Histórico e desenvolvimento
tecnológico da televisão
Capítulo 3
Histórico e desenvolvimento tecnológico da televisão
digital
3.1. Televisão digital no mundo
Antes de passar ao próximo capítulo, em que tratarei especificamente da pesquisa de televisão digital no Brasil, procurarei elaborar quadro mais próximo possível do atual estado da arte da televisão digital no mundo. Neste momento, ao abordar cada país ou bloco geopolítico, destacarei os modelos existentes em cada um deles, bem como os sistemas e os padrões adotados. Como dito no Capítulo 2, entendo que as demandas baseadas no modelo é que, em última análise, definem o sistema e o padrão. Isso é visto claramente quando se olha de perto a maneira pela qual se implantou a televisão digital nos diversos países. Por isso, vê-se, por exemplo, a televisão digital americana mais forte na televisão por assinatura que na televisão aberta, a européia mais forte na interatividade que em HDTV e a japonesa mais em forte em portabilidade, mobilidade, HDTV e na televisão aberta. São frutos dos modelos de televisão que esses locais possuem e que explicitaram suas demandas para que os respectivos padrões tecnológicos as atendessem no sistema.
O que se tem notado, ultimamente, é que nesses países em que a implantação da televisão digital já começou (e há lugares em que ela já existe já há quase sete anos), tanto os modelos quantos os padrões estão em constantes mudanças. No caso dos padrões, mudando-se em busca de melhor atender às demandas que se apresentam com o uso; e, no caso dos modelos, tentando encontrar o que melhor se enquadre às dinâmicas sócio-econômicas e culturais de cada país. Vale salientar que outro fator relevante que gerou mudanças apresentadas recentemente pelos três modelos mais importantes (DVB-T, ATSC e ISDB-T) se deveu, em parte, ao atendimento das demandas surgidas com as pesquisas e testes dos padrões realizados no Brasil a partir de 1998.
Essas pesquisas geraram diversos documentos, dentre eles, o Relatório
Integrador dos Aspectos Técnicos e Mercadológicos da Televisão Digital47
elaborado pelo CPqD para a ANATEL, a partir da validação dos dados dos testes feitos pelo Grupo SET/ABERT e Universidade Mackenzie48, lançado com a Consulta Pública 291, de 12 de abril de 2001. Como esses testes de laboratórios compararam os três principais padrões de televisão digital e suas performances no cenário brasileiro, em cidades diferentes como São Paulo e Rio de Janeiro, por exemplo, o resultado do desempenho de cada um serviu de referência para que seus respectivos proprietários estudassem maneiras de resolver os problemas que foram apresentados.
Procurarei, então, neste capítulo, fazer comparação entre os sistemas, modelos e padrões destacados, acompanhando o que já foi evidenciado desde essas primeiras pesquisas comparativas feitas pelo Grupo SET/ABERT-Mackenzie. A maioria das informações contidas aqui é fruto de dados “quentes” retirados de documentos do Governo Federal, de apresentações em congressos e de documentos postados na Internet pelos três principais padrões existentes atualmente no mundo da televisão digital.
Antes, porém, quero trazer aqui conceitos que definem a televisão digital. De forma simples, a televisão digital é plataforma que transmite sinais de imagens e sons por sinais digitais (1 e 0). “Como estão em formato digital, as imagens e sons podem ser comprimidos e tratados para que a transmissão não os degrade com distorção e atenuação provocada pelo canal de transmissão”.49 Para entender o que se modifica ou o que traz de novo ao meio televisão essa “transmissão de sinais de imagem e sons através de sinais digitais (1 e 0)” é preciso detalhar duas palavras-chaves nesse universo: digitalização e compressão.
47 TOME, Takashi; PESSOA, Antônio CláudioFrança; e RIOS, José Manuel Martins e outros. Relatório
Integrador dos Aspectos Técnicos e Mercadológicos da Televisão Digital. Brasília, CPqD, Anatel,
2001. CONSULTA PÚBLICA N.º 291, DE 12 DE ABRIL DE 2001. Disponível em: <http://sistemas.anatel.gov.br/sacp/Contribuicoes/ListaConsultasContribuicoes.asp?Tipo=1&Opcao=re alizadas&PaginaAtual=16&Registros=10> (em português).
http://www.anatel.gov.br/index.asp?link=/english_site/publications/public_consultation/public_consulta tion_291.htm> (em inglês).
48 SET (Sociedade de Engenharia de Televisão) e a ABERT (Associação Brasileira de Emissoras de
Rádio e Televisão). O Grupo SET/ABERT foi formado em setembro de 1994, com o objetivo de pesquisar a HDTV e a TV Digital. Vide Capítulo 3 desta tese.
49 COELHO, Paulo Jorge Marques. Digital Set Top Box. Porto: MEEC – Televisão Digital e Novos
Digitalização é um processo em que o sinal analógico é convertido em digital. Isto é, o sinal analógico é transformado em uma representação de números binários (0 e 1). Na realidade, segundo o professor Partha Dasgupta, da Universidade do Estado do Arizona, o que é convertido é um sinal elétrico. Num sistema eletromagnético, por exemplo, esse sinal elétrico, que é uma variação analógica, passa por um processo de amplificação, modulação, transmissão, recepção, armazenamento, e reconstituição. Mas, no meio desse procedimento pode haver perdas. A digitalização faz com que isso seja feito sem acarretar perdas. A digitalização preserva a qualidade do sinal analógico original. No entanto, o sinal elétrico digitalizado demanda muito espaço computacional para armazenamento e transmissão. Para resolver esse problema, usa-se a compressão.
Já compressão é o processo de redução do volume de informação, transformando um arquivo digital grande em um arquivo menor. Esse processo de compressão se dá buscando reduzir a “repetição” de informação que está presente no sinal original, ou seja, as informações redundantes são eliminadas através de códigos ou protocolos. No caso da compressão da imagem, tem-se a conversão da imagem capturada em sinal analógico em dados digitais e comprimida através de algoritmos especiais. Na compressão de sinais, o padrão mais comum usado nas plataformas de televisão digital é o MPEG (Moving Picture Experts Group), que já é em si quase sinônimo de televisão digital, haja vista o quanto está intrínseco à própria história da digitalização do meio. Há vários modelos de MPEG. O primeiro deles é o MPEG-1, e é o que dá início ao conceito de codificar o sinal de vídeo na forma digital. É usado, por exemplo, em aplicações de vídeo-conferência, multimídia em CD-ROM. Admite taxas de informação até 1,5 Mb/s. O MPEG-2 é avanço da proposta inicial do MPEG-1, trabalha com novos protocolos de transmissão e de compressão de bit; é usado em TV, suportando sinais de televisão standard (SDTV) e também de alta definição (HDTV), principalmente para transportes; é também usado em DVDs. Admite taxas de 1,5 a 100 Mb/s. O MPEG-4 é usado para aplicativos, principalmente em aplicações de multimídia. Ele atua na sintaxe, tratando o sinal de vídeo como objeto e trabalha também na formação multimídia, áudio e dados. Além desses, há também o MPEG-7, que trabalha com a indexação do vídeo, pode ser usado para gerenciamento de dados, e o MPEG-21, que ainda não está totalmente definido.50.Esses padrões de codificações são usados para organizar os dados de bitstream, para encapsulamento e para os codificar e decodificar (no reconhecimento do material encriptado) e para armazenamento.
50 Veja entrevista com Marcelo Zuffo, nos anexos desta tese. E também: STOLFI, Guido. VII-
Compressão de Imagens em Movimento: Padrões MPEG-1 e 2. Apostila da disciplina PEE-647 –
A compressão é processo de alocar arquivo grande em espaço menor. Na televisão digital, por exemplo, reduz-se o volume de informação de imagem para que ela possa ser armazenada em dado suporte ou possa ser transportada por plataforma de transmissão. A qualidade da imagem é proporcional à taxa de compressão. Se a taxa de compressão é muito alta, a qualidade da imagem é menor. Dessa forma, o áudio em televisão digital, em estéreo, é comprimido em MPEG, DOLBY, MPEG-AAC, taxas de bits de 128 Kbits/s a 256 Kbits/s (Taxa de compressão de 5 a 12) e pode ser transmitido a 1,4 Mbits/s. A imagem, para a televisão em formato SDTV (formato padrão, ou convencional), pode ser digitalização a 270 Mbits/s, comprimido em MPEG, taxas de bits de 3 Mbits/s a 6 Mbits/s (Taxa de compressão de 45 a 90); para televisão de alta definição (HDTV), digitalização a 1,4 Gbits/s, sinal comprimido em MPEG, Taxas de bits de 15 Mbits/s a 30 Mbits/s (em Taxa de compressão de 45 a 90).
Em termos de resolução, com a televisão digital tem-se o seguinte: no formato padrão, o SDTV, a tela na relação de aspecto de 4:3, a 640 pixels x 480 linhas. Com o padrão da tela expandida, a EDTV, a tela na relação de aspecto 16:9, a 1280 pixels x720 linhas. E no HDTV, relação de aspecto 16:9, e 1920 pixels x 1080 linhas. Comparando aos sistemas atuais, da televisão convencional, conforme veremos mais adiante, mas já podemos adiantar um pouco aqui, o PAL-M, que se usa no Brasil, tem resolução de 525 linhas (320 linhas efetivas no aparelho receptor); o NTSC, 525 linhas (320 linhas efetivas no aparelho receptor); o SECAM, 625 linhas (330 linhas efetivas no aparelho receptor); e o PAL, 625 linhas (330 linhas efetivas no aparelho receptor).
Exemplos de relação de aspecto na televisão:51
51 STOLFI, Guido. III- Amostragem Temporal e Espacial: Varredura. Apostila da disciplina PEE-647 –
Figura 1: HDTV – 1080i – ATSC – 1125i – ISDB-T
Figura 2: SDTV – 525i NTSC
Sendo um pouco mais pé no chão, de forma concreta, o que é possível haver na televisão digital? O que a televisão digital traz que a diferencia substancialmente da televisão convencional? Indo para o lado da recepção, a televisão digital tornará possível receber sinais de televisão nos seguintes formatos: SDTV, EPTV, EDTV e HDTV. O Standard Television (SDTV) seria a digitalização do sinal da televisão analógica atual, recebida em casa. Essa digitalização acontece à taxa de 270 Mbits/s, conforme se viu acima. Além disso, permite também, mesmo nesse formato, que se recebam sinais na tela com relação de aspecto de 16 9× , o EPTV. O EDTV é a recepção do sinal na relação de aspecto 16 9× , mas com mais resolução que a EPTV. No caso do HDTV, permite receber imagem com 1125 linhas, tela de 16×9(o que demandaria
largura de banda de 30 MHz, é digitalizado a 1,4 Gbits/s, como se viu acima).52 Outro ponto relevante que diferencia a televisão digital da televisão analógica convencional é a possibilidade de o telespectador poder usufruir da televisão interativa. A digitalização do sinal de televisão pode oferecer esse novo serviço, chamado de televisão interativa, que independe do fluxo contínuo da programação. A televisão interativa pode ser tanto interativa, com acesso à Internet via aparelho de televisão, quanto em serviços específicos de interatividade criados exclusivamente para o meio televisão. Nessa categoria se incluem enhanced TV e serviços interativos. A enhanced TV é basicamente a possibilidade de receber informações complementares, textos, hiperlinks etc durante o programa de televisão. Já os serviços interativos são basicamente compostos de vídeo, áudio, textos e hipermídia, mas que não são contínuos. São “suplementos” que o telespectador pode solicitar, independentemente de parar ou não o fluxo da programação. Nesses serviços pode-se incluir t-commerce, t-banking, t-gov, dentre outros.
Dessa maneira, há nos Estados Unidos modelo que solicita ao padrão que ofereça TV de Alta Definição (HDTV) e Standard Television (SDTV), além de Satélite DBS, multicanal de áudio e transmissão de dados. Na Europa, com as características particulares de modelo de cada um de seus países exigindo que o padrão, em cada local específico, oferecesse soluções técnicas para interatividades com enhanced
programming e interactive services, acesso à Internet, transmissões múltiplas de SDTV
em 4:3 e 16:9, convergência com os celulares 3G, por exemplo. No Japão, o modelo forte em televisão aberta e HDTV via Satélite, exigia ao padrão transmissão de televisão digital terrestre que privilegiasse a transmissão em HDTV, a interatividade, a portabilidade e a mobilidade, além de disponibilizar outros tipos de serviços no sistema.
Quanto aos padrões tecnológicos e sistemas, os três mais significativos e em utilização hoje em dia são o americano, com o padrão de modulação 8-VSB (8-level Vestigial Sideband) da ATSC (Advanced Television System Committee), em canal de 6 MHz; o europeu DVB-T, (Digital Video Broadcast – Terrestrial), modulação COFDM, em canal de 8 MHz; e o japonês ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting –
52 MINASSIAN, Ara Apkar (Superintendente de Serviços de Comunicação de Massa da Anatel). Os
Desafios para a Implantação da Tv Digital no Brasil. Palestra de. Proferida na ABDI. São Paulo. 23
Terrestrial), também modulado em COFDM, mas em canal de 6 MHz (com opção também para canais de 7 MHz e 8 MHz). O ATSC utiliza a sua modulação no “domínio do tempo”, e o DVB e o ISDB utilizam a modulação no “domínio da freqüência”.
O quarto sistema, o Chinês. O Padrão chinês também conhecido como ADTB (Advanced Digital Television Broadcasting), com a modulação em 64 OQAM (Offset Quadrate Amplitude Modulation), para recepção fixa, 16 OQAM para recepção móvel e 4 OQAM para a recepção de dados. A opção por quatro equalizadores foi em função de melhora do sinal. O sistema chinês prevê uso pra HDTV, SDTV e televisão móvel.53 Utiliza um canal de 8 MHz.
Uma das principais preocupações dos engenheiros de televisão é a interferência de multipercurso. Os padrões existentes procuram resolver ao máximo essas interferências. Com a modulação COFDM (coded orthogonal frequency division multiplexing), o DVB-T, para resolver esse problema, trabalha com múltiplas subportadoras independentes em freqüência relativamente baixa54, tendo diversos tempos de guarda, permite suporte SFN (Single Frequency Network). Para uso otimizado das SFN, o DVB-T opera nos modos 2k e 8k. No 8k, há possibilidade de uso com único transmissor como também com número grande de transmissores. O 2k é mais adequado para transmissor único e pequenas SFN.55 Já o americano 8-VSB utiliza apenas portadora única. Mas, otimiza na “taxa de bits X relação S/R do canal, para maximizar cobertura para dada potência”56. Acrescentando informação a respeito do uso das SFN (Single Frequency Network – Redes de Freqüência única), é que na transmissão digital poderão ser utilizados diversos transmissores com mesma freqüência e com o mesmo sinal em toda a região. Trabalhando em intervalo de guarda condizente,
53 FASOLO, Sandro Adriano. Padrões ATSC e ADTB – Comparação entre Padrões. São Paulo:
INATEL, apostila “TP 158 – Padrões de Transmissão de TV Digital”, do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas de TV Digital, s/d. Veja-se também STOLFI, Guido. Princípios de Televisão
Digital. Apostila de aula, em PowerPoint. São Paulo: EPUSP, 2002.
54 <http://en.wikipedia.org/wiki/Broadcast_television_systems> - acesso em 02/06/2005.
55 MENDES,Luciano Leonel. Padrões de TV Digital – DVB e ISDB. São Paulo: INATEL Apostila TP 158
– Padrões de Transmissão de TV Digita, do Curso de Pós-graduação Lato-Senso em Televisão
Digital. São Paulo: INATEL, s/d.
56 STOLFI, Guido. Princípios de Televisão Digital. Apostila de aula, em PowerPoint. São Paulo: EPUSP,
esse pode ser importante método para evitar interferências.57 A modulação COFDM é fortemente imune às distorções de multipercurso, pois pode operar com fantasmas de 0 dB, enquanto a modulação do ATSC opera com MFN (Multiple Frequency Network – Redes de Múltiplas Freqüências), não totalmente imune às distorcões.
Com a transmissão iniciada em 1998, o padrão 8-VSB do sistema ATSC (Advanced Television System Committee) inclui televisãode alta definição (HDTV), televisão convencional digital (SDTV), Satélite DBS, multicanal de áudio e transmissão de dados. O ATSC apresenta diferença no padrão para terrestre, cabo e satélite. Para a transmissão via Cabo, utiliza a modulação 16VSB, 16 níveis. E, atualmente, o novo DVB-H (DVB Handheld), para Internet e mobilidade para aparelhos portáteis. A modulação 8-VSB da ATSC tem capacidade de transmissão de dados de 19.2 Mbit/s, o que comporta também transmissão em HDTV. O 8-VSB também é compatível com o sistema de transmissão analógico existente hoje nos Estados Unidos. Prevê também, o ATSC, que o sistema permita recepção fixa em HDTV e SDTV, recepção móvel em SDTV e LDTV e recepção móvel de dados.
Além dos Estados Unidos, o padrão digital ATSC foi adotado também pelo Canadá e Coréia do Sul, em 1997. Taiwan e Argentina, que teriam aderido ao padrão em 1998, ainda passaram por período de controvérsias. Taiwan acabou aderindo ao padrão europeu, em função de atender melhor ao seu modelo, e a Argentina, até recentemente esperando posição do Brasil, por causa do Mercosul, está praticamente se decidindo pelo padrão americano. Da mesma forma, o México, que depois de vários testes e indecisões, acabou optando, em julho de 2004, pelo padrão americano. Segundo as autoridades mexicanas, as justificativas da decisão pelo ATSC americano se deve a quatro parâmetros, político, econômico, técnico e social, nessa ordem.
Possuindo atualmente por volta de 170 membros, a ATSC foi fundada em 1982 pelos grupos Joint Committee on InterSociety Coordination (JCIC), Electronic Industries Association (EIA), Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE), National Association of Broadcasters (NAB), National Cable Television Association
(NCTA), e Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE); e representa as empresas de radiodifusão, indústrias de equipamentos e empresas de cabo e satélites.
Em 1990, o primeiro sistema em HDTV digital foi proposto e, em 1991, seis sistemas começaram a ser testados, sendo quatro deles em HDTV digital. Em 1996, o FCC (Federal Communication Commission) adota o padrão ATSC como padrão de televisão digital nos Estados Unidos e a ATSC se torna órgão internacional, com a entrada de outros países-membros, como o Canadá e o México, por exemplo. Em novembro de 1998, o padrão é oficialmente lançado, sendo que, no prazo de um ano depois de seu lançamento, mais de 50% da população norte-americana já tinha acesso à televisão digital terrestre.58
Na Europa, o sistema adotado é o DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial), criado em 1993, por grupo chamado ELG (European Lanching Group). O grupo ELG, que havia sido fundado em 1991, se transforma no DVB, em setembro de 1993.59 A data exata da primeira transmissão digital na Europa seria abril de 1996, com o primeiro serviço comercial lançado em França. Para os europeus, em função de vários fatores, 1998 é considerado o ano de lançamento da televisão digital na Europa. Foi nesse ano que “alguns dos principais países lançaram serviços digitais; o Reino Unido lança seu primeiro serviço televisão digital Terrestre; iniciaram-se o forte movimento de digitalização das redes de cabo.”60
O DVB é formado por consórcio de radiodifusores, indústria de softwares e de equipamentos de televisão etc em mais de 35 países, com o objetivo de desenvolver padrão global de televisão digital. Tem mais ou menos 280 membros espalhados em todo o mundo. Além dos países europeus, outros países como Austrália, Singapura, Taiwan, Nova Zelândia e Índia optaram pelo sistema DVB. O sistema DVB comporta a
58 Veja-se: <http://atsc.org/>.
59 FAGERQVIST, Magnus and MARCUSSEM, Arno. Aplication and System Migration from OpenTV do
MHP. Luleá Tekniska Universitet, Institutionem för Systemteknik, 2000. (dissertação de mestrado)
Disponível em <http://epubl.luth.se/1402-1617/2000/075/LTU-EX-00075-SE.pdf>.
60 MEYER, Laurence and FONTAINE, Gilles. Development of Digital Television in the European Union
- Reference report/ 1999 (Final report - June 2000). Brussels-Luxembourg, 1999 & France: IDATE (Institut de l’audiovisuel et des télécommunications en europe). Disponível em pdf, download em 08/09/2004.
compatibilidade do padrão terrestre, DVB-T, com transmissão via satélite, no padrão DVB-S, e via Cabo, no padrão DVB-C. Para Satélite, o DVB utiliza a modulação DVB- S e para o cabo a modulação 64-QAM. E agora também, o DVB-H (DVB Handheld), para mobilidade e portabilidade. “Para atingir o desempenho de taxa de erro de bit necessário, o DVB-T utiliza códigos corretores de erro. Para aumentar a compatibilidade do padrão, o código corretor e o interleaver externos são os mesmos para o DVB-C e o DVB-S. O código interno do DVB-T e do DVB-S também são iguais.”61 Fator relevante do DVB-T é que ele foi desenvolvido para ser “compatível com os sinais de televisão codificados com MPEG-2 que utilizam a norma ISO/EC 13818”; e também com os sinais de televisão analógica PAL, SECAM e NTSC.62
Diferença significativa do DVB europeu para o ATSC americano e o ISDB japonês é que aquele, ao contrário desses, não suporta (ou não privilegia) a transmissão em HDTV.63 Na Alemanha e Singapura, o DVB-T é usado também para mobilidade, e na Austrália, para HDTV.
A transmissão de televisão digital terrestre no Japão tem início em 1º de dezembro de 2003, usando o sistema ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial), com o padrão de modulação COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que é “atualização” do COFDM europeu. Para permitir a recepção móvel, o ISDB-T trabalha com modulação QPSK diferencial, melhorando o DVB-T nesse quesito. Também, a exemplo do padrão europeu, permite transmissão hierárquica e, para isso, utiliza a “segmentação de banda (BST – Band Segmented Transmission) ao invés da determinação de símbolos prioritários nas modulações”. O MPEG-2 é seu padrão de compressão de vídeo e áudio. O ISDB-T trabalha com a existência de até três segmentos, com o código interno aplicado a cada um independentemente (e o externo sendo o mesmo para todos), com cada segmento
61 MENDES s/d.
62 MENDES s/d.
63 A global Digital TV Standard for Latin America and the Caribbean - (Item on the agenda: 4.4) /
levando informações diferentes e permitindo, assim, disponibilizar serviços múltiplos e diferentes. Um dos segmentos é aberto, e os outros dois são restritos.64
Essa transmissão de televisão digital terrestre no Japão começa apenas em três grandes regiões do país, as áreas metropolitanas de Tokyo, Nagoya e Osaka. Em visita ao website do grupo, podem-se ler as notícias sobre essas transmissões e também sobre a implantação de plano de alocação dos canais de transmissões de televisão analógica e digital, em fevereiro de 2003, na grande Tokyo e nas províncias (correspondentes a