Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
TDT – Televisão Digital Terrestre
Televisão Terrestre – do analógico ao digital
Realizado pelo grupo 2 da turma 9 de MIEEC:
Álvaro Queirós
Francisco Salgado
Jorge Magalhães
Raúl Teixeira
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Índice
Introdução ... 3
Conteúdo ... 4
A Evolução da televisão terrestre... 4
Normas de sistemas analógicos NSTC, PAL e SECAM ... 5
Conceitos, tecnologias e sistemas desenvolvidos para TDT .... 10
Normas da Televisão Digital Terrestre ... 11
Principais Características da TDT em Portugal ... 16
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Introdução
A televisão não é diferente dos outros meios de comunicação em massa e
segue a tendência mundial do movimento de digitalização. Passando por um rápido
processo de substituição de suas plataformas analógicas por plataformas e tecnologias
digitais.
O objectivo deste relatório é transferir ao leitor informação sobre como funciona a
televisão terrestre e as tecnologias envolvidas na sua concepção. Vamo-nos focar nos
dois modos de televisão, analógico e digital, e na transição de um para o outro
permitindo ao leitor uma noção quer da história da televisão quer do seu
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Conteúdo
A Evolução da televisão terrestre
As primeiras transmissões de televisão públicas foram feitas pela BBC na Inglaterra em 1927 e pela CBS e NBC, nos Estados Unidos, em 1930. Em ambos os casos foram utilizados sistemas mecânicos e os programas não se emitiam com um
horário regular.
As emissões com programação só começaram, na Inglaterra em 1936, e nos Estados Unidos em 30 de abril de 1939, coincidindo com a inauguração da Exposição Mundial de Nova Iorque, sendo estas interrompidas durante a Segunda Guerra Mundial e retomadas aquando do seu fim.
A televisão, até recentemente, no início do século XXI, era completamente analógica e o seu modo de transmissão era através do ar, com ondas de rádio nas bandas de VHF e UHF. Logo depois vieram as redes de cabo que distribuíram canais pelas cidades. Esta distribuição também era feita com redes de cabos de sinais analógicos, podendo ainda ter uma banda atribuída, principalmente para executar o ajuste de canais próximos que chegam pelo ar juntamente com os que vêm por cabos. O seu desenvolvimento depende das leis de cada país, enquanto alguns deles desenvolveram-se rapidamente, como a Inglaterra e os Estados Unidos, outros, como Portugal não tiveram quase nenhuma importância até que a legislação no final do século XX permitiu a instalação.
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O desenvolvimento do satélite que permite a chegada do sinal a zonas muito remotas e de difícil acesso, a partir da tecnologia dos lançamentos espaciais, permitiu a exploração comercial para a distribuição de sinais de televisão. O satélite tem duas funções básicas, a de permitir ligações sinais de um ponto a outro do mundo, usando ligações de microondas, e a distribuição do sinal de transmissão.
Cada um destes tipos de emissão tem as suas vantagens e desvantagens, enquanto que o cabo assegura o estado ideal de chegada do sinal, sem interferência de qualquer tipo requer uma instalação dispendiosa de um centro de efectuar os sinais incorporados, conhecido cabeçalho.
Já a televisão analógica (televisão tradicional) não permite grande qualidade no som e imagem, pois por vezes há a presença de “fantasmas”, ruídos e interferências e para este tipo de televisão é necessária uma antena para a transmissão do sinal da imagem, ao contrário que na televisão digital isso já não acontece.
De igual forma também não dispomos da vantagem de interacção com a televisão analógica uma vez que esta não está preparada nem possui um gravador digital no receptor ou conversor. Em termos estéticos este tipo de televisor ocupa muito mais espaço do que uma televisão digital.
Normas de sistemas analógicos NSTC, PAL e SECAM
Existem três formatos a cores definidos nos anos 50 e 60 e usados nas câmaras de aquisição de imagem: NTSC (National Television System Committee), PAL (Phase Alternative Line) e SECAM (Séquentiel Couleur Avec Mémoire). Para reproduzir o mesmo sinal é necessário que o receptor de TV use o mesmo formato que a câmara.
Todos estes formatos têm em conta duas componentes estabelecidas de forma a que aparelhos a preto e branco possam receber emissões a cores. As duas componentes são a luminância, que descreve a imagem a preto e branco, e a crominância que leva informação sobre a cor da imagem. A informação da cor é transmitida em conjunto com a luminância, numa portadora que pertence à banda de base desta. A crominância é então modelada em quadratura de forma a não interferir com a luminância.
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Norma NTSC
As primeiras emissões a preto e branco iniciaram-se no dia 1 de julho de 1941. Anos mais tarde, entre 1950 e 1953, a mesma Comitiva reúne-se novamente com o objectivo de criar um sistema de vídeo composto, onde é adicionada uma nova frequência capaz de fornecer, além do sinal a preto e branco, o sinal a cores.
No dia 1 de Janeiro de 1954, começam as transmissões desse novo sinal, composto, de preto e branco e cor.
O sistema NTSC, (National Television System(s) Committee), a comissão que desenvolveu os padrões de televisão para os Estados Unidos, é um sistema analógico de televisão. Foi aprovado em 1941 como o primeiro sinal padrão de rádio-difusão televisiva nos Estados Unidos, ainda existente nos dias de hoje. Este sistema faz parte da maior parte dos países Americanos, com exceção do Brasil e faz ainda parte de vários países do Leste Asiático.
O sistema NTSC apresenta 525 linhas de resolução, das quais 480 são a imagem visível e as outras 45 são as VBI (Vertical Blanking Interval), que servem para estabelecer o tempo que o feixe de electrões necessita para se reposicionar, do final de um frame para o início do próximo frame.
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Este formato de vídeo transmite 60 meios-frame por segundo (mais exatamente 59,94), ou seja, apresenta 29,97 fps(frames por segundo). A varredura é por isso, intercalada.
Este sistema padrão do NTSC, de 59,94 campos por segundo, é baseado no tipo de sistema elétrico utilizado nos países que usam uma corrente alternada de 60 ciclos por segundo, ou 60 Hertz (Hz). Nos países onde o tipo de corrente elétrica é de 50 Hertz, ou 50 ciclos por segundo, houve a necessidade de criar sistemas de televisão compatíveis, ou seja, de 50 campos por segundo.
O NTSC tem uma relação de aspecto de 4:3. Com este sistema de vídeo, conseguem-se obter até 16 milhões de cores diferentes.
É incompatível com a maioria das placas de vídeo de computador, que usam sinais de vídeo RGB (red, green, blue). Contudo, consegue-se, por meio de adaptadores de vídeo, converter sinais NTSC em sinais para placas de vídeo para computador e vice-versa.
Variante do Sistema NTSC
NTSC-J é um sistema analógico, usado no Japão. Difere da norma NTSC na medida em que as rádio frequências usadas no Japão não são as mesmas que nos Estados Unidos, daí a adaptação para um sistema compatível.
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Norma PAL
Algumas pessoas, apelidavam o sistema NTSC como "Newer Twice The Same Color" (nunca a mesma cor duas vezes), pondo em questão a qualidade e estabilidade do sistema, comparativamente ao sistema PAL, de maior qualidade e estabilidade.
PAL, (Phase Alternate Line), é um sistema de televisão analógica colorida utilizada em grande parte do mundo.
O Sistema PAL foi desenvolvido na Alemanha por Walter Bruch, engenheiro da Companhia Telefunken. O formato foi lançado em 1963, com as primeiras transmissões começando no Reino Unido em 1964 e na Alemanha em 1967.
Tem uma melhor qualidade de imagem, já que dispõe de um maior número de linhas de varrimento. O sistema PAL apresenta mais 100 linhas de resolução, comparativamente ao sistema NTSC, ou seja, 625 linhas de resolução. Em contra-partida, e para fazer face ao tipo de corrente alternada que é usada na Europa, de 50 Hz, tem um varrimento de 50 meio-fps, ou mais exatamente, 25 fps, tornando a imagem por vezes um pouco "tremida" apesar da sua qualidade muito acima do sistema americano NTSC.
O sistema PAL foi criado para resolver o problema da variação de cor do sistema NTSC. Muitos chamavam este sistema de "Perfection at Last", já que a qualidade de imagem era muito superior ao sistema NTSC. Outros davam-lhe o nome de "Pay a Lot", já que os circuitos usados eram muito complexos e caros.
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Norma SECAM
O sistema SECAM (Séquentiel Couleur à Mémoire), em português Cor Sequêncial com Memória, é um sistema a cores analógico, que foi desenvolvido na França, em 1956 por Henri de France, sendo inaugurado alguns anos depois, mais especificamente no dia 1 de Outubro de 1967.
O sistema de vídeo SECAM foi mais tarde adotado pelas antigas Colônias Francesas e Belgas, por países do Leste Europeu, pela antiga União Soviética e ainda por alguns países do Oriente Médio. Contudo, com a queda do comunismo, muitos países do Leste Europeu decidiram mudar para o PAL.
Tal como no sistema PAL, também o sistema SECAM transmite 625 linhas de resolução, das quais 576 são visíveis. Também usa a mesma frequência de varrimento do sistema PAL, de 50 varrimentos por segundo, 50 Hz. Difere do sistema PAL na medida em que a transmissão da cor é feita de maneira diferente, de uma forma sequêncial: vermelhos e amarelos numa linha e azuis e amarelos na próxima linha.
Hoje em dia, muitos dos trabalhos são realizados em sistemas de vídeo que suportem 576 linhas de resolução (PAL e SECAM) ou de vídeo composto (PAL), sendo depois convertidos para SECAM para a transmissão.
Variantes do Sistema SECAM
Sistema SECAM L - Usado na França e nas suas antigas colônias;
Sistema SECAM B/G - Usado no Oriente Médio. Foi também utilizado na Grécia e na antiga Alemanha Oriental;
Sistema SECAM D/K - Utilizado na antiga União Soviética e na Europa Oriental.
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Conceitos, tecnologias e sistemas desenvolvidos para TDT
A Televisão digital usa um modo de modulação e compressão digital para enviar vídeo, áudio e sinais de dados aos aparelhos compatíveis com a tecnologia, proporcionando assim transmissão e recepção de maior quantidade de conteúdo por uma mesma frequência (canal) podendo obter imagem e som de alta qualidade (alta definição).
Na Televisão Digital Terrestre, os sons e imagens dos diferentes canais televisivos são digitalizados, codificados e difundidos através do ar pelos centros emissores. Este sinal é posteriormente recebido, por intermédio das antenas individuais ou colectivas dos edifícios, e convertido novamente no som e imagem de cada canal televisivo pelos descodificadores TDT (independentes ou integrados nos televisores), instalados nas casas.
Figura 3: Comparação entre a tecnologia de televisão
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Normas da Televisão Digital Terrestre
A televisão digital terrestre apresenta quatro principais normas, dependendo da região do mundo onde o sinal é difundido. Variam entre si pelo tipo de compressão de vídeo, áudio e modulação:
DVB-T- O sistema europeu;
ATCS- O sistema norte-americano;
ISDB-T- O sistema Japonês;
DMB-T/ADBT- O sistema Chinês dual standard;
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ATCS
A norma de televisão digital AdvancedTelevisionSystemsCommittee (ATCS) surgiu nos Estados Unidos em 1987 com o intuito de substituir o sistema de televisão analógico NTSC. As principais características do ATCS são:
Compressão vídeo MPEG-2
Compressão áudio ATSC Standard A/52 (Dolby AC-3)
Modulação 8-VSB (vestigial sideband) para broadcasters locais e 16-VSB ou 256-QAM para estações de televisão por cabo
Ritmo de FEC: 2/3 TrellisCode
O sinal no sistema ATCS é mais susceptível a interferências na propagação rádio que no sistema DVB-T e no sistema ISDB-T e não dispõe de uma modulação hierárquica, pelo que, não permite receber o sinal SDTV como parte do sinal HDTV, mesmo em áreas onde a força do sinal é fraca. Por esta razão foi adicionado um novo modo de modulação, E-VSB (enhanced-VSB).
Contudo o sinal ATSC é robusto em algumas situações. A escolha de 8-VSD em detrimento de COFDM foi em parte por causa das muitas regiões da América do Norte que são rurais e têm muito pouca densidade populacional necessitando de transmissores maiores para cobrir áreas superiores. Nestas áreas a modulação 8-VSD demonstrou ser melhor que as outras modulações.
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ISDB-T
A norma de televisão digital IntegratedServices Digital BroadcastingTerrestrial (ISDB-T), uma evolução do DVB-T, surgiu no Japão na década de 70 e foi apontado como sendo o sistema que melhor responde a questões de mobilidade e portabilidade.
Está neste momento em utilização no Japão e Brasil.
As principais características do ISDB-T são:
Compressão vídeo MPEG-2 MPEG-4
Modulação 64 QAM-OFDM, 16 QAM-OFDM, QPSK-OFDM e DQPSK-OFDM
Portadora de 2k, 4k ou 8k
Ritmo de FEC: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ou 7/8
Intervalo de Guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/3
DMB-T/ADTB
A norma de televisão digital DigitalTerrestrialMultimediaBroadcast (DMB-T) surgiu na China através de um projeto de investigação para a União Europeia (número do Project Eureka - EU14).
As principais características do ISDB-T são:
Compressão vídeo e vídeo MPEG-4
Modulação OFDM e DQPSK
Alguns países da Europa como Alemanha, França e Itália testaram este sistema cuja principal característica é a capacidade de utilização em movimento, permitindo que os utilizadores desta tecnologia sejam capazes de reproduzir nos seus dispositivos móveis áudio e vídeo, enquanto se deslocam a velocidades perto de 200km/h.
Figura 7: Visualização de conteúdos em dispositivos móveis, uma característica da norma DMB-T/ADTB
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DVB-T
O International DVB Project surgiu como um consórcio liderado pela área da indústria sendo composto por vários organismos com o objetivo de criar standards para a distribuição de serviços digitais. O DVB-T é um sistema desenvolvido pelo DVB Project que foi escolhido para a utilização na TDT em Portugal. O sistema trata da adaptação entre o sinal de televisão proveniente do multiplexer de transporte da norma de vídeo MPEG-2, MPEG-4 e o envio por teledifusão terrestre.
As principais características do DVB-T são:
Compressão vídeo MPEG-2, MPEG-4
Modulação OFDM com codificação de canal e utilizando nas sub-portadoras modulação QPSK, 16QAM ou 64QAM
Portadora de 2k, 4k, ou 8k
Ritmo de FEC: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ou 7/8
Intervalo de Guarda: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32
A modulação OFDM (OrthogonalFrequencyDivision Multiplex) é uma técnica de modulação com multiplexagem na frequência que divide o espectro por diversas sub-portadoras cujas frequências são ortogonais entre si. Cada sub-portadora pode ser modulada utilizando QPSK, 16 QAM ou 64 QAM. Desta forma assegura-se a imunidade do sinal quanto à interferência em frequências específicas, uma vez que somente uma pequena quantidade de bits será atingida numa determinada trama.
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O sistema de transmissão do DVB-T, definido na norma europeia ETSI EN 300 744, descreve o sistema de base de transmissão para a TDT. Este sistema permite a recepção de streams MPEG-2/MPEG-4 e o envio destes por rádio frequência pela interface ar para recetores domésticos.
Em Portugal o tipo de codificação existente é o MPEG-4. H.264foi adotada pelo grupo MPEG para ser um esquema de vídeo compressão chave no formato MPEG-4 para partilha de conteúdos digitais. O H.264 é por vezes referido como MPEG-4 Part 10 (parte da especificação MPEG-4 ou como AVC (MPEG-4 AdvancedVideoCoding). Este novo esquema de compressão surgiu como resposta às crescentes necessidades do mercado que tornaram o MPEG-2 e outros codecs de vídeo ineficientes. A cada vez maior capacidade de processamento dos computadores de hoje em dia e a crescente exigência em termos de qualidade de vídeo foram os grandes motores para o desenvolvimento desta codificação, possibilitando uma qualidade de vídeo superior, a um dado débito binário, uma resolução elevada e baixo requisitos de armazenamento.
Figura 8: Gráfico comparativo entre a compressão de vídeo MPEG4/H264 e MPEG2, em relação á Qualidade/Bitrate.
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Principais Características da TDT em Portugal
A televisão em Portugal surgiu a 4 de setembro de 1956, com emissões da RTP (Radio Televisão Portuguesa), passando a uma emissão regular a 7 de Março do ano seguinte. Desde essa altura, até ao ano de 2012, que a emissão era transmitida recorrendo a um sinal do tipo analógico, no entanto a 26 de Abril de 2012 foi realizado o switch-off (desligar) deste tipo de transmissão. Foi adoptado o uso de um sinal digital para difusão dos serviços de televisão:TDT – Televisão Digital Terrestre – é uma nova tecnologia de teledifusão terrestre em sinal digital que também funciona através de antenas e que irá substituir a teledifusão analógica terrestre (televisão "tradicional").
A TDT permite uma utilização mais eficiente do espectro radioeléctrico, razão pela qual a Comissão Europeia determinou que esta tecnologia fosse obrigatoriamente introduzida em todos os países da União Europeia, incluindo Portugal, estabelecendo um prazo para esta transição ate 2012.
Foi adoptado, como no resto da Europa, o sistema DVB-T (Digital VideoBroadcasting - Terrestrial) e compressão de vídeo MPEG-4.
A Portugal Telecom ganhou o concurso lançado pela ANACOM e instalou a infra-estrutura de rede necessária para cobrir todo o país com Televisão Digital. A partir da data de desligamento (switch-off), o utilizador da televisão "tradicional" necessita obrigatoriamente de dispor do equipamento apropriado à recepção do sinal digital para continuar a ter acesso aos
canais nacionais de televisão em sinal aberto.Em Outubro de 2008 começaram as primeiras emissões experimentais do serviço de Televisão Digital Terrestre e ate 2009 realizaram-se diversos testes. O arranque oficial das emissões do serviço de Televisão Digital Terrestre (TDT) em Portugal deu-se em 29 de Abril de 2009, e o desligamento dos emissores e retransmissores analógicos ocorreu em três fases:
Primeira fase - 12.01.2012 (primeira etapa), seguida de quatro etapas a 23.01.2012, 01.02.2012, 13.02.2012 e 23.02.2012;
Segunda fase - 22.03.2012;
Terceira fase - 26.04.2012. Figura 9: Mapa das fases de desligamento por
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Para uma maior facilidade na transição do sinal analógico para o digital, a Anacom, realizou uma campanha pedagógica, para informar as pessoas sobre esta transição, com os seguintes objectivos:
Garantir que a população tomava antecipadamente as devidas precauções, de
forma a continuar a receber o sinal de televisão apenas em formato digital, tendo em conta o calendário do desligamento.
Garantir que a população dispunha de informação adequada para se preparar
para a TDT, fazendo da transição uma experiência simples e positiva, esclarecendo nomeadamente:
o O que fazer para se preparar para a TDT. o Quando tem de o fazer.
o Onde pode obter esclarecimentos.
Foram realizadas campanhas televisivas, distribuídos folhetos e guias:
Embora Portugal Continental esteja totalmente coberto com Televisão Digital, existe uma pequena percentagem da população que não tem acesso à televisão digital por via terrestre (TDT) uma vez que não existe viabilidade técnica para a cobertura TDT em todo o território nacional.Para estas situações, o serviço de televisão digital, com os canais gratuitos nacionais, será assegurado através de uma solução alternativa, ou seja de TDT Complementar via satélite (Direct To Home – DTH). Para aceder à televisão digital via satélite é necessário um Kit TDT Complementar, que é constituído por um equipamento descodificador DTH, um telecomando, cabos de ligação, smartcard e um prato satélite.
Figura 10: Guia de Instalação da TDT DTH ( Direct To Home)
Figura 11: Folheto Informativo acerca da TDT
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Conclusão
A televisão foi desde a sua criação a principal atracção no mundo das
tecnologias, tendo sido a televisão analógica a primeira a ser criada e desenvolvida em finais da década de 1920.
Esta sofreu grandes alterações sempre na perspectiva de melhorar a sua qualidade de imagem e som e também a sua acessibilidade, interactividade e recepção.
Vários padrões foram criados tanto para a televisão analógica como para a televisão digital, sendo estes dependentes das legislações, conflitos políticos e das próprias características de um país.
A forma de transmissão também se alterou ao longo dos tempos, tendo sido via satélite e via cabo.
Todas estas alterações foram feitas com o objectivo de melhorar e optimizar as possibilidades da televisão e apesar de ainda não ser perfeita e haver algumas
inconsistências e desvantagens os principais objectivos foram atingidos: a qualidade de imagem e som é significativamente melhor, sendo até de alta definição (HD) e a sua acessibilidade e interactividade tornaram-se bastante melhores do que alguma vez imagina-mos, melhorando de dia a dia.
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