Escola de Engenharia
Curso de Gradua¸
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Telecomunica¸
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Leonardo Dias Rivera
Comparativo entre os padr˜
oes SBTVD e o ATSC 3.0
Niter´
oi – RJ
2018
Comparativo entre os padr˜oes SBTVD e o ATSC 3.0
Trabalho de Conclus˜ao de Curso apresentado ao Curso de Gradua¸c˜ao em Engenharia de Teleco-munica¸c˜oes da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obten¸c˜ao do Grau de Engenheiro de Telecomunica¸c˜oes.
Orientadores: Prof. D.Sc. Tadeu Nagashima Ferreira Prof. D.Sc. Ricardo Campanha Carrano
Niter´oi – RJ 2018
.
Ficha catalográfica automática - SDC/BEE
Bibliotecária responsável: Fabiana Menezes Santos da Silva - CRB7/5274
R621c Rivera, Leonardo Dias
Comparativo entre os padrões SBTVD e o ATSC 3.0 / Leonardo Dias Rivera ; Tadeu Nagashima Ferreira, orientador ; Ricardo Campanha Carrano, coorientador. Niterói, 2018.
177 p. : il.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Telecomunicações)-Universidade Federal Fluminense, Escola de Engenharia, Niterói, 2018.
1. Sistemas de Televisão. 2. SBTVD. 3. ISDB-Tb. 4. ATSC 3.0. 5. Produção intelectual. I. Título II. Ferreira,Tadeu Nagashima, orientador. III. Carrano, Ricardo Campanha, coorientador. IV. Universidade Federal Fluminense. Escola de Engenharia. Departamento de Engenharia de Telecomunicações.
-como requisito parcial para obten¸c˜ao do Grau de Engenheiro de Telecomunica¸c˜oes.
Aprovada em 10 de julho de 2018.
BANCA EXAMINADORA
Prof. D.Sc. Tadeu Nagashima Ferreira - Orientador Universidade Federal Fluminense - UFF
Prof. D.Sc. Ricardo Campanha Carrano - Coorientador Universidade Federal Fluminense - UFF
Prof. D.Sc. Natalia Castro Fernandes Universidade Federal Fluminense - UFF
Prof. D.Sc. Pedro Vladimir Gonzalez Castellanos Universidade Federal Fluminense - UFF
Niter´oi – RJ 2018
Resumo
Esse trabalho busca fornecer ao leitor uma s´erie de ferramentas para que este possa com-parar as caracter´ısticas apresentadas nos padr˜oes SBTVD e do ATSC 3.0. Inicialmente apresenta uma longa parte te´orica, abordando os aspectos b´asicos relativos ao ambiente te-levisivo, o funcionamento dos sistemas de transmiss˜ao anal´ogico (NTSC, PAL e SECAM) e a evolu¸c˜ao tecnol´ogica por tr´as dos equipamentos receptores de TV. Posteriormente ´e mostrado de maneira detalhada o funcionamento dos padr˜oes SBTVD e ATSC 3.0, cujas estruturas foram separadas em blocos e camadas, de modo que pudesse ser mais f´acil e did´atico o entendimento do sistema como um todo. Por fim ´e apresentado ao leitor o re-sultado de testes em campo que foram feitos utilizando o padr˜ao ATSC 3.0 para verificar parˆametros como FEC, SNR, MER e bitrate, utilizando diferentes tipos de constela¸c˜ao e tamanhos de FFT, que ´e posteriormente comparado a testes feitos utilizando o padr˜ao ISDB-Tb.
Palavras-chave: SBTVD. ISDB-Tb. ATSC 3.0. NTSC. PAL. Sistemas de Televi-s˜ao.
This work aims to provide the reader with a series of tools so that it can compare the characteristics presented in the SBTVD and ATSC 3.0 standards. Initially it presents a long theoretical part, addressing the basic aspects of the television environment, the working principles of analogue broadcasting systems (NTSC, PAL and SECAM) and the technological evolution behind TV receivers. Later on, it is shown in detail the operation of the SBTVD and ATSC 3.0 standards, whose structures were separated into blocks and layers, so that the understanding of the system as a whole could be easier and didactic. Finally, it is presented to the reader the results of field tests that were done using the ATSC 3.0 standard to verify parameters such as FEC, SNR, MER and bitrate, using different constellation types and FFT sizes, which is then compared to tests made using the ISDB-Tb standard.
Aos meus pais, por me darem todo apoio para que eu chegasse at´e aqui e pudesse con-cluir o sonho de finalizar a faculdade.
A meus av´os, Djanira Dias e Manoel Braz, pelo carinho e aten¸c˜ao com que sempre me tratam.
`
A minha namorada Nicolli Marinho, por ter sempre me apoiado em tudo que podia. Ao meu padrasto Wilson Cavalcanti, por sempre me ter dado suporte ao longo da minha trajet´oria acadˆemica.
Ao professor Tadeu, por sua grande ajuda para elaborar este trabalho. `
A TV Globo, em especial ao Gabriel Melo e ao Gabriel Ferraresso, por terem me dado a oportunidade de acompanhar os testes e utiliz´a-los para compor meu trabalho.
Lista de Figuras
2.1 Forma¸c˜ao da Imagem [7]. . . 4
2.2 O Espectro de Sensibilidade normalizado dos cones [9]. . . 5
2.3 A estrutura celular da retina (`a direita, 1 cone e 9 bastonetes) [12]. . . 5
2.4 Sequˆencia de quadros formando um v´ıdeo [14]. . . 6
2.5 Projetor com um obturador de trˆes lˆaminas [15]. . . 7
2.6 Varredura do quadro da imagem [16]. . . 8
2.7 Conjunto de pixels formando uma imagem [17]. . . 8
2.8 Compara¸c˜ao de Resolu¸c˜oes de TV [18]. . . 9
2.9 Compara¸c˜ao de Rela¸c˜oes de Aspecto [19]. . . 10
2.10 Espectro de Cores Vis´ıveis [20]. . . 10
2.11 O Modelo HSL [22]. . . 11
2.12 Componentes da Crominˆancia [23]. . . 12
2.13 O sinal (R-Y) (G–Y) (B-Y) [23]. . . 13
2.14 O sinal Y [23]. . . 13
2.15 O sinal RGB [23]. . . 13
2.16 N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico - NTSC [28]. . . 15
2.17 Comparativo entre os espa¸cos de cores [29]. . . 16
3.1 Disco de Nipkow [31]. . . 17
3.2 Vis˜ao Esquem´atica do Disco de Nipkow [32]. . . 18
3.3 Capta¸c˜ao e Exibi¸c˜ao na TV Mecˆanica. . . 18
3.4 Televis˜ao Baird e sua imagem exibida ampliada. . . 19
3.5 Capta¸c˜ao e Exibi¸c˜ao da WRNY. . . 19
3.6 Recrea¸c˜ao do experimento de Takayanagi [42]. . . 20
3.7 Primeiros Modelos de Televis˜ao. . . 21
3.8 Modelos de Televis˜ao 1948-1949 vendidos nos EUA [49]. . . 22 viii
4.1 Os Padr˜oes de TV Anal´ogica [60]. . . 28
4.2 Modula¸c˜ao AM-VSB [63]. . . 30
4.3 Sinal Composto do Sistema CCIR M [62]. . . 31
4.4 Portadora de Luminˆancia [62]. . . 32
4.5 N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico Sinal Monocrom´atico - NTSC [65]. . . 33
4.6 N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico com Subportadora de Cor - NTSC [66]. . . 33
4.7 Color Bar. . . 34
4.8 NTSC Vector Scope [67]. . . 34
4.9 Compara¸c˜ao dos efeitos do desvio de fase no matiz [68]. . . 35
4.10 Modula¸c˜ao do Sinal de Croma [69]. . . 35
4.11 Escolha da Frequˆencia da Subportadora de Cor [70]. . . 36
4.12 Localiza¸c˜ao da Subportadora de Cor [70]. . . 37
4.13 Componentes I e Q da Subportadora de Cor [70]. . . 38
4.14 Banda ocupada das componentes I e Q [70]. . . 39
4.15 Espectro do Sinal NTSC [71]. . . 40
4.16 Diagrama do Color Bar do Sistema SECAM [73]. . . 41
4.17 Falha causada pela modula¸c˜ao FM [70]. . . 42
4.18 Subcomponentes da portadora de cor [70]. . . 43
4.19 Imagem Original [76]. . . 44
4.20 Sinal codificado e decodificado em NTSC [77]. . . 44
4.21 Sinal codificado e decodificado em PAL [78]. . . 44
4.22 Sinal codificado e decodificado em NTSC com falha [79]. . . 45
5.1 O ex-presidente Lula em pronunciamento durante cerimˆonia de in´ıcio das
transmiss˜oes da TV digital no Brasil [82]. . . 49
5.2 Diagrama de blocos do sistema [84]. . . 50
5.3 Diagrama do Sistema em Camadas [85]. . . 51
5.4 Exemplo de aplica¸c˜ao para TV interativa: servi¸co banc´ario via TV [87]. . . 53
5.5 Compara¸c˜ao entre codecs de v´ıdeo [90]. . . 58
5.6 Exemplo de limita¸c˜ao de banda em um sinal t´ıpico [92]. . . 60
5.7 Regenera¸c˜ao das frequˆencias altas [92]. . . 60
5.9 Estrutura Hier´arquica [98]. . . 61
5.10 Taxas de codifica¸c˜ao informativas [99]. . . 62
5.11 Estrutura Multiplexa¸c˜ao [101]. . . 64
5.12 Carrosel de Dados [101]. . . 65
5.13 Divis˜ao do segmento em camadas [106]. . . 67
5.14 Divis˜ao do segmento em camadas [107]. . . 67
5.15 Diagrama da multiplexa¸c˜ao das informa¸c˜oes e codifica¸c˜ao do canal [104]. . 74
5.16 Diagrama em blocos do codificador de canal [102]. . . 74
5.17 Inser¸c˜ao dos bytes de redundˆancia [102]. . . 74
5.18 Processo do entrela¸camento temporal [102]. . . 76
5.19 Comparativo da corre¸c˜ao do FEC entre o erro em rajada e o erro aleat´orio [102]. . . 76
5.20 Processo do entrela¸camento em frequˆencia [102]. . . 77
5.21 Circuito de codifica¸c˜ao do c´odigo convolucional com profundidade k de 7 e taxa de codifica¸c˜ao de ½ [104]. . . 77
5.22 Diagrama em blocos do modulador [102]. . . 78
5.23 Configura¸c˜ao da modula¸c˜ao da portadora [104]. . . 79
5.24 Configura¸c˜ao da se¸c˜ao de entrela¸camento em tempo [104]. . . 79
5.25 Configura¸c˜ao da se¸c˜ao de entrela¸camento em frequˆencia [104]. . . 79
5.26 Diagrama ilustrado do processo de codifica¸c˜ao do canal e modula¸c˜ao [102]. 80 5.27 Exemplo do arranjo de portadoras do sinal OFDM para o sinal de televis˜ao digital terrestre [104]. . . 81
5.28 M´ascara do espectro de transmiss˜ao para radiodifus˜ao de televis˜ao digital terrestre [104]. . . 82
modula¸c˜ao [113]. . . 92
6.4 Exemplo de uso de PLPs ou LDMs [113]. . . 93
6.5 Diagrama em bloco do BICM [115]. . . 94
6.6 Estrutura do quadro FEC quando BCH ou CRC ´e usado como c´odigo externo [115]. . . 95
6.7 Estrutura de entrela¸camento de bits [115]. . . 95
6.8 Estrutura do Mapeador [115]. . . 96
6.9 Combina¸c˜oes Obrigat´orias de Modula¸c˜ao e Codifica¸c˜ao Ninner = 64800 Bits [115]. . . 96
6.10 Combina¸c˜oes Obrigat´orias de Modula¸c˜ao e Codifica¸c˜ao Ninner = 16200 Bits [115]. . . 96
6.11 Diagrama em blocos da codifica¸c˜ao LDM [115]. . . 97
6.12 Superposi¸c˜ao de constela¸c˜ao para LDM de duas camadas [115]. . . 98
6.13 Exemplo de Core Layer e Enhanced Layer [115]. . . 99
6.14 Constela¸c˜oes combinadas ap´os a normaliza¸c˜ao [115]. . . 99
6.15 Diagrama l´ogico da camada de enlace do ATSC 3.0 [116]. . . 100
6.16 Diagrama em blocos da arquitetura e interface do ALP [116]. . . 100
6.17 Pilha de Protocolos do Sistema ATSC 3.0 [117]. . . 103
6.18 Vis˜ao Geral do MPEG-H [118]. . . 104
6.19 Pilha de protocolos do MMT [118]. . . 105
6.20 Transmiss˜ao de v´ıdeo confi´avel [118]. . . 106
6.21 Diagrama do MPEG-DASH [119]. . . 107
6.22 Sistema HDR [113]. . . 108
6.23 Sistema de Som Imersivo [113]. . . 109
6.25 Interatividade - Shopping [113]. . . 110
6.26 Interatividade - Quiz [113]. . . 111
6.27 AEA - Rico conte´udo de m´ıdia [113]. . . 111
6.28 AEA - Conte´udo Integrado [113]. . . 112
6.29 AEA - Conte´udo Informacional [113]. . . 112
6.30 AEA - Conte´udo Gr´afico [113]. . . 113
7.1 Diagrama do Esquema de Transmiss˜ao. . . 115
7.2 Diagrama do Esquema de Recep¸c˜ao. . . 116
7.3 Configura¸c˜ao do canal AWGN antes. . . 117
7.4 Configura¸c˜ao do canal AWGN depois. . . 117
7.5 Recep¸c˜ao do sinal antes de ocorrer um erro de decodifica¸c˜ao. . . 117
7.6 Recep¸c˜ao do sinal ap´os ocorrer um erro de decodifica¸c˜ao. . . 118
7.7 Tela do Atsc3Xpress - Desvanecimento do canal. . . 119
7.8 Tela do ATSC3Xpress - Parˆametros do subframe. . . 119
7.9 Tela do Atsc3Xpert. . . 120
7.10 Gr´afico da Potˆencia DekTec (dBm) x MER (dB). . . 122
7.11 Gr´afico da C/N x FEC. . . 123 7.12 Gr´afico da C/N x FEC. . . 124 7.13 Gr´afico da C/N x FEC. . . 125 7.14 Gr´afico da C/N x FEC. . . 126 7.15 Gr´afico da C/N x FEC. . . 127 7.16 Gr´afico da C/N x FEC. . . 128
7.17 Gr´afico da Taxa ´Util x C/N. . . 128
7.18 Desempenho do sistema ISDB-T em fun¸c˜ao dos processos de Modula¸c˜ao e Taxas de Corre¸c˜ao de Erros. . . 130
7.19 Compara¸c˜ao entre o ATSC 3.0 e o ISDB-T usando QPSK. . . 131
7.20 Compara¸c˜ao entre o ATSC 3.0 e o ISDB-T usando 16 QAM. . . 131
7.21 Compara¸c˜ao entre o ATSC 3.0 e o ISDB-T usando 64 QAM. . . 132
5.4 Funcionalidades implementadas nos novos perfis High, High 10, High 4:2:2
e High 4:4:4 [89]. . . 57
5.5 Parˆametros dos sinais SD e HD [88]. . . 57
5.6 Principais parˆametros do sistema de codifica¸c˜ao de ´audio – Servi¸co full-seg [100]. . . 62
5.7 Principais parˆametros do sistema de codifica¸c˜ao de ´audio – Servi¸co one-seg [100]. . . 63
5.8 Parˆametros do sistema de transmiss˜ao [104]. . . 66
5.9 Parˆametros do segmento OFDM [104]. . . 70
5.10 Parˆametros do sinal de transmiss˜ao [104]. . . 71
5.11 Taxa de dados de um ´unico segmento [104]. . . 72
5.12 Taxa total de dados para 13 segmentos [104]. . . 73
5.13 Taxa do c´odigo interno e sequˆencia do sinal de transmiss˜ao [104]. . . 78
6.1 Fatores de dimensionamento e normaliza¸c˜ao [115]. . . 98
6.2 Seis modelos operacionais de casos de uso [112]. . . 102
7.1 Dados da primeira etapa de medi¸c˜ao. . . 121
7.2 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao QPSK. . . 122
7.3 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao 16 QAM. . . 123
7.4 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao 64 QAM. . . 124 7.5 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao 256 QAM. . . 125 7.6 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao 1024 QAM. . 126 7.7 Dados da segunda etapa de medi¸c˜ao utilizando a constela¸c˜ao 4096 QAM. . 127 7.8 Taxas de Transmiss˜ao (Mb/s), 13 segmentos, Intervalo 1/16. . . 129 7.9 Desempenho do Sistema ISDB-T em Canal AWGN. . . 129
AL-FEC Application Layer Forward Error Corretion ALP ATSC Linklayer Protocol
AM-DSB Amplitude Modulation Double Side-Band
AM-DSB/SC Amplitude Modulation Double Side-Band with Supressed Carrier AM-SSB Amplitude Modulation Single SideBand
AM-VSB Amplitude Modulation Vestigial Side-Band ATSC Advanced Television Systems Committee AWGN Additive White Gaussian Noise
BaaS Broadcast as a Service
BICM Bit-Interleaved and Coded Modulation BST Band Segmented Transmission
BST-OFDM Band Segmented Transmission-Orthogonal Frequency Division Multiple-xing
C/N Carrier-to-noise ratio
CCFL Cold Cathode Fluorescent Lamp
CCIR Consultative Committee on International Radio CI Composition Information
CIE Comiss˜ao Internacional de Ilumina¸c˜ao
COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing CP Continual Pilot
CPQD Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunica¸c˜oes CRC Cyclic Redundancy Check
CRT Cathode Ray Tube
DASH Dynamic Adaptive Streaming over HTTP DASH-IF DASH Industry Forum
DFN Double Frequency Network
DSM-CC Digital Storage Media – Command and Control DVB-T Digital Video Broadcasting - Terrestrial
EA Emergency Alert
EAS Advanced Emergency Alerting EBU European Broadcasting Union EPG Guia Eletrˆonico de Programa¸c˜ao ERP Effective Radiated Power
ESG Electronic Service Guide
FCC Federal Communications Commission FEC Forward Error Corretion
HDR High Dynamic Range HDTV High-definition television
HE-AAC High-Efficiency Advanced Audio Coding HEVC High Efficiency Video Coding
HFR High Frame Rate HLG Hybrid Log-Gamma
HSL Hue-Saturation-Luminance HTML HyperText Markup Language HTTP Hypertext Transfer Protocol IFFT Inverse Fast Fourier Transform IP Internet Protocol
ISDB-T Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial
ISDB-Tb Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial - Brazilian Version ISO BMFF ISO Base Media File Format
ITU-R International Telecommunication Union Sector LC Low Complexity
LCD Liquid-crystal display LD Low-definition
LDM Layered Division Multiplexing LDPC Low-Density Parity-Check LED Light-emitting Diode
LTP Long Term Prediction MER Modulation error ratio MFN Multi Frequency Network MFU Media Fragment Unit
MIMO Multiple Input Multiple Output MISO Multiple Input Single Output MMT MPEG Media Transport
MMTP Multi Media Transport Protocol MPD Media Presentation Description MPE Multiprotocol Encapsulation MPU Media Processing Unit NGA Next Generation Audio
NTSC National Television System Committee OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OLED Organic Light-emitting Diode
OTA Over the Air OTT Over the Top
PAL Phase Alternating Line
PES Packtized Elementary Streams PID Program Identifier
RCA Radio Corporation of America RF R´adio Frequˆencia
RGB Red Green Blue
RMA Radio Manufactureres Association
ROUTE Real-Time Object Delivery over Unidirectional Transport SBR Spectral Band Replication
SBTVD Sistema Brasileiro de Televis˜ao Digital SD Standard-definition
SECAM S´equentiel Couleur `a M´emoire
SET Sociedade Brasileira de Engenharia de Televis˜ao SFN Single Frequency Network
SISO Single Input Single Output SLT Service List Table
SNR Signal-to-noise ratio SP Scattered Pilot
SSR Scalable Sample Rate STB Set-top box
TFT Thin-film transistor
TMCC Transmission and Multiplexing Configuration Control TN Twisted-nematic
TS Transport Stream
UDP User Datagram Protocol UHD Ultra-high-definition television UHF Ultra High Frequency
UTC Coordinated Universal Time UV Ultra Violeta
VHF Very High Frequency WCG Wide Color Gamut
Lista de Figuras viii Lista de Tabelas ix Lista de Siglas x 1 Introdu¸c˜ao 1 1.1 Motiva¸c˜ao . . . 1 1.2 Objetivo . . . 2
2 Teoria sobre Sistemas de TV 3
2.1 Forma¸c˜ao da Imagem no Olho Humano . . . 3 2.1.1 A Retina . . . 4 2.2 Forma¸c˜ao da Imagem na Televis˜ao . . . 6 2.2.1 Sequˆencia de quadros formando um v´ıdeo . . . 6 2.2.2 Varredura da imagem . . . 7 2.2.3 Pixel . . . 8 2.2.4 Resolu¸c˜ao da Imagem . . . 8 2.2.5 Aspecto de v´ıdeo . . . 10 2.2.6 Colorimetria . . . 10 2.2.7 Video Composto . . . 12 2.2.8 Gamut . . . 15 xxi
3 Os modelos de Televis˜ao 17 3.1 Televis˜ao Mecˆanica . . . 17 3.2 Televis˜ao Eletrˆonica . . . 20 3.2.1 Televis˜ao de LCD . . . 22 3.2.2 Televis˜ao de Plasma . . . 24 3.2.3 Televis˜ao de OLED . . . 25
4 A evolu¸c˜ao dos Padr˜oes de Transmiss˜ao 27
4.1 Padr˜oes de TV Anal´ogica colorida pelo mundo . . . 27 4.2 Padr˜oes ITU-R . . . 28 4.3 NTSC . . . 30 4.3.1 Hist´oria . . . 30 4.3.2 O Sistema M . . . 31 4.3.3 Crominˆancia . . . 32 4.3.4 Modula¸c˜ao da portadora de Cor . . . 35 4.4 SECAM . . . 40 4.4.1 Hist´oria . . . 40 4.4.2 Funcionamento . . . 41 4.4.3 Problemas . . . 41 4.5 PAL . . . 42 4.5.1 Hist´oria . . . 42 4.5.2 Funcionamento . . . 43 4.5.3 Banda do Sinal de Crominˆancia . . . 45 4.5.4 Especifica¸c˜oes das diferentes implementa¸c˜oes do PAL . . . 45
5 O Padr˜ao SBTVD 46
5.1 Um breve hist´orico . . . 46 5.2 Macro-Estrutura do Sistema de Transmiss˜ao . . . 50 5.2.1 Diagrama em Blocos . . . 50 5.2.2 Diagrama em Camadas . . . 51 5.3 Interatividade . . . 52 5.4 Encoder . . . 54 5.4.1 Sistema de Compress˜ao de V´ıdeo . . . 54
5.7.2 Gap Filler . . . 84 5.8 Receptor . . . 84 5.8.1 Descri¸c˜ao . . . 84 5.8.2 Receptor one-seg . . . 85 5.8.3 Receptor full-Seg . . . 86 6 O Padr˜ao ATSC 3.0 88 6.1 Introdu¸c˜ao . . . 88 6.1.1 Principais Funcionalidades . . . 89 6.2 As Camadas do Sistema de Transmiss˜ao . . . 90 6.3 Sistema de Descoberta e Sinaliza¸c˜ao . . . 90 6.4 Sistema de Transmiss˜ao - Camada F´ısica . . . 92 6.4.1 Physical Layer Pipe - PLP . . . 93 6.4.2 Bit-Interleaved and Coded Modulation - BICM . . . 94 6.4.3 Layered Division Multiplexing - LDM . . . 96 6.4.4 Vis˜ao Geral da Camada de Enlace - Link Layer . . . 99 6.4.5 Exemplos de modo de opera¸c˜ao . . . 101 6.5 Protocolos de Transporte . . . 102 6.5.1 MMT . . . 103 6.5.2 MPEG-DASH . . . 106 6.6 Codifica¸c˜ao de ´Audio e V´ıdeo . . . 107 6.6.1 Codifica¸c˜ao de V´ıdeo . . . 107 6.6.2 Codifica¸c˜ao de ´Audio . . . 108 6.7 Interatividade . . . 109
7 Comparativo entre o padr˜ao ATSC 3.0 e o ISDB-Tb 114 7.1 Introdu¸c˜ao . . . 114 7.2 Metodologia . . . 114 7.2.1 Cen´ario de Transmiss˜ao . . . 115 7.2.2 Cen´ario de Recep¸c˜ao . . . 115 7.2.3 Etapas do teste . . . 116 7.3 Resultados . . . 118 7.3.1 Imagens da tela do modulador . . . 118 7.3.2 Imagem da tela do demodulador . . . 119 7.3.3 Primeira Etapa . . . 121 7.3.4 Segunda Etapa . . . 122 7.4 Comparativo . . . 129 7.5 Conclus˜ao dos Resultados . . . 133
8 Conclus˜ao 134
A Especifica¸c˜oes das diferentes implementa¸c˜oes do PAL 137
B Decreto Nº 4.901 de 26 de novembro de 2003 140
Introdu¸
c˜
ao
1.1
Motiva¸
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ao
Nenhum outro meio de comunica¸c˜ao possui a penetra¸c˜ao que a TV tem na vida dos brasileiros. 97,4% dos brasileiros possuem-na em casa [1]. Seja atrav´es das telenovelas ou dos telejornais, a TV esteve presente em nossas casas, ao longo de v´arias gera¸c˜oes.
A hist´oria da televis˜ao se mistura com a da tecnologia. As constantes evolu¸c˜oes tecnol´ogicas possibilitaram fazer da TV uma verdadeira janela para o mundo, com os sat´elites e fibras ´opticas encurtando as distˆancias e fazendo com que as transmiss˜oes possam ser feitas de maneira mais r´apida, barata e segura.
No Brasil, o in´ıcio da televis˜ao se d´a com a TV Tupi, que teve sua primeira trans-miss˜ao em 18 de setembro de 1950 [2]. A primeira transmiss˜ao a cores s´o viria a ser feita em 19 de fevereiro de 1972, durante a Festa da Uva, no Rio Grande do Sul [3].
Foi somente em 2 de dezembro de 2007 que iniciamos a primeira transmiss˜ao de TV Digital, atrav´es do padr˜ao SBTVD (Sistema Brasileiro de Televis˜ao Digital), tamb´em conhecido como ISDB-Tb (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial - Brazilian Version) [4]. Tal processo foi um marco pois implementou uma s´erie de novas funciona-lidades `a TV, al´em de logicamente proporcionar melhores qualidades de som e imagem. No entanto, como a tecnologia segue avan¸cando, atualmente temos um novo padr˜ao de TV surgindo no mercado, o ATSC (Advanced Television Systems Committee) 3.0, que inclusive j´a come¸cou a ser explorado comercialmente na Coreia do Sul [5]. Tal padr˜ao estabelece uma s´erie de melhorias para a j´a avan¸cada transmiss˜ao digital, como trans-miss˜ao em 4k e integra¸c˜ao com a rede IP (Internet Protocol ). Tais avan¸cos trazem as
ferramentas necess´arias para que a TV possa continuar a ser um centro de entretenimento e informa¸c˜ao na casa de todos os brasileiros.
1.2
Objetivo
O objetivo deste trabalho ´e explicar as principais caracter´ısticas e diferen¸cas entre os padr˜oes SBTVD e ATSC 3.0 e, a partir de uma an´alise de suas camadas e funcionalidades, mostrar as melhorias que foram feitas no novo padr˜ao. No entanto, antes de apresentar os novos padr˜oes, o trabalho busca apresentar, em seu cap´ıtulo “Teoria sobre Sistemas de TV”, alguns conhecimentos acerca do sistema televisivo que o autor julgou necess´ario para melhor entediamento do leitor. Eles fornecem uma vis˜ao global sobre os principais conhecimentos necess´ario relativos ao ambiente televisivo. No cap´ıtulo “Os modelos de Televis˜ao”, o leitor ver´a como foi a evolu¸c˜ao do equipamento respons´avel por exibir todo o conte´udo advindo do trabalho ´arduo de toda uma emissora. O cap´ıtulo “A evolu¸c˜ao dos Padr˜oes de Transmiss˜ao” mostra como foi o desenvolvimento dos sistemas de transmiss˜ao, explicando o padr˜ao NTSC, PAL e SECAM. Entre os motivos de se ter escrito esse cap´ıtulo, destaca-se o fato de o sistema PAL ainda estar em uso no Brasil, na sua varia¸c˜ao M, e n˜ao ter previs˜ao de desligamento para cidades menores que 20 mil habitantes [6]. Nos cap´ıtulos “O Padr˜ao SBTVD” e “O Padr˜ao ATSC 3.0” ´e apresentado de maneira detalhada os sistemas SBTVD e ATSC 3.0, objetivo deste trabalho, atrav´es de uma abordagem que mostre o funcionamento das camadas e blocos dos sistemas, buscando ser mais f´acil o entendimento para o leitor. Entre os blocos analisados, destacam-se os sistemas de codifica¸c˜ao de ´audio e v´ıdeo e sua posterior multiplexa¸c˜ao, sistemas de codifica¸c˜ao de canal e modula¸c˜ao e o sistema de transmiss˜ao. Por fim ´e apresentado ao leitor o resultado de testes em campo, que foram feitos utilizando um transmissor localizado no Morro do Sumar´e e operando no padr˜ao ATSC 3.0. Tais testes tinham como objetivo verificar parˆametros como FEC, SNR, MER e bitrate, utilizando diferentes tipos de constela¸c˜ao e tamanhos de FFT, que ´e posteriormente comparado a testes feitos utilizando o padr˜ao SBTVD.
dispositivo ´optico, como uma m´aquina fotogr´afica ou uma filmadora. Quando olhamos para algum objeto, a imagem atravessa a c´ornea e chega `a ´ıris, respons´avel por regular a quantidade de luz que chega ao olho por meio da pupila. A imagem que chega ao cristalino, que funciona como uma lente, ´e focada sobre a retina que ´e processada pelo c´erebro, respons´avel por desinverter a imagem.
No caso de um dispositivo ´optico, o processo ´e muito similar, com a imagem atraves-sando a lente externa, que seriam os filtros UV (Ultra Violeta), e pasatraves-sando pelo diafragma, respons´avel por regular a quantidade de luz que entra na cˆamera. A imagem ent˜ao entra pela lente interna que a projeta sobre a pel´ıcula (ou sensor), formando a imagem.
Nos dois casos possu´ımos elementos em comum como a lente, diafragma e sensor (respectivamente cristalino, pupila e retina, no caso do ser humano). Na Tabela 2.1 e na Figura 2.1 temos um comparativo entre os dois casos.
Tabela 2.1: Tabela comparativa entre o olho humano vs dispositivo ´optico [8].
Fun¸c˜ao Na cˆamera No olho
Prote¸c˜ao/Foco Filtros UV/ Lentes C´ornea/Cristalino
Ajuste de Luz Diafragma Pupila/´Iris
Figura 2.1: Forma¸c˜ao da Imagem [7].
2.1.1
A Retina
A retina possui a fun¸c˜ao de transformar o est´ımulo luminoso em um est´ımulo nervoso e envi´a-lo ao c´erebro, para que as imagens sejam lidas. Para isso a retina conta com uma rede de sensores, os cones e bastonetes.
Cones
Possu´ımos aproximadamente 6,5 milh˜oes de c´elulas deste tipo. Elas s˜ao respons´aveis pela percep¸c˜ao da vis˜ao a cores. Existem trˆes tipos diferentes, onde cada um tem uma sensibilidade a um comprimento de onda distinto.
– Vermelhos (longo comprimento de onda - ”L” - 560nm − 580nm) – Verdes (m´edios comprimentos de onda - ”M” - 530nm − 540nm) – Azuis (curtos comprimentos de onda - ”S” - 420nm − 440nm)
nervo, ao contr´ario dos cones, onde cada um se conecta a um ´unico nervo [11].
Figura 2.3: A estrutura celular da retina (`a direita, 1 cone e 9 bastonetes) [12]. .
2.2
Forma¸
c˜
ao da Imagem na Televis˜
ao
2.2.1
Sequˆ
encia de quadros formando um v´ıdeo
Nosso c´erebro ´e capaz de ver, individualmente, somente 10 a 12 quadros por segundo. Imagens exibidas a uma frequˆencia maior que essa nos causa a falsa sensa¸c˜ao de movimento [13]. Essa ilus˜ao de ´otica, conhecida como fenˆomeno phi, ´e a base para o funcionamento de qualquer tipo de v´ıdeo. Na Figura 2.4 temos um exemplo da sequˆencia de quadros formando um v´ıdeo. No entanto, ´e somente com uma frequˆencia superior a 46 quadros por segundo que o efeito de flicker 1 ou cintila¸c˜ao desaparece, conforme Thomas Edison
havia descoberto. Assim, para a reprodu¸c˜ao de filmes em cinema, era utilizado no projetor um obturador de duas ou trˆes lˆaminas, de modo que um filme de 16 quadros por segundo
1Flicker ´e a troca vis´ıvel de brilho entre os quadros de um v´ıdeo. Esse fenˆomeno ´e comum de acontecer
pudesse ser exibido sem flicker (16 × 3 = 48 quadros por segundo), como mostrado na Figura 2.5.
Figura 2.4: Sequˆencia de quadros formando um v´ıdeo [14].
Figura 2.5: Projetor com um obturador de trˆes lˆaminas [15].
Apesar de resolver o problema do cinema, esse recurso n˜ao poderia ser empregado na transmiss˜ao de imagens via televis˜ao. Assim, em 1930, Fritz Schr¨oter, da Telefunken e, em 1932, Richard Ballard, da RCA (Radio Corporation of America) pensaram, de forma independente, em uma solu¸c˜ao para o problema tendo em mente o limite de banda que era utilizado nas transmiss˜oes sem fio de TV. Eles perceberam que dividindo a imagem em campo pares e ´ımpares, eliminariam o efeito de flicker e n˜ao aumentariam o uso de banda, nascendo assim o v´ıdeo entrela¸cado.
Para evitar que haja interferˆencias no v´ıdeo, a frequˆencia de varredura deve ser a mesma da rede el´etrica, que ´e de 50 Hz ou 60 Hz, a depender do pa´ıs. Os padr˜oes de trans-miss˜ao PAL (Phase Alternating Line) e NTSC (National Television System Committee) utilizam, respectivamente, essas frequˆencias.
Na Figura 2.6 podemos ver as etapas do processo de varredura.
Figura 2.6: Varredura do quadro da imagem [16].
Na primeira etapa s˜ao varridas as linhas ´ımpares que formam o campo ´ımpar da imagem e na segunda etapa, ´e feita a varredura das linhas pares, que formam o campo par da imagem. Os dois campos se fundem formando o quadro da imagem.
2.2.3
Pixel
O pixel ´e o menor elemento control´avel de uma imagem, sendo portando considerado a unidade fundamental de qualquer imagem ou v´ıdeo digital.
A palavra pixel vem de Picture Element, onde a contra¸c˜ao das duas palavras resultou na express˜ao pixel, j´a que a letra c de Picture foi substitu´ıda pela letra x.
Figura 2.7: Conjunto de pixels formando uma imagem [17].
2.2.4
Resolu¸
c˜
ao da Imagem
O pixel ´e utilizado para medir a resolu¸c˜ao de um v´ıdeo digital. Assim, uma imagem com N pixels de largura por M pixels de altura ter´a a resolu¸c˜ao de N x M. Usamos a letra p (progressivo) ou i (entrela¸cado) para indicar o tipo de varredura do v´ıdeo. Podemos citar, por exemplo:
A resolu¸c˜ao de um filme em Blu-Ray: 1920x1080p
A resolu¸c˜ao do padr˜ao de TV Digital Brasileiro (ISDB-Tb): 1920x1080i A resolu¸c˜ao do DVD: 720X480p
Os televisores mais novos s˜ao capazes de reproduzir imagens em 4K UHD (Ultra-high-definition television), cuja resolu¸c˜ao ´e 3840x2160 pixels.
H´a tamb´em a resolu¸c˜ao de 8K UHD, ainda em car´ater experimental, que possui resolu¸c˜ao de 7680x4320 pixels.
Nos televisores CRT (Cathode Ray Tube), a resolu¸c˜ao das imagens eram medidas em linhas. No caso do sistema sistema anal´ogico de transmiss˜ao NTSC, utilizado nos EUA, possu´ıamos uma resolu¸c˜ao de 525 linhas (das quais apenas 480 eram vis´ıveis. O resto era o tempo utilizado para que os el´etrons pudessem se reposicionar, entre o final de um frame e o in´ıcio do pr´oximo). Assim, como o aspecto de v´ıdeo (Se¸c˜ao 2.2.5) era 4:3, t´ınhamos uma resolu¸c˜ao efetiva de 640x480i.
Figura 2.8: Compara¸c˜ao de Resolu¸c˜oes de TV [18].
2.2.5
Aspecto de v´ıdeo
O aspecto de v´ıdeo ´e a raz˜ao entre a largura e a altura do quadro. Os mais comuns s˜ao 4:3, utilizados na transmiss˜ao SD e 16:9, tamb´em conhecido como Widescreen, utilizados nas transmiss˜oes HD. O aspecto 47:20 (2.35:1) ´e utilizado no cinema.
Figura 2.9: Compara¸c˜ao de Rela¸c˜oes de Aspecto [19].
2.2.6
Colorimetria
A colorimetria ´e o ramo da ´Optica que tem como objetivo o estudo das cores, o estabele-cimento dos parˆametros para as definir e o desenvolvimento dos m´etodos utilizados para as quantificar, medir e analisar.
Figura 2.10: Espectro de Cores Vis´ıveis [20].
A CIE (Comiss˜ao Internacional de Ilumina¸c˜ao) propˆos, em 1931, um m´etodo para representa¸c˜ao de cores, utilizando as cores b´asicas, vermelho (Red), verde (Green) e azul (Blue), tomando por base a tricromacia da retina humana, como mostrado na Subse¸c˜ao 2.1.1, e adotou curvas padr˜ao para a determina¸c˜ao de cores. Este m´etodo ficou denomi-nado RGB (Red Green Blue) [21].
Corresponde `a pureza da cor, isto ´e, `a sua pureza espectral. Uma cor com alta satura¸c˜ao ´e uma cor bem definida dentro da sua faixa espectral. No modelo HSL (Hue-Saturation-Luminance), indica a propor¸c˜ao de quantidade de cor em rela¸c˜ao `a cor cinza m´edia. Dessa forma, a redu¸c˜ao da satura¸c˜ao transforma a cor em cinza m´edio. Reduzir sua satura¸c˜ao ´e equivalente a transformar uma imagem colorida em uma imagem em preto e branco.
Uma cor com baixa satura¸c˜ao ´e uma cor indefinida, a que lhe corresponde uma ampla faixa espectral, tendendo, no limite, para a cor branca (abrangendo todo o espectro de luz vis´ıvel).
Esses trˆes parˆametros s˜ao conhecidos como modelo de cor HSL. Cada parˆametro deste modelo pode ser visto na Figura 2.11
Figura 2.11: O Modelo HSL [22].
2.2.7
Video Composto
Quando falamos em V´ıdeo Composto, que ´e um sinal anal´ogico, estamos falando de uma imagem formada por um sinal cont´ınuo, que varia em fun¸c˜ao do tempo. Dessa forma, este tipo de sinal ´e lido de forma direta, sem passar por nenhum processo de decodifica¸c˜ao complexa.
Como o pr´oprio nome diz, nessa t´ecnica o v´ıdeo ´e composto por duas componentes: Luminˆancia (Y)
- Principal Componente da Imagem, sendo respons´avel pelas informa¸c˜oes do “preto e branco”
- Como o olho humano ´e mais sens´ıvel `a luminˆancia, ela representa a maior parte da informa¸c˜ao.
Crominˆancia (C)
- Componente de cor da imagem
- Usa as trˆes cores prim´arias, o RGB (Red Green Blue)
O Sinal de Luminˆancia (Y) ´e composto a partir dos sinais RGB, de modo a formar o sinal “preto e branco” [23]:
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
Como o sinal (Y) j´a representa o brilho das cores, isto ´e, a imagem preto e branca, as cores s˜ao transmitidas sem brilho [23]:
(R-Y) = 0.701R - 0.587G - 0.114B (B-Y) = - 0.299R - 0.587G + 0.886B
O sinal (G–Y) ´e obtido a partir dos sinais (R–Y) e (B–Y)
Na Figura 2.12 temos as componentes (R-Y) , (G–Y) e (B-Y) sendo representadas.
(a) (R-Y). (b) (G-Y). (c) (B-Y).
Figura 2.12: Componentes da Crominˆancia [23].
Essas componentes s˜ao ent˜ao somadas, compondo o sinal (R-Y) (G–Y) (B-Y), mostrado na Figura 2.13.
O sinal da Figura 2.13 ´e somado com o sinal de Luminˆancia (Y), mostrado na Figura 2.14.
Figura 2.14: O sinal Y [23].
Para ent˜ao formar o sinal RGB, mostrado na Figura 2.15.
Figura 2.15: O sinal RGB [23].
Unidade IRE
Para medir o n´ıvel do sinal de v´ıdeo anal´ogico, o Instituto de Engenheiros de R´adio criou a unidade IRE, que levou o mesmo nome da institui¸c˜ao [24].
O valor de 100 IRE foi originalmente definido como o intervalo entre o n´ıvel de apagamento e o pico de n´ıvel de branco [25]. Note que utilizamos o valor de IRE no lugar da tens˜ao DC para descrever os n´ıveis e as amplitudes relativas. Dessa forma, os valores de tens˜ao ser˜ao diferentes a depender do tipo de tecnologia que estamos analisando.
No caso do Sistema PAL, ter´ıamos, por exemplo: 1 IRE = 7.00 mV
Pico de Branco 700 mV = 100 IRE N´ıvel de Preto 0 mV = 0 IRE N´ıvel de Apagamento 0V = 0 IRE
Intervalo de Sincronismo -300 mV = -43 IRE
Essa unidade ´e usada na ITU-R (International Telecommunication Union Sector ) BT.470 na qual define os padr˜oes de transmiss˜ao PAL, NTSC e SECAM (S´equentiel Couleur `a M´emoire) [26].
Valores t´ıpicos no sistema NTSC [27]: 1 IRE = 7.14 mV
Pico de Branco 714.3 mV = 100 IRE N´ıvel de Preto 53.57 mV = 7.5 IRE N´ıvel de Apagamento 0V = 0 IRE
Intervalo de Sincronismo -285.7 mV = -40 IRE
Frequˆencia de varredura horizontal (FH) = 15750 Hz = 525 linhas × 30 quadros por
Figura 2.16: N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico - NTSC [28].
2.2.8
Gamut
O Gamut ´e um subconjunto de cores que podem ser reproduzidos de forma correta por um dado sistema. As televis˜oes compat´ıveis com a resolu¸c˜ao HDTV (High-definition television) seguem a recomenda¸c˜ao ITU-R BT.709, enquanto as mais novas, que possuem a tecnologia HDR (High Dynamic Range) e s˜ao compat´ıveis com a resolu¸c˜ao UHD seguem a recomenda¸c˜ao ITU-R BT.2020. O espa¸co de cor das duas recomenda¸c˜oes pode ser visto na Figura 2.17, que apresenta o espa¸co de cores CIE 1931.
1930, consistia em um disco de metal com uma s´erie de furos que permitia a passagem da luz, formando como se fossem quadros. Um detector de selˆenio, cuja condutividade el´etrica variava de acordo com a luminosidade, transmitia esses sinais el´etricos para um emissor de luz, que iluminava um disco an´alogo ao que foi usado na capta¸c˜ao, girando na mesma velocidade angular [30]. O Disco de Nipkow, nome pelo qual ficou conhecido, pode ser visto na Figura 3.1.
Figura 3.1: Disco de Nipkow [31].
Na Figura 3.2 temos vis˜ao esquem´atica do Disco de Nipkow, que mostra os trajetos circulares produzidos pela luz que passa atrav´es dos furos. A ´area do disco contornada em preto mostra a regi˜ao escaneada.
Figura 3.2: Vis˜ao Esquem´atica do Disco de Nipkow [32].
Foi atrav´es dessa tecnologia que ocorreu a primeira demonstra¸c˜ao p´ublica de TV, em 1925, onde o inventor escocˆes John Logie Baird (1888-1946) conseguiu exibir imagens de um rosto humano na loja de departamento Selfridges [33]. No entanto, como os rostos humanos possu´ıam contraste inadequado para aparecer em seu sistema primitivo de tele-vis˜ao, ele filmou os bonecos de ventr´ıloquo chamados “James” e “Stooky Bill” falando e se mexendo, como visto na Figura 3.3a
(a) Baird com seus equipamento de capta-¸c˜ao e seus fantoches “James” e “Stooky Bill” [34].
(b) Baird e seu receptor de TV [35].
Figura 3.3: Capta¸c˜ao e Exibi¸c˜ao na TV Mecˆanica.
Posteriormente come¸cou a ser comercializado no Reino Unido o que ficou conhecido como “Televis˜ao Baird”, mostrado na Figura 3.4a. Ela possu´ıa 30 linhas de resolu¸c˜ao e exibia a imagem a uma taxa de 5 quadros por segundo.
(a) Televis˜ao Baird [36]. (b) Imagem da Televis˜ao Baird [37].
Figura 3.4: Televis˜ao Baird e sua imagem exibida ampliada.
Em 1928, a WRNY inicia a sua transmiss˜ao para o p´ublico [38]. O sistema produz uma imagem laranja, de aproximadamente 9, 68cm2, com uma frequˆencia de varredura progressiva de 48 linhas a uma taxa de 7,5 quadros por segundo. Essa imagem com baixa resolu¸c˜ao (e sem som) podia ser transmitida utilizando a banda de 5 kHz das esta¸c˜oes de r´adio AM.
Na Figura 3.5 temos a capta¸c˜ao e a recep¸c˜ao de televis˜ao funcionando a partir do disco de Nipkow.
Observe que o receptor de TV, localizado na parte esquerda da Figura 3.5b, trans-mite o sinal de v´ıdeo para uma lˆampada de neon que varia seu brilho conforme cada ponto da imagem, como mostrado na Figura 3.2.
(a) Transmissor TV Mecˆanica 1928 [39]. (b) Receptor TV Mecˆanica 1928 [40].
Figura 3.5: Capta¸c˜ao e Exibi¸c˜ao da WRNY.
amadureci-mento, ao longo da d´ecada de 30, fez com que as televis˜oes mecˆanicas ficassem rapidamente ultrapassadas, j´a que a nova tecnologia podia atingir at´e mais que 600 linhas e com uma taxa de quadros por segundo mais elevada. Assim, as ´ultimas transmiss˜oes de televis˜ao mecˆanica terminaram em 1939, cujas esta¸c˜oes eram administradas por um punhado de universidades p´ublicas nos Estados Unidos.
3.2
Televis˜
ao Eletrˆ
onica
Em 1925, o engenheiro japonˆes Kenjiro Takayanagi (1899-1990) come¸cou a trabalhar em um sistema similar ao usado por John Logie Baird. No entanto, ele aprimorou esse sistema, utilizando o disco de Nipkow e um tubo fotoel´etrico na transmiss˜ao e um CRT (Cathode Ray Tube) na recep¸c˜ao.
Em 25 de dezembro de 1926 Takayanagi demonstrou seu sistema na escola In-dustrial Hamamatsu, onde ele lecionava na ´epoca. A primeira imagem transmitida foi o caractereィ do silab´arico katakana da escrita japonesa, com uma resolu¸c˜ao de 40 linhas e 14 frames por segundo. Em 1928 ele conseguiu transmitir a imagem de uma pessoa [41].
Na Figura 3.6 temos a recrea¸c˜ao do experimento, exposto no NHK Broadcasting Museum em Atagoyama, T´oquio
Figura 3.6: Recrea¸c˜ao do experimento de Takayanagi [42].
A primeira televis˜ao eletrˆonica de CRT foi fabricada pela Telefunken na Alemanha, em 1934 (Figura 3.7a) [43], seguida por outras fabricantes na Fran¸ca (Figura 3.7b) e Reino Unido (Figura 3.7c), em 1936 [44] [45]. Em 1938, foi lan¸cado um modelo de 9 polegadas por $125 (Figura 3.7d), o que corresponderia a $2.221,15 em 2018 [46] [47].
(a) Telefunken FE-III [43]. (b) EMYVISOR Modelo 95 [44].
(c) Baird T5 [45]. (d) Communicating Systems, Inc TV [46].
Figura 3.7: Primeiros Modelos de Televis˜ao.
Foi somente ap´os a Segunda Guerra Mundial que o uso de televisores disparou, devido a uma maior produ¸c˜ao, que antes estava restrita devido `a guerra. O aumento da produ¸c˜ao levou a uma queda dos pre¸cos dos aparelhos, que aliado ao fato das pessoas pas-saram a ter mais tempo de lazer e maior renda dispon´ıvel, contribuiu para o aumento das vendas, como mostrado na Figura 3.8. Enquanto apenas 0,5% dos americanos possu´ıam um televisor em casa em 1946, 55,7% o tinham em 1954 e 90% o tinham em 1962 [48].
Figura 3.8: Modelos de Televis˜ao 1948-1949 vendidos nos EUA [49].
3.2.1
Televis˜
ao de LCD
A tecnologia de LCD (Liquid-crystal display) usa as propriedades de modula¸c˜ao da luz que existem nos cristais l´ıquidos para produzir imagens. Para tanto ´e utilizado uma luz de fundo, conhecida como backlight para produzir imagens preto e branca ou coloridas.
Apesar de o LCD ter sido inventado em 1964 nos Laborat´orios da RCA, em Prince-ton, NJ, foi somente em 1970, com o desenvolvimento do modo de opera¸c˜ao TN (Twisted-nematic), que o LCD passou a ter o primeiro sucesso comercial. Os primeiros dispositivos lan¸cados com esta tecnologia eram equipamentos port´ateis como calculadoras de bolso e rel´ogios digitais, como o lan¸cado em setembro de 1973 pela Seiko Epson.
Figura 3.10: O primeiro rel´ogio de televis˜ao do mundo, com um LCD de matriz ativa [52].
Foi somente em 1988 que a Sharp demonstrou o que pode ser definido como uma te-levis˜ao de mesa, e n˜ao uma televis˜ao port´atil. Era um modelo de 14 polegadas, totalmente colorida e com movimento total pelo display, que pode ser visto na Figura 3.11.
Retroiluminados por LED
Os televisores LCD retroiluminados por LED, popularmente conhecidos como TVs de LED, nada mais s˜ao que uma melhoria no sistema de retroilumina¸c˜ao antigo, que utili-zava CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp). Assim, ao utilizar-se LED (Light-emitting Diode), tem-se um menor consumo de energia, maiores taxas de contraste e menor gros-sura do painel [53].
Na Figura 3.12 temos um comparativo dos diferentes tipos de retroilumina¸c˜ao [54].
Figura 3.12: Comparativo dos diferentes tipos de retroilumina¸c˜ao [55].
Full LED: Os LEDs s˜ao distribu´ıdos uniformemente por tr´as de toda a tela. ´E o que proporciona a melhor taxa de contraste, j´a que pode-se controlar os LEDs individualmentes, por´em ´e o mais caro entre eles.
Edge LED: Os LEDs s˜ao colocados na borda da tela. ´E o mais comum de ser encontrado. N˜ao possui um contraste t˜ao bom quanto o Full Array por´em ainda ´e melhor que a retroilumina¸c˜ao de CCFL, usada no LCD comum.
CCFL: Possui a ilumina¸c˜ao feita por lˆampadas fluorescentes. Era o m´etodo de retroilumina¸c˜ao utilizado antes da chegada do LED.
3.2.2
Televis˜
ao de Plasma
O display de Plasma ´e um tipo de painel que funciona a partir da ioniza¸c˜ao de gases nobres contidos em min´usculas c´elulas revestidas por f´osforo nas cores RGB, que emitem luz ao serem ionizadas.
Figura 3.13: Funcionamento do painel de plasma [56].
O fato de cada pixel ter um controle da luz de forma independente proporciona uma de suas maiores vantagens em rela¸c˜ao aos pain´eis de LCD, j´a que permite taxas de contraste muito superiores e uma reprodu¸c˜ao mais fiel de cores (maior gamut ).
Pelo fato destes pain´eis terem um maior custo e consumo de energia quando com-parados aos pain´eis de LED, somado ao advento de tecnologias como o Full LED e o surgimento dos pain´eis OLED (Organic Light-emitting Diode), essas telas come¸caram a ter sua venda reduzida, o que resultou no fim de sua produ¸c˜ao em 2014 nos EUA [57].
3.2.3
Televis˜
ao de OLED
OLED ´e um LED no qual a camada eletroluminescente emissiva ´e uma pel´ıcula de com-posto orgˆanico que emite luz em resposta a uma corrente el´etrica. Essa camada de semi-condutor orgˆanico est´a situada entre dois eletrodos.
Figura 3.14: Funcionamento do painel de OLED [58].
Um display OLED funciona sem retroilumina¸c˜ao pois exibe luz vis´ıvel. Assim, consegue-se exibir n´ıveis de preto mais profundos e fabricar pain´eis mais finos e leves que os de LCD. Gra¸cas a essa caracter´ıstica do painel OLED, em condi¸c˜oes de pouca luminosidade, como em uma sala escura, a tela de OLED pode atingir uma taxa de contraste maior que a do LCD, independentemente de o LCD usar retroilumina¸c˜ao de LED ou CCFL.
4.1
Padr˜
oes de TV Anal´
ogica colorida pelo mundo
Temos trˆes principais padr˜oes de TV Anal´ogica coloridas pelo mundo. O NTSC (Natio-nal Television System Committee), PAL (Phase Alternating Line) e SECAM (S´equentiel Couleur `a M´emoire). Pelo fato do NTSC ter sido o primeiro a ser desenvolvido, muitas de suas caracter´ısticas est˜ao presentes no sistema PAL, sistema esse que foi e ainda ´e utilizado no Brasil (nos munic´ıpios que ainda n˜ao fizeram o switch-off do anal´ogico), em sua varia¸c˜ao M.
Na Figura 4.1 temos um mapa de como se dava a utiliza¸c˜ao dos sistemas anal´ogicos pelo mundo. Tais sistemas ter˜ao seu funcionamento explicado ao longo desse cap´ıtulo.
Figura 4.1: Os Padr˜oes de TV Anal´ogica [60].
4.2
Padr˜
oes ITU-R
Ap´os a Segunda Guerra Mundial, houve um crescimento vertiginoso no uso da televis˜ao. Com seu barateamento, mais pessoas puderam ter acesso a esse bem de consumo, o que levou ao crescimento do n´umero de emissoras de TV por todo o mundo. Junto a esse fenˆomeno foi observado o surgimento de diversos padr˜oes de transmiss˜ao, que foram posteriormente padronizadas pelo ITU-R (Chamado de CCIR (Consultative Committee on International Radio) at´e 1992), na Conferˆencia Internacional de Estocolmo, em 1961 [61].
H 625 25 15625 8 5 +5.5 1.25 C3Fneg 4.433618 F3E 50 B´elgica I 625 25 15625 8 5.5 +5.996 1.25 C3Fneg 4.433618 F3E 50 Inglaterra
K 625 25 15625 8 6 +6.5 0.75 C3Fneg 4.3 F3E 50
Uni˜ao Sovi´etica
(K’) 625 25 15625 8 6 +6.5 1.25 C3Fneg 4.3 F3E 50 –
L 625 25 15625 8 6 +6.5 1.25 C3Fpos 4.3 A3E – Fran¸ca
M/b&w 525 30 15750 6 4.2 +4.5 0.75 C3Fneg – F3E 25 EUA/Jap˜ao M/NTSC 525 29.97 15734 6 4.2 +4.5 0.75 C3Fneg 3.579545 F3E 25 EUA/Jap˜ao M/PAL 525 29.97 15734 6 4.2 +4.5 0.75 C3Fneg 3.575611 F3E 25 Brasil
N 625 25 15625 6 4.2 +4.5 0.75 C3Fneg 3.582056 F3E 25 Argentina
Os sistemas A, C, E , F e K’, apresentados na tabela 4.1, ca´ıram em desuso; Nos sistemas a cores NTSC e PAL-M, a frequˆencia de campo foi alterada de 60 para 59.94 e a frequˆencia H foi alterada de 15750 para 15734 Hz (59.94 × 262.5), pelo motivo mostrado na subse¸c˜ao 4.3.4.
Polaridade de Imagem - Defini¸c˜ao do referencial para medir o valor da lumi-nˆancia a partir da potˆencia da portadora. Se positivo, o valor de m´axima luminˆancia ´e representado pela m´axima potˆencia da portadora. Se negativo, o valor de m´axima luminˆancia ´e representado pela potˆencia nula da portadora.
A nomenclatura C3Fpos indica a existˆencia de Modula¸c˜ao em Amplitude com Faixa Lateral Vestigial - AM-VSB (Amplitude Modulation Vestigial Side-Band ) - com polaridade de Imagem Positiva; a nomenclatura C3Fneg indica a existˆencia de Modula-¸c˜ao em Amplitude com Faixa Lateral Vestigial - AM-VSB - com polaridade de Imagem Negativa; a nomenclatura A3E indica Modula¸c˜ao em Amplitude com Faixa Lateral Du-pla - AM-DSB (Amplitude Modulation Double Side-Band ); a nomenclatura F3E indica Modula¸c˜ao em Frequˆencia.
Modula¸c˜ao AM-VSB - (usado apenas para luminˆancia) - O espectro de sinal de transmiss˜ao da TV ´e de faixa larga, por´em ele cont´em baixas frequˆencias importan-tes, como o brilho m´edio, e ´e transmitido na faixa de VHF (Very High Frequency), de
forma que o uso da modula¸c˜ao AM-SSB (Amplitude Modulation Single SideBand ) se torna impratic´avel para o transporte do sinal de luminˆancia. A modula¸c˜ao AM-DSB/SC (Am-plitude Modulation Double Side-Band with Supressed Carrier ) seria uma alternativa, no entanto, ela utiliza o dobro da largura da faixa da mensagem para a transmiss˜ao. Dessa forma, a modula¸c˜ao AM-VSB ´e a que possui o melhor custo-benef´ıcio para a transmiss˜ao, j´a que por manter um vest´ıgio da portadora lateral, ela mant´em as frequˆencias mais baixas [63].
Figura 4.2: Modula¸c˜ao AM-VSB [63].
4.3
NTSC
4.3.1
Hist´
oria
O Comitˆe Nacional do(s) Sistema(s) de Televis˜ao, NTSC, que foi criado em 1940 pela RMA (Radio Manufactureres Association), pediu, em 1949, que se achasse um padr˜ao de televis˜ao colorida compat´ıvel com o sistema preto e branco legado, de modo a substituir o sistema de cores que estava sendo utilizado desde 1948, que n˜ao era compat´ıvel com o sistema anterior. O nome dado ao padr˜ao NTSC (National Television System Committee) foi o mesmo da organiza¸c˜ao representativa do setor, respons´avel pelo pedido de cria¸c˜ao deste padr˜ao.
A RCA aceitou o desafio e criou um padr˜ao totalmente novo, retrocompat´ıvel, de modo que as pessoas pudesse assisti-lo utilizando seus televisores antigos. Esse padr˜ao foi submetido para aprova¸c˜ao da FCC (Federal Communications Commission) em 25 de junho de 1953, que autorizou seu uso em 01 de janeiro de 1954, adotando o padr˜ao de 525 linhas [64].
Figura 4.3: Sinal Composto do Sistema CCIR M [62].
Abaixo temos algumas caracter´ısticas do Sistema [62]: - 262.5 linhas por campo
- 525 linhas horizontais por quadro (262.5 × 2) - 20 linhas usadas no sincronismo vertical - 242.5 linhas ativas (485 por quadro)
- Posteriormente, o Close Caption foi atribu´ıdo `a linha 21 - 483 linhas ativas por quadro
- Frequˆencia de varredura horizontal (FH) = 15750 Hz = 525 linhas × 30 quadros por
segundo
Na Figura 4.4 temos o espectro da portadora desse sistema, que possui modula¸c˜ao AM-VSB para luminˆancia, com uma portadora de v´ıdeo de 4.2 MHz e Banda Vestigial de 0.75 MHz. A separa¸c˜ao de ´audio e v´ıdeo ´e de +4.5 MHz e o ´audio ´e modulado em frequˆencia - FM (Frequency Modulation) - com desvio de frequˆencia de ∆f = 25 kHz. A largura do canal ´e de 6 MHz.
Figura 4.4: Portadora de Luminˆancia [62].
4.3.3
Crominˆ
ancia
Como foi falado no Cap´ıtulo 2.2.6, temos trˆes parˆametros para definir a cor: - Luminosidade ou Brilho (Luminance or Brightness)
- Matiz ou tonalidade (Hue) - Satura¸c˜ao (Saturation )
A partir da Figura 4.6 podemos ver como tais parˆametros s˜ao utilizados para forma¸c˜ao da imagem no sistema NTSC. Na Figura 4.8 podemos ver como as fases das cores s˜ao calculadas a partir de um plano formado pelas componentes (B-Y) e (R-Y).
Figura 4.5: N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico Sinal Monocrom´atico - NTSC [65].
Figura 4.6: N´ıveis de V´ıdeo Anal´ogico com Subportadora de Cor - NTSC [66].
O sinal de v´ıdeo do color bar, mostrado na Figura 4.7, ´e utilizado para realizar testes de cores pois as elas est˜ao agrupadas em ordem de brilho, como pode ser visto a partir da Figura 4.6.
Figura 4.7: Color Bar.
Figura 4.8: NTSC Vector Scope [67].
O ponto falho do sistma NTSC s˜ao os desvios de fase da subportadora que ocorrem com frequˆencia, causando altera¸c˜oes de matiz no receptor de TV em cores. Por esse motivo, o NTSC ´e `as vezes referido como ”Never Twice the Same Color” - Nunca duas vezes a mesma cor. No entanto, esse problema foi resolvido, de duas formas diferentes, nos outros 2 sistemas europeus: O PAL e o SECAM. Na Figura 4.9 pode-se ver os erros causados no matiz.
4.3.4
Modula¸
c˜
ao da portadora de Cor
Os sinais (R–Y) e (B-Y) modulam uma portadora de 3.58 MHz (ou mais precisamente 3.579545 MHz) denominada “subportadora de cor” em quadratura - QAM (Quadrature Amplitude Modulation) [69]
Figura 4.10: Modula¸c˜ao do Sinal de Croma [69].
O sinal de croma ´e um sinal que varia em fase e amplitude. - A amplitude do sinal de croma ir´a determinar a satura¸c˜ao. - A fase do sinal de croma ir´a determinar o matiz.
Para que o receptor tenha “conhecimento” da referˆencia de fase (3.58 MHz ] 0º) ´e transmitido o “sincronismo de cor” ou “burst”, localizada na parte de backporch (entre o fim do pulso de sincronismo de linha e o in´ıcio do v´ıdeo), mostrado na Figura 4.6.
Escolha da frequˆencia da subportadora de cor (fsc)
Para escolher o valor da subportadora de cor, devemos levar em considera¸c˜ao alguns aspectos:
- A subportadora deveria ter frequˆencia alta o bastante para evitar interferˆencia com o sinal de luminˆancia
- A frequˆencia deveria ser baixa o suficiente para que a banda lateral superior ficasse dentro da banda de v´ıdeo.
Figura 4.11: Escolha da Frequˆencia da Subportadora de Cor [70].
Levando em considera¸c˜ao esses fatores, foi escolhido uma frequˆencia que seria 455 vezes a metade da frequˆencia de linha, isto ´e, a frequˆencia de varredura horizontal [62]. Dessa forma:
FH = 15750 Hz = 525 linhas × 30 quadros por segundo
fsc = 455 × F2H
fsc = 3.583125 MHz
No entanto, nos primeiros testes, foi detectada uma interferˆencia por intermodula-¸c˜ao, causada pelo batimento da subportadora de croma com a portadora de ´audio (FA):
FA – fsc = 4.5 MHz – 3.58 MHz ≈ 920kHz;
Estudos mostraram que para minimizar a interferˆencia, tanto a frequˆencia da sub-portadora quanto o batimento deveriam ser m´ultiplos de FH
2 . No entanto, para a portadora
de ´audio ser m´ultipla de FH
2 , uma das duas condi¸c˜oes abaixo deveria ser satisfeita [70]:
fsc = 455 ×FH02 = FH0 × 227.5
fsc = 157501.001 × 227.5
fsc = 3.579545 MHz
Observe na Figura 4.12 que a subportadora de cor est´a posicionada nos ”gaps” de baixa intensidade do sinal de luminˆancia, centrada na frequˆencia calculada anteriormente.
Figura 4.12: Localiza¸c˜ao da Subportadora de Cor [70].
O Sinal Em Quadratura
Devido `a largura de banda restrita destinada a subportadora de cor no padr˜ao NTSC (como mostrado na Figura 4.11), a escolha de qual sinal seria privilegiado em fun¸c˜ao do outro (I e Q) ´e uma rela¸c˜ao de compromisso.
Para contornar esse problema, foi utilizado o fato do olho humano ter maior sen-sibilidade de resolu¸c˜ao aos tons de cores alaranjados e ciano e menor sensibilidade aos tons verde e magenta. Assim, o eixo da informa¸c˜ao de crominˆancia foi rotacionado em 33º, de modo que o sinal em fase (I), representando os tons de cores alaranjados e ciano pudesse ter por volta de o dobro da largura de banda que o sinal em quadratura (Q), representando os tons de cores verde e magenta (Figura 4.13). No entanto, o sinal Q seria
transmitido com bandas laterais iguais, enquanto que o sinal I teria as bandas laterais truncadas (Figura 4.14) [64].
Figura 4.13: Componentes I e Q da Subportadora de Cor [70].
Aplicando-se a rota¸c˜ao, temos os seguintes valores das componentes I e Q [25]: I = - 0.2680(B-Y) + 0.7358(R-Y)
Q = + 0.4127(B-Y) + 0.4778(R-Y)
O valor de tens˜ao instantˆaneo EN T SC do sinal NTSC completo codificado ´e dado
por:
EN T SC = Y + Q sin(ωt + 33°) + I cos(ωt + 33°)
onde Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B ω = 2π × fsc
Ao sinal I modulado em AM-VSB e ao sinal Q modulado em AM-DSB, foram atribu´ıdas, respectivamente, a banda de 1.4 MHz e 0.5 MHz, conforme mostrado na Figura 4.14 [70].
Figura 4.14: Banda ocupada das componentes I e Q [70].
Resolu¸c˜ao de Crominˆancia
Abaixo temos algumas informa¸c˜oes a respeito da resolu¸c˜ao de crominˆancia das compo-nentes I e Q.
Sinal I:
- Per´ıodo do Ciclo (T): T = 1f MHz = 1.41 MHz ≈ 0.71 µs
- Ciclos por linha: Como cada per´ıodo de v´ıdeo ativo (forma¸c˜ao de uma linha) tem 52.6 µs (veja Figura 2.16) e cada per´ıodo do ciclo tem 0.71 µs, temos que existir˜ao
52.6
0.71 ≈ 73.7 ciclos em uma linha.
- Pixels por linha: Como o sinal ´e entrela¸cado, temos que multiplicando o n´umero de ciclos de cada linha por dois, teremos o n´umero de ”pixels”por linha → 73.7 × 2 ≈ 147 “pixels” por linha.
- Maior resolu¸c˜ao (33% da resolu¸c˜ao de luminˆancia) devido a maior sensibilidade do olho humano aos tons alaranjados e ciano.
Sinal Q:
- Per´ıodo do Ciclo (T): T = 1f MHz = 0.51 MHz = 2.0 µs
- Ciclos por linha: Como cada per´ıodo de v´ıdeo ativo (forma¸c˜ao de uma linha) tem 52.6 µs (veja Figura 2.16) e cada per´ıodo do ciclo tem 2.0 µs, temos que existir˜ao
52.6
- Pixels por linha: Como o sinal ´e entrela¸cado, temos que multiplicando o n´umero de ciclos de cada linha por dois, teremos o n´umero de ”pixels”por linha → 26.3 ×2 ≈ 53 “pixels” por linha.
- Menor resolu¸c˜ao (12% da resolu¸c˜ao de luminˆancia) devido a menor sensibilidade do olho humano aos tons verde e magenta.
Espectro completo do sinal
De forma a mostrar de maneira mais clara o que foi exposto nesse cap´ıtulo, temos na figura 4.15 uma visualiza¸c˜ao mais completa do espectro do sinal.
Figura 4.15: Espectro do Sinal NTSC [71].
4.4
SECAM
4.4.1
Hist´
oria
SECAM (S´equentiel Couleur `a M´emoire) - Cor Sequencial com Mem´oria - foi um padr˜ao desenvolvido na Fran¸ca a partir de 1956, tendo sua primeira vers˜ao sido apresentada em 1961. Foi usado em pa´ıses falantes do francˆes e nos pa´ıses que compunham a antiga URSS. Vers˜oes com melhorias foram apresentadas em 1965 (SECAM II e SECAM III). Este padr˜ao ´e fruto do trabalho conjunto da Fran¸ca com a antiga USSR.
Na Figura 4.16 temos o diagrama do Color Bar no sistema SECAM mostrando as frequˆencias e amplitudes (relativas ao n´ıvel de pico de branco) das duas subportadoras para um Color Bar de 75%.
Figura 4.16: Diagrama do Color Bar do Sistema SECAM [73].
4.4.3
Problemas
Entre as desvantagens do SECAM podemos citar o fato dele utilizar a modula¸c˜ao FM na subportadora de croma, o que acaba causando interferˆencia no sinal de luminˆancia, como pode ser visto na Figura 4.17 [70].
Figura 4.17: Falha causada pela modula¸c˜ao FM [70].
Ao utilizar modula¸c˜ao FM, ele tamb´em gera um problema na edi¸c˜ao dos v´ıdeos, j´a que esse tipo de modula¸c˜ao n˜ao possui uma resposta linear com rela¸c˜ao `a entrada [74]. Assim, ao juntar dois sinais SECAM sincronizados, n˜ao obtemos um sinal SECAM v´alido, ao contr´ario do que acontece com o PAL ou NTSC.
Esse sistema ficou conhecido pelo apelido de ”Something Essentially Contrary to the American Method” - Algo completamente diferente do sistema americano.
4.5
PAL
4.5.1
Hist´
oria
O PAL (Phase Alternating Line) foi um padr˜ao de transmiss˜ao desenvolvido pela Tele-funken, Alemanha, e apresentado em 1963, como o resultado da tentativa de resolver os problemas apresentados pelo NTSC como a mudan¸ca nos tons das cores sob m´as condi-¸c˜oes de transmiss˜ao, sendo essa uma quest˜ao importante, dada a geografia do continente europeu. Tamb´em era necess´ario fornecer um padr˜ao que funcionasse em 50 Hz, dado que esta ´e a frequˆencia da rede el´etrica utilizada nos pa´ıses europeus.
O PAL foi desenvolvido por Walter Bruch na Telefunken, em Hanover, Alemanha, tendo importantes contribui¸c˜oes do Dr. Kruse e Gerhard Mahler. O formato foi patente-ado pela Telefunken em 1962, citando Bruch como inventor, e revelpatente-ado aos membros da EBU (European Broadcasting Union) em 3 de janeiro de 1963.
Figura 4.18: Subcomponentes da portadora de cor [70].
Esse procedimento que fora explicado nada mais ´e que a invers˜ao da componente (R-Y) em linhas alternadas. As duas componentes de diferen¸ca de cor (R-Y) e (B-Y) s˜ao obtidas simplesmente adicionando e subtraindo o sinal atual do sinal atrasado [75].
EP AL(Linha n)+EP AL(Linha n+1)
2 = U
EP AL(Linha n)−EP AL(Linha n+1)
2 = V
As componentes que s˜ao transmitidas [70]: U = 0.493(B-Y) V = 0.877(R-Y)
O valor de tens˜ao instantˆaneo do sinal PAL ´e dado pelas seguintes express˜oes: EP AL(Linha n) = Y + U sin(ωt) + I cos(ωt)
EP AL(Linha n+1) = Y + U sin(ωt) − I cos(ωt)
onde Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B ω = 2π × F sc
Ao utilizarmos este m´etodo, o erro no matiz, mostrado na Figura 4.9 ´e eliminado. No entanto passamos a ter um erro na satura¸c˜ao, que ´e menos percept´ıvel.
Na Figura 4.19 temos o sinal de v´ıdeo original, com as componentes RGB tendo a mesma largura de banda que a utilizada para codificar o sinal de luminˆancia.
Figura 4.19: Imagem Original [76].
Na Figura 4.20 temos um sinal que fora codificado e decodificado com sucesso em NTSC. No entanto, devido `a menor resolu¸c˜ao de croma, h´a o surgimento de borr˜oes nas transi¸c˜oes de cores.
Figura 4.20: Sinal codificado e decodificado em NTSC [77].
Na Figura 4.21 temos um sinal que fora codificado e decodificado com sucesso em PAL. No entanto, devido `a m´edia com as linhas anteriores (uma de cada campo), h´a a ocorrˆencia de erro na satura¸c˜ao do azul.
4.5.3
Banda do Sinal de Crominˆ
ancia
Os dois sinais de diferen¸ca de cor (U e V) s˜ao modulados em quadratura (QAM) com modula¸c˜ao AM-VSB/SC com banda de 1,3MHz na sub-banda inferior em todos sistemas PAL [70].
Na sub-banda superior as bandas variam de 0,57 MHz at´e 1,3 MHz, no PAL-M ´e usado 0,6 MHz.
Figura 4.23: Banda do Sinal de Crominˆancia do PAL-M [70].
4.5.4
Especifica¸
c˜
oes das diferentes implementa¸
c˜
oes do PAL
No Apˆendice A podemos ver as diferentes especifica¸c˜oes das implementa¸c˜oes B, G/H, I, D, M, N [80].
Cap´ıtulo 5
O Padr˜
ao SBTVD
5.1
Um breve hist´
orico
O padr˜ao SBTVD (Sistema Brasileiro de Televis˜ao Digital), tamb´em conhecido como ISDB-Tb (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial - Brazilian Version), ´e um padr˜ao de transmiss˜ao de televis˜ao digital terrestre brasileiro que teve como base o modelo japonˆes, o ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial ).
As primeiras iniciativas para seu desenvolvimento se deram em 1991, quando o governo brasileiro, atrav´es do Minist´erio das Comunica¸c˜oes, estabeleceu uma Comiss˜ao Assessora para Assuntos de Televis˜ao (Com-Tv), que ficou encarregada de estudar e ana-lisar os padr˜oes de televis˜ao digital que estavam sendo desenvolvidos em alguns pa´ıses. Assim, em 1994, a ABERT (Associa¸c˜ao Brasileira de Emissoras de R´adio e Televis˜ao) e a SET (Sociedade Brasileira de Engenharia de Televis˜ao) se uniram para formar o Grupo T´ecnico ABERT/SET de TV Digital, que tinha a seguinte miss˜ao:
[...] acompanhar o desenvolvimento, estudar, analisar e avaliar os sis-temas de TV Digital que se desenvolviam no mundo, bem como observar sua implanta¸c˜ao nos diversos pa´ıses, com o objetivo de colaborar no pro-cesso de defini¸c˜ao do padr˜ao a ser adotado no Brasil e no sucesso de sua implanta¸c˜ao.
A partir de 1998, foram iniciados testes com os modelos europeu - DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial ) - e norte-americano - ATSC -, que j´a se encontravam em fase de implanta¸c˜ao na Inglaterra e nos Estados Unidos, atrav´es da regulamenta¸c˜ao da Agˆencia Nacional de Telecomunica¸c˜oes (Anatel). Foi somente em 1999, com a finaliza¸c˜ao
At´e ent˜ao n˜ao havia sido definido qual padr˜ao utilizar, ficando em aberto se seria utilizado um padr˜ao nacional totalmente novo ou um padr˜ao estrangeiro j´a existente.
Para tanto, esse decreto instituiu:
− Comitˆe de Desenvolvimento: Para definir, desenvolver e implementar a base regu-lat´oria e as pol´ıticas necess´arias;
− Comitˆe Consultivo: Para definir e desenvolver os aspectos t´ecnicos da TV Digital e para selecionar a melhor tecnologia a ser utilizada no Brasil (inclusive, eventual-mente, criar uma tecnologia totalmente exclusiva no Brasil);
− Grupo Gestor: Respons´aveis pela implementa¸c˜ao e aprofundamento nas pesquisas do sistema nacional.
O Comitˆe de Desenvolvimento do SBTVD, formado por representantes governa-mentais de nove minist´erios, teve, para o desempenho das atividades, o apoio t´ecnico e administrativo da FINEP (Fundo de Financiamento de Estudos de Projetos e Progra-mas) e do CPQD (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunica¸c˜oes). Assim, em 2004 a FINEP emitiu quatro cartas-convite para selecionar e financiar projetos de pesquisa no ˆambito do Sistema Brasileiro de Televis˜ao Digital. Essas institui¸c˜oes parti-cipantes dessa fase do processo tiveram que enviar propostas de projetos, destinados `as seis ´areas de interesse do ´org˜ao: servi¸cos, aplica¸c˜oes e conte´udo; camada de transporte e middleware (softwares), transmiss˜ao e recep¸c˜ao, codifica¸c˜ao de canal e modula¸c˜ao e ainda codifica¸c˜ao de sinais fonte [81].
Em 2005, os Minist´erios da Ciˆencia e Tecnologia e das Comunica¸c˜oes assinaram oito convˆenios, no valor de R$ 14,5 milh˜oes, envolvendo 223 pesquisadores e 58 institui¸c˜oes
entre empresas e institutos de pesquisa, que envolviam pesquisas aplicadas e desenvol-vimento cient´ıfico com inova¸c˜ao tecnol´ogica. O recurso financeiro foi dividido entre os projetos de: subsistema de modula¸c˜ao, codifica¸c˜ao de v´ıdeo, middleware, terminal de acesso, servi¸cos e aplica¸c˜oes de conte´udo.
Para que esse processo de pesquisa fosse direcionado e obtivesse o melhor resultado, houve necessidade de uma divis˜ao e delimita¸c˜ao dos trabalhos das institui¸c˜oes dentro de seu campo de pesquisa. Assim, foram definidas trˆes frentes de trabalho:
I - Apresentar um padr˜ao digital totalmente novo com caracter´ısticas pr´oprias e tecno-logia nacional;
II - Analisar e selecionar o melhor padr˜ao dentre os trˆes pesquisados - ATSC, DVB-T e o ISDB-T;
III - Pesquisar formas para melhorar e adaptar caracter´ısticas dos padr˜oes j´a existentes, tornando-os mais modernos, dentro do que se buscava para o padr˜ao brasileiro;
Tamb´em foi definido que o sistema a ser escolhido deveria oferecer algumas carac-ter´ısticas b´asicas:
− Alta Defini¸c˜ao – HDTV; − Recep¸c˜ao m´ovel;
− Recep¸c˜ao port´atil;
− Ser Interativa e multim´ıdia;
− Robustez do sinal, seja em ambiente aberto como fechado;
− Excelente capacidade de transmiss˜ao de dados dentro da faixa de transmiss˜ao. Ap´os o t´ermino dessa primeira fase de estudos e depois de novas an´alises, testes e questionamentos em diversos sentidos, tanto t´ecnicos quanto relativos a aspectos sociocul-turais, seja por parte do governo ou seja por parte das emissoras, se optou em 2006 pelo padr˜ao ISDB-T. Foi atrav´es do decreto de n.º 5.820/2006 publicado no dia 29 de junho de 2006, em que o presidente Luiz In´acio Lula da Silva criou o F´orum do Sistema Brasileiro de TV Digital Terrestre, que ficou respons´avel pelo desenvolvimento e implanta¸c˜ao do SBTVD.
− Compress˜ao de v´ıdeo MPEG-4 AVC (H.264);
− Middleware Ginga - mais robusto que o middleware japonˆes, apresentando ambientes declarativo e procedural para permitir aplica¸c˜oes interativas mais complexas.
Finalmente, em 2 de dezembro de 2007, `as 21h20, na Sala S˜ao Paulo, na cidade de S˜ao Paulo, tivemos a primeira transmiss˜ao oficial de sinal digital. A solenidade reuniu mais de duas mil pessoas e contou com a presen¸ca do presidente da Rep´ublica Luiz In´acio Lula da Silva e de empres´arios do setor.
Figura 5.1: O ex-presidente Lula em pronunciamento durante cerimˆonia de in´ıcio das transmiss˜oes da TV digital no Brasil [82].
Na fase inicial de implementa¸c˜ao, em 2 de dezembro de 2007, o sinal digital chegou primeiramente `a S˜ao Paulo. At´e 22 de mar¸co de 2010, o sistema digital tamb´em havia sido lan¸cado nas seguintes cidades brasileiras: Belo Horizonte, Rio de Janeiro, Goiˆania, Porto Alegre, Curitiba, Campinas, Cuiab´a, Salvador, Florian´opolis, Vit´oria, Uberlˆandia,
