El ABC de la Televisión Digital (parte 1)

Por Evelio Martínez Martínez, José I. Ascencio López, José A. González Fraga Publicado en la Revista RED, edición Junio 2008.

television+digital dtv Introducción
La televisión ha sido desde la década de los 70’s, el medio de comunicación masiva con más impacto y se le ha responsabilizado de los mayores cambios culturales en gran escala (positivos y negativos), seguido tal vez de cerca en los últimos tiempos por la introducción del Internet. Este impacto lejos de decrecer puede incrementarse y transformarse con la aparición de nuevas tecnologías: la televisión digital.

La televisión digital representa el cambio tecnológico más radical en la industria televisiva, después de la aparición de la TV a color. Introducción de nuevos servicios como la televisión móvil, la televisión interactiva, el servicio a la carta, etc. prometen unir estos medios en uno solo y hacer del aparato televisor una terminal multimedia de mejores características.

Desde el punto de vista técnico, durante los años 1920s hubo grandes avances en la integración del sistema de televisión, pero a partir de los 50s, después de la aparición del color, la TV tuvo un estancamiento de muchas décadas, hasta la aparición de la televisión digital a mediados de los 90s.

En esta primera parte de este artículo nos enfocaremos a describir algunos detalles técnicos de la TV como los estándares que más se utilizan a nivel mundial, los medios de transmisión y explicaremos la transición de la TV analógica a la digital en el mundo.

Breve historia de la Televisión
El transmitir señales de audio y video por medio de las ondas hertzianas (foto telegrafía) fue el resultado de la contribución y esfuerzo de varias personas, quienes inventaron los componentes que integran el sistema de televisión. Una de las primeras contribuciones se debe al ingeniero alemán Paul Nipkow quien en 1884 patenta un disco electromecánico de exploración lumínica, mejor conocido como el disco de Nipkow.

En 1923 el inventor escocés, John Logie Baird, desarrolla y perfecciona el disco de Nipkow a base de células de selenio. En junio de ese mismo año, Charles F. Jenkins hace las primeras transmisiones experimentales de televisión con un sistema mecánico desde una estación de radio de la naval en Anacostia, Washington, D.C. También en 1923, un ruso inmigrante en Estados Unidos (EUA), Vladimir Sworykin, aplica para una patente de un tubo de rayos catódicos (ionoscopio).

En 1924 John L. Baird transmite las primeras imágenes televisadas de objetos en movimiento, el primer rostro humano televisado en 1925 y en 1928 hace la primer transmisión transatlántica del rostro humano. En 1929 la BBC de Londres empezó a transmitir señales de televisión utilizando el sistema de 30 líneas de Baird. La totalidad del canal estaba ocupada por la señal de video, por lo que la primera transmisión simultánea de audio y video tuvo lugar hasta 1930. Con el correr del tiempo los sistemas electromecánicos en la televisión fueron sustituidos por los sistemas electrónicos. En 1940, El Ing. González Camarena impacta al mundo al patentar la televisión a color mediante su sistema tricromático secuencial de campos.

Tiempo después emergen otros desarrollos tecnológicos para la televisión a color. Con el fin de que los diferentes sistemas fueran compatibles, y que las señales en blanco y negro, fueran también recibidos en las televisiones a color, el inventor ruso Sworykin sugirió la idea de estandarizar los sistemas de TV que se estaban desarrollando paralelamente en el mundo.

La TV digital inicia en 1994 con la introducción de los sistemas de televisión vía satélite DBS (Direct Broadcast Satellite) o (DTH, Direct To Home), este hecho provoca el mayor cambio que ha sufrido la TV en los últimos 50 años. La televisión analógica tal y como la conocemos ahora, no había evolucionado en más de 60 años, hasta que aparece la televisión digital y posteriormente la TV de alta definición.

Qué es TV digital
La televisión digital es aquella en la cual se transmite, recibe y procesa señales de audio y video de manera discreta (1s y 0s), en contraste con la forma continua usada por la TV analógica. La digitalización de la televisión lleva consigo numerosas ventajas en la forma de entender y utilizar la televisión; la representación numérica permite el uso de compresores, filtros digitales, control de conexión local, detección y corrección de errores, canales de doble vía, etc. Una de las principales ventajas de la digitalización es poder aplicar técnicas de compresión de datos, logrando así una optimización del ancho de banda. Por ejemplo, un canal analógico tiene un ancho de banda típico de 6 MHz (u 8 MHz en Europa). En este mismo ancho de banda pueden transmitirse hasta 5 canales de video y audio digital. El algoritmo más utilizado para la compresión de video y audio se llama MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group).

La digitalización también posibilita el manejo de resoluciones superiores, efectos en el sonido, y sobre todo, mejores usos del ancho de banda. Entre la información adicional que proporciona un canal digital de televisión se encuentra, fecha, hora, descripción del programa, subtítulos en varios idiomas (Closed Captioning), audio en varios idiomas, guía de programación en tiempo real, búsquedas, etc. Quizá la característica más importante de la TV digital, para los padres de familia, es la clasificación de los programas. Esto permite controlar la televisión para que a infantes y adolescentes les sean restringidos programas no aptos para su edad. La programación no es posible con la televisión analógica.

Muchas veces y de manera errónea se utilizan los términos Televisión Digital (DTV, Digital Television) y HDTV (High Definition Television) como sinónimos. Es importante aclarar que son conceptos diferentes. HDTV define un nuevo formato de despliegue, pero no especifica cómo el formato será transmitido, ya sea a través de señales analógicas o digitales. La televisión digital, por otra parte, está más enfocada en el método de transmisión. Pero no hay duda, que el mejor formato de despliegue para la TV digital será HDTV que usualmente es transmitido de forma digital.

Televisión digital versus televisión analógica
La televisión digital presenta varias e importantes ventajas frente a la actual televisión analógica, las cuales se pueden resumir en tres aspectos:

1) Mejor calidad en video y sonido
2) Un número mayor de canales
3) La posibilidad de servicios adicionales

television+digital dtv Video y sonido: Algunos de los factores que afectan la transmisión de la señal de televisión terrestre se deben a la dispersión de energía, zonas de sombra y rebotes de la señal que provocan ecos. En la transmisión analógica, estos problemas se pueden manifestar como diferentes tipos de ruido que degradan tanto a la imagen como al sonido. Algunas de las degradaciones que muchos hemos observado cuando se transmite un programa son el efecto de nieve, imágenes dobles, imágenes pixeladas y congeladas, deficiencia de color y sonido de baja calidad. La transmisión digital es óptima, es decir, la señal codificada que se envía es la misma que se recibe, excepto cuando la señal no es lo suficientemente fuerte para los circuitos decodificadores. En esta situación se pierde completamente la recepción. La imagen, sonido y datos asociados a una emisión de televisión se codifican digitalmente en formato MPEG-2. La calidad de imagen y sonido transmitidos es proporcional a la cantidad de datos asignado dentro del flujo final transmitido por cada múltiplex. En resumen, la calidad de las imágenes es similar a la de un DVD y la señal digital es menos propensa a interferencias.

Número de canales: La televisión analógica permite la transmisión de un único programa de televisión por cada canal (ya sea de 6 MHz u 8MHz de ancho de banda). La tecnología digital permite un mayor número de emisoras en el mismo espacio radioeléctrico, pues se pueden transmitir entre tres y cinco programas por cada canal. En TV analógica no se utilizan los canales adyacentes para evitar las interferencias, gracias al diseño de la red de distribución de señal digital es posible usar todos los canales de la banda, sin necesidad de dejar canales libres para reducir las interferencias.

Servicios adicionales: Las transmisiones de información digital proporcionan una gran flexibilidad en los contenidos que puede emitir, por lo que es posible mezclar un número arbitrario de canales de vídeo, audio y datos en una sola señal. La digitalización de la señal facilita además la convergencia TV-PC, permitiendo que los servicios de Internet como la consulta de bases de datos remotas, la navegación, el correo electrónico, la videoconferencia, las aplicaciones multimedia, etc. estén disponibles en tu aparato televisor.

Medios de transmisión de la TV digital
La televisión con respecto a como llega a la audiencia se divide en dos tipos:

 

  • La televisión pública
  • La televisión restringida

 

La televisión pública es aquella que llega al usuario sin costo alguno para éste. Generalmente es transmitida por aire a través de las bandas de frecuencia VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency). La televisión restringida llega a aquellos usuarios que pagan una mensualidad por recibir dichas señales. La televisión restringida puede recibirse principalmente por tres tipos de medios: a) por satélite b) por un sistema de TV por cable c) por microondas.

Existen varios medios de comunicación para recibir la señal de televisión digital: La terrestre, satelital, por cable, ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line), etc. La terrestre (TDT, Televisión Digital Terrestre) utiliza las bandas de frecuencias de la televisión analógica UHF y VHF.

La señal satelital implica el uso de una antena parabólica y un aparato receptor que codifica dicha señal. Las comunicaciones vía satélite es el medio más utilizado para la transmisión de señales de televisión restringida. Las compañías de televisión por cable se vieron en la necesidad de instalar en sus dorsales fibra óptica para introducir los servicios de Internet, pero esta misma infraestructura les servirá para la transmisión de señales digitales de televisión. Gracias a la digitalización, las compañías que ofrecen servicios por cable y por satélite, podrán ofrecer a sus suscriptores cientos canales de video.

La televisión por microondas se ofrece por medio de la tecnología inalámbrica conocida como MMDS (Multichannel multipoint distribution service), es utilizada generalmente como una alternativa a la televisión por cable y donde es a veces imposible la instalación de cableado. MMDS utiliza las frecuencias de microondas en los rangos de 2 a 3 GHz. La recepción de las señales por parte del suscriptor requiere de una antena especial de microondas y un decodificador que se conecta al televisor.

La televisión por banda ancha es relativamente nueva en muchos países. Algunas empresas combinan servicios que incluyen televisión digital, acceso a Internet mediante banda ancha y voz sobre IP. Este tipo de servicios, ha hecho que el par de cobre o hilo telefónico se consolide como una alternativa válida para recibir canales temáticos de televisión, televisión a la carta y espectáculos o películas de pago previo. Los avances tecnológicos en el sistema ADSL permiten mayor velocidad de conexión y la transmisión de centenares de canales, además de diversas posibilidades interactivas, argumentos suficientes para que las compañías de televisión por ADSL hayan apostado por un método de transmisión más económico que el cable coaxial ya que se aprovecha la infraestructura telefónica existente.

Sin embargo la televisión digital terrestre (TDT), por ser de carácter público o gratuito, se percibe como el medio con mayor crecimiento en los próximos años, que posibilitará la recepción inclusive sobre vehículos en movimiento. La TDT en un futuro es la que concentrará la mayor cantidad de televidentes en comparación con los otros medios de transmisión.

Resolución
Una de las dudas más comunes dentro de la terminología de TV, es el significado de la resolución. En general, la calidad de las señales de video para televisión y otros dispositivos dependen de la resolución, a mayor resolución tenemos imágenes más nítidas. La resolución se puede especificar de varias formas, frecuentemente se representa por una expresión como "h x v", donde h es la resolución horizontal visible y v es la resolución vertical visible. La resolución vertical se refiere al número de líneas horizontales (renglones) que se pueden desplegar en la pantalla, y se cuentan de arriba hacia abajo (verticalmente). De manera similar, la resolución horizontal se refiere al número de líneas verticales (columnas) que se enumeran a lo ancho de la pantalla (horizontalmente) [ver figura 1]. Aún y cuando la resolución vertical es la misma para todas las TVs manufacturadas bajo el mismo estándar, la resolución horizontal puede variar. Una forma alterna y más común para especificar la resolución es bajo la resolución vertical estándar, por ejemplo una resolución típica de HDTV es 720p, la cual indica una resolución de 1280x720 (resolución horizontal de 1280 líneas). La más alta resolución en HDTV es 1080p, es decir 1920x1080 (aproximadamente 2 Megapíxeles).
Fig. 1. El concepto de resolución de la televisión

Estándares y formatos

Formatos analógicos
Gracias a la inquietud de estandarizar los formatos de televisión, a principios de 1940 se crea el Comité NTSC (National Television System Comitee), y al año siguiente se aprueba el formato con el mismo nombre, NTSC de 525 líneas. Este formato es utilizado en la mayor parte de América, incluyendo a México, y en algunos países de Asia: Japón, Corea del Sur, Filipinas, entre otros. Este formato de televisión llega a oídos de los países europeos quienes no quisieron pisar sus orgullos nacionales, y crean sus propios estándares.

En 1967 Francia crea el formato SECAM (SEquentiel Couleur A Memorie), y en ese mismo año, Alemania hace lo propio creando el sistema PAL (Phase Altenation Line). Tanto SECAM como PAL manejan una resolución de 625 líneas. Estos tres sistemas (NTSC, PAL y SECAM), en la actualidad dominan los formatos analógicos de televisión en el mundo, y debido a sus diferentes características, son incompatibles entre sí.

Así después de estandarizarse los diferentes sistemas, empiezan las primeras transmisiones de televisión por las cadenas y estaciones de TV locales y regionales. Con la entrada de los primeros satélites en lo 60s, 70s y 80s la televisión toma una cobertura más global. A finales de los 90s con la aparición de los primeros sistemas digitales de televisión (DTH, Direct To Home), la televisión satelital se convierte en un servicio con más penetración en los hogares, compitiendo directamente con el servicio de televisión por cable. Por esas mismas fechas, la televisión se transforma totalmente al llegar la televisión digital y los primeros formatos en alta definición (HDTV, High Definition TeleVision).

Formatos digitales

Básicamente existen tres principales entidades que están definiendo los formatos o estándares de TV digital en el mundo: El ATSC (Advanced Television Systems Committee) de EUA, el ISDB (Integrated Service Digital Broadcast), japonés y el europero, DVB (Digital Video Broadcast). Sin dejar de mencionar al formato chino DMV-T/H (Digital Multimedia Broadcast - Terrestrial/Handheld).

El ATSC es un comité establecido en 1982 encargado de desarrollar los estándares para la televisión digital en los EUA, que incluye los formatos digitales HDTV (High Definition Television) y SDTV (Standard Definition Television). En diciembre de 1996 la FCC (Federal Communications Commision) adoptó los principales elementos del estándar de televisión digital de ATSC (A/53) para la próxima generación de la transmisión de señales de televisión. Otros países como Canadá, Corea del Sur, Honduras, México y Argentina, están adoptando estos estándares para la televisión digital terrestre (TDT).

Las resoluciones típicas del estándar A/53 de ATSC son:

  • 1920x1080 píxeles con razón de aspecto de 16:9 (HDTV)
  • * 1280x720 píxeles con razón de aspecto de 16:9 (HDTV)
  • * 704x480 píxeles con razón de aspecto de 16:9 o 4:3 (SDTV)
  • * 640x480 píxeles con razón de aspecto de 4:3 (SDTV)

 

Desde diciembre de 2003, el estándar de televisión digital ISDB-T es usado para transmisiones comerciales en Japón. El concepto del funcionamiento ISDB está inspirado en el servicio ISDN (Integrated Services Digital Network), debido a que ambos permiten transmitir de una sola vez múltiples canales de datos (proceso denominado multiplexado). Además de la transmisión de audio y video, ISDB también define transmisiones de datos con Internet como un canal de retorno sobre varios medios y con diferentes protocolos. Esto se usa, por ejemplo, para interfaces interactivas como la transmisión de datos y guías electrónicas de programas. Oficialmente son pocos los países que utilizan el estándar, sólo Japón y Brasil.

El DVB es la propuesta europea de TV digital. El estándar es aceptado en más de 120 países de Europa, Asia, África, Oceanía y América. En algunos de estos países se está utilizando el estándar de manera experimental. Todos los procedimientos de codificación y compresión de las fuentes de vídeo y audio están basados en los estándares definidos por MPEG-2, aunque recientemente se está utilizando H.264/ MPEG-4 AVC. Algo que caracteriza a DVB con respecto a los otros formatos, es que es un estándar más abierto, en cambio el resto proponen tecnologías propietarias patentadas.

El gobierno de la República Popular de China aprobó la versión final del estándar DMB-T (también llamado DTMB, abreviación de Digital Terrestrial Multimedia Broadcast) el 1 de agosto de 2007, y anunció que las Olimpiadas de Beijing (2008) las transmitirá en alta definición, 720p o 1080i, utilizando su propio estándar. DMB-T también soporta el servicio de TV digital móvil el cual no se considera en las implementaciones típicas de TV digital de Europa y América.

La transición de la TV digital en el mundo
La transición de la televisión analógica a digital no es fácil, implica para las compañías cambiar toda la infraestructura actual. Para el televidente implica el gasto en una nueva televisión o en un convertidor analógico-digital, antenas y demás accesorios. En algunos países ésta transición tomará muchos años. Obviamente los países más desarrollados empezarán primero con este cambio tecnológico. La televisión pública que básicamente se transmitirá por las frecuencias de la TDT, por ser gratuita, su despliegue será más lento. En cambio los sistemas de televisión de paga será más rápida dicha transición, principalmente en los sistemas de televisión por cable, ya que los servicios de televisión de paga por satélite desde su inicio (1994), siempre han sido digitales.

El 17 de febrero de 2009 los EUA dejarán de transmitir sus señales analógicas y cambiaran totalmente a trasmisiones digitales. y en México 2021 y en Canadá hasta el 2011. En muchos países europeos el cese de las transmisiones analógicas ocurrirá en abril de 2010. Por otro lado en Andorra, Finlandia, Luxemburgo, Suecia y Holanda se convirtieron en los primeros países en apagar los sistemas de televisión analógica, para entrar de lleno a la transmisión digital.

Conclusiones
Son muchas ventajas las que brinda la digitalización del sistema de TV, entre ellas, ofrece audio y video de calidad superior, altas resoluciones, mejor uso del ancho de banda, mayor compatibilidad con equipos de cómputo e Internet y ofrece capacidades de enviar datos adicionales al audio y video.

La transición a la televisión digital es un hecho actual con trasfondos económicos y políticos. Muchas de las compañías operadoras de servicios de televisión han estado presionando a sus respectivos organismos regulatorios de telecomunicaciones para permitir la digitalización en los medios (dígase radio y televisión). Lo cual les permitirá ofrecer más canales de televisión en el mismo espectro, una adecuación al tipo de televidente a quién van dirigidos los programas y comerciales, y en síntesis mejores oportunidades de negocio.

En la segunda parte del artículo hablaremos sobre una repercusión muy importante de esta tecnología: el impacto social de la televisión digital como medio de comunicación, pero también abordaremos temas técnicos como el formato de alta definición, y los diferentes sistemas de despliegue.

Los autores son profesores-investigadores de la licenciatura en Ciencias Computacionales de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Baja California, unidad Ensenada. Se les puede contactar en evelio(at)uabc.mx, ascencio(at)uabc.mx y angel_fraga(at)uabc.mx, respectivamente.

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