Como Funciona - TV DIGITAL – Parte 2 (TEL262)

Grandes redes de emissoras de TV já estão trabalhando ativamente para iniciar em breve a operação das estações digitais. Com uma qualidade muito melhor de som e imagem, este tipo de emissão deve desbancar quase que totalmente a TV convencional da mesma forma que a TV em cores praticamente acabou com a TV em branco e preto, salvo em localidades mais pobres ou quando são usados televisores portáteis de baixo custo ou em aplicações onde a cor não é importante. Como deve ser a transmissão de TV digital terrestre (DTT) que deve estar em funcionamento em breve é o assunto deste nosso segundo artigo da série.

Nota: este artigo é de 1997 quando ainda eram feitos os estudos preliminares para sua padronização. Outros artigos no site discutem este assunto.

Não há dúvida que a possibilidade de concentrar mais informações em canais mais estreitos, como ocorre quando usamos um processamento digital pode melhorar em muito a qualidade de imagem e também aumentar a quantidade de canais que operem numa faixa do espectro.

Mas, mesmo com estas vantagens, a TV digital não é perfeita, e isso se constata pela dificuldade em estabelecer um padrão de transmissão.

Diferentemente do que ocorreu na transição da TV em branco e preto para a TV em cores, quando um sinal adicional foi transmitido e os receptores não adaptados para receber estes sinais, ou seja, Os antigos aparelhos branco-preto simplesmente ignoraram este sinal, o mesmo não ocorre com a transmissão digital.

Os sinais digitais são completamente diferentes dos analógicos e toda a informação é transmitida de forma diferente para os televisores digitais, que não podem sintonizar sinais analógicos e vice-versa.

Isso significa que os receptores devem ser especificamente projetados para receber tais sinais. Os receptores comuns analógicos podem reproduzir imagens dos canais digitais, mas devem usar conversores; observe a figura 1.

Mas, uma vez que os sinais sejam convertidos para a forma analógica do conversor para O receptor, neste processo sua qualidade é degradada e não se beneficia da promessa da TV digital, que é a maior definição.

No entanto, como a maioria dos televisores ainda será do tipo analógico, quando a TV digital entrar em funcionamento, o uso do conversor, que é mais barato que um receptor novo, poderá ser uma solução econômica importante. Os televisores velhos poderão receber os novos canais sem problemas.

 

Receptor comum pode receber sinais da TV digital
Receptor comum pode receber sinais da TV digital

 

 

OS PADRÕES

As maiores dificuldades para implantar a TV digital não vêm propriamente do projeto do equipamento ou de seu custo, mas sim da adoção de um padrão aceito universalmente.

Os primeiros encontros de interessados de todos os países para a adoção de um padrão começaram em 1992.

Posteriormente, foram formados grupos de trabalho que estabeleceram várias normas, entre elas a que determina o padrão de compressão dos sinais denominado MPEG-II ou MPEG-2. Na figura 2 temos um diagrama de blocos que mostra de que modo um sistema de TV digital funcionaria da estação transmissora até o receptor. Dados e som são codificados e comprimidos da mesma forma que a imagem é processada e comprimida, utilizando-se o padrão MPEG-II.

 


 

 

O MPEG nada mais é do um algoritmo, criado em 1988 e utilizado para comprimir ou codificar imagens entrelaçadas diretamente, sendo indicado para a sua transmissão digital em sistemas de alta qualidade.

 

A diferença entre o MPEG-1 o MPEG-2 é que no II foram acrescentados mais 3 canais de áudio e houve ainda um aumento de eficiência da ordem de 30%.

 

O MPEG-2 pega as informações redundantes num sinal de vídeo e elimina-as de modo que o sinal possa ser comprimido e assim enviado, ocupando uma faixa de frequências mais estreita. É mais ou menos o que ocorre com os programas compressores de dados dos computadores que eliminam as repetições, indicando apenas sua quantidade para que a informação possa ser recuperada de forma segura; figura 3.

A diferença entre o MPEG-1 e o MPEG-2 é que no Il foram acrescentados mais 3 canais de áudio e houve ainda um aumento de eficiência da ordem de 30%. No áudio teremos um canal direito frontal, esquerdo frontal, direito traseiro, esquerdo traseiro e um subwoofer central, como no sistema de som surround.

No MPEG verificamos três formas de redundância.

 

Com algoritmos de compressão os sinais podem ser enciados ocupando uma faixa mais estreita.
Com algoritmos de compressão os sinais podem ser enciados ocupando uma faixa mais estreita.

 

 

A primeira é a redundância espacial e temporal. Ela se baseia no fato de que a cor e brilho de um pixel estão relacionados tanto com os pixels adjacentes como também com os pixels transmitidos na mesma posição quadro a quadro.

Assim, as características do pixel seguinte da imagem transmitida num determinado local podem ser previstas com base em informações sobre os pixels anteriores do mesmo local e das vizinhanças.

A segunda é a redundância pela entropia que se baseia no fato de que em um sinal digital não aleatório existem determinados valores transmitidos que ocorrem com maior frequência e por isso podem ser previstos.

Isso significa que, se o receptor possui um programa que possa recuperar um ponto de imagem, prevendo como ele vai ser baseado em algoritmos eficientes, não é preciso transmitir este ponto assim a quantidade de informações é reduzida.

Se uma boa quantidade de pontos de imagem se enquadrar nestas formas de redundâncias, o sinal transmitido é comprimido, ganhando-se com isso a faixa de frequência necessária à sua transmissão. É exatamente isso que faz o MPEG-2 (figura 4).

 

As redundâncias são eliminadas. Basta “dizer” quantas vezes os pontos iguais se repetem.
As redundâncias são eliminadas. Basta “dizer” quantas vezes os pontos iguais se repetem.

 

A terceira forma de redundância explorada é a psico-visual e se baseia no fato de que tanto o cérebro humano como os olhos são limitados.

Assim, existem pormenores de uma imagem que não são necessário transmitir, porque não seremos capazes de percebê-los.

É o que ocorre por exemplo com cenas de movimento. Verifica-se que os olhos não conseguem acompanhar um objeto em movimento rápido, quando então a resolução espacial é reduzida. Assim, numa cena de movimento, a resolução pode ser reduzida sem que os nossos olhos percebam isso.

Uma vez que os sinais de áudio, vídeo e dados sejam comprimidos, eles são multiplexados (MUX) inicialmente entre si de modo a formar o canal correspondente. Num segundo bloco de multiplexação, os sinais de diversas fontes ou canais podem ser combinados.

Finalmente o sinal é enviado a um modulador já no equipamento transmissor.

Uma vantagem do MPEG-2 é que sinais amostrados numa taxa de 150 MBs podem ser comprimidos para chegar a uma taxa de transmissão de 6 MBs, com aproximadamente 30 quadros por segundo.

Deste ponto, o sinal pode ser transmitido via satélite (SMATV) ou pela

faixa de VHF e UHF em um sistema terrestre ou por cabo (MMDS).

No receptor temos o processamento do sinal da seguinte forma:

Inicialmente ocorre a demodulação do sinal, obtendo-se assim uma sequência de bits que correspondem a toda a informação transmitida.

Este sinal é enviado a um demultiplexador MPEG que deve recuperar as informações originais de som, imagem e dados. Evidentemente, é neste processador que se aplica o algoritmo de recuperação das informações redundantes que caracterizam o MPEG conforme vimos.

Existem dois métodos principais de recuperação das informações transmitidas pelos sinais comprimidos .

O primeiro é denominado dct ou “discrete-cosine transform”; consiste num processo a transformada de Fourier e é utilizado para eliminar a redundância espacial.

O segundo método é o denominado previsão de movimento inter quadros compensada e é capaz de remover a redundância temporal.

Temos então três sinais na saída do demultiplexador, que ainda estão na forma digital e que vão para blocos específicos de áudio, vídeo e dados.

Os dados evidentemente permanecem na forma digital para uso externo ou interno ao aparelho. Já os sinais de áudio e vídeo voltam para a forma analógica, tanto som como imagem, mesmo digitais, devem ser reproduzidos na forma analógica, pois é assim que nossos olhos e ouvidos os percebem.

Os sinais digitais de cor e brilho são transformados em intensidades de feixe dos canhões eletrônicos do cinescópio que correspondem à informação analógica. Da mesma forma, os sinais digitais dos sons se transformam em tensões variáveis que vão movimentar os cones dos alto-falantes, conforme a figura 5.

 

Um altofalante só pode ser excitado por sinais analógicos.
Um altofalante só pode ser excitado por sinais analógicos.

 

 

O FUTURO

Um dos aspectos mais importantes da TV digital está no fato de ser compatível com os sinais usados nos computadores e nos CDs de som e videogames, ou seja, irá permitir que televisores, computadores, equipamentos de som e videogames sejam interligados de uma forma absolutamente simples.

Os mesmos cabos que fazem a conexão à Internet poderão transmitir programas de TV por assinatura, games, conversas telefônicas, imagens captadas por uma câmera, etc.

Na verdade, na Internet podemos encontrar hoje uma grande quantidade de informações importantes sobre a TV digital e o que dela se espera.

Um site interessante é o que tem a palavra do próprio Bill Gates sobre o assunto e que basicamente trata da conectividade do PC com a TV, que passariam a utilizar uma antena única via satélite no futuro.

Os leitores interessados em ver o que pensa Bill Gates sobre o assunto devem acessar o endereço:

http:/freecb.pdq.net/dmutchtler/

Outro banco de informações bastante amplo sobre a TV digital é o que contém mais de 107 kB de informações sobre a Broadcast Engineering Conference de 1997 e pode ser acessado no endereço:

http://www.nab.org/scitech

fnab97/bec/abstract.htm 

Os que estiverem interessados em ir além, explorando mais de 140 documentos existentes sobre TV digital, podem digitar as palavras “Digital TV” em programas de busca como o Altavista.

Também são interessantes as informações que podem ser obtidas sobre os padrões MPEG-3 e MPEG-4 que foram desenvolvidos como aperfeiçoamentos do MPEG-2, mas que não foram adotados, pois o MPEG-2 pode perfeitamente atender às necessidades da TV digital.

 

 


Opinião

Eventos e muito mais (OP212)

Nosso grande destaque deste mês é o nossa Jornada do Desenvolvimento, que ocorrerá em três etapas sendo a primeira a que foi realizada entre 9 e 13 de agosto. Ela foi uma preparação para as demais que devem ocorrer em setembro e outubro, com oficinas de desenvolvimento com o Edukit SigFox e a Franzininho, numa jornada com os próprios criadores.

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