INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA SEMINARIO DE TITULACIÓN “PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES” Transición de la Televisión Analógica a la Digital. T E S I N A Que para obtener el grado de: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. Presentan: Costilla Arias José Alberto. Gómez Rodríguez Carlos Alejandro. Hernández Órnelas Roberto Isaac. Solorio Cortes Alberto. ASESORES: M. en C. BRAULIO SANCHEZ ZAMORA M. en C. ORLANDO BELTRÁN NAVARRO. México, D. F. Mayo de 2008. TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 2 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN TESINA TRANSICIÓN DE LA TELEVISIÓN ANALÓGICA A LA DIGITAL. QUE PRESENTAN LOS CC. COSTILLA ARIAS JOSÉ ALBERTO. GÓMEZ RODRÍGUEZ CARLOS ALEJANDRO. HERNÁNDEZ ÓRNELAS ROBERTO ISAAC. SOLORIO CORTES ALBERTO. M. en C. Orlando Beltrán Navarro M. en C. Braulio Sánchez Zamora Coordinador del seminario Asesor M. en C. Héctor Becerril Zamora Jefe de Carrera de ICE 3 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 4 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. CONTENIDO OBJETIVO. 9 CAPITULO 1. 11 HISTORIA, EVOLUCION DE LA TELEVISIÓN, FORMATOS Y ASPECTOS BASICOS DE LA TELEVISION ANALÓGICA. 1.1 Principios de la televisión. 11 1.1.1 El desarrollo de la TV. 15 1.1.2 La ingeniería del video en la televisión a color. 16 1.1.3 Historia de la televisión en México. 16 1.2 Fundamentos de la señal de video. 36 1.2.1 Las características de la luz visible. 36 1.2.2 La percepción de la luz. 38 1.2.3 La percepción de los detalles finos. 38 1.3 La cámara. 40 1.3.1 Partes de la cámara de video. 40 1.4 Propiedades de la imagen óptica. 41 1.4.1 Elementos de imagen. 41 1.4.2 Propiedades de la imagen. 41 1.4.1 Partes de la señal de video compuesto. 43 1.5.1 Exploración horizontal y vertical. 43 1.5.2 Frecuencia de cuadro y de campo. 43 1.5.3 Número de líneas y resolución del sistema NTSC. 44 1.5.4 Frecuencia de exploración horizontal y vertical. 44 1.5.5 Sincronía horizontal y vertical. 45 1.5.6 Borrado horizontal y vertical. 46 1.5.7 Formas de onda. 48 1.5 El vectorscopio. 49 1.6 Señal de TV a color. 50 1.7.1 Señales de video Rojo, Verde y Azul. 50 1.7.2 Codificación de las señales de color. 51 1.7.3 Diferentes amplitudes de RGB. 51 1.7.4 Diferentes amplitudes del mismo color. 52 1.7.5 Adición de color. 53 1.7 Definiciones de términos de color. 54 1.8.1 Blanco. 54 1.8.2 Matiz. 54 1.8.3 Saturación. 55 1.8.4 Crominancia. 55 1.8.5 Luminancia. 55 1.8 Codificación de la información. 55 1.9.1 Sección de matriz. 57 1.9.2 Señales I y Q. 57 5 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 1.9.3 Modulación de crominancia. 58 1.9.4 El burst de color. 58 1.9.5 Resolución y ancho de banda de color. 60 1.9.6 Frecuencia de la subportadora de color. 61 1.9 Sistemas de la TV a color. 63 1.10.1 Partes de la señal de TV NTSC. 64 1.10 Señales de video analógico en componentes. 64 1.11.1 El formato RGB. 65 1.11.2 Características de la señal. 65 1.11.3 La distribución de las señales. 66 1.11.4 Monitoreo de señales. 66 1.11 Fundamentos de audio analógico. 67 1.12.1 Nivel de presión sonora. 67 1.12.2 Medición de fase mediante el monitor de fase de audio. 68 1.12.3 Monitoreo de niveles de audio. 69 1.12.3.1 El medidor de VU’s. 69 1.12.3.2 El medidor PPM. 70 1.12.4 Rango dinámico. 70 CAPITULO 2. 71 FUNDAMENTOS DE TELEVISIÓN DIGITAL. 2.1 Introducción. 71 2.2 ¿Por qué televisión digital? 71 2.3 Ventajas de Un Sistema Digital. 72 2.3.1 Multigeneraciones sin pérdida de calidad. 72 2.3.2 Ganancia y Respuesta en frecuencia totalmente estable. 72 2.3.3 Facilidades de Post-Producción. 72 2.4 El Proceso de Conversión Analógico-Digital. 72 2.4.1 Bits, Bytes y palabras. 72 2.4.2 Muestreo. 73 2.4.3 El Proceso de Cuantización. 74 2.4.4 Errores de Cuantización y Aliasing. 74 2.5 Interfaces de Video Digital. 75 2.5.1 Interface Paralela. 75 2.5.2 Interface Serial. 76 2.6 Formatos de video digital por componentes. 77 2.6.1 El Formato 4:2:2, 4:4:4 y 4:2:0. 77 2.6.2 El Formato 4:4:4. 78 2.6.3 Estructura de Muestreo. 79 2.7 Señal de Referencia (Timming Reference Signal). 81 2.8 El Ancillary Data. 81 2.8.1 Horizontal Ancillary Data (HANC). 81 2.8.2 Vertical Ancillary Data (VANC). 82 2.9 El EDH Error Detection and Handling. 82 2.9.1 Principios del EDH. 82 6 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 2.9.2 Inserción de EDH. 83 2.9.3 Recepción de EDH. 83 2.9.4 Equipo de EDH. 83 2.9.5 El Efecto Cliff. 83 2.10 Errores Digitales. 84 2.11 El Patrón de Ojo y Mediciones para Una Interface SDI 4:2:2. 85 2.12 Ecualización y Reclocking. 85 2.13 Evaluación de la Calidad de Imagen para un Sistema 4:2:2. 87 2.14 Forma de Onda en el Waveform Monitor. 87 2.15 Sincronización y Timming Mediante el Patrón de Bowtie. 88 2.16 Errores de Gamut y Colorimetría. 88 2.17 Uso de Patrones para la Evaluación de Señales en Componentes. 88 2.17.1 El Patrón de Lighting. 89 2.17.2 El Patrón de Diamond. 91 2.17.3 El Patrón de Arrowhead. 97 2.18 Audio digital. 99 2.18.1 Proceso de muestreo. 99 2.18.2 Cuantización. 99 2.18.3 Codificación. 103 2.18.4 Dither. 103 2.19 Estructura General del Protocolo AES/EBU. 105 2.19.1 Características de la Interface de Datos AES/EBU. 112 2.20 Audio Embebido. 112 2.20.1 Embeber o no embeber. 114 CAPITULO 3. 115 CARACTERISTICAS DE LA HDTV. 3.1 Introducción. 115 3.1.1 Estándares de video digital. 115 3.1.2 Comparación de DTV, SDTV y HDTV. 116 3.2 Conceptos Básicos. 119 3.2.1 Relación de Aspecto. 119 3.2.2 Submuestreo de Croma. 121 3.2.3 Sistemas de Submuestreo y relaciones. 121 3.2.4 Codificación de diferencia de Color. 122 3.2.5 Componente de video digital. 124 3.2.6 Interfaz Digital Serial. 124 3.2.7 Tasa de bits. 125 3.2.8 Representación de datos digitales en Paralelo 4:2:2. 126 3.3 Compresión MPEG-2. 128 3.3.1 Por que de la compresión. 128 3.3.2 La compresión de Video MPEG-2. 129 3.3.3 Entropía y Redundancia. 130 3.3.4 MPEG-2 Compresión y Transporte. 131 3.3.5 Compresión de video. 132 7 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 3.3.6 Redundancia Espacial. 133 3.3.7 Codificación Espacial. 134 3.3.8 Codificación Temporal. 134 3.3.9 Imágenes en MPEG-2. 135 3.3.10 Imágenes I. 135 3.3.11 Imágenes P. 135 3.3.12 Imágenes B. 136 3.3.13 Predicción Íntercuadro. 136 3.3.14 Predicción de Movimiento. 137 3.3.15 Perfiles y Niveles. 137 3.3.16 MainProfail@Mainlevel MP@ML. 137 3.3.17 Formación del flujo de Transporte. 138 3.3.18 Sincronización PCR, PTS y DTS. 139 3.3.19 Descodificación de la cadena comprimida. 140 3.4 Audio en HDTV. 141 3.4.1. Compresión de Audio. 141 3.4.2. Enmascaramiento Auditivo. 141 3.4.3. Enmascaramiento Temporal. 141 3.4.4. Estándar de Audio AC-3 de ATSC. 142 3.4.5. Dolby Digital y 5.1. 143 3.4.6. Codificación y decodificación de Dolby Digital. 144 3.4.7. Codificación de Audio. 146 3.4.8. Descodificación de Audio. 147 CAPITULO 4. 149 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 4.1 Introducción. 149 4.2 Implementaciones para la transición de las emisiones de televisión analógica a digital en usa. 149 4.2.1 Criterio de asignación de frecuencias para DTV en usa. 150 4.2.2 Infraestructura analógica existente. 153 4.2.3 Infraestructura digital SDI existente. 155 4.2.4 Infraestructura existente SDI y nueva planta en HDTV. 157 4.2.5 Infraestructura en HDTV. 158 4.3 Estándares para HDTV en el mundo. 160 4.3.1 Estándar ISDB. 160 4.3.1.1 Aplicaciones del estándar ISDB-T. 161 4.3.1.2 Características principales del sistema. 162 4.3.2 Estándar DVB. 163 4.3.3 Estándar ATSC. 168 4.4 Transición de la TV analógica a la digital en México. 175 Bibliografías. 181 8 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. En la actualidad se están dando avances tecnológicos aceleradamente y uno de estos es la modificación del sistema de televisión que esta pasando de los sistemas convencionales como los son el NTSC y PAL, de los cuales el sistema NTSC es el aceptado por la Secretaria de Comunicaciones y la radiodifusión en México. (cid:1) Este tesis dará a conocer la evolución de la televisión; desde lo que es televisión blanco y negro, pasando a televisión a color al igual que la televisión digital terrestre (TDT) y hasta lo que es hoy en día Televisión de Alta Definición (HDTV). Haciendo ver sus ventajas y desventajas, así como los usos que se le dan o se le dieron a cada una de ellas. (cid:1) El objetivo primordial de esta tesis es el tratar de explicar la evolución que ha tenido la Televisión de Alta Definición (HDTV), así como sus generalidades técnicas y proceso de difusión en México. (cid:1) Explicar o definir conceptos históricos que se ocupan dentro de lo que es la televisión normal y la Televisión de Alta Definición. Como lo son sus componentes físicos, etc. (cid:1) Describir en cada uno de los capítulos los aspectos teóricos – prácticos que servirán para que el usuario tenga una idea mas clara del funcionamiento de esta tecnología introducida a México en estos tiempos modernos. (cid:1) Como objetivo final se ha pensado, que la tesis debe de ser entendible y digerible para cualquier persona que llegue a consultarla; ya sea desde un ámbito de nivel Ingeniería hasta nivel bachillerato o cualquier otro sector estudiantil, así como también cualquier otro sector de la sociedad que este interesada sobre el tema. Que cada persona llegue a entender o comprender los conceptos o principios básicos de lo que es la Televisión de Alta Definición en México. 9 TRANSICION DE LA TELEVISION ANALOGICA A LA DIGITAL. 10