden utilizarse para aumentar la eficiencia de la
transferencia de información, Figura 2.10. La que normalmente se usa es de longitud corta (32
bits), pero para el caso de utilizar la cabecera extendida, se reduce la carga de datos PES del
paquete, manteniendo siempre su longitud total constante.
Aunque los paquetes de transporte son más cortos que las tramas PES, se utilizan para
transportar toda la información de la PES de audio, video y datos de varios programas. (Ver
anexo A.2)
2.4.2.4 MPEG-4 (Moving Pictures Experts Group 4)
Se orienta a la transmisión de señales de video y audio con velocidades muy bajas (64 kbps).
Ofrece un mayor grado de interactividad y control de los contenidos multimedia. Mientras los
estándares MPEG-1 y MPEG-2 codifican secuencias, MPEG-4 es capaz de crear
representaciones codificadas de los datos de audio y video que la forman.
El estándar de codificación de video MPEG-4 codifica cada objeto en capas separadas. El
contorno y transparencia de cada objeto, así como las coordenadas espaciales y otros parámetros
adicionales como escala, localización, zoom, rotación o traslación son incluidos como datos
asociados de cada objeto con su propia capa.
2.4.2.5 AVS
Las primeras versiones del estándar AVS apuntan principalmente a los campos de la alta
definición HD, radiodifusión digital, aplicaciones móviles de radiodifusión, a medios de
almacenamiento digital y otras aplicaciones relacionadas.
En general, la codificación de audio AVS está basada en un modelo perspicaz de codificación,
que es compatible con mono/dual señales de entrada de audio PCM (Modulación por Código de
Pulsos). En el proceso de codificación estas señales son analizadas por un modelo psicoacústico
con una frecuencia de muestreo de 8 kHz a 96 kHz, cuyos resultados son utilizados para guiar la
cuantización. (Campos Mariño, 2010).
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
33
En la figura 2.11 se presenta el diagrama de bloques de un codificador para esclarecer un poco
más el proceso de codificación de audio AVS.
Figura 2.11 Estructura del codificador de audio AVS
Su funcionamiento está encaminado a procesar la señal de audio digital y producir el flujo de bits
codificados. Primeramente, las muestras entrantes de audio se introducen en el codificador. La
ventana de interrupción determina la longitud del bloque de análisis en función de las
transiciones o no. Posteriormente, la multidetección (Integer MDCT/Modified Discrete Cosine
Transform) se emplea en el análisis de tiempo y de frecuencia permitiendo reducir el aliasing
(solapamiento) que es el efecto no deseado que aparece cuando la frecuencia de muestreo es
demasiado baja para reproducir fielmente los detalles de la señal. Post-Quantization Square Polar
Stereo Coding (PQSPSC) se introduce en el proceso para mejorar la calidad de la
transformación, es decir codificación sin pérdidas de la información de audio. La codificación de
entropía CBC (Context-Dependent Bitplane Coding) se utiliza para reducir el flujo de bits.
Después de la creación del flujo binario de audio se procede a la multiplexación de los datos de
audio AVS con el video MPEG y el resto de los datos auxiliares, la multiplexación siempre es
basada en MPEG-2 sin importar el procesamiento previo de las señales (AVS, MPEG-4, MPEG-
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
34
2), con el objetivo de adaptarlo a la interfaz que está a la entrada del sistema de transmisión
DTMB.
Figura 2.12 Multiplexación basada en MPEG-2
2.5 Scrambling
El aleatorizador o scrambling combina la señal de información con una secuencia binaria
pseudoaleatoria. Asegura una mejor transmisión de datos aleatorios, mejora la calidad de
sincronización del código, haciendo que el espectro de la señal sea más similar a las
características del ruido blanco. Con esto se reduce la componente de c.c y se distribuyen los bits
de modo que no haya grupos grandes de unos y ceros reduciendo así los errores en ráfaga.
(Campos Mariño, 2010). Ver anexo A.2
Este bloque está compuesto por un registro de desplazamiento realimentado por 15 etapas. La
norma establece que el estado inicial de este registro de desplazamiento será
“100101010000000”a partir del cual se generará la secuencia pseudoaleatoria. El primer bit de la
secuencia será aplicado al primer bit del flujo de datos mediante una operación XOR para
aleatorizarlos. Este proceso se realizará al comienzo de cada trama de señal. Se dice que un
registro de desplazamiento es de longitud máxima si es capaz de generar estados donde
m es la cantidad de bits que forman el registro, para la norma china dicho registro es de longitud
máxima.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
35
2.6 FEC (del inglés Forward Error Correction)
En el estándar DTMB se usa una codificación de errores diferentes al de los otros estándares
internacionales de transmisión de Televisión Digital Terrestre. El FEC incluye dos partes: la
codificación exterior y la codificación interior. Es aquí donde radica la diferencia fundamental
con los otros estándares, ya que utiliza otras técnicas de codificación. El código exterior
adoptado es BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) y el código interior es LDPC (del inglés Low
Density Parity Check). Por lo general se basan en paridad para detección y corrección de errores.
Esta combinación de BCH más LDPC hace que el sistema Chino cuente con una potencia de
corrección de errores mayor que los otros estándares. (Zhang, Zhang, Lu, & Zhang)
2.6.1 BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem)
BCH es un código de corrección de errores cíclico. En DTMB se utiliza la codificación BCH
(762, 752), que es un código corto del BCH (1023, 1013). Cuando se implementa este código,
por cada 752 símbolos de información se añaden 10 símbolos de paridad en el código BCH. Así
que el total de símbolos de la palabra de código de BCH son 762. El generador de código BCH
se puede expresar de la siguiente manera ( ) y se puede definir lo
siguiente:
Tabla 2.1 Características del código BCH
Si ,
Aplicando estas fórmulas se puede calcular el número de errores corregibles:
; ;
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
36
; ;
Con la realización de estas operaciones se puede apreciar que el código BCH solo es capaz de
corregir un error frente a otros códigos de corrección de errores como Reed-Solomon que puede
corregir hasta ocho errores en las mismas condiciones, con la insuficiencia de que incluye mucha
más redundancia, razón por la cual BCH tiene la ventaja de que puede procesar más rápido e
introduce menos redundancia. Esta poca capacidad de corrección de errores se corrige mediante
el código LDPC.
El código BCH sirve para dos propósitos:
Adaptar el flujo de datos: Cuando se escogen varios modos de trabajo, cada trama del
sistema debe contener paquetes de MPEG-2 completos, así que el código BCH puede
corresponder a la longitud del paquete de MPEG y a las palabras de código LDPC.
Reducción del error-floor del sistema: Al bajo decremento de BER del código LDPC
cuando hay una alta relación señal a ruido (SNR), se le llama error-floor.
2.6.2 Codificación LDPC
Los códigos LDPC representan códigos de corrección de error lineal que permiten transmitir un
mensaje por un canal de comunicaciones ruidoso (canal de transmisión con errores), donde su
propiedad fundamental es la de tener una matriz de paridad de baja densidad, es decir con pocos
elementos distintos de cero.
En un código de bloque lineal como el LDPC, básicamente se codifica efectuando la
multiplicación , donde es el mensaje de bits y es la matriz de generación de
para un código ( ), dicha matriz es especificada en la norma y se muestra en la figura 2.13;
esta matriz está formada por la matriz H traspuesta y la matriz identidad. Una vez obtenida la
palabra de código de 7493 bits se extraen los primeros cinco de chequeo, como se muestra en la
figura 2.15, de esta forma se logra ubicar cómodamente las palabras codificadas en las trama de
señal especificada por la norma que se verá más adelante en el epígrafe 2.7.3. Mientras que la
decodificación es de forma iterativa, usando un gráfico bipartito llamado “Grafico Tanner”
descrito por la matriz de chequeo de paridad H, que consiste de nodos variables y nodos de
chequeo. Los nodos variables (nodos-v) corresponden a los bits de la palabra de código recibida
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
37
o, equivalentemente a las columnas de la matriz de chequeo de paridad. Y los nodos de chequeo
(nodos-c) corresponden a las ecuaciones de chequeo de paridad o, equivalentemente a las filas de
la matriz chequeo de paridad. (Campos Mariño, 2010)
Figura. 2.13 Opciones de longitud de encabezado
La matriz H determina las conexiones entre los nodos-v y los nodos-c, en donde fluyen mensajes
en forma iterativa desde los nodos-v a los nodos-c y viceversa. En un gráfico bipartito se tienen n
nodos-v y n-k nodos-c, donde el nodo de chequeo i se conecta al nodo variable j si el elemento (i,
j) de la matriz de chequeo de paridad es uno. (Fernández R, Garrido M, & Olivares L, 2009.).
En la figura 2.14 se presenta un ejemplo para un código (7, 4).
Figura 2.14 Matriz de chequeo de paridad y “Grafico Tanner” para un código (7,4)
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
38
En el estándar DTMB hay tres modos de códigos LDPC con flujos de información de 3048, 4572
y 6096 símbolos respectivamente. El total de símbolos de la palabra de código LDPC es de 7493,
el mismo para los tres modos de codificación. Por eso 4, 6 y 8 palabras de código de BCH son
incluidas en una palabra de código LDPC respectivamente. Después los primeros cinco símbolos
de paridad de la palabra código LDPC son eliminados. Así que el total de símbolos de la palabra
de código LDPC es 7488 finalmente. Hay tres tasas de codificación FEC llamados 0.4, 0.6, y 8
respectivamente. (Campos Mariño, 2010)
1) Tasa de código: 0.4 FEC. (7488, 3008)
2) Tasa de código: 0.6 FEC. (7488, 4512)
3) Tasa de código: 0.8 FEC. (7488, 6016)
Figura 2.15 Diagrama del FEC del estándar DTMB
2.7 Constelaciones Mapeadas
2.7.1 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), consiste en una técnica de modulación digital
donde la información digital se encuentra tanto en la amplitud como en la fase de la portadora
transmitida. Consiste en modular en amplitud (ASK/ Amplitude-Shift Keying) de forma
independiente, dos portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre si
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
39
90 grados. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden
operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras están en cuadratura.
En el estándar DTMB, hay cinco modos de esquema de modulación 64 QAM, 32 QAM, 16
QAM, 4 QAM y 4 QAM-NR. Los modos 4 QAM y 4 QAM-NR corresponden a la demanda de
servicios movibles de alta velocidad, y pueden respaldar la transmisión de SDTV, así como
guardar el balance entre la cobertura y la calidad de los receptores. Los modos 32 QAM y 64
QAM corresponden a la demanda de servicios donde se requieren flujos altos de bits, y pueden
soportar flujos de alta definición y servicios de SDTV multicanal. (General Administration of
Quality Supervision, 2006). En el anexo A se muestran ejemplos de constelaciones QAM.
2.7.2 Symbol Interleaving
Son técnicas tradicionalmente usadas para mejorar la calidad de la transmisión digital sobre el
canal de radio, básicamente realizan las tareas de distribución de datos en el tiempo y la
disminución o eliminación de errores en ráfagas.
Los interleavers se clasifican generalmente en dos tipos: Interleavers Periódicos y
Pseudoaleatorios; en un interleavers periódico los símbolos de la secuencia de transmisión están
codificados como una función periódica del tiempo, estos se dividen a la vez en Interleaving de
Bloque e Interleaving Convolucional. El Interleaving convolucional consiste en un conjunto de
retardos de línea estructurados a través de registros de desplazamientos. Los símbolos de entrada
serializados son distribuidos por medio de un conmutador a cada uno de los registros. (Campos
Mariño, 2010)
Figura 2.16 Entrelzador convolucional
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
40
El conmutador forma la secuencia pasando progresivamente desde la posición 0 hasta la posición
B-1, con cada pulso de reloj, al cumplir la secuencia iniciará nuevamente el conmutador en la
posición 0 y luego se repite el proceso para realizar el llenado de los registros. El intercalado de
los bits de información es producto de los retardos que introducen los registros de
desplazamiento, y los bits de datos resultantes se obtienen como el resultado de realizar una serie
de operaciones lógicas entre los bits que están almacenados en los registros.
DTMB utiliza interleaving Convolucional. Existen dos modos de interleaving convolucional,
llamados modo de Interleaving corto y modo de Interleaving largo. Para el modo corto, B=52 y
M=240, el intervalo de interleaving y de-interleaving está sobre los 100 ms. Para el modo largo,
B=52 y M=720, el intervalo de interleaving y de-interleaving está sobre los 300 ms, donde B es
el número de ramales (registros de desplazamiento) de interleaving del símbolo y M es el tiempo
de interleaving.
2.7.3 Estructura de trama
La estructura de trama esta sincronizada en tiempo real y se divide en cuatro niveles como
muestra la figura 2.17.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
41
Figura 2.17 Estructura de la trama (a) 8MHz (b) 6MHz
La trama de la señal es la unidad básica de la estructura de trama del sistema. Esta está
compuesta de dos partes, el encabezado de trama y el cuerpo de trama, todo en el dominio del
tiempo. La tasa de símbolos banda base del encabezado y cuerpo de la trama es similar a
7.56Msps en un canal de 8MHz, y 5.67Msps en un canal de 6MHz. Hay 36 símbolos de
información de sistema y 3744 símbolos de datos en un cuerpo de trama. La información de
sistema (TPS) suministra la información necesaria de la demodulación y decodificación para
cada trama de señal, incluyendo esquemas de modulación de símbolos, tasa de codificación
LDPC, modo de interleaving, modo estructura de trama, etc. En cada TPS hay 36 símbolos, cuyo
modo de modulación es BPSK (Binary Phase Shift Keying). (Campos Mariño, 2010)
El encabezado de trama está compuesto de la secuencia PN. Hay tres modelos de estructura de
trama de señal y modelos de encabezado de trama. Para el caso de canales de 6 MHz, el modelo
2 de encabezado de trama no se utiliza para la norma.
Para canales de 6MHz:
Es importante destacar que la diferencia entre un canal de 8 MHz y 6 MHz es la introducción de
un factor de ¾. Dado que:
( )
( ) ( )
( )
Siendo T el intervalo de tiempo del cuerpo de trama, se tiene:
Modelo 1, el encabezado de trama incluye 420 símbolos y el intervalo de
encabezamiento es 74.133us
Modelo 2, el encabezado de trama incluye 595 símbolos y el intervalo de
encabezamiento es 104.933us
Modelo 3, el encabezado de trama incluye 945 símbolos y el intervalo de
encabezamiento es 166.667us
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
42
En una súper trama existen 225, 216 y 200 tramas de señal respectivamente, y varias súper
tramas constituyen la estructura de una híper trama (trama minuto). La duración de cuerpo de
trama y de súper trama es constante para cualquiera de las opciones de longitud de encabezado.
2.7.3.1 Secuencia PN
Las secuencias binarias pseudoaleatorias (PN) en el estándar chino además de ser insertadas
como intervalos de guarda para superar la interferencia intersímbolo (ISI), se desempeñan
también como símbolos de entrenamiento para cumplir varias funciones, entre ellas puede ser
usada como encabezado de trama, lo que reduce la sobrecarga de transmisión y mejora tanto la
eficiencia espectral del canal como los rendimientos de sincronización y estimación de canal, la
relatividad de la secuencia PN provee robustez al sistema; la correlación entre la secuencia PN
recibida y la secuencia PN original transmitida puede ser una buena estimación de la respuesta
impulsiva del canal (Campos Mariño, 2010)
2.7.3.2 Información del sistema
La información del sistema incluye el modo de modulación, tasa de LDPC y modo de
interleaving de tiempo. La información del sistema también se utiliza para indicar la primera
trama de cada súper trama y si la súper trama es la trama par o impar, provee la información
necesaria la demodulación y decodificación incluyendo los modos de mapeo de constelaciones,
modos de procesamiento de trama, modos de entrelazado, razones de LDPC. Existen 64 modos
de información de sistema contenidos en 32 bits; obtenidos de una conversión de 6 a 32 bits, los
6 bits de información ( con representando el bits más significativo) son
transformados a 32 vectores utilizando técnicas de espectro extendido, para la realización de este
proceso se lleva a cabo una secuencia Wlash de longitud 32 y una PRBS también de longitud 32,
los últimos cuatro bits de la cadena contienen información referente al mapeo y a la razón de
codificación FEC. (General Administration of Quality Supervision, 2006). Ver anexo B1 y B2
2.7.4 Procesamiento del Cuerpo de Trama
El estándar soporta dos modelos de configuraciones el de una sola portadora (C=1) y el de
múltiples portadoras (C=3780), estos modelos son conseguidos por el bloque de procesamiento
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
43
del cuerpo de trama. Los datos después de las Constelaciones Mapeadas & Interleaving junto con
la información del sistema son de 3780 símbolos, llamados X (k).
En el modo de una sola portadora, el cuerpo de trama es X (k) y la tasa de datos es 7.56Msps
para canales de 8MHz. Mientras que en el modo de múltiples portadoras, X (k) tiene que ser
procesada e intercalada en el dominio de la frecuencia, dando como resultado 3780 puntos IDFT
(Transformada Discreta de Fourier Inversa). El propósito del procesamiento en frecuencia es
mapear las 3780 portadoras efectivas en el cuerpo de la trama, e intercalar los símbolos dentro
del cuerpo de la trama. En el canal de 6 MHz el espaciado de cada portadora es 1.5 KHz por
tanto el ancho de banda útil de múltiples portadoras es 5.67 MHz, que es también igual para el
caso de una sola portadora.
2.7.5 TDS-OFDM (Time Domain Synchronuous-Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing)
2.7.5.1 OFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales)
La Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales es una modulación que consiste en
enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias ortogonales entre sí, donde
cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o en PSK.
La multiplexación OFDM se realiza tras pasar la señal por un codificador de canal con el
objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión. Los procesos de modulación y
demodulación se realizan en tiempo discreto mediante la IDFT y la DFT respectivamente, debido
al problema técnico que supone la generación y la detección en tiempo continuo de los cientos, o
incluso miles de portadoras equidistantes que forman una modulación OFDM.
Esta modulación genera una alta tasa de transmisión al dividir el flujo de datos en muchos
canales paralelos que se transmiten en igual número de portadoras de banda angosta. Los canales
de banda angosta de OFDM son ortogonales entre sí, lo que evita el uso de bandas de guardas
obteniendo así un eficiente uso del espectro. (Campos Mariño, 2010)
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
44
2.7.5.2 Modelo TDS-OFDM (Time Domain Synchronuous-Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing)
Constituye una tecnología de procesamiento de señal avanzada en el dominio de tiempo y
frecuencia. El flujo de la secuencia binaria pseudoaleatoria PN es definido en el dominio del
tiempo,y el flujo de datos es definido en el dominio de la frecuencia. Los dos flujos son
multiplexados en el dominio del tiempo, permitiendo entonces la sincronización en el dominio
del tiempo (TDS).
Esta estructura de trama del sistema TDS-OFDM consiste de dos partes, el encabezado y el
cuerpo de trama, el encabezado está formado por un preámbulo, la secuencia PN, y un epilogo
que en total pueden ser 420, 595 o 945 símbolos.
Figura 2.18 Estructura de Trama del sistema TDS-OFDM
En el transmisor los 3780 símbolos del cuerpo de trama son modulados por la Transformada
Discreta de Fourier Inversa en 3780 sub-portadoras, se introducen la secuencias PN que son
generadas y moduladas en BPSK y finalmente la composición de los símbolos TDS-OFDM son
transmitidos al canal. El receptor toma los datos recibidos y remueve las secuencias PN, estos
datos sin las secuencias PN son demodulados mediante la Transformada de Fourier Discreta.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
45
Figura 2.19 Estructura simplificada del Sistema de transmisión/recepción de TDS-OFDM
2.7.6 Framing
En esta etapa se forman los símbolos OFDM provenientes del procesamiento del cuerpo de
trama, donde se le añade el encabezado es decir, la secuencia PN.
Figura 2.20 Framing
2.7.7 Procesamiento de Datos Banda Base
Seguido del Framing, la trama de datos debe pasar por el filtro SRRC (Square Root Raised
Cosine Filter), para finalmente conseguir la salida de datos banda base. El factor de roll-off del
SRRC es 0.05. Este factor está relacionado al intervalo que hay que dejar para que el canal no
interfiera ni sea interferido por otros.
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
46
Figura 2.21 Señal de datos banda base en el espectro de frecuencias para 6 y 8 MHz
2.7.8 Up Converter
La señal de datos banda base debe ser convertida a señal de radiofrecuencia para poder ser
transmitida, esta conversión implica que el ancho de banda de la señal ya sea de 8 o 6 MHz, debe
ser trasladado a la frecuencia que el órgano regulador asigne para poder realizar la transmisión
de los contenidos audiovisuales y de datos. Mencionar también que a esta señal se le aplican
otros procesos como amplificarla al nivel de potencia requerido por la antena, necesariamente
por amplificadores lineales para preservar las propiedades de la señal.
2.7.9 Carga útil de datos banda base
La tasa de carga útil de datos del estándar DTMB está dada por la siguiente ecuación:
( )
Donde:
: Es el ancho de banda útil del canal
: Es la eficiencia que depende de la modulación QAM a utilizarse:
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CORRESPONDIENTES A LA
TELEVISIÓN DIGITAL
47
Tabla 2.2 Cantidad de bit para cada modulación QAM
: Es el FEC
2.8 Conclusiones Parciales del Capítulo
En los materiales citados para la confección de este material se destacan las variadas
publicaciones acerca de los diferentes sistemas utilizados en el mundo, principalmente la norma
DTMB, que es la abordada en este proyecto, en ella se resaltan vitales características de su
funcionamiento así como una introducción a los conocimientos básicos de la televisión digital.
Este estudio aportó un material bibliográfico que comprende tanto características teórico-técnicas
como la fomentación para el autoaprendizaje y la preparación individual.
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 48
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS
PROPUESTOS
3.1 Introducción
En el presente capítulo se enumeran de forma sencilla un conjunto de acciones
encaminadas a desarrollar habilidades, estrategias y métodos para la resolución de
problemas. Los ejemplos expuestos obedecen al programa analítico de la asignatura y están
en total correspondencia con los temas abordados en el capítulo anterior y la bibliografía
existente. Estos constituyen patrones tanto para desarrollar como para promover
habilidades en los educandos; encontrándose adjunto al proyecto en un material anexado.
3.2 Sistema de acciones para el desarrollo de habilidades y hábitos
A los docentes universitarios se les plantea el reto de convertirse en investigadores de su
propia tarea docente. La investigación dentro del aula surge como una necesidad de
revitalizar los espacios educativos con el fin de buscar un mayor impacto en el desarrollo
integral de los aprendices. Este desafío requiere equipar a los maestros de herramientas
teóricas y metodológicas que les permitan replantear su comportamiento, técnicas de
enseñanza-aprendizaje, actividades de aprendizaje realizadas dentro y fuera del aula así
como los instrumentos con los cuales se evalúa el aprendizaje de los estudiantes a la luz del
marco teórico conjuntamente con los resultados obtenidos por las acciones emprendidas.
(Rodríguez Ebrard, 2009)
Por parte de los estudiantes, la formación de las habilidades y de los hábitos exige del
entrenamiento. Solamente mediante la reproducción reiterada y la aplicación de los modos
de actuación de manera consecuente se logra la formación y el desarrollo de las habilidades
y los hábitos. Para adquirir las experiencias de la actividad creadora, los alumnos deben
actuar de manera independiente en la solución de tareas nuevas y problemas; estos últimos
fueron elaborados y escogidos minuciosamente en aras de acrecentar el ingenio y raciocinio
lógico. Así, el rasgo más importante de la actividad creadora es la transferencia
independiente de los conocimientos y las habilidades a una situación nueva. Otro rasgo de
las experiencias de la actividad creadora es el reconocimiento de nuevos problemas en
situaciones conocidas, en los que se ha de tener una visión estructural del objeto de estudio,
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 49
que hace percibir la relación esencial y la no esencial entre los diferentes componentes; el
pensamiento alternativo, es decir, la visión de otras soluciones distintas a las ya conocidas,
la visión multilateral del objeto de estudio; la estructuración y aplicación de nuevos
métodos de solución, y no la simple combinación de los ya conocidos. A diferencia de las
habilidades como sistemas de acciones aprendidas, de los hábitos como sistemas de
operaciones también aprendidas; la actividad creadora consiste en un sistema de
procedimientos creados por el mismo sujeto, no son asimilados, pues ello significaría que
perdería su esencia: la actuación creativa. (Instituto Pedagógico Latinoamericano y
Caribeño)
El presente trabajo aglutina un compendio de ejercicios que tributan a los temas estudiados
en la asignatura. En general pretenden y están enfocados a fomentar métodos de
razonamiento que van de lo particular a lo general, de los fenómenos o hechos particulares
a las leyes o principios que caracterizan el objeto de estudio (comparar, mostrar, clasificar,
deducir, calcular, definir, caracterizar, demostrar, tabular, explicar, ejemplificar, valorar,
etc.) ya que los resultados mostrados llevan a una contestación lógica, científicamente
ajustada en respuesta a la problemática.
Mediante lo antes expuesto, a continuación se preparó una serie de ejemplos que presentan
gran relación con los temas abordados en cada uno de los capítulos de este trabajo. Estos
ejemplos representan características científicas, ilustrando principios de funcionamientos en
dispositivos básicos de nueva implementación, conceptos elementales para el
entendimiento de procesos en dichos dispositivos, y fundamentos de habilidades tratadas
con anterioridad.
3.3 Muestra de Ejemplos Resueltos
Ejercicio #1
Determinar el número de pixeles o muestras por línea activa, en el sistema NTSC con
norma 525/60, si la frecuencia utilizada para el muestreo es 13,5 MHz. Considere
solamente la señal de luminancia.
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 50
Resolución
NTSC (sistema de codificación y transmisión de televisión en color analógico)
30 imágenes por segundo formadas por 486 (492) líneas horizontales visibles.
Video en modo entrelazado dividido en 60 campos por segundo.
Total de 525 líneas horizontales y una banda útil de 4.25 MHz.
⁄
⁄ ⁄
⁄
⁄ ⁄
⁄
: Resolución Horizontal (0,84)
: Tiempo activo de línea
: Tiempo de línea
⁄
: Tiempo de una muestra.
⁄
Si se considera solamente la señal de luminancia (Y) se va a tener una señal monocromática
con diversas tonalidades de grises que estarán contenidas en 720 muestras por cada línea
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 51
activa. Como la información referente al color está ausente (Cr y Cb) se puede decir que la
cantidad de pixeles coincide con la cantidad de muestras por línea.
Ejercicio #9
Compare para el sistema DTMB de 6MHz, la trama de señal para encabezados de trama de
420, 595 y 945 símbolos.
Resolución
La estructura de trama del sistema DTMB obedece a una disposición TDS-OFDM (Time
Domain Synchronous -Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) y consiste de dos
partes, el encabezado y el cuerpo de trama. El encabezado está formado por un preámbulo,
una secuencia PN, y un epílogo para un total de 420, 595 o 945 símbolos (la norma no
implementa para canales de 6MHz encabezados de trama de 595 símbolos, pero si están
presentes como para el caso de canales de 8MHz). El cuerpo de trama consiste de 36
símbolos que contienen información del sistema y 3744 símbolos portadores de datos. (Ver
figura 2.14)
Para el caso de las norma DTMB de 6MHz y 8MHz se sabe que comparten el mismo
diagrama básico de Tx/Rx, que el ancho de banda y la carga útil (payload) se pueden
ajustar por un factor de ¾ y que la estructura de la trama, sincronización, esquema de
modulación, estimación de canal y FEC son compatibles, de ahí que como se vio en el
capítulo 2 se puede calcular la razón de símbolos como:
( )
( ) ( )
( )
Para el Modelo 1, cuando el encabezado de trama incluye 420 símbolos se puede calcular el
intervalo de encabezamiento como:
Para el Modelo 2, cuando el encabezado de trama incluye 595 símbolos se puede calcular el
intervalo de encabezamiento como:
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 52
Para el Modelo 3, cuando el encabezado de trama incluye 945 símbolos se puede calcular el
intervalo de encabezamiento como:
Figura 3.1 Disposición TDS-OFDM
La modulación por multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM), envía
un conjunto de portadoras de diferentes frecuencias, moduladas a su vez en QAM o PSK,
donde cada una de ellas transporta unidades pequeñas de información, es la elegida en el
estándar principalmente por su robustez frente al multitrayecto, además de por la buena
eficiencia espectral, que constituye uno de los más importantes objetivos a cubrir por el
nuevo sistema de televisión. Esta modulación, unida a la inserción de intervalo de guarda y
el uso de codificación de canal son los tres mecanismos provistos para mitigar los posibles
efectos negativos del canal radio terrestre y asegurar la protección necesaria contra los altos
niveles de interferencia cocanal y de canal adyacente que puedan surgir como consecuencia
de la presencia de otras emisiones o servicios.
El principio básico de la modulación OFDM, como hemos adelantado ya, consiste en
dividir la información a transmitir entre un gran número de portadoras independientes de
más baja velocidad, que se suman de forma ortogonal, es decir, cada subportadora tiene un
cero en la frecuencia de la subportadora adyacente. Cada una de ellas está modulada con
uno de los tipos de modulación posibles, desde QPSK hasta 64-QAM. La separación de
frecuencias de subportadoras es exactamente el inverso de la duración de los símbolos de
baja velocidad.
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 53
Tener una menor tasa de símbolos por portadora se traduce en un periodo de símbolo más
grande, lo que proporciona protección contra los ecos producidos por los múltiples caminos
que toma la señal en su propagación, sobre todo en ámbitos urbanos como consecuencia de
las reflexiones producidas en edificios.
Figura. 3.2 Estructura de flujo OFDM con y sin intervalo de guarda
Por otro lado, la inclusión del intervalo de guarda conlleva evidentemente un pequeño (o no
tan pequeño, según la relación de su longitud frente a la longitud de símbolo) descenso en
la tasa de bits, dado que no todo el símbolo transmite ahora información útil.
Los resultados obtenidos evidencian que los modelos que utilizan menor cantidad de
símbolos en el frame header aunque presenta mayores razones de transmisión tienen el
pequeño inconveniente de otorgar un menor intervalo de guarda, lo que trae como
consecuencia que esté presente el fenómeno conocido como interferencia inter símbolo.
Ejercicio #10 (Norma DTMB)
Tabule para la norma DTMB, para canales de 6 y 8 MHz, con esquemas de modulación 4,
16 y 64 QAM, encabezado de trama de 420/595/945 símbolos (PN) y FEC 0.4/0.6/0.8 la
tasa de carga útil de datos o tasa de transmisión.
Resolución
La fórmula para calcular la tasa de carga útil de datos en el estándar DTMB es la siguiente:
( )
: Constituye la eficiencia que depende de la modulación QAM a utilizarse (2/4/6/8).
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 54
: Tasa de símbolos banda base del encabezado y cuerpo de la trama (5.67 y 7.56Mbps).
: Valor definido por una de las tres tasas de codificación FEC (LDPC+BCH)
: Secuencia de encabezado de trama (420/595/945)
Las tres razones de código que utiliza el FEC, son 0.4/0.6/0.8/ y están dadas por la cantidad
de grupos BCH que tienen que concatenarse para entrar al codificador LDPC. El
codificador externo utilizado como se mencionó en el capítulo 2 es del tipo BCH el cual ha
de adecuar como función adicional a la corrección en sí, el tamaño de la trama LDPC, para
ello toma 752 bits de información (correspondientes a la mitad de la trama TS de 188Bytes
(1504 bits)), le agrega 261 bits de relleno de ceros y a continuación se implementa la
corrección una vez que se le agregan los 10 bits de paridad obteniéndose 1023 bits
codificados. Cuando se obtiene la palabra de código se extraen los 261 ceros en la cabecera,
esto es posible puesto que el código es sistemático y coloca los bits de información por
delante de los de chequeo. En el caso cuando se concatenan 4 grupos BCH (762×4=3048),
entran al codificador LDPC un total de 3048 bits, en este bloque son eliminados 40 bits que
correspondían a los 10 bits de paridad introducidos por el código BCH producto de la
concatenación en 4 grupos, eliminando estos bits se codifican entonces 3008 bits, el
codificador LDPC previamente sabe dónde encontrar estos bits de paridad puesto que el
codificador BCH los sitúa después de los bits de información. El código LDPC es del tipo
LDPC (7493,3048), se obtiene una palabra de código de 7493 bits de información que
seguidamente son eliminados los primeros cinco símbolos de paridad de la palabra código
LDPC. Así que el total de símbolos de la palabra de código LDPC es 7488 finalmente. La
razón de codificación se obtiene de dividir 3008/7488=0,4
Cuando se concatenan 6 grupos BCH, entran al codificador LDPC un total de 4572 bits, en
este bloque son eliminados 60 bits que correspondían a los 10 bits de paridad introducidos
por el código BCH producto de la concatenación en 6 grupos, eliminando estos bits se
codifican entonces 4512 bits, se obtiene una palabra de código de 7493 bits de información
que seguidamente son eliminados los primeros cinco símbolos de paridad de la palabra
código LDPC. Así que el total de símbolos de la palabra de código LDPC es 7488
finalmente. La razón de codificación se obtiene de dividir 4512/7488=0.6.
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 55
Al concatenarse 8 grupos BCH entran al codificador LDPC un total de 6096 bits, en este
bloque son eliminados 80 bits donde codifican entonces 6016 bits, se obtiene una palabra
de código de 7493 bits de información después de codificar LDPC, eliminados los primeros
cinco símbolos de paridad de la palabra código LDPC queda un total de símbolos de 7488.
La razón de codificación se obtiene de dividir 6016/7488=0.8. (Ver figura 2.15)
Figura 1.7 Razones de codificación
Para ilustrar el modo de implementar el cálculo de la carga útil se toma como ejemplo un
canal de 8 MHz, modulación 16 QAM, encabezado de 420 símbolos y una tasa de
codificación a 0.4, los valores mostrados en la tabla se llevan a cabo de una manera similar:
( )
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 56
Tabla 1.1 Tasas de datos en el estándar DTMB para canales de 8 y 6MHz
La idea que persigue mostrar la tabla, es que con 5 valores de modulación, 3 valores de
FEC, y 3 intervalos de guarda diferentes se pueden implementar más de 30 combinaciones
posibles que arrojan tasas desde 4.813Mbps hasta 32,486Mbps para canales de 8 MHz y de
3.610Mbps hasta 24.365Mbps en canales de 6MHz. Estas combinaciones en la práctica son
escogidas por los operadores de los equipos transmisores manualmente, teniendo en cuenta
la C/N, características geográficas que condicionan el multitrayecto e IIS, la potencia de
trasmisión, etc.
Ejercicio #3
Tomando como ejemplo una imagen cualquiera evalúe usando métodos gráficos
comparativos cuánto afecta la cantidad de bit a utilizar para albergar información de la
profundidad del color teniendo en cuenta que se trata de una imagen de 640x480.
Resolución
La profundidad de color es el número de bits utilizados para describir el color de cada pixel
de la imagen. Cuanto mayor sea la profundidad de color de una imagen, más colores tendrá
esta y, por tanto, la representación de la realidad podrá hacerse con más matices y colores
más sutiles. Por ejemplo, si se dispone de 1 bit para describir el color de cada pixel, tan sólo
puede elegirse entre dos colores: un color si el bit tiene el valor 0 (habitualmente negro) y
otro color si el bit vale 1 (habitualmente blanco).
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 57
Figura 3.3. Fotografía con una profundidad de color de 1 bit
Se observa la fotografía, con una profundidad de 1 bit, que tiene el aspecto de una fotocopia
de mala calidad.
Si se dispone de 8 bit para describir el color de cada pixel, la elección se encuentra entre
256 colores, pues . Esta es una profundidad de color suficiente para las imágenes
construidas en el modo denominado escala de grises, porque con 8 bits cada pixel puede
adoptar un tono entre 256 valores posibles de gris, entre el negro absoluto (00000000) y el
blanco absoluto (11111111). La imagen siguiente es la misma fotografía, en modo escala
de grises, con una profundidad de color de 8 bits, lo que le da una calidad tonal más que
suficiente.
Figura 3.4. Fotografía en modo escala de grises con una profundidad de color de 8 bit
Si los 8 bit disponibles para la profundidad deben designar colores, entonces se utiliza una
tabla con los 256 colores más frecuentes, que incluyen obviamente el negro, el blanco y
varios tonos de gris, para componer la imagen. Cada una de las 256 combinaciones posibles
de unos y ceros de los 8 bits es un índice que permite acceder a la tabla. Por eso, a este tipo
de imágenes se les conoce como de color indexado. A continuación se muestra la misma
fotografía en una imagen de color indexado, con 8 bit de profundidad:
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 58
Figura 3.5. Fotografía de una imagen de color indexado con una profundidad de color de 8 bits
Y así, cuanto mayor sea la profundidad se utilizará una cantidad mayor de colores para
describir la imagen. En la tabla siguiente se muestra el cálculo de los colores disponibles
para cada profundidad:
Figura 3.6 Colores disponibles para cada profundidad
Una imagen con mapa de bit de calidad está compuesta por varias capas: una para cada
color básico (rojo, verde y azul, por ejemplo) y una para la luminosidad (de oscuro absoluto
a luz absoluta). Por encima de 16 bits de profundidad, la descripción del color se divide por
capas. Si la profundidad de color es de 16 bits, por ejemplo, se dedican 4 bits (128 niveles)
a cada capa. Y si la profundidad es de 32 bits, cada capa utiliza 8 bits (256 niveles) para
ajustar el color.
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 59
Figura 3.7 Fotografía en una imagen de color indexado con una profundidad de color de 16 bits
Se observa la misma foto, con una profundidad de 16 bits. La superposición del color de las
cuatro capas proporciona la delicadeza de matices de la imagen.
Ejercicio#15
Un generador de imágenes de una computadora recrea la siguiente imagen de 256×256, 8-
bit por pixel. La distribución de probabilidad de ocurrencia de cada símbolo y la palabra de
código empleada en la codificación de cada elemento (codificación PCM con 8 bits) se
muestra en la tabla. Responda:
a) ¿Qué tipo de redundancias se manifiestan en la imagen?
b) ¿Cuál es el factor de compresión una vez que se usa codificación VLC?
c) ¿Cuál es el número promedio de bits para representar cada pixel?
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 60
Resolución
a) Redundancia de codificación y redundancia espacial.
b) 0.25 A
0.47 B
0.25 C
0.03 D
0.25 A 111
0.47 B 0
0.25 C 10
0.03 D 110
CAPÍTULO III. RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS PROPUESTOS 61
( ) (
)
c)
3.4 Conclusiones parciales del capitulo
En este capítulo se abordó lo relacionado con el proceso de ejecución de ejercicios de temas
de digitalización, codificación, compresión de imágenes, explicados en el capítulo anterior,
así como ejemplos ilustrativos sobre el estándar adoptado para implementar la TV Digital.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 62
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Al culminar este trabajo se obtuvieron las siguientes conclusiones:
Tras analizados los déficit existentes en la bibliografía de la asignatura se elaboró
un documento, que complementa el contenido del que adolece el libro de texto y
que está presente en el Programa Analítico.
Se dio a conocer la situación actual de nuestro país en la adopción del estándar
DTMB, y con ello el vínculo a la enseñanza superior materializado en el apoyo de la
entidad Radiocuba.
Se confeccionó un manual de ejercicios resueltos que imbrican disímiles
contenidos, situaciones reales, algoritmos así como el funcionamiento y modo de
operación real del transmisor digital instaurado en Radiocuba.
Recomendaciones
Se recomiendan los siguientes aspectos:
Incentivar de una forma efectiva y amena la utilización de los ejercicios por parte de
los estudiantes.
Aprovechar las ventajas que ofrecen los medios de aprendizaje para crear nuevos
proyectos relacionados con estos temas.
Continuar el estudio del comportamiento del estándar DTMB a medida que se logre
un desarrollo amplio en su estructuración.
Lograr una retroalimentación directa de empresas como Radiocuba, Telecable,
Lacetel que garanticen materializar en la práctica los conocimientos teóricos sobre
la materia.
Utilizar este trabajo como anclaje para la confección de laboratorios de simulación a
partir de que se recepcione el equipamiento del nuevo laboratorio de televisión
digital.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 63
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ANEXOS 65
ANEXOS
Anexo A En la Figura A.1 se muestra el Plan Calendario de la Asignatura Televisión
Digital
Figura A.1 Plan Calendario
La Figura A.2 muestra el proceso de multiplexación de paquetes en la trama de transporte
Figura A.2 Multiplexación de paquetes en la trama de transporte
ANEXOS 66
La Figura A.3 muestra el diagrama del scrambling conformado por un registro de
desplazamiento de 15 etapas
Figura A.3 Diagrama del Scrambling
La figura A.4 muestra tres tipos de modulaciones QAM
Figura A.4 Ejemplos de constelaciones QAM
.
ANEXOS 67
Anexo B Datos de Información del sistema
La Tabla B.1 muestra la función de los bits de información del sistema (s3s2s1s0)
Tabla B.1. Bits de información del sistema (s3s2s1s0)
La Tabla B.2 muestra la función del bit s4
Tabla B.2. Bit de información s4
La Tabla B.3 muestra los 64 vectores de información del sistema
ANEXOS 68
ANEXOS 69
Tabla B.3 Vectores de información del sistema y sus funciones
ANEXOS 70
