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UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE INVESTIGACION EN TELECOMUNICACIONES (GITUQ). ARTÍCULOS PRESENTADOS DURANTE EL SEGUNDO PERIODO Sebastián Arango Alzate CC: 1.094.922.983 de Armenia-Quindío ACADEMICO DEL AÑO 2011

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TELEVISIÓN DIGITAL

II.FUNDAMENTO TEÓRICO

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Resumen—Durante la capacitación que se hace los días 1, 2 y 3 de enero se ha informado con gran despliegue de forma teórica y practica para el manejo de la televisión digital, utilizando los diferentes equipos, antenas que proporcionan una de las mejores alternativas para fundamentar todos los conceptos que han sido explicados por los tutores. A través de los tres días se han presentado los fundamentos teóricos de televisión análoga, televisión digital principalmente los términos que se estudiarían más adelante para desarrollar las diferentes prácticas, además de un fundamento del posicionamiento en la línea ecuatorial de los satélites que manejan los canales correspondientes a televisión o datos según el caso. En las prácticas de campo que se hicieron fue necesario utilizar antenas parabólicas de las cuales se recibieron los fundamentos teóricos para utilizarlas, y unas mínimas pautas de la formación geométricas con que son creadas. Palabras claves—Televisión digital, canal, potencia, decibeles.

I. INTRODUCCIÓN Aunque como muchos saben, la televisión digital en Colombia está muy lejos (10 años) de ser totalmente implementada, por lo que la televisión análoga donde el televisor que funciona con rayos catódicos todavía tiene mucho auge. Por ello se hace un análisis muy tenue de la televisión análogo y como se llegó a ella, desde la televisión a blanco y negro, hasta la televisión a color que hace muchos años llega a nuestras casas. La televisión análoga está basado en el transporte de imágenes a través de cualquier medio de transmisión, con la capacidad de ser tan repetitivo como para hacer que ojo humano no identifique el cambio de imagen y sea tomado como una figura con las características de un video. Esta imagen también debería tener algunas características como es el sonido y la señalización de la imagen para que cada imagen se mostrara en el tiempo correspondiente dentro del video. De este modo, al ser inventado el tubo de rayos catódicos fue posible la implementación mundial de estos sistemas, donde se utilizaron 2 tipos de estándares, americano (NTSC) y europeo (PAL), que más adelante serán explicados.

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Luego de toda la introducción de televisión análoga, se fundamenta las bases teóricas de la televisión digital terrestre (TDT), y dentro de ella la forma de compresión de video MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group 2) y MPEG-4 (Moving Pictures Experts Group 4).

A. Televisión análoga Como se sabe, la televisión es el movimiento de imágenes en movimiento con sonido sincronizado el cual emplea un mecanismo de difusión de ondas para impulsar la imagen hacia una pantalla. El concepto de televisión fue discutido durante muchos años en el siglo XIX pero hasta el siglo XX no pudo ser implementado. La cual se empozo a desarrollar con dispositivos mecánicos hasta la década de los 30, donde con la invención del transistor y el tubo de rayos catódicos en 1937. La señal de video enviada tiene diferentes tipos de tramas, entre ellas podemos encontrar una señal de sincronismo o señalización que permite reconstruir la imagen, el sonido y finalmente la posición de las imágenes para poderlas organizar. Luego de varios estudios científicos, se llega a la conclusión que para que el ojo humano alcance a percibir la sucesión de imágenes como video es necesario responder a 24 cuadros por segundos aunque también es muy utilizado de 25 a 30 cuadros y el número de líneas superior a 300 líneas por cuadro. Como se dijo anteriormente se utilizaron 2 estándares, PAL y NTSC cuya diferencia prima esencialmente en el número de cuadros por segundos que se envían por el canal de transmisión y el número de líneas por cuadro. De este modo, el sistema PAL utiliza 625 líneas por cada cuadro con 25 cuadros por segundo, y el sistema NTSC con 525 líneas con 30 cuadros por segundo. De este modo, la trama que se envía por cada cuadro debe tener, la información de la imagen, la señal de sincronismo tanto del cuadro como por línea (vertical y horizontal). La pantalla es divida en 2 partes, líneas pares y líneas impares, para sincronizarlas se añade un pulso de sincronismo al inicio de la línea. La codificación de la imagen se realiza con voltajes entre 0 y 0.7 voltios donde el primero identifica el negro y el último, el blanco. Para sincronismo, se utilizan señales de -0.3 voltios lo que genera una amplitud de 1 voltios. Los sincronismos verticales están constituidos por una serie de pulsos de -0,3 V que proporcionan información sobre el tipo de campo e igualan los tiempos de cada uno de ellos. El sonido es enviado separado de la señal de video situado enseguida del ancho de banda de la imagen; también tiene señales de sincronismo para que el video no se desfase de la imagen.

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE INVESTIGACION EN 2 TELECOMUNICACIONES (GITUQ). ARTÍCULOS PRESENTADOS DURANTE EL SEGUNDO PERIODO ACADEMICO DEL AÑO 2011 Para Colombia se ha asignado un ancho de banda para la  Diferencia de color rojo (Pr): Es el componente televisión de 6MHz, el cual debe contener la señal de resultante de restar la luma a la señal rojo, aplicando sincronismo, video y audio. unos coeficientes.

Durante mucho tiempo se hizo un estudio esaustivo la señal de por cuadro que se debia enviar por el canal de video correspondiente a los 6Mhz y 8 Mhz deacuerdo con el sistema, y se llega a la siguiente conclusion. Como se puede ver la imagen a continuacion representa la tonalidad de colores que pue puede proporcionar la configuracion RGB, de alli que sea necesario enviar una señal correspondiente al color por cada linea de cuadro y una señal de intensidad luminuso que finalmente al ser unida con cada una de las lineas y al ser organizadas forman la imagen. El modelo RGB está formado por los tres componentes de colores primarios aditivos y como mínimo un componente de sincronismo. Los componentes de color son las señales rojo, verde y azul (viniendo el nombre de las iniciales de su nomenclatura inglesa Red, Green, Blue); siendo transmitidos cada uno independiente y aislado del resto. 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 contra, mediante este sistema hay mucha información redundante, con el consiguiente aumento del ancho de banda necesario respecto a otros métodos de transmisión. Por ejemplo, cada color lleva el valor de brillo de toda la imagen, de forma que esta información está por triplicado.

Más adelante se implementa la siguiente codificación de colores para enviar por el medio de transmisión utilizando el menor ancho de banda posible y eliminando la redundancia de información de colores en el sistema. Parámetros:  Luma (Y'): Es el componente de brillo de la imagen, o dicho de otra forma, la cantidad de blanco y negro de la misma.  Diferencia de color azul (Pb): Es el componente resultante de restar la luma a la señal azul, aplicando unos coeficientes.

Se puede observar como no hay un componente de diferencia de color verde debido a que este color puede recomponerse a partir de la información del resto de señales. El motivo que se haya escogido omitir el verde y no otro es porque este color requiere más ancho de banda para transmitirse dado que el ojo humano es más sensible a la percepción del verde. Se utiliza las siguientes ecuaciones para descomponer los colores el los parámetros anteriores: Y' = 0,299 * R' + 0,587 * G' + 0,114 * B' Pb =0,564 * (B' - Y') Pr =0,713 * (R' - Y') De la misma forma para descomponer cada una de las señales RGB se aplican las siguientes ecuaciones: R' = Y' + 1,402 * Pr G' = Y' - 0,344 * Pb - 0,714 * Pr B' = Y' + 1,772 * Pb Finalmente la señal de video es modulada por QAM con la suma de senos y cosenos correspondientes a las componentes en fase y cuadratura de la señal que finalmente serán desmodulados y la señal de sonido es modulada en frecuencia. Otra característica además de las ya nombradas que se pueden encontrar los dos tipos de sistema es la frecuencia de la portadora para el video, en el caso de NTSC (Colombia) 3.58 MHz y PAL 4.43 MHz. Muchas de estas características priman por el manejo de la señal eléctrica donde en América se utilizan señales a 60 Hz y en Europa a 50 Hz por lo que los sincronismos de los dispositivos serán diferentes. B. Televisión Digital La televisión digital es algo nuevo, Durante los últimos años se ha llegado a tener un gran avance sobre el tema, y todas las aplicaciones posibles para la transmisión de televisión digital terrestre (TDT). Este método se ha desarrollado para alcanzar anchos de banda mayores, mejorar la calidad de la imagen e implementar métodos de control de contenido (DRM). A finales de los años 80 del siglo XX se empezaron a desarrollar sistemas de digitalización. La digitalización en la televisión tiene dos partes bien diferenciadas. Por un lado está la digitalización de la producción y por el otro la de la transmisión. En cuanto a la producción se desarrollaron varios sistemas de digitalización. Los primeros de ellos estaban basados en la digitalización de la señal compuesta de vídeo que no tuvo éxito. El planteamiento de digitalizar las componentes de la señal de vídeo, es decir la luminancia y las diferencias de color, fue el que resultó más idóneo. En un principio se desarrollaron los sistemas de señales en paralelo, con gruesos cables que precisaban de un hilo para cada bit, pronto se sustituyó ese cable por la transmisión multiplexada en tiempo de las palabras correspondientes a cada una de las

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE INVESTIGACION EN 3 TELECOMUNICACIONES (GITUQ). ARTÍCULOS PRESENTADOS DURANTE EL SEGUNDO PERIODO ACADEMICO DEL AÑO 2011 componentes de la señal, además este sistema permitió incluir referencia las tramas I como pasadas, y las tramas P como el audio, embebiéndolo en la información transmitida, y otra futuras. serie de utilidades. Características: En cuanto a la transmisión, la digitalización de la misma fue  8 bits de resolución (irrelevancia) posible gracias a las técnicas de compresión que lograron  Omitir intervalos de borrado horizontal y vertical reducir el flujo a menos de 5 Mbit/s, hay que recordar que el (redundancia) flujo original de una señal de calidad de estudio tiene 270  Reducción de la resolución del color en dirección Mbit/s. Esta compresión es la llamada MPEG-2 que produce vertical (4:2:0) (irrelevancia) flujos de entre 4 y 6 Mbit/s sin pérdidas apreciables de calidad  Modulación diferencial de pulsos codificados subjetiva. (redundancia)  Transformada discreta del coseno DCT (irrelevancia)  MPEG  Exploración en zig-zag (redundancia)  Codificación Huffman (redundancia) Grupo de trabajo creado con el objetivo de crear estándares internacionales de comprensión, descompresión, y Finalmente, la exploración zig-zag es el tipo de recorrido que representación de imágenes en movimiento y audio. se hace para barrer cada una de las imágenes que conforman Hasta ahora se han desarrollado 3 tipos de estándares de el video. El recorrido en zigzag diagonal permite que los compresión MPEG-1 como el primer método de compresión coeficientes de baja frecuencia sean los primeros en internacional que fue expuesto en 1992, incluyendo 3 codificarse, seguidos de largas series de ceros. características importantes, audio, video y sistema basado en la transformada discreta del coseno. Con una tasa de bit-rate de 1.5 Mbps. Más adelante en 1994 se desarrolla el estándar MPEG-2 sobre el estándar MPEG-1 con aplicaciones que requieren más de 1.5 Mbps de bit-rate. Luego, se desarrolla el sistema de video estandarizado MPEG-3 pero termina siendo el mismo MPEG2, y finalmente, durante los últimos años, se desarrolló el estándar MPEG-4 que le permite al usuario interactuar con los objetos en la escena. MPEG-2: codificación de video de alta calidad compatible con los sistemas NTSC y PAL y alta definición HDTV. Funcionando de 2 a 15 Mbps aunque se ha llegado a lograr hasta 100Mbps. Para esto se utiliza la codificación predictiva con la codificación DCT en bloques de 8x8 tomando valores hasta 2047. Esto permite la reducción de redundancia y contralar la perdida de información. Con lo que se puede eliminar, redundancia espacial, de entropía, Psico-visual. La compresión del video tiene varias características que pueden verse fácilmente, en muchos casos la imagen que se presenta a continuación puede tener las siguientes características. 

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Algunos puntos en la imagen no cambian durante las imágenes consecutivos por lo que pueden eliminarse esos cuadros de la imagen, lo que finalmente nos permite reducir el tamaño del video. La imagen solo se desplaza en el eje, de igual forma que en el tiempo generando el misma consecuencia anterior (reduciendo el tamaño del video). Estimar el movimiento siguiente de la imagen, lo que se puede llamar predicciones los movimientos futuros.

El video lo componen 3 tipos tramas diferentes: La trama I que trabaja como punto de referencia para funcionalidad y accesos FF/FR. De baja compresión, trama P, tramas previamente codificadas, incorporan compensación en movimiento. Y las tramas B bipolares, que utilizan como

Practica 1: Luego de observar la forma en la cual el video es comprimido por el estándar MPEG-2 se utiliza un programa licenciado que nos proporcionó el SENA para manejarlos y finalmente identificar las características vistas anteriormente en este informe. De este modo al tomar un video del guardado en la memoria del computador fue posible reducir el número de cuadros por línea, reducir las predicciones y un poco los elementos pasados, y se pudo observar fácilmente que la imagen se va deteriorando a medida que se eliminan estos parámetros.

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE INVESTIGACION EN 4 TELECOMUNICACIONES (GITUQ). ARTÍCULOS PRESENTADOS DURANTE EL SEGUNDO PERIODO ACADEMICO DEL AÑO 2011 La importancia de las medidas son más notables en este tipo de redes por la complejidad de la propagación por cable o por medio de satélites pues causa varios efectos en la señal. Las medidas principales son las siguientes, las cuales se pueden realizar haciendo uso de portadoras piloto, que permiten entre otras cosas conocer las características del canal de transmisión.

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Televisión Digital

Por el limitado uso de los equipos de trabajo, el estudio de la televisión digital se debió hacer de modo que todos los grupos de trabajo tuvieran la oportunidad de fundamentar sus conocimientos sobre televisión digital que poco a poco se obtuvieron leyendo las guías de trabajo para cada práctica. Para las practicas, se ha utilizado un programa llamado LABMU que interactúa con los módulos para desarrollar la práctica, y aunque fueron pocas las practicas (5) que se pudieron efectuar por el corto tiempo, el conocimiento fue suficiente para obtener amplias bases de la televisión digital. Conceptos: Modulación COFDM: Es la modulación utilizada en TDT basada en la modulación de varias portadoras ortogonales en QPSK, 16-QAM o 64 QAM. Características: 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. Este caso se da frecuentemente en las grandes ciudades, donde se puede recibir una señal directa del transmisor más una cierta cantidad de señales retardadas por las reflexiones con los edificios. El hecho de tener un gran número de portadoras sobre las que se distribuye la información proporciona una protección contra interferencias co-canal, ya que si se pierde la información de una portadora debido a estas interferencias se pierde una pequeña porción de información que no tiene por qué ser relevante para la calidad de la transmisión. La señal modulada tiene un intervalo de guarda, que es un período en el que la señal se mantiene constante, repitiendo un símbolo. De esta forma las señales que lleguen con un retardo menor que ese tiempo de guarda se pueden aprovechar como señales constructivas para mejorar la recepción. Este intervalo de guarda puede tener diferentes valores donde el mayor es donde se reenvía mayor parte de la señal para eliminar las interferencias, entre ellas podemos encontrar (1/4, 1/8, 1/16 y como menor intervalo de guarda 1/32). Medidas de redes TDT:

 BER Bit Error Rata: es la tasa de bits erróneos detectados en la recepción de señal de este modo, si se dice que BER=1E-1 significa que como el coeficiente es -1, de cada 10 datos recibidos, 1 dato es erróneo; así, si se dice que el BER es de 5E-9 significa que de cada 1000000000, 5 datos han sido recibidos erróneos.  Relación C/N Relación Portadora-ruido: es la medida que proporciona un analizador de espectro que identifica en nivel de la portadora frente al nivel de ruido medido, es una medida muy directa de la calidad de la señal. En COFDM hay que tener en cuenta que se mide como ruido y que es necesario tener en cuenta el ancho de la DVB-T.  MER Modulation error ratio: es un valor proporcionado por los equipos de medida directamente, se basa en el cálculo en base a la observación de las constelaciones, que se verán más delante de este informe. Este valor suele medirse en dB y suele menor que el valor de la C/N. en algunos casos, este valor se da de acuerdo al número de portadoras, lo que permite identificar que portadoras son más afectadas por las imperfecciones dadas.  Otros errores de transmisión Además de los parámetros explicados anteriormente, existen otros errores producidos en la transmisión de la señal DVB-T que se producen en el canal de transmisión. Estos errores son habitualmente detectados gracias a las portadoras piloto distribuidas, que darán una caracterización de dichos problemas. Entre estos, cabe destacar las distorsiones lineales de amplitud, fase y retardo de grupo. Análisis de la calidad de recepción atendiendo al espectro, constelación y respuesta impulsiva: Las medidas en la constelación tienen especial importancia en la transmisión de TV Digital terrestre. Este diagrama permite identificar diferentes características como señal a ruido, Jitter de fase, desbalanceo de amplitud y errores de fase.

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO, INGENIERÍA ELECTRÓNICA, GRUPO DE INVESTIGACION EN 5 TELECOMUNICACIONES (GITUQ). ARTÍCULOS PRESENTADOS DURANTE EL SEGUNDO PERIODO ACADEMICO DEL AÑO 2011  El eco, el efecto Doppler generan que en la señal recibida se pierda gran información que finalmente produce que en la imagen se alteren espacios donde la información no sea la correcta.  Los efectos producidos por la alteración de señal en cuanto a intervalo de guarda, tipo de modulación, pude generar que la señal recibida no se pueda observar en la televisión, pues no identifica las señales de sincronismo.  La interferencia generada por la lluvia puede provocar que no se reciba la señal de la forma más adecuada. El ruido se presenta en el diagrama de costelaciones con los  Algunos de los parámetros que en la televisión puntos menos definidos en la figura anterior, por lo que análoga son un poco más superficiales, en la mayor sera el nivel de ruido detectado cuanto mas dispersos televisión digital son relevantes, y ofrecen las se encuentro los puntos del diagrama de costelaciones. características necesarias para que la imagen tenga El jitter de fase habitualmente es causado por las oscilaciones la capacidad de ser vista en el televisor sin en el modulados que afecta a todas las portadoras, y se puede distorsión, de allí, que cuando la televisión digital observar en la costelacion por un movimiento de las falla, la imagen total no se dispersa, sino que se portadores que a gran escales porvocarian una forma circular. dispersan varios cuadros de la imagen por la forma en que han sido enviados por le medio de En el señal recibida se pueden obtener los siguientes sucesos, transmisión, que en caso de las practicas hechas, el primero son los ecos que se producen por el rebote de la eran satelitales y videos propios que viajan vía UTP. señal, que son anulados con el intervalo de guarda que se deje  Muchos de los instrumentos utilizados fueron de sobre la señal transmitida, para que pueda ser tomada la señal gran utilidad para observar los canales por donde se sin interferencias; y el efecto Doppler que se presenta por el envía la televisión digital, de allí que, en mucho movimiento de cualquiera de los 2 instrumentos, transmisor y satelitales se considere que el primer canal que se receptor. envié es de señalización y datos, por lo tanto no se obtuvo ninguna característica de DVB-T. Finalmente, no habiendo más tiempo de realizar las  La televisión digital ofrece alternativas para siguientes lecturas se procede a realizar las diferentes convertir la televisión en un sistema más interactivo prácticas en las cuales se pudo observar el comportamiento de y con mayor capacidad que finalmente llegara a la señal al incluirle más o menos intervalos de guarda, lo que ofrecer servicios que hace pocos años se vieron muy generan los ecos en la señal, ancho de banda, tipo de lejos de la realidad. modulación y los diferentes parámetros de la señal de los  La televisión digital apenas está empezando a surgir, cuales se pudo concluir algunos ítems importantes para el y es uno de los grandes temas en el que los manejo y mantenimiento de las redes digitales de televisión. ingenieros y técnicos se pueden desempeñar a lo largo de que el sistema sea totalmente implementado Por último y una de las practicas más importantes fue la en Colombia. práctica satelital de campo que se hizo donde se pudo observar diferentes conceptos vistos en el aula, como el AGRADECIMIENTOS posicionamiento de los satélites y la forma de ubicación de las Se le agradece al servicio nacional de aprendizaje SENA a antenas. De allí se puede recibir señales satelitales y con un analizador de espectros y canales de televisión bajar la señal, nuestro instructor que proporciono gran parte de su tiempo verla e identificar características ya nombradas en este para explicar de manera muy amplia los conceptos que se le informe como es el ruido, la relación señal a ruido, potencia fueron encomendados, y quienes nos proporcionaron los re recepción, frecuencia de portadora. equipos suficientes para poder realizar tanto las prácticas en Otros de los conceptos más importantes allí, fueron las bases el aula, como el trabajo de campo que para todos los de las antenas parabólicas para bajar las señales que al estar a estudiantes de la Universidad del Quindío fueron una frecuencia tan altas, se debía cambiar la señal portadora para oportunidad para fortalecer muchos de los conocimientos de poder ser analizada. la carrera de Ingeniería Electrónica que llevamos a cabo en la misma. III.

CONCLUSIONES

 Los métodos de compresión y descompresión cada vez ofrecen más recursos, donde en poco capacidad, el número de datos que se pueden almacenar son bastantes, logrando de este modo que los sistemas de televisión y video sean cada vez de mayor calidad, sin perder capacidad o ancho de banda en un canal.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Guías de la Capacitación. [2] http://www.elotrolado.net/wiki/Se%C3%B1ales_de_v %C3%ADdeo [3] http://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3n [4] http://es.wikipedia.org/wiki/Televisi%C3%B3n_digital [5] http://es.wikipedia.org/wiki/MPEG-2 [6] http://www.slideshare.net/danielkey/la-televisin-4793947

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