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Ingeniería en Sonido e Imagen en Telecomunicación

Cuestiones y Problemas de Televisión

2014-2015

TEMA 1

1.1. CUESTIONES

1.1.1. Sobre los parámetros de diseño del sistema de televisión analógico monocromo:

(Fuente de información. “Televisión Digital Vol.1”, Alfonso Martín Marcos)

1.1.1.1. ¿Qué es la frecuencia de cuadro?¿Cuál es la frecuencia de cuadro que se

determinó en el sistema de televisión europeo y americano?

1.1.1.2. ¿Cuál puede ser el brillo máximo de la pantalla de televisión para una

frecuencia de cuadro de 25 imágenes/seg? ¿Cuál es el problema?

1.1.1.3. ¿Qué se conoce como flicker? ¿Cuál es la frecuencia de cuadro necesaria para

evitar flicker en imágenes con brillo de 10 foot-lamberts? ¿Cuál es el problema?

¿Qué soluciones posibles hay?

1.1.1.4. ¿Qué técnica se emplea en televisión para evitar el parpadeo de la imagen sin

incrementar el ancho de banda necesario para la transmisión? ¿En qué

consiste esta técnica?

1.1.1.5. ¿Qué es la frecuencia de campo?¿Qué valor adopta en el sistema europeo?

1.1.1.6. ¿Qué relación existe entre la altura de la pantalla y su diagonal para una

relación de aspecto de 4/3?

1.1.1.7. ¿Cuál fue la distancia entre el espectador y la pantalla que se consideró en el

diseño del sistema de televisión para estimar el número de líneas necesarias

que componen una imagen?

1.1.1.8. Según la distancia entre el espectador y la pantalla considerada, ¿cuál es el

valor del ángulo con el que el observador abarca toda la pantalla en sentido

vertical?

1.1.1.9. ¿Cuál es el mínimo número de líneas que debe tener una imagen para que

ésta parezca continua?

1.1.1.10. ¿Qué número de líneas por imagen se determinó en el sistema de TV?

1.1.1.11. ¿Cuál es la frecuencia y el periodo de línea?

1.1.2. ¿En qué frecuencias se concentra el contenido espectral de la señal de luminancia? ¿A

qué se debe?

1.1.3. ¿Cuál es la frecuencia máxima de la señal de vídeo B/N para un sistema 625/50 y

relación de aspecto 4/3?

1.1.4. ¿Cuál es el ancho de banda de la señal de TV analógica modulada (video compuesto y

sonido)?

1.1.5. ¿Qué señales conviene transmitir en un sistema de TV en color para que sea

compatible directa e inversamente?

1.1.6. ¿Cómo se genera la señal Y a partir de RGB?

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1.1.7. La cámara cromática capta las componentes de color R,G y B. ¿Qué señales fueron

seleccionadas para transmitir la TV en color?¿Por qué motivo?

1.1.8. ¿Por qué se descartó la señal diferencia de color (G-Y) como una de las componentes

posibles?

1.1.9. ¿Qué ventaja adicional presenta la transmisión de las señales diferencia de color?

1.1.10. ¿Cómo se insertaba la señal de crominancia (información de color) de manera que la

interferencia entre luminancia y crominancia fuera mínima (compatibilidad) y pudiera

ser decodificada por un receptor en color? ¿Cómo se denomina a la señal que incluye

la señal de luminancia, la de crominancia y los sincronismos?

1.1.11. ¿Qué requisitos debe cumplir el valor de la frecuencia de la subportadora de color para

que la interferencia con la señal de luminancia fuera mínima?

1.1.12. ¿Qué características cromáticas suministra la señal de crominancia y a qué

magnitudes van asociadas dichas características?

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1.2. La recomendación 601 del UIT-R, que normaliza el proceso de obtención de señales

digitales de televisión a partir de señales analógicas, define un número de muestras activas por

línea igual a 720. Este parámetro, junto con el que define la resolución vertical de 576 líneas

activas que hay en un cuadro o imagen, establecen la resolución espacial del sistema de

televisión de definición estándar o “SDTV” (Standard Definition TV) de 720x576.

La televisión de alta definición o “HDTV” (High Definition TV) opera con imágenes con una

definición mayor que la estándar. En concreto, los formatos de HDTV más extendidos en el

mercado son:

HDTV 1080i: Resolución espacial 1920x1080, a 25 cuadros/s, exploración entrelazada

HDTV 720p: Resolución espacial 1280x720, a 50 cuadros/s, exploración progresiva

Teniendo en cuenta que una persona con una agudeza visual normal es capaz de distinguir

dos puntos separados por un ángulo igual a 1 minuto, la distancia mínima de observación (d) a

la que un espectador visualiza la pantalla sin percibir la separación entre las líneas de la

imagen dependerá del número de líneas por cuadro (N) y del tamaño de la pantalla.

a) Dado que el tamaño de las pantallas se identifica por la diagonal (D) en pulgadas, obtener

la expresión que proporciona la distancia mínima de observación d (en metros) en función

de la diagonal D de la pantalla (en pulgadas) y la resolución vertical (el número de líneas

N), para una imagen con relación de aspecto 16:9. Nota: 1 pulgada = 2,54 cm.

b) Representar la función que relaciona la distancia mínima de observación, d(m), con la

diagonal de la pantalla, D(pulgadas), para cada uno de los dos formatos HDTV descritos en

el enunciado. El eje de ordenadas de la gráfica llegará hasta los 3 metros y el eje de

abscisas hasta las 50 pulgadas. Indicar a qué formato HDTV corresponde cada traza

representada empleando distintos colores o trazos para distinguir una de otra.

c) Para una pantalla con un tamaño de 50 pulgadas, ¿qué distancia de observación adicional

requiere el formato 720p respecto al 1080i para visionar de forma idónea la televisión sin

percibir la separación entre las líneas de la imagen?

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TEMA 2

2.1. CUESTIONES

2.1.1. ¿Qué señales analógicas se digitalizan para obtener una señal de vídeo digital en

formato BT.601 (señal digital en Estudio y CPP)? ¿Cómo se obtienen? ¿Cuáles son

sus márgenes de variación?

2.1.2. Sobre el proceso de cuantificación que describe la norma UIT-R BT.601:

2.1.2.1. ¿Qué tipo de cuantificación propone?

2.1.2.2. ¿Qué número de niveles y número de bits contempla para codificar las

muestras?

2.1.2.3. ¿Cuál será la relación señal a ruido de cuantificación para los casos

contemplados?

2.1.2.4. ¿Cuáles son las ecuaciones para cuantificar cada una de las señales que

componen la señal de vídeo?

2.1.3. Muestreo de la señal de vídeo en la norma UIT-R BT.601:

2.1.3.1. ¿Qué requisitos debe cumplir la frecuencia de muestreo?

2.1.3.2. ¿Qué valor especifica la norma para la frecuencia de muestreo de la señal de

luminancia y las de crominancia? Justificar la elección de dicha frecuencia de

muestreo.

2.1.3.3. ¿Cómo se definen los distintos tipos de formatos de muestreo en función de la

relación entre las frecuencias de muestreo de la señal de luminancia y las de

crominancia? Describir los formatos de muestreo empleados para alta calidad

del color, para calidad de estudio y para difusión de televisión.

2.1.4. Multiplexación de las señales digitales de luminancia y crominancia:

2.1.4.1. Calcular la tasa binaria de la señal obtenida tras multiplexar las señales

digitales de luminancia y crominancia para cada uno de los tres formatos de

muestreo descritos en el apartado anterior.

2.1.4.2. Calcular el tiempo que transcurre entre las muestras a la salida del multiplexor

para cada uno de los tres casos anteriores.

2.1.5. Calcular la capacidad de datos auxiliares o de audio embebido en el periodo de

borrado digital horizontal (entre los códigos de sincronismo de línea).

2.1.6. Calcular la capacidad de datos auxiliares en el periodo de borrado vertical

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2.2. La norma digital de estudio UIT-R BT.601 especifica la forma de obtener la señal digital

de vídeo. Partiendo de la siguiente figura, que representa la curva de sensibilidad luminosa

relativa del ojo humano en función de la longitud de onda, responder las siguientes cuestiones:

a) Enumera qué tres formatos de señal de vídeo analógico se podrían digitalizar para obtener

la señal digital de vídeo. ¿Cuál de las tres posibilidades fue la seleccionada por la norma

BT.601? Explicar las ventajas que presenta el formato seleccionado frente a cada una de

las otras dos opciones.

b) Hallar las expresiones de las señales analógicas que son digitalizadas, teniendo en cuenta

que el margen de variación para todas ellas debe ser la unidad. Indicad los valores

superiores e inferiores de cada una de ellas (margen de variación).

c) La norma contempla una etapa de multiplexación que genera un único flujo de salida que

contiene las muestras procedentes de cada una de las señales digitalizadas en la salida

de los conversores A/D. Considerando una frecuencia de muestreo de 13,5 MHz, un

formato de muestreo 4:2:0 y una codificación de las muestras con 8 bits, ¿cuál será la tasa

binaria a la salida del multiplexor que genera la señal digital de vídeo? Explicar cómo se

ha llegado al resultado.

d) Para el mismo caso descrito en el apartado anterior, calcular la duración de cada muestra

a la salida del multiplexor o el tiempo entre muestras entregadas por el multiplexor.

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2.3. Los excesivos recursos (almacenamiento, procesado, ancho de banda de transmisión)

que demanda la señal resultante de multiplexar las señales digitales de luminancia y ambas

componentes de crominancia justifican la necesidad de comprimirla.

a) Calcular la tasa binaria que requeriría la señal de vídeo digital sin comprimir codificada a 8

bits por muestra, con resolución SDTV, resolución temporal de 25 cuadros/s y un formato

de muestreo 4:2:0.

b) Calcular el factor por el que aumenta dicha tasa binaria en los siguientes casos:

HDTV 1080i: Resolución espacial 1920x1080, a 25 cuadros/s, exploración entrelazada

HDTV 720p: Resolución espacial 1280x720, a 50 cuadros/s, exploración progresiva

HDTV 1080p: Resolución espacial 1920x1080, a 50 cuadros/s, exploración progresiva

y formato de muestreo 4:2:0.

Suponiendo en todos los casos un formato de muestreo 4:2:0 y una codificación de 8 bits

por muestra.

c) Entre los formatos 1080i y 720p, ¿cuál es óptimo para contenidos con movimientos muy

rápidos? ¿cuál es óptimo para imágenes cinematográficas de alta resolución espacial?

2.4. Se diseña un sistema de televisión analógico en pruebas con 1250 líneas, de las cuales

1150 contienen información de imagen. Se realiza exploración entrelazada, la frecuencia de

campo es de 100 Hz, el intervalo de sincronismo de línea es de 3 μs y la relación de aspecto

4:3.

a) Considerando un factor de Kell de 0,7, ¿cuál será el ancho de banda de la señal de vídeo

si el menor detalle de la escena coincide con el ancho de línea?

b) Calcular el número de muestras total por línea (m) y la mínima frecuencia de muestreo de

la señal de luminancia que cumpla simultáneamente con las siguientes consideraciones:

Estructura de muestreo estático ortogonal, es decir, un tipo de muestreo que toma

muestras en las mismas posiciones para todas las imágenes. Para ello, en cada línea

de la imagen se ha de generar un número entero de muestras: m.

La frecuencia de muestreo debe cumplir el criterio de Nyquist.

c) Valoraciones empíricas han establecido que la cuantificación con 8 bits de la señal de

vídeo, es suficiente para que el ojo humano considere imperceptible la degradación (256

franjas o niveles de cuantificación a lo largo del margen de variación). Calcular el nuevo

número de bits por muestra que consigue reducir a la mitad el error de cuantificación

correspondiente a una cuantificación de 8 bits. ¿Entre cuántos niveles de cuantificación se

dividiría ahora el margen de variación de la señal de vídeo?

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2.5. Sea una señal experimental de vídeo analógico en la que cada cuadro está compuesto

por 1250 líneas, de las cuales 1080 contienen información de imagen. Se realiza exploración

entrelazada, la frecuencia de campo es de 100 Hz, el intervalo de sincronismo de línea es de 3

μs y la relación de aspecto 16:9.

a) Considerando un factor de Kell igual a 0.825, ¿cuál será el ancho de banda de la señal de

luminancia si el detalle más pequeño de la escena coincide con la resolución de la imagen?

b) Uno de los procesos para digitalizar la señal de vídeo analógico consiste en muestrear la

señal en componentes (Y, CB y CR). Calcular la mínima frecuencia de muestreo de la señal

de luminancia y la de crominancia que cumpla simultáneamente con las siguientes

consideraciones:

La posición de las muestras obtenidas en una línea coincide en todas las líneas de la

imagen para que la estructura de muestreo sea ortogonal.

La frecuencia de muestreo debe cumplir el criterio de Nyquist.

Formato de muestreo: 4:2:2

c) Calcular el número de muestras total por línea, considerando todas las componentes de la

señal de vídeo muestreadas según el apartado anterior.

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TEMA 3

3.1. CUESTIONES

3.1.1. ¿Cuántos DVDs de 4.7 GB serían necesarios para almacenar 90 minutos de vídeo

digital formato 4:2:0, resolución 720x576, 25 f/s, codificada a 8 bit?

3.1.2. ¿Qué ancho de banda aproximado ocuparía esa misma señal de TV digital si se

empleara una modulación 64-QAM (roll-off del 15%) para su transmisión? ¿Y si la

señal tuviera un formato 1080i de HDTV? ¿Cuántos canales ocuparía, en cada caso, si

se difunden en el medio terrestre (el ancho de banda de un canal terrestre es de 8

MHz)?

3.1.3. ¿Cuáles son los objetivos de la codificación intracuadro y la codificación intercuadro?

¿Qué técnicas emplean cada uno para conseguir su objetivo?

3.1.4. ¿En qué tres tipos se clasifican las imágenes en MPEG?

3.1.5. ¿Cómo se definen los grados de compatibilidad de MPEG-2? ¿Cuál es el que se utiliza

en la mayoría de aplicaciones actuales y ha sido elegido por el DVB como sistema

básico para la radiodifusión de señales de televisión digital (usar la nomenclatura con la

que se identifica)? Describir los parámetros que caracterizan a este último sistema.

3.1.6. ¿Cuáles son las características que hacen que la DCT sea útil para comprimir

espacialmente una imagen?

3.1.7. ¿Cuál es la unidad básica de procesado empleada en la DCT?

3.1.8. ¿Cuántos bloques componen un macrobloque en una señal de vídeo muestreada con

formato 4:2:0?

3.1.9. Enumerar y describir de qué formas se consigue comprimir la información con el tipo de

codificación intra, indicando cuáles de dichas formas suponen pérdidas de información.

3.1.10. Referente a la matriz de pesos empleada para determinar el valor del escalón de

cuantificación de los coeficientes DCT, explicar por qué los pesos son distintos para

cada coeficiente.

3.1.11. ¿Cuál es el objetivo final de la técnica de predicción de movimiento? ¿Cómo consigue

esta técnica comprimir la señal de vídeo? ¿Qué información es transmitida al aplicar

esta técnica en la compresión de vídeo?

3.1.12. Explicar cómo se implementa el proceso de estimación de movimiento en MPEG-2.

3.1.13. ¿Qué consigue el uso de técnicas de compensación de movimiento?

3.1.14. Describir el método de ajuste de bloques (block-matching) para estimar movimiento en

secuencias de imágenes. Emplear en la descripción las definiciones de criterio de

semejanza, función de distancia y coste computacional. Comparar los algoritmos de

búsqueda completa y búsqueda logarítmica, indicando pros y contras y para qué caso

es conveniente cada uno de ellos.

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3.2. Los siguientes bloques forman parte del diagrama de un codificador híbrido

transformacional MPEG-2:

a) Dibujar el diagrama de bloques de dicho codificador MPEG-2, conectando dichos bloques

con el sentido de las flechas adecuado, e indicando sobre cada flecha la señal que se

transmite por la misma, siendo dichas señales (siguiente página):

I: imagen a codificar Î: imagen predicha IR: imagen de referencia e: error de predicción eR: error de predicción reconstruido E: coeficientes del error de predicción EQ: índices del error de predicción ER: coeficientes reconstruidos del error de predicción VM: vectores de movimiento

Nota: indicar el signo de la señal en cada una de las entradas sumandos en el bloque sumador

b) ¿En qué tipo de codificación es necesario bloque de “reordenación”? ¿Para qué sirve?

c) Explicar la función del buffer y cómo lleva a cabo dicha función.

d) Justificar cuál de las siguientes distribuciones (n/m) de imágenes I, P y B es la que

proporciona un mayor factor de compresión: 15/3, 16/4 o 15/5 (n:distancia - en número de

imágenes - entre imágenes I / m:distancia entre imágenes P).

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3.3. Relativo al estándar de compresión de vídeo en MPEG-2:

a) ¿Cuántos bloques componen un macrobloque en una señal de vídeo digital en la que se ha

empleado un formato de muestreo 4:4:4?

b) Representar el diagrama de bloques que realiza la codificación intracuadro en MPEG-2,

describiendo con detalle para cada uno de los elementos el procedimiento para comprimir

la información. Indicar si el proceso realizado por cada elemento del diagrama supone o no

pérdida de información, qué tipo de información se pierde y explicar por qué no se pierde

información en aquellos bloques donde no haya pérdida. Indicar en el diagrama cómo se

denominan los datos de entrada y de salida de cada uno de los elementos del mismo.

c) ¿Cuál es el objetivo final de la técnica de predicción de movimiento? ¿Cómo consigue esta

técnica comprimir la señal de vídeo? ¿Qué información es transmitida al aplicar esta

técnica en la compresión de vídeo?

3.4. Relativo al estándar MPEG-2 de compresión de vídeo:

a) Determinar y razonar cuál es el formato de muestreo aplicado sobre una señal de vídeo

digital que consigue 4 bloques de luminancia (Y) y 2 bloques de crominancia (1 de CB y 1

de CR) por macrobloque.

b) Determinar y razonar cuántos macrobloques son necesarios para componer al menos un

bloque de CB y otro de CR en el formato de muestreo 4:1:1

c) Numerar por orden secuencial cada uno de los procesos llevados a cabo en la codificación

intracuadro en MPEG-2, describiendo cómo lleva a cabo su función y cómo contribuye a

comprimir la información. Indicar para cada proceso si supone o no pérdida de información,

qué tipo de información se pierde y explicar por qué no se pierde información en aquellos

bloques donde no haya pérdida. Indicar además cómo se denominan los datos de entrada

y de salida de cada uno de los procesos y qué dimensiones tienen esos datos:

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3.5. Uno de los métodos implementados en la mayoría de los estándares de compresión de

vídeo para estimar el movimiento en secuencias de imágenes es el de ajuste de bloques o

block-matching.

a) Describir la técnica de estimación de movimiento en el algoritmo de ajuste de bloques

empleado en la codificación intercuadro de MPEG-2, empleando como apoyo las tres

imágenes mostradas a continuación ((a), (b) y (c)) y los elementos señalados por las

flechas. Indicar claramente cuál es el resultado de este proceso y lo que representa.

Nota: para que el ejercicio sea correcto se requiere usar en la descripción el nombre con

el que se conoce cada una de las imágenes y el nombre de cada uno de los objetos

señalados mediante las flechas.

b) Comparar los algoritmos de búsqueda completa y de búsqueda logarítmica, atendiendo a

los siguientes parámetros:

Criterio de semejanza

Estrategia de búsqueda

Coste computacional

c) Con el objeto de ilustrar la comparativa anterior, calcular cuántas veces es más costoso el

método de búsqueda completa respecto al de búsqueda logarítmica en cuanto al número

de operaciones por segundo cuando se procesan imágenes de tamaño 1920x1080 píxeles

a 25 imágenes por segundo. Considera para el ejemplo un tamaño de la región de

búsqueda con p = 7 píxeles en ambos algoritmos.

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3.6. La figura a continuación muestra la distribución de imágenes de una codificación

predictiva bidireccional:

a) Completar en la primera fila de la tabla el orden que siguen las imágenes a la salida del

codificador y en la segunda y tercera filas los valores de los identificadores DTS (Decoding

Time Stamp) y PTS (Presentation Time Stamp) que les corresponden a cada una de estas

imágenes:

Imagen: I1

PTS: N+1

DTS: N

b) ¿A qué valores N/M (N: separación entre imágenes I, M: distancia entre imágenes P)

corresponde dicha distribución? Si comparamos esta distribución con la 24/4, ¿cuál de las

dos consigue mayor factor de compresión? ¿Por qué?

c) ¿Cuántas imágenes componen un GOP (Group of Pictures) con esta distribución?

d) ¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes de la codificación bidireccional?

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3.7. En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques incorrecto de un codificador

MPEG-2:

a) Indicar la incorrección y dibujar la rectificación sobre el mismo diagrama. Explicar la utilidad

de la corrección realizada

b) Describir qué tipo de datos representan en el diagrama las señales siguientes:

Î, e, E, EQ, IR

c) Describir cómo realiza su función el bloque Q. ¿Qué diferencia existe entre la cuantificación

de los bloques de una imagen I respecto a los bloques de una imagen P o B?

d) Representar el diagrama de bloques del decodificador correspondiente, identificando cada

uno de los bloques, uniéndolos con flechas en el sentido correcto e indicando a la salida de

cada bloque qué señal o tipo de información se obtiene.

3.8. En el algoritmo de búsqueda logarítmica para la estimación de movimiento se evalúa el

error absoluto medio (MAE) en el centro, las esquinas y los centros de los lados de un

cuadrado que se desplaza y se reduce en cada etapa sucesiva de la búsqueda.

Imaginar una variante de este algoritmo en la que se evaluara el error absoluto medio (MAE)

únicamente en el centro y las esquinas del cuadrado.

a) ¿Cuál sería la expresión para obtener el número de operaciones por sub-imagen (elemento

de procesado en la codificación intercuadro)?

b) Aplicando la variante descrita con un desplazamiento máximo admisible en el área de

búsqueda (p) igual a 31, ¿cuánto se podría incrementar la resolución espacial de la imagen

si se mantuviera el mismo número de operaciones por segundo que el obtenido al aplicar el

algoritmo original?

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TEMA 4

4.1. CUESTIONES

4.1.1. Considerando una antena con diagrama de radiación isotrópico, otra con diagrama

omnidireccional y otra tipo pincel, indicar a cuál de ellas corresponde una directividad

mínima y cuál una directividad máxima.

4.1.2. ¿Qué relación existe entre la ganancia y la directividad de una antena?

4.1.3. ¿Cómo varía la atenuación de un cable coaxial en función de la frecuencia y el

diámetro del conductor central?

4.1.4. Comparar los tipos de fibra monomodo y multimodo en términos de los dos factores de

limitación más importantes en la señal transmitida.

4.2. Un receptor, en cuya entrada se mide una potencia de ruido de 1,210-14

W, recibe una

señal de -90 dBm. Si la velocidad de símbolo de dicha señal es de 30.000 Símbolos/segundo y

se transmite sobre un ancho de banda de 120 kHz, comparad la relación de bit a densidad de

ruido en los casos en que la señal estuviera modulada en QPSK, 16QAM y 64QAM.

4.3. Sea una señal DVB-T modulada en COFDM, con una tasa de codificación 2/3, una

relación de intervalo de guarda respecto al periodo útil de símbolo de ¼, formato 64-QAM y un

ancho de banda ocupado del canal de 7,61 MHz.

a) Calcular la capacidad del canal de transmisión o régimen binario útil si el modo empleado

en COFDM es el 8K. En este modo:

- El número de portadoras con información útil es: 6048

- El número de portadoras transmitidas (incluyendo portadoras auxiliares) es: 6817

Calcular la capacidad del canal de transmisión o régimen binario útil si el modo empleado

en COFDM es el 2K. En este modo:

- El número de portadoras con información útil es: 1512

- El número de portadoras transmitidas (incluyendo portadoras auxiliares) es: 1705

Analiza y compara los resultados obtenidos y explica a qué se debe la relación entre los

mismos (capacidad en 2K y 8K).

b) Calcular la eficiencia espectral bruta y la eficiencia espectral útil. Analizar e interpretar los

resultados ¿Cómo se podría aumentar la eficiencia espectral útil y cuál sería la

contraprestación?

c) ¿Cuántos programas con calidad SDTV (6Mbps) se podrían transportar por canal?

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4.4. La lista de los programas de TV digital terrestre en servicio en la demarcación de

Alicante es la siguiente:

Teniendo en cuenta los siguientes parámetros sobre la transmisión en DVB-T:

Tasa de codificación interna: rC = 2/3 Codificación externa Reed Solomon (204, 188, T=8) Duración del intervalo de guarda en función del periodo útil de símbolo: Tg/Tu = 1/4 Formato de modulación de las portadoras de vídeo: 64-QAM Velocidad de propagación de la señal electromagnética: c = 3108 m/s

Y los siguientes parámetros dependientes del modo de transmisión:

Modo: 2k 8k

Número de portadoras útiles (payload): L 1512 6048

Número de portadoras TPS (señalización) 17 68

Número de portadoras piloto (sincronización y ecualización) 176 701

Número de portadoras moduladas:N 1705 6817

Número de muestras totales: M 2048 8192

Ancho de banda ocupado (Hz) 7.611.607 7.608.258

Canal UHF

Frecuencia (MHz)

Cobertura Programa Canal UHF

Frecuencia (MHz)

Cobertura Programa

21 474 Local

Alacantí TV

58 770 Nacional

La 1

Tubienstar Astrocanal

La 2

TeleAlicante 24h

Información TV Clan

22 482 Nacional TVE HD

62 802 Autonómica

Canal 9

Teledeporte Nou 2

32 562 Nacional

Xplora Nou 24

laSexta3 TV Mediterráneo

la Sexta Metropolitan TV

Cuatro

67 842 Nacional

Cuatro

Energy Divinity

44 658 Autonómica

Canal 9 HD Gol Televisión

Nou 2 Nueve

Nou 24 la Sexta

50 706 Nacional

Boing la Sexta 3

Telecinco HD

68 850 Nacional

Telecinco

Paramount La Siete

MTV FDF

53

730

Nacional

Nitro Disney Channel

Antena 3 HD Intereconomía

Marca TV

69 858 Nacional

Antena 3

13 TV Neox

Orbyt TV Nova

Discovery Max

AXN

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Resolver los siguientes apartados:

a) Calcular, para cada uno de los modos: 2K y 8K, la velocidad binaria disponible para cada

uno de los programas de los distintos canales que se transmiten en la demarcación de

Alicante. Suponed para el cálculo que la capacidad útil del canal de transmisión se reparte

equitativamente entre los programas que se multiplexan en el mismo canal.

b) ¿Qué parámetros del estándar DVB-T permitirían incrementar dicha velocidad binaria?

Explicad la contraprestación de la variación de cada uno de los parámetros.

c) Calcular, para el modo 8K, la máxima diferencia de caminos entre el receptor y los

transmisores de una red SFN (red de frecuencia única) con la que se evita la interferencia

entre símbolos entre las señales recibidas de los distintos transmisores.

d) ¿En qué factor se reduciría dicha diferencia de caminos en el modo 2K? ¿En qué repercute

esta reducción en cuanto a la implementación de redes SFN?

4.5. La figura siguiente corresponde a la pantalla de un analizador de TV mostrando el

diagrama de constelación de un canal DVB-T.

Determinar para cada uno de los símbolos señalados (1, 2 y 3):

Tipo de portadora y utilidad

Formato de modulación empleado

¿Cómo discrimina el receptor los dos tipos de subportadoras auxiliares?

1

2

3

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4.6. Un operador local de TDT tiene licencia para transmitir un par de programas en un

único canal de transmisión. Para ello, las tramas de paquetes elementales o PES (videos,

audios y datos asociados) de cada programa se multiplexan en la trama de transporte MPEG-2.

Uno de los programas, identificado con el servicio 421, es de calidad estándar, mientras que el

segundo, identificado con el servicio 422 es de alta definición. En la tabla siguiente, se muestra

el bitrate o tasa binaria que requerirá cada trama elemental, así como el bitrate de las tablas de

PSI de la trama de transporte MPEG-2:

PID Paquete información Bitrate (Rb)

0x006f Video for program 421 7 Mbps

0x0073 Audio for program 421 250 kbps

0x0074 Audio for program 421 250 kbps

0x026e Teletext for program 421 150 kbps

0x00d3 Video for program 422 12 Mbps

0x00d4 Audio for program 422 250 kbps 0x00d5 Audio for program 422 250 kbps 0x00d6 Audio for program 422 250 kbps 0x00d7 Audio for program 422 250 kbps 0x00d8 Teletext/VBI for program 422 150 kbps

Tablas PSI 50 kbps

a) De acuerdo con el Plan Técnico nacional de la TDT, en España se usa la banda de

frecuencias de UHF con canales de 8 MHz de ancho de banda y un modo de trabajo 8K

(con 6817 portadoras, de las cuales 6048 son portadoras de datos).

El resto de características técnicas que utiliza el operador de la red de difusión son:

- Modulación: 64-QAM

- Intervalo de guarda: ¼ del periodo útil de símbolo

- Tasa de codificación de Viterbi: 2/3.

Demostrar si es posible transmitir la trama de transporte MPEG-2 que multiplexa los dos

servicios en un solo canal DVB-T con las características descritas. ¿Cuánta capacidad

sobra o falta en el canal DVB-T?.

Datos adicionales:

- el periodo de muestreo considerado en la IFFT es T=7/64 microsegundos

- el número de muestras de la IFFT en el modo 8K es 8192 (potencia de 2)

b) En el caso hipotético de que la tasa binaria total de la trama de transporte MPEG-2

superara la capacidad máxima del canal DVB-T, ¿qué parámetros del estándar se podrían

modificar y a qué podría afectar el cambio de cada uno?

c) En el modo de trabajo considerado, el 8K, ¿cuál es la separación entre las subportadoras

que componen el canal COFDM? Al tratarse de un múltiplex con cobertura local,

¿recomendarías el modo 2K? Justificar la respuesta.

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4.7. Los bloques que se muestran a continuación pueden formar parte del diagrama de

bloques de un transmisor DVB-T, DVB-S y/o DVB-C:

A continuación se listan los parámetros más representativos de algunos de dichos bloques,

indicando entre paréntesis los posibles valores que podrían adoptar según el estándar DVB

donde se empleen:

n: símbolos posibles de la constelación (4, 16, 64, 256)

α: factor de roll-off (0.15, 0.25, 0.35)

RC: tasa de codificación (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)

M: número muestras IFFT (modo 2k: 2048, modo 8k:8192)

V: número de entrelazadores de bits (2, 4, 6, 8)

Tg/Tu: relación intervalo de guarda a periodo útil de símbolo (1/4, 1/8, 1/16, 1/32)

P: número de bytes de paridad (16, 32, 64)

I: profundidad de entrelazado (12, 24, 48)

Representar el diagrama de bloques del transmisor DVB-S y el transmisor DVB-C empleando

para cada uno los bloques que sean necesarios de los mostrados en el enunciado, conectando

dichos bloques con flechas que indiquen el sentido del flujo de la señal e indicando debajo de

cada bloque el parámetro que lo caracteriza y el valor correcto que adopta en función del

estándar donde sea empleado.

Nota: Considerar como señales de entrada a cada transmisor: el vídeo, el audio y los datos

asociados a dos señales de TV analógicas.

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4.8. En la gráfica se representa el diagrama de radiación de una antena indicando con una

flecha verde la dirección por la que se recibe la señal deseada y con una flecha roja la

dirección por la que se recibe una señal interferente.

Suponiendo los siguientes datos para el cálculo de la potencia recibida de cada señal (el

subíndice D corresponde a la señal deseada y el I a la interferente):

WTD = WTI = 3500 W GTD = GTI = 10 dBi GR = 36 dB fD = 474 MHz fI = 482 MHz dD = 40 km dI = 40.675 m

Responder a las siguientes preguntas:

a) ¿Cuántos grados habría que girar la antena en azimut para conseguir la C/I máxima?

b) ¿Cuántos dB se reducirá la potencia recibida de la señal deseada?

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4.9. Un transmodulador satélite-cable es un equipo que recibe en su entrada una señal

modulada en DVB-S y procesa la señal de manera que entrega en su salida una señal

modulada en DVB-C.

a) Representar el diagrama de bloques del transmodulador satélite-cable con el máximo

detalle posible, que realice la función descrita con regeneración de señal, esto es aplicando

la codificación de canal que se emplee en cada uno de los estándares. Especificar en cada

uno de los bloques el parámetro que lo caracteriza junto a los valores que define el

estándar para dichos parámetros. Escribir a la salida de cada bloque, la expresión para

calcular el régimen binario en ese punto, llamando BWsat al ancho de banda del canal con

el que se recibe la señal DVB-S. Escribir en la salida del transmodulador cuál sería la

expresión para calcular el ancho de banda, BWcable que ocupará la señal de función de los

parámetros que correspondan.

b) Supóngase ahora que la señal DVB-C generada por el transmodulador descrito en el

apartado anterior se distribuye por una red de cable. Si en el extremo receptor DVB-C de

dicha red, la S/N de la señal recibida fuera de 18 dB, ¿qué formato de modulación habría

que emplear para que la BER en dicho receptor fuera inferior a 10-4

? ¿Qué margen de

ruido habría en la entrada del receptor DVB-C para dicho formato de modulación?

c) Empleándose el formato de modulación requerido en el apartado anterior y sabiendo que el

ancho de banda de un canal DVB-C es de 8 MHz, seleccionar el ancho de banda del canal

DVB-S en la entrada del transmodulador de entre los siguientes valores: 12, 14, 16 o

20MHz y la tasa de codificación interna de forma que se cumpla simultáneamente las

siguientes condiciones:

Aprovechar la máxima tasa binaria efectiva del canal DVB-C sin necesidad de

recodificar la trama de transporte MPEG-2.

Emplear la tasa de codificación interna más eficaz en la corrección de errores,

es decir, la que aporta mayor capacidad de corrección.

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4.10. A la entrada de un receptor DVB-S se mide una relación C/N de 12 dB.

a) Teniendo en cuenta la tabla mostrada en la siguiente imagen que indica la tasa de

codificación convolucional (CR) requerida en función de la relación C/N a la entrada del

receptor, ¿qué tasa de codificación consigue mayor eficiencia espectral a la vez que

asegura un margen de al menos 4 dB entre la C/N medida y la C/N mínima necesaria para

dicha tasa de codificación?

b) Desarrollar la expresión que compara las tasas binarias netas resultantes al emplear dos

tasas internas de Viterbi distintas: la que consigue la señal menos robusta frente a errores

y la que consigue la señal más robusta frente a errores. ¿Qué porcentaje adicional de

capacidad binaria neta resulta? Nota: anotar el nombre de los parámetros que intervienen

en la expresión.

c) El estándar de segunda generación DVB via satélite, DVB-S2, mejora la capacidad de

transmisión respecto a su antecesor, DVB-S, gracias a que considera:

- distintos formatos de modulación: QPSK, 8PSK, 16APSK y 32APSK

- nuevos valores de factor de roll-off: 0.20, 0.25, 0.35

- más valores de la tasa Viterbi: ¼, 1/3, 2/5, ½, 3/5, 2/3, ¾, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10.

Hallar la máxima eficiencia espectral útil que consigue el estándar DVB-S2. ¿Cuánto mayor

es esta eficiencia respecto a la máxima eficiencia espectral útil que consigue el estándar

DVB-S?

Notas:

- Los valores permitidos de tasa de Viterbi en DVB-S son ½, 2/3, ¾, 5/6 y 7/8.

- Para simplificar el ejercicio, suponed que la tasa de codificación externa en DVB-S2

equivale a la de DVB-S.

4.11. Sobre los estándares de transmisión DVB:

a) Representar el diagrama de bloques del transmisor DVB-C, DVB-S y DVB-T.

b) Describir las semejanzas y diferencias entre los distintos transmisores.

c) Explicar ventajas e inconvenientes de cada estándar de transmisión.

d) Realizar una tabla comparativa en la que se muestre el régimen binario bruto considerando

un canal del mismo ancho de banda de 8 MHz en los tres estándares.

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4.12. Problema sobre DVB-T:

a) Representar el diagrama de bloques completo con el máximo detalle posible de un receptor

DVB-T (debe realizar la operación inversa de los bloques vistos en el transmisor), que

recibe como entrada una señal modulada que tiene un ancho de banda de 8 MHz y entrega

las señales digitales de vídeo, audio y datos por separado.

b) Elaborar una tabla en la que se muestre la tasa binaria neta, la tasa binaria bruta y la tasa

de símbolo que se puede transmitir en dicho canal DVB-T para todos los valores posibles

del parámetro Tg/Tu y todos los valores posibles de la tasa de codificación, suponiendo

que se modulan las subportadoras del canal COFDM en 256-QAM.

c) Describir las diferencias entre DVB-T respecto a DVB-S y DVB-C y justificar dichas

diferencias.

4.13. Problema sobre DVB-C:

a) Representar el diagrama de bloques completo con el máximo detalle posible de un receptor

DVB-C (debe realizar la operación inversa de los bloques vistos en el transmisor), que

recibe como entrada una señal modulada que tiene un ancho de banda de 8 MHz y entrega

las señales digitales de vídeo, audio y datos por separado.

b) Elaborar una tabla en la que se muestre la tasa binaria neta, la tasa binaria bruta, la tasa

de símbolo y la eficiencia espectral que se puede transmitir en un canal DVB-C con un

ancho de banda de 7,92 MHz con los siguientes formatos de modulación: 32-QAM, 128-

QAM y 512-QAM.

c) Describir ventajas e inconvenientes del uso de cada formato de modulación.

d) Describir las diferencias de DVB-C respecto a DVB-S y DVB-T y justificar dichas

diferencias.

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4.14. Considerar un satélite “aparcado” en la órbita geostacionaria que transmite señal de TV

digital en un canal de ancho de banda B = 33 MHz centrado en la frecuencia de 12,1 GHz.

a) En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques básico del receptor DVB-S en el

que se indica la relación C/N mínima necesaria en el receptor para mantener la BER por

debajo de los valores límite para los que las técnicas de detección y corrección de errores

son efectivas. Considerando que la relación C/N a la entrada de un receptor situado dentro

de la cobertura terrestre de dicho satélite es de 10,8 dB y suponiendo una tasa de

codificación interna rC = 3/4, ¿cuál es el margen disponible de la relación C/N sobre el C/N

mínimo?.

b) Calcular la tasa binaria efectiva de la trama a la entrada del decodificador MPEG-2.

c) Si se empleara una tasa rC = 7/8, ¿cuál sería el margen? ¿cuánto sería más eficiente en

términos de información útil transmitida? Analizar resultados.

d) Representar el diagrama de bloques completo y detallado (con todos los bloques

necesarios según se ha estudiado en el transmisor) de un receptor DVB-S desde que

recibe la portadora modulada hasta que entrega las tramas de video, audio y datos por

separado. Indicar en cada bloque cual sería el parámetro que lo caracteriza y cuáles son

los valores de dicho parámetro entre los que se puede elegir según el estándar.