View
2.635
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
1 G.S 2003
Televisão Digital e HDTV - TV de Alta Definição
Guido Stolfi
Departamento de Telecomunicações
Escola Politécnica - USP
G.S 2003
2 G.S 2003
Evolução Tecnológica e Motivações•Características da TV convencional e Hi-Vision
Compatibilidade PC x TV•Considerações sobre meios de visualização
Televisão Digital: SDTV e HDTV•Compressão de Vídeo e Áudio
Transmissão Digital•ATSC, COFDM, ISDB-T
Apêndice: TV no mundo
3 G.S 2003
1- Evolução
Justificativas Tecnológicas
Motivação
G.S 2003
4 G.S 2003
Evolução Tecnológica:Cinema TV
1954 – TV a Cores NTSC
1986 – TV Estéreo
1941 – Padrão “M”
1925 – Primeiras Transmissões Experimentais
“Wide Screen” - 1952
Cinema falado - 1926
Cinema a Cores - 1939
Cinematógrafo - 1895
1930 – TV Comercial
“IMAX” - 1970
G.S 2003
5 G.S 2003
Critérios para Dimensionamento dos Parâmetros de Imagem da TV
• Aplicação (O que deve ser mostrado na imagem)
• Acuidade Visual (O que o olho consegue discernir)
• Limitações Tecnológicas (O que é viável transmitir)
6 G.S 2003
A Aplicação da Televisão Como Entretenimento
7 G.S 2003
Condições de Visualização da TV
640 pontos
A = 480linhas
7 x A
1 minuto de grau
Elemento de Imagem (pixel)
8 G.S 2003
Padrão “M”: um Sistema Viável
• 60 Imagens por segundo– Determinado por critérios de cintilação e
interferências c/ rede elétrica
• Entrelaçamento 2:1
• Ângulo de visualização: 10 graus (hor.)
• Relação de Aspecto: 4:3
• 480 linhas ativas
• 640 elementos de imagem por linha– Baseado no limite de acuidade visual de 1’
9 G.S 2003
Estagnação do Mercado de TVna Década de 80
– Patentes Expiradas– Margens de Lucro Reduzidas– Concorrência Acirrada– Saturação do Espectro de Radiodifusão– Incompatibilidade com Cinema “Wide Screen”
10 G.S 2003
Ocupação da Banda de UHF
• Devido à susceptibilidade de interferências nos receptores, a ocupação dos canais de UHF é muito rarefeita.
• Em 1981, a FCC realoca os canais 70 a 83 de UHF para a telefonia celular.
Canal transmitindo Canais com Interferência
N N-1, N+1, N+7, N+8, N+14, N+15
11 G.S 2003
Ameaça à Expansão da TV Comercial
• Restrições de alocação de freqüências comprometem a expansão das emissoras de TV.
• FCC pretende realocar mais canais de TV para serviços de comunicação móvel.
• TV contra-ataca pedindo alocação de banda para um novo serviço: a TV de Alta Definição.
12 G.S 2003
“Hi-Vision” (NHK- 1964-1985)
• 1035 Linhas Ativas
• Relação de Aspecto 16:9
• 60 Imagens por segundo
• Entrelaçamento 2:1
• Ângulo de Visualização: 30 graus (hor.)
• Banda Passante: >20 MHz
G.S 2003 13
Hi-Vision (NHK, 1985)
NHK
14 G.S 2003
Dimensionamento do Ângulo de Visualização para HDTV
15 G.S 2003
Ocupação do Campo Visual
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-100 -50 0 50
Ângulo em relação à Fóvea
Bastonetes
ConesPonto Cego
Cél
ulas
por
mm
2x
1000
HDTV
TVTV
16 G.S 2003
Relação de Aspecto da HDTV
• Compatibilidade com imagens 4:3
4 3(12 9)
4 3
4 3
4 3
16
9
17 G.S 2003
Relação de Aspecto da HDTV
• Compatibilidade com formatos de Cinema
TV (1.33:1 = 4:3)
HDTV (1.78:1 = 16:9)
Cinemascope (2.35:1)
Cinema (1.85:1)
G.S 2003 18
Comparação do Campo Visual TV HDTV
NHK
G.S 2003 19
Alternativas para “Simulcasting” em TV
Centralizada (Ação) “Close” (Expressão)
“Letterbox” (Ação total)
G.S 2003 20
“Simulcasting”em HDTV
Enquadramento típico de TV(640 x 480)
Interpolação para HDTV(1440 x 1080)
G.S 2003 21
“Simulcasting” em Condições Reais de Visualização (Perspectiva deformada)
22 G.S 2003
Dimensões Ideais da Tela
Distância de Observação
TV Convencional HDTV
80 cm 10 x 13 cm (6”) 23 x 45 cm (20”)
1,6 m 21 x 28 cm (14”) 48 x 85 cm (38”)
2,5 m 30 x 40 cm (20”) 75 x 130 cm (60”)
3,5 m 45 x 60 cm (29”) 100 x 190 cm (85”)
5 m 61 x 82 cm (40”) 150 x 260 cm (120”)
23 G.S 2003
TV de “Mesma Definição”
1920
640
480
1080
1’
24 G.S 2003
Requisitos de Implantação da HDTV
• Equipamentos de produção (câmeras, VT’s, efeitos, etc.)
• Cenografia, iluminação
• Direção, interpretação
• Programação adequada ao meio
25 G.S 2003
Implantação da HDTV nos EUA: Concessões da FCC
• 1 canal adicional, não contíguo, para transmissão de HDTV
• Transmissão em “Simulcast”
• Canal adicional sujeito a interferências de TV convencional
• Canal adicional não pode interferir na TV convencional.
26 G.S 2003
Propostas Analógicas de HDTV
• Ex.: Philips HDS-NA (1989)
PAINEL LATERAL DIREITO
(Pd)
PAINEL LATERAL
ESQUERDO (Pe)
PAINEL CENTRAL (480 ou 680 linhas)
SUBDIVISÃO DA IMAGEM PARA PROCESSAMENTO
27 G.S 2003
Philips HDS-NA
ESPECTRO COM CANAL AUXILIAR
28 G.S 2003
Testes Preliminares nos EUA
• Propostas Analógicas de HDTV com canal adicional não tem desempenho satisfatório. O uso de processamento digital é a única saída viável para comprimir a informação de HDTV em um canal de comunicação de 6 MHz (ex.: proposta General Instruments).
• Enquanto a HDTV aguardava definições, a tecnologia desenvolvida encontrou aplicação imediata na Televisão Convencional, com atrativos como multiplicar a capacidade do canal de comunicação e permitir serviços adicionais.
29 G.S 2003
Transmissão Analógica x Digital
1 Programa de TV Convencional
1 Canal analógico de 6 MHz (AM-VSB)
1 Programa de TV Convencional
1 Canal digital de 25 MHz (ex.: QAM)
30 G.S 2003
Transmissão Digital com Compressão
6 Programas de TV ou
1 Programa de HDTV
1 Canal digitalde 6 MHz
31 G.S 2003
Decisão da HDTV nos EUA
• Quatro propostas digitais são testadas; FCC não se decide por nenhuma
• Prevendo fracasso comercial, os 4 proponentes apresentam uma proposta única, a “Grande Aliança”
• FCC homologa proposta, que inclui compressão e transporte MPEG, áudio AC-3 e transmissão 8-VSB, e estabelece prazo (2006) para fim das transmissões analógicas.
32 G.S 2003
2- Compatibilidade PC x TV
Convergência
Condições de Uso
Condições de Visualização
33 G.S 2003
Previsão do Futuro...
• “Dentro de 3 anos não teremos mais aparelhos de TV, apenas computadores com telas de alta qualidade e programação digital, recebendo ABC, NBC, HBO, BBC e qualquer coisa que pudermos imaginar.”
(Andrew Lippman – Diretor, MIT Media Lab - 1989)
34 G.S 2003
PC x TV Digital: Elementos Comuns
• “Display” (Cinescópio, LCD etc.)• Processamento Digital• Som• Controle (“data entry”)
35 G.S 2003
Objetivo do PC: Manipulação de Documentos
• Interatividade, análise e criação de informação textual e visual
• Metáfora: Mesa de Trabalho
36 G.S 2003
Objetivo da Televisão: Entretenimento Áudio-visual
• Percepção de realidade virtual obtida através da ilusão dos sentidos (visão e audição), especialmente através de imagens em movimento.
37 G.S 2003
Processos Visuais para Determinação de Distância
• Foco Ocular
• Visão Binocular / Disparidade
• Paralaxe de Movimento
• Fator de Escala de Objetos Conhecidos
• Texturas e Saturação
38 G.S 2003
Foco Ocular
• Informação intensa para curtas distâncias (< 1m)
39 G.S 2003
Visão Binocular
• Informação fortíssima para curtas distâncias (dentro do alcance físico); decresce até distâncias médias (< 100 m)
40 G.S 2003
Paralaxe de Movimento
• Depende da amplitude do movimento; em condições de visualização normal é intensa para distâncias curtas (< 10 m)
41 G.S 2003
Fator de Escala
• Forte para qualquer distância (centímetros a quilômetros); depende de aprendizado
1m 500m
42 G.S 2003
Texturas / Saturação
• Estimativa razoável para distâncias longas (até vários km)
Perto
Longe
Muitolonge
43 G.S 2003
Diferenças na Percepção de Distâncias
2,5 metros80 cm
44 G.S 2003
PC TV
• Televisão: Janela para o mundo– Imagens reais
– Entretenimento
– Ilusão de realidade
– Receptividade
– Coletividade
– Escuro
• PC: Mesa de Trabalho
– Imagens artificiais– Leitura / escrita– Criação / desenho– Interação– Interpretação– Individualidade– Claro
45 G.S 2003
Tecnologias de Visualização
• Visão direta:– Cinescópio (TRC)– Tela de Plasma– Cristal Líquido (LCD) retro-iluminado
• Projeção (frontal ou retro) :– Com TRC’s– Micro-espelhos– Cristal Líquido transmissivo
46 G.S 2003
Caracterização das Tecnologiasde Dispositivos de Visualização
• Colorimetria
• Peso, volume
• Custo
• Durabilidade
• Ângulo de visualização
• Persistência luminosa
47 G.S 2003
Persistência Luminosa da Imagem
Trajetória do Objeto
Trajetória Média
Imagem com Persistência
Tempo
48 G.S 2003
Efeito Visual da Persistência
Movimento Aparente na TV Movimento Original
49 G.S 2003
Telecinagem (Pull-down 3:2)
5 CINEMA 24 FOTOGRAMAS POR SEGUNDO TV 60 CAMPOS POR SEGUNDO
1 2 3 4
I I P I P I P P I P I P
50 G.S 2003
Requisitos do Sistema de Visualização
• Reprodução de Movimento:– Persistência baixa– Mesma taxa de varredura que a captura da
imagem (ex.: 60 Hz, 2:1)
• Reprodução de textos:– Persistência alta– Taxa de varredura determinada pela cintilação
(ex.: 75 Hz, p)
51 G.S 2003
3- Televisão Digital
Conceitos
Compressão de Dados
52 G.S 2003
Previsão do Futuro...
“Nós teremos Televisão Digital no mesmo dia que tivermos a máquina de anti-gravidade”.
Joe Flaherty, vice-presidente de
Tecnologia da CBS, 1989
53 G.S 2003
Do Que é Feita a TV Digital
•Amostragem + Quantização
•Compressão de Dados
•Formatação de Dados
•Transmissão Digital
54 G.S 2003
Elementos de um Sistema de Comunicação Digital
fonte
codificador de fonte
codificador de canal
modulador
canal
demodulador decodificador de fonte
decodificador de canal
saída
55 G.S 2003
Necessidade de Compressão de Dados
Padrão D-1 (CCIR 601):1 linha = 720 amostras de Luminância + 2× 360 amostras de crominância720 pixels/linha × 482 linhas × 30 frames = 10.411.200 pixels/s
× 8 bits × ( 1 + 1/2 + 1/2) = 166,58 Mbit/s Padrão D-2 (Digital Composto):1 linha = 51s ; Taxa de Amostragem = 14,31818 MHz14,31818 MHz × 51 s = 730 amostras / linha
× 482 linhas × 30 frames = 10.555.800 amostras/s × 8 bits = 84,45 Mbit/s
Padrão D-6 (HDTV Digital):1920 pixels × 1080 linhas × 30 frames = 62.208.000 pixels/s
× 8 bits (1 + 1/2 + 1/2) = 995 Mbit/s
56 G.S 2003
Cabo Coaxial (Modulação 64-QAM)•Relação Sinal/Ruído Maior que 30 dB
Taxa Bruta: 43 MBits/sTaxa Líquida: 38 MBits/s
Radiodifusão / UHF (Modulação 8-VSB)•Relação Sinal/Ruído Maior que 15 dB
Taxa Bruta: 38 MBits/sTaxa Líquida: 19 MBits/s
Satélite DTH (Direct to Home) (Modulação QPSK)
Taxa Bruta: 40 MBits/sTaxa Líquida: 18 MBits/s
Capacidade de Canais para Comunicação Digital
57 G.S 2003
Codificador com Preditor
Preditor Preditor
y(t)
y(t)^ y(t)^
y(t)e(t)+
-
Transmissor Receptor
Canal
S1 S2
58 G.S 2003
Compensação de Movimento
Anterior Atual Erro de Predição(sem compensação)
Vetor de Movimento Predição(com compensação)
Erro de Predição(com compensação)
(referência)
59 G.S 2003
Codificador “Com Perdas”
• Sinal reconstruído não é exatamente igual ao sinal transmitido;
• Objetivo: eliminar informação a ser transmitida, desde que o erro de reconstrução seja imperceptível em condições normais de visualização.
60 G.S 2003
MPEG: Moving Pictures Experts Group
• Participantes:– ISO– IEC– ITU
• EBU
• SMPTE
• ATSC
61 G.S 2003
Padrões MPEG
• ISO/IEC 11172a (MPEG-1)– Imagens não entrelaçadas– Compensação de Movimento– DCT + Quantização + RLE / Huffman– Objetivo: taxas de até 1,5 Mbit/s– Videoconferência, multimídia– Áudio Estereofônico
62 G.S 2003
Padrões MPEG
• ISO 13818-1 (Sistema / Transporte)– Pacotes de comprimento fixo– Fluxo de Dados Multi-programa
• ISO 13818-2 (Codificação MPEG-2 Vídeo)– Imagens entrelaçadas– Taxas até 20 a 100 Mb/s
• ISO 13818-3 (Codificação MPEG-2 Áudio)– 5.1 canais– Quantização adaptativa / sub-bandas
63 G.S 2003
Conversão de Formatos
Compactação
Truncamento
BLOCOS
ERRO DE PREDIÇÃO
Reconstrução
deMovimento
Deteção
24 / 30 / 60
Quadros / s
Transformação EspacialDCT
VETORES DE
MOVIMENTO DADOS
COEFICIENTES
COEFICIENTES QUANTIZADOS
QUADRORECONSTRUIDO
QDCT-1
Preditor
Fator de Escala
MUX Buffer
RLE
Huffman
SAÍDA
Codificador MPEG
64 G.S 2003
Transformada Discreta de Cossenos (DCT)
F u vC u C v
f x yx u y v
y x
( , )( ) ( )
( , )cos( )
cos( )
2 2
2 1
16
2 1
160
7
0
7
C k se k
C k se k
( )
( )
1
20
1 0
65 G.S 2003
Primitivas da Transformada Discreta
de Cossenos (DCT)
66 G.S 2003
Quantização dos Coeficientes
F u vF u v
k Q u vkQ ( , ) round
( , )
( , )
onde fator de compressão
8 16 19 22 26 27 29 34
16 16 22 24 27 29 34 37
19 22 26 27 39 34 34 38
22 22 26 27 29 34 37 40
22 26 27 29 32 35 40 48
26 27 29 32 35 40 48 58
26 27 29 34 38 46 56 69
27 29 35 38 46 56 69 83
Q(u,v) =
(Imagens tipo I )
67 G.S 2003
Exemplo de Codificação DCT
52 55 61 66 70 61 64 73
63 59 66 90 109 85 69 72
62 59 68 113 144 104 66 73
63 58 71 122 154 106 70 69
67 61 68 104 126 88 68 70
79 65 60 70 77 68 58 75
85 71 64 59 55 61 65 83
87 79 69 68 65 76 78 94
Bloco 8 x 8
68 G.S 2003
Coeficientes DCT
-415 -29 -62 25 55 -20 -1 3
7 -21 -62 9 11 -7 -6 6
-46 8 77 -25 -30 10 7 -5
-50 13 35 -15 -9 6 0 3
11 -8 -13 -2 -1 1 -4 1
-10 1 3 -3 -1 0 2 -1
-4 -1 2 -1 2 -3 1 -2
-1 -1 -1 -2 -1 -1 0 -1
69 G.S 2003
Coeficientes DCT Quantizados
-26 -3 -3 1 1 0 0 0
0 -1 -4 0 0 0 0 0
-2 0 5 0 0 0 0 0
-2 0 2 -1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
70 G.S 2003
Reordenação em Zig-zag
[ -26 -3 0 -2 -1 -3 1 -4 0 -2 1 0 5 0 1 0 0 0 2 0
0 0 0 0 0 -1 EOB ]
71 G.S 2003
Codificação RLE (Run-Length Encoding )
[ -26 0/-3 1/-2 0/-1 0/-3 0/1 0/-4 1/-2 0/1 1/5 1/1 3/2 6/-1 EOB ]
1o. coeficiente
Número de zerosanteriores
Valor do coeficiente
Símbolo
72 G.S 2003
Codificação Huffman por Tabela de Códigos
111001010 001011 0001101 111 001011 110 00001101 0001101 110 0000000110110 0110 001001000 0001011 10
Total: 87 bits (Compressão: 5,9 :1)
EOB
-26 0/±3Sinal(-)
73 G.S 2003
Efeitos da Compressão (DCT+Quantização)
Imagem Original (40x40) Imagem Comprimida ~20:1
74 G.S 2003
Efeitos em Blocos Típicos
75 G.S 2003
Compensação de Movimento
Imagem de Referência Imagem atual
x
y
x
y
Área de Busca
Bloco de MaiorSemelhança
Vetor de Movimento
Bloco a serEstimado
76 G.S 2003
Predição de Movimento Bidirecional
y
x
y+dy
x+dx
referencia anterior (I ou P)
quadro atual (B)
referencia futura (I ou P)
77 G.S 2003
Grupos de Imagens em MPEG
I B B B B B B P P
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
I
1 3 4 2 6 7 5 9 10 8
Ordem de Apresentação:
Ordem de Transmissão:
Predição Progressiva
Predição Bidirecional
78 G.S 2003
Perfis MPEG-2
Perfil Recursos Adicionais
Simples (SP) Nenhum (Sistema Mínimo)
Principal (MP) Predição bidirecional ( Quadros tipo B)
Escalável em SNR (SNRP) Codificação Hierárquica com níveis diferentes de prioridade para imagem básica e detalhes
Escalável Espacial
(SSP)
Codificação Hierárquica com níveis diferentes de prioridade para imagem 4x3 e 16x9
Alto (HP) Todos os recursos e codificação 4:2:2 (Dobro de amostras de Crominância)
79 G.S 2003
Níveis de Desempenho MPEG-2
Nível Formato de Vídeo Taxa de Bits
Baixo (LL) 240 Linhas x 360 Pontos ( qualidade VHS)
~1,5 Mb/s
Principal
(ML)
480 Linhas x 720 Pontos ( CCIR-601 - Qualidade Estúdio p/ TV Convencional)
4 ~ 6 Mb/s
Alto-1440
(H14L)
1080 Linhas x 1440 Pontos (Formato HDTV)
20 ~ 60 Mb/s
Alto
(HL)
1080 Linhas x 1920 Pontos (Formato HDTV - Qualidade Estúdio)
20 ~ 100 Mb/s
80 G.S 2003
Exemplos de Formatos MPEG-2
• SP@LL = Multimídia, Vídeo-Conferências (~ MPEG-1)
• MP@ML = SDTV ( Ex.: DirecTV, DigiSat, DVB )
• MP@HL = Radiodifusão Terrestre HDTV
81 G.S 2003
Transporte de Dados: Estrutura do Pacote MPEG-2
Header(4 Bytes)
Extensão(opcional)
Dados
Sinc.
(Total: 188 Bytes)
Vídeo 1 Áudio 1 Áudio 2Vídeo 1 Vídeo 1 Vídeo 1
82 G.S 2003
Estrutura do “Header”
0 1 0 0 0 1 1 1 Sincronismo (047h)
Pacote com Erro
Início de uma Sequencia de Dados
PrioridadeIdentificador de Pacote (PID)
Controle de Criptografia
Controle de Extensão de Header
Contador Sequencial (0-15)
0 0 0
0 0 0 1
x p p p p
p p pp t t t t Identificador de Pacote (PID)
83 G.S 2003
Descrição do PID (Packet Identifier)
x Programa TV / Outros
pppppppp Número do Programa (1 - 255)
tttt Tipo de Pacote:
0h = Mapa de Programa
1h = Vídeo
4h = Áudio Principal
5h = Áudio Secundário
Ah = Dados
84 G.S 2003
Multiplexação de Programas
Vídeo
Áudio 1
Áudio 2
Dados
Programa 1
Programa 2
Programa 3
Mapa de Programas
MUX
MUXBuffer
Fluxo de
Transporte
85 G.S 2003
4 - Compressão de Áudio
Codificação Perceptual
MPEG / AC-3
86 G.S 2003
Sensibilidade do Ouvido Humano
87 G.S 2003
Mascaramento
Nível do Estímulo (dB)
Limiar de Mascaramento
88 G.S 2003
Codificação por Sub-bandas
1
2
3
4
BANCO DE FILTROS
SOM ORIGINAL
SUB - BANDAS
89 G.S 2003
Codificador MPEG-ÁudioBANCO DE
FILTROS
1
2
3
4
32
QUANTIZADORESSUB-
AMOSTRADORES
ÁUDIO
AMOSTRADOR
PCM
Fa
Fa/32
Q1
Q2
Q3
Q4
Q32
MODELO
PSICO-
ACÚSTICO
FLUXO
DE DADOS
CODIFICADOS
FORMATADOR
DADOS AUXILIARES
ALOCAÇÃO DE
BITS
90 G.S 2003
Modelo Psico-Acústico
FFT Separador
Tonal
Não-Tonal
Cálculo da
Potência
por Banda
Cálculo do
Limiar
Absoluto
Limiar
Tonal
Limiar
Não-Tonal
SPL(n)
SMR(n)
Funções deMascaramento
mínimo
M(n)
PCM
91 G.S 2003
Cálculo do Limiar de Mascaramento
freq.
LimiarAbsoluto
Mascaramento não-tonal
Mascaramento tonal
Limiar Total
SMR
92 G.S 2003
Padrões MPEG-1 de Codificação
MPEG-1 Nível I:Quadros de 12 amostras por sub-banda (384 amostras e 32 sub-bandas); Taxas de amostragem de 32kHz, 44.1 kHz ou 48 kHz mono ou estéreo;
MPEG-1 Nível II (MUSICAM):Quadros de 1152 amostras por sub-banda (menor "overhead" ); Análise de espectro para o modelo psico-acústico com FFT de 1024
pontos;Codificação estatística agrupando 3 amostras consecutivas em um único
código;
MPEG-1 Nível III (MP3):Modelo psico-acústico mais elaborado; Transformada de cossenos (DCT) para subdividir as Sub-bandas Aplicação de janelas temporais curtas ou longas antes da DCT; Pode usar Quantizador não-linear : Y=Q(X0.75]);Codificação de Huffman nas amostras quantizadas;Memória Elástica ("Buffer") para regularizar a taxa média de bits;
93 G.S 2003
Padrão MPEG-2 de Codificação
MPEG-2 (Níveis I, II, III):
Suporte para 5.1 canais (HDTV), com predição adaptativa dos canais adicionais baseada nos canais L e R;
Prevê suporte para até 7 canais adicionais de voz (multilingual);
Codificação e decodificação compatível com MPEG-1 (sintaxe inclui um fluxo de dados compatível com MPEG-1 carregando os canais L e R);
Aceita outras taxas de amostragem (16, 22.05 e 24 kHz).
94 G.S 2003
Codificador Dolby AC-3
JANELA
TEMPORALDCT
DECIMAÇÃO
PONTOFLUTUANTE
EXPOENTES
MANTISSA
QUANTI-
MANTISSAS
QUANTIZADAS
ENVOLTÓRIA
ESPECTRAL
ALOCAÇÃO
DE BITSCABEÇALHO
FORMATAÇÃO DE QUADRO AC-3
ZAÇÃO
PCM
0-16
(256)(512)(48kHz)
95 G.S 2003
Desempenho dos Codificadores
Padrão de Compressão
Canais Taxa Média de Compressão
Taxa Original
Taxa Comprimida
Atraso A/D/A
MPEG-1 / I 2 4:1 1,41 Mb/s 384 kb/s 19 ms
ATRAC 2 5:1 1,41 Mb/s 292 kb/s
MPEG-1 / II (MUSICAM)
2 6:1 1,54 Mb/s 256 kb/s >40 ms
MPEG-1 / III 2 8:1 1,41 Mb/s 128 kb/s >80 ms
MPEG-2 / III 5.1 10:1 3,53 Mb/s 384 kb/s
DOLBY AC-3 5.1 12:1 3,53 Mb/s 290 kb/s 45 ms
96 G.S 2003
5 – Transmissão Digital
Benefícios
Sistemas
Propagação
97 G.S 2003
Limitações da Transmissão Analógica
Degradações causadas pelo Canal de Comunicação:-Distorção (Não-linearidade)-Ruído (Aditivo; aleatório e impulsivo)-Perdas (Atenuação, Limitação de Banda Passante, "Fading")-Interferências (Aditivas, de origem humana)
98 G.S 2003
Taxa de Erros x Relação Sinal/Ruído
• QPSK:
99 G.S 2003
Qualidade de Imagem x Relação S/R
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
Analógica
Digital
S/N (dB)
Qualidade
Aparente
100 G.S 2003
Benefícios da Correção de Erros
-20
0
20
40
60
80
100
8 10 12 14 16 18 20 22 24
Analógica
Digital
Com Correção
S/R (dB)
Qualidade
Aparente
101 G.S 2003
Transmissão Digital: Benefícios
• Compatibilidade de Meios de Transmissão
Cabo
Satélite
Radiodifusão
Rede Digital
CD-ROMPrograma
Usuário
102 G.S 2003
• Compatibilidade de Serviços
Imagens
Áudio
Legendas
Lista de Programas
Usuário
Dados
Canal de Transmissão
CriptografiaAcesso
Condicionale
Transmissão Digital: Benefícios
103 G.S 2003
Transmissão Digital: Benefícios
• Melhor aproveitamento do espectro
Canais Analógicos
Canais Analógicos+ Digitais
104 G.S 2003
Transmissão Digital: Benefícios
• Melhor aproveitamento geográfico
Área de Cobertura
Área de InterferênciaPotencial
Transmissão Analógica Transmissão Digital
105 G.S 2003
Sistema ATSC – Codificação de Fonte e Transporte
Codificador MPEG-2
Formatador de Pacotes
1280 x 720 1920 x 1080 1440 x 1080 60 / 30 / 24
fps
Multiplex
Codificador de Áudio
Dolby AC-3
TRANSPORTE CODIFICAÇÃO
Audio 1
Audio 2 384 kbps
Dados
Formatadores de Pacotes
Pacotes de 188 bytes
19.6 Mb/s
Video
Buffer
106 G.S 2003
Sistema ATSC – Codificação de Canal e Modulação
TRANSMISSÃO
Codificadores para Correção de Erros
Reed-Solomon (207,187),t=10
Entrelaçamento (4 ms)
Convolucional Entrelaçado
12 x (2/3)
Mapeador (8 níveis)
Filtro de Nyquist
Modulador
Portadora 46.69 MHz
Equalizador Piloto Inserção de Sincronismo SAIDA 8-VSB
(F.I.)
Banda de 6 MHz p/ Transmissor
Filtro Vestigial
44 MHz
PRS
1.25 4 sy.
10.76 Msymb/s
32.3 Mb/s
19.6 Mb/s
Randomizador
Sequencia de 65535
Bytes
107 G.S 2003
Codificador Convolucional e Mapeador 8-VSB
CODIFICADOR CONVOLUCIONAL
PRÉ-CODIFICADOR
D = ATRASO DE 12 SÍMBOLOS
MAPEADOR
Z2 Z1 Z0 R 0 0 0 –7 0 0 1 –5 0 1 0 –3 0 1 1 –1 1 0 0 +1 1 0 1 +3 1 1 0 +5 1 1 1 +7
108 G.S 2003
Segmento Multinível com Piloto e Sincronismo
NIVEIS APÓS INSERÇÃO DO PILOTO
1 SÍMBOLO = 2 BITS DE DADOS + 1 BIT DE CORREÇÃO CONVOLUCIONAL DO PILOTO
828 SÍMBOLOS (207 BYTES)
SEGMENTO DE DADOS
832 SÍMBOLOS (208 BYTES) = 77.3 us
4 SÍMBOLOS 4 SÍMBOLOS
SINCRO-NISMO
109 G.S 2003
Desempenho do Sistema ATSC
LIMIAR DE VISIBILIDADE
RELAÇÃO SINAL / RUÍDO
TA
XA
DE
ER
RO
S D
E S
EG
ME
NT
O
110 G.S 2003
Envoltória e Espectro do 8-VSB
111 G.S 2003
Multi-percurso e Equalização
t1
k1
k2
kn
t2
tn
SINAL TRANSMITIDO
Equalizador Adaptativo no Receptor
t1
-k1
-k2
-kn
t2
tn
SINAL PROCESSADO
SINAL RECEBIDO
Modelo da Distorçãopor Multi-percurso
112 G.S 2003
Cancelamento de Eco pelo Equalizador
SINAL TRANSMITIDO
SINAL PROCESSADO
SINAL RECEBIDOCOM ECOS
RUÍDO IMPULSIVORECEBIDO
RUÍDO PROCESSADO
113 G.S 2003
Modulação COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)
FFT
16-QAMC1
C2
C3
C4
C6816
4
IntercalamentoCodificação
27264 bits 6816 Coeficientes
-1Saída
880 Símbolos / s
20448 bits
27264 bits
x 880 simbolos= 18 Mb / s
114 G.S 2003
Efeito de Multi-percurso no COFDM
TX2
TX1
RX
p1
p2
p3p1
p3
p2
a1, o1
a2, o2
a3, o3
ax, oxtx
115 G.S 2003
Diagrama Tempo/Freqüência
. . .
7,7 MHz
1,136 kHz
1,136kHz
6816 portadoras moduladas em 16-QAM
Símbolo
f
a
t
.....
.....
Banda ocupada
116 G.S 2003
Sistema ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial)
EXEMPLO 1 EXEMPLO 2 EXEMPLO 3
HDTV SDTV 1 móvelou estacionária
SDTV 2 móvelou estacionária
Áudioestéreo
Áudioestéreo
INTERCALAMENTO INTERCALAMENTO
432 kHz
432 kHz
5,6 MHz5,6 MHz
RECEPTORINTEGRADO
RECEPTORMÓVEL
RECEPTOR ÁUDIOPORTÁTIL
117 G.S 2003
Parâmetros do ISDB-T (6 MHz)Modo ISDB-T Modo 1 Modo 2 Modo 3
Banda do Canal 5575 kHz (6000/14)
13+ f
5573 kHz (6000/14)
13+ f
5572 kHz (6000/14)
13+ f Espaçamento
Portadoras 3.968 kHz
6000/14/108 1.984 kHz
6000/14/216 0.992 kHz
6000/14/432 No. Total de Portadoras
1405 108 13+1
2809 216 13+1
5617 432 13+1
Processo de Modulação
QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK
Duração do Símbolo 252µs 504µs 1008µs Banda de Guarda 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 da duração do Símbolo
Código Interno Código Convolucional (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)
Código Externo RS (204,188)
Intercalamento 0, 0.096, 0.19, 0.38 seg. Taxa de Bits 3.651 ~ 23.234Mbit/s
118 G.S 2003
Comparação entre 8-VSB e COFDM
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Relação Sinal/Eco (dB)
Limiar S/R (dB)
8-VSB
COFDM 64-QAM 2/ 3 FECBanda de Guarda 1/ 8
Communications Lab
119 G.S 2003
De Onde Vem o Eco de 0 dB
P1
P2
h1
h2
d
120 G.S 2003
Tendência Futura: Receptor Multi-padrão
• Processamento Digital de Sinais pode implementar qualquer sistema
Tuner A/DProcessador
Digital
Memória
Vídeo
Áudio
121 G.S 2003
Apêndice
Sistemas de Radiodifusão de TV no Mundo
122 G.S 2003
O Brasil No Mundo da TV
País Aparelhos de TV / 1000 hab
Aparelhos de TV
% total mundial
% total 60 Hz
China 293 373.000.000 23.7 -
Estados Unidos 854 242.000.000 15.4 48
Japão 725 92.000.000 5.8 18
Índia 78 81.000.000 5.1 -
Rússia 421 61.000.000 3.9 -
Brasil 343 59.000.000 3.8 12
Alemanha 586 48.000.000 3.0 -
Inglaterra 653 39.000.000 2.5 -
França 628 37.000.000 2.4 -
Indonésia 149 31.000.000 2.0 -
123 G.S 2003
Sistemas de TV no Mundo
50 Hz1064 mi
68%
60 Hz506 mi32%
124 G.S 2003
Sistemas de TV no Mundo – 60 Hz
NTSC
PAL-M
NTSC/Jp
125 G.S 2003
Sistemas de TV no Mundo – 50 Hz
PAL-D
PAL-B
PAL-I
PAL-N
SECAM-L
SECAM-B
SECAM-D
SECAM-K1
126 G.S 2003
Sistemas de TV Digital
Recommended