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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Comparações técnicas entre TDT e

Televisão analógica

Projeto FEUP 2015/2016 MIEEC:

Coordenadores gerais: Coordenador de curso: Armando Sousa, Manuel Firmino & Sara Ferreira J. N. Fidalgo

Supervisor: Monitor: Professor Sérgio Reis Cunha Bruna Tavares

Equipa 2

Estudantes & Autores:

Ana Sofia Cardoso [email protected]

Catarina Ferreira [email protected]

Francisco Silva [email protected]

Marcelo Monteiro [email protected]

Televisão Digital Terrestre e Televisão Analógica Comparação Técnica 1/39

mailto:[email protected]




Resumo

O objetivo deste relatório é comparar de forma técnica dois tipos de transmissão de

sinal, no âmbito da televisão, sendo estes o sinal analógico e o sinal digital.

Primeiramente, foi referida uma breve história da televisão, passando pela primeira

transmissão televisiva até ao “switchoff” analógico.

De seguida, apresentámos cada tipo de sinal ao pormenor, enumerando as suas

características e funcionalidades, começando no sinal analógico e terminando no sinal

digital.

Por fim, comparámos os dois tipos de transmissão, analisando as suas vantagens e

desvantagens.


Palavras-Chave

TDT;

Televisão analógica;

Transmissão do sinal;

Sinal digital;

Sinal analógico;

Modulação;

Codificação;

DVBT


Agradecimentos

A nossa equipa do Projeto FEUP gostaria de agradecer a todos os elementos que

colaboraram na realização deste trabalho, realçando a presença e ajuda do Professor

Sérgio Reis Cunha e da monitora Bruna Tavares, que disponibilizaram o seu tempo e

conhecimentos para nos guiar e ajudar neste trabalho.

Para além disso, queremos agradecer à FEUP pelos recursos disponibilizados, que

se revelaram importantes na construção deste trabalho.


Índice

Lista de figuras pág.6

Lista de acrónimos pág.7

1. Introdução pág.9

2. História da televisão pág.10

2.1 Televisão analógica pág.10

2.2 TDT pág.11

3. Transmissão do sinal pág.12

3.1 Televisão analógica pág.12

3.1.1 Sinal analógico pág.12

3.2 Televisão digital pág.23

3.2.1 Sinal digital pág.23

4. Comparação entre sinal analógico e digital pág.30

4.1 Níveis mínimos e máximos do sinal DVBT pág.30

4.2 Modulation error ratio (MER) pág.31

4.3 Bit Error Rate pág.33

4.4 Largura de banda pág.33

4.5 Custos e impacto da TDT pág.33

5. Conclusões pág.35

6. Referências bibliográficas pág.36


Lista de figuras

Figura1 Exemplo de ondas do sinal analógico

Figura2 Exemplo de modulação AM

Figura3 Exemplo de modulação FM

Figura4 Exemplo de modulação ASK FSK e PSK num sinal digital binário

Figura5 Exemplo de modulação BASK

Figura6 Exemplo de modulação DPSK

Figura7 Tabela Dibit

Figura8 Tabela Tribit

Figura9 Gráfico 16QAM

Figura10 Gráfico 32QAM

Figura11 Exemplo de ondas do sinal digital

Figura12 Codificação de canal

Figura13 Gráfico Qualidade de Imagem / Perda do sinal


Lista de acrónimos

3D ThreeDimensional

AAC Advanced Audio Coding

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

ATSC Advanced Television Systems Committee

AM Amplitude Modulation

ASK Amplitude Shift Keying

BASK Binary Amplitude Shift Keying

BER Bit Error Rate

CODEC Codificador e Descodificador

COFDM Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing

dB decibel

DCT Discrete Cosine Transform

DPSK Differential Phase Shift Keying

DTH Direct To Home

DVB Digital Video Broadcast

DVBT Digital Video Broadcast Terrestrial

DVD Digital Versatille Disc

FEC Forward Error Conection

FM Frequency Modulation

FSK Frequency Shift Keying

HD High Definition

Hz Hertz

ISDB Integrated Services Digital Broadcasting

ISE International Electrotechnical Comission

ISO International Organization of Standardization

ITUT International Telecomunication Union

JPEG Joint Photographic Experts Group

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OOK OnOff Keying

MASK Multiple Amplitude Shift Keying

MHz Mega Hertz

MER Modulation Error Ratio


MP3 MPEG½ Audio Layer III

MPEG Motion Pictures Expert Group

MPSK Multiple Phase Shift Keying

NAL Network Abstraction Layer

NTSC National Television System(s) Committee

PAL Phase Alternating Line

PAT Program Association Table

PCM PulseCode Modulation

PCR Program Clock Reference

PES Packetized Elementary Stream

PID Process IDentification number

PM Phase Modulation

PMT Program Map Table

PS Program Stream

PSK Phase Shift Keying

PT Portugal Telecom

QASK Quaternary Amplitude Shift Keying

QAM Quadrature Amplitude Modulation

RF Radio Frequency

RS ReedSolomon

RTP Radio e Televisão Portuguesa

SECAM Séquentiel Couleur à Mémoire

S/N Signal to Noise ratio

TDT Televisão Digital Terrestre

TS Transport Stream

TV Televisão

UHF Ultra High Frequency

VHF Very High Frequency

VRML Virtual Reality Modeling Language


1. Introdução

A televisão foi inventada na década de 1920, e desde então tem sido aperfeiçoada

ao longo dos anos, tornandose um ícone do diaadia de cada pessoa.

Com a grande evolução tecnológica e científica que ainda se evidencia na

atualidade, também a televisão e a forma de transmissão de sinais evoluíram, passando por

um processo de transformação constante. Desta forma, verificase uma crescente melhoria

na qualidade da transmissão dos sinais, o que permitiu uma utilização mais eficiente da

televisão.

Uma das grandes evoluções no âmbito da transmissão de sinais televisivos foi a

passagem da televisão analógica para a televisão digital.


2. História da televisão

2.1 Televisão analógica

Como já foi referido anteriormente, as primeiras transmissões experimentais foram

feitas em meados da década de 1920. Experiências realizados em 1926 em Inglaterra, em

1927 no Japão e nos EUA marcaram o início das transmissões de imagens e sons.

O primeiro canal de televisão portuguesa foi a RTP (canal estatal), que iniciou as

emissões experimentais a 4 de Setembro de 1956, passando a 7 de Março de 1957 às

21:30 a emissão regular a preto e branco. As primeiras emissões a cores começaram em

1975, sendo esporádicas até Março de 1980.

A 26 de Abril de 2012, foram desligados todos os retransmissores analógicos de

televisão e Portugal entrou na era da televisão digital.


2.2 TDT

A televisão digital foi testada em 1998 e tentouse introduzir em 2002 e 2003 sem

sucesso.

A TDT só chega a Portugal em Outubro de 2008, numa emissão experimental, a partir

do retransmissor de Palmela. Até ao final desse ano estas emissões estenderamse ao emissor

de Monsanto e retransmissores da Caparica, Estoril, Sintra e Malveira, mas com potências

reduzidas e emitindo apenas nalgumas direções restritas, por exemplo, as emissões

provenientes de Monsanto, em Lisboa, chegavam apenas até à zona de Picoas.

Em Janeiro de 2009, foram realizados mais testes noutras zonas do país. A emissão

regular iniciouse a 29 de Abril.


3. Transmissão do sinal

3.1 Televisão analógica

A televisão analógica é a televisão original que usa sinais analógicos para transmitir

vídeo e áudio, e numa transmissão de televisão analógica, o brilho, a cor e o som são

representados por rápidas variações de amplitude, frequência e fase do sinal.

Os sinais analógicos variam dentro de uma gama contínua de valores possíveis, o

que significa que o ruído de interferência é reproduzido pelo recetor. Assim, em

transmissões de televisão analógica, um sinal moderadamente fraco tornase sujeito a

interferências. Em contraste, um sinal digital moderadamente fraco e um sinal digital muito

forte transmitem uma imagem de igual qualidade. A televisão analógica pode ser distribuída

por wireless, ou através de uma rede de cabo.

3.1.1 Sinal analógico

O sinal analógico é um tipo de sinal contínuo que varia em função do tempo. A

representação de um sinal analógico é uma curva. Se um sinal varia os seus valores de 0 a

10, o sinal analógico passa por todos os valores intermédios possíveis entre 0 e 10 (0.01,

0.566, 4.565, 8.55...). Sendo assim, a faixa de frequência é bem maior e não tão confiável.

Figura1 Exemplo de ondas do sinal analógico 1

1 http://cgrbrasil.com.br/artigos/diferencaentresinaldigitaleanalogico/


http://cgrbrasil.com.br/artigos/diferenca-entre-sinal-digital-e-analogico/

Características

O sinal analógico é determinado pelas seguintes características:

Amplitude: é a intensidade da grandeza medida (a corrente ou, muito mais comum, a

tensão);

Frequência: é a repetição da oscilação por unidade de tempo.

Fase: diz respeito ao ângulo inicial de oscilação de uma sinusóide. Aparece em circuitos

reativos e capacitivos. 2

Difusão

Existem três grandes sistemas de codificação de sinal para transmissões em

televisão analógica: o sistema americano NTSC, o sistema europeu/australiano PAL e o

sistema francês e russo SECAM. Em seguida, é necessário ocorrer uma modulação do

sinal, e o tipo de modulação utilizado é o RF. O sinal pode ser modulado numa frequência

muito alta (VHF) ou numa frequência “ultra” alta (UHF).

Transmissão de imagem

Num tubo de raio catódico, o cátodo é um filamento aquecido (não diferente do

filamento numa lâmpada normal), e encontrase num vácuo criado dentro de um tubo de

vidro, e existe um fluxo de eletrões que saem do cátodo aquecido para o vácuo.

Os eletrões, sendo negativos e o ânodo sendo positivo, este atrai os eletrões do

cátodo. Num tubo de raios catódicos de uma televisão, o fluxo de eletrões forma um raio

(ou feixe) concentrado e acelerado por um dispositivo de aceleração localizado logo após o

cátodo. Esse feixe de eletrões acelerados viaja pelo tubo de vácuo e atinge a tela na outra

extremidade do tubo, e sendo que essa tela é revestida por fósforo, brilha quando é atingida

pelo feixe de eletrões. Para direcionar o feixe de eletrões, é usado um conjunto de bobinas,

que cria um campo magnético que move o feixe de eletrões verticalmente, enquanto que

outro conjunto move o feixe horizontalmente. Controlando a tensão das bobinas, tornase

possível posicionar o feixe de eletrões em qualquer ponto da tela e direcionálo segundo um

padrão de linhas horizontais. No final de cada linha, os feixes de eletrões voltam para o

início da próxima linha e à medida que passa por cada ponto, a intensidade do feixe é

variada. Num sistema de televisão a cores, o processo é idêntico, exceto que um sinal de

2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Sinal_anal%C3%B3gico


https://pt.wikipedia.org/wiki/Sinal_anal%C3%B3gico

cor é adicionado e irá controlar a cor do ponto.

Receção de Sinais

Em cada país, o sistema de televisão especifica um número de canais de televisão

dentro das faixas de frequências VHF ou UHF. Um canal, na verdade, é composto por dois

sinais: a informação da imagem é transmitida utilizando a modulação em amplitude numa

frequência, e o som, que é transmitido com modulação em frequência numa frequência

deslocada (entra 4,56 MHz) a partir do sinal de imagem.

Sincronização

São adicionados impulsos de sincronização ao sinal do vídeo no fim de cada linha, e

existe um circuito que detecta os níveis de sincronização e classifica os pulsos em sincronia

horizontal e vertical.

Sincronização Horizontal

A sincronização horizontal é responsável pela separação das linhas, pois apresenta

um sinal que indica sempre o início de cada linha. O resto da linha a partir do início continua

até ocorrer um novo impulso que indique que uma nova linha está a começar.

Sincronização Vertical

A sincronização vertical separa os campos de vídeo. No sistema PAL e NTSC, o

impulso de sincronização vertical ocorre dentro do intervalo de “apagamento” vertical. Os

impulsos de sincronização vertical são feitos pelo prolongamento da duração dos impulsos

horizontais através de quase todo o comprimento da linha.

O sinal de sincronização vertical é uma série de impulsos muito mais longos, que

indica o começo de um novo campo. Os impulsos de sincronismo ocupam a totalidade do

intervalo de linha de um número de linhas no início e no fim de uma verificação. Nenhuma

informação de imagem é transmitida durante a reconstituição vertical. A sequência de pulso

é projetada para permitir a sincronização horizontal para continuar durante a reconstituição

vertical. Este também indica se cada campo representa linhas pares ou ímpares em


sistemas entrelaçados.

Banda Base

A banda base (Baseband) é o sinal original que pretendemos transmitir. A voz, ao

telefone (áudio), é um sinal de banda base. O vídeo filmado por uma câmera, é também um

sinal de banda base. Infelizmente, é tecnicamente difícil transmitir os sinais de banda base à

distância, pelo que na grande maioria das aplicações de telecomunicações, os sinais BB

necessitam de ser previamente modulados.

Modulação

O sinal a transmitir (banda base) raramente tem as características adequadas para o

meio onde vai ser transmitido. Por exemplo, transmitir a nossa voz a 10Km de distância,

pelo ar, seria impossível. Desta forma, o sinal da voz (depois de convertido em sinal

eléctrico no microfone) é transportado por um outro sinal (a que chamaremos transportadora

ou apenas portadora) e esse sim tem as características exigidas pelo meio.

Ao processo pelo qual colocamos um sinal “em cima” de uma portadora, chamamos

modulação e praticamente todos os sinais que hoje utilizamos na transmissão à distância,

são modulados. Todas as técnicas de modulação resultam no deslocamento de um sinal, da

sua gama de frequências original para uma outra gama de frequências. Na recepção, o sinal

original é recuperado através do processo inverso, ou seja é realizada a desmodulação, o

que elimina a portadora e recupera o sinal original.

Modulação de Amplitude (AM)

Na modulação de amplitude, e como o próprio nome indica, é a amplitude da

portadora que irá variar, proporcionalmente às variações do sinal da mensagem.


Figura2 Exemplo de modulação AM 3

A figura acima descreve graficamente as formas de onda envolvidas num processo

de modulação de amplitude.

Inicialmente, vemos a mensagem a transmitir (ou sinal modulador), representase

aqui apenas como uma sinusóide. Na prática, o sinal modulador é normalmente muito mais

complexo pois é constituído por inúmeras frequências. Em seguida, representase a onda

portadora que transportará a mensagem. A sua amplitude é constante e a sua frequência

deve ser, no mínimo, várias dezenas de vezes superior à frequência mais alta presente no

sinal modulador (exemplo: para um sinal modulador de 1KHz a frequência da portadora

deveria ser pelo menos 100KHz), e finalmente, está representada a forma do sinal já

modulado em amplitude. É de salientar que a amplitude da portadora deixou de ser

constante e passou a ter uma forma cuja “envolvente” (a tracejado) é idêntica à do sinal da

mensagem inicial.

Índice de Modulação

O índice de modulação (m) é dado pela relação entre a amplitude Vs do sinal

modulador e a amplitude Vp da portadora, isto é:

Para se obterem diferentes índices de modulação, basta variar o nível do sinal

modulador Vs, por exemplo:

Se Vs = 0 (isto é, se o sinal modulador não existir), então m=0 e só há portadora.

Se Vs = Vp/2, então m=0,5.

Se Vs = Vp, então m=1.

3 http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.aspx?skey=&doc=73175&img=1181


http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.aspx?skey=&doc=73175&img=1181

Se Vs > Vp, então m > 1 , e o sinal modulado ficará distorcido.

Modulação de Frequência (FM)

Na modulação de frequência, a onda portadora vai variar a sua frequência de acordo

com o valor instantâneo da amplitude da moduladora.

Ou seja, quando o sinal da moduladora está na amplitude máxima, a portadora vai

para a sua frequência máxima, e quando o sinal modulador está na sua amplitude mínima a

portadora atinge a sua frequência mínima. Quando não há sinal (ou quando a amplitude do

sinal é nula), a frequência da portadora apresenta o seu valor médio.

Na realidade, em FM, a frequência da portadora em repouso varia entre dois

valores, máximo e mínimo, e tem portanto um desvio de frequência ( f = fmin fmax ).

Quanto maior o desvio, maior a imunidade ao ruído.

Figura3 Exemplo de modulação FM 4

Modulação de Fase (PM)

A modulação em fase consiste em fazer com que a fase da portadora varie

proporcionalmente à variação de amplitude de um sinal modulante.

Este tipo de modulação não é muito utilizado principalmente porque necessita de

4 http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.aspx?skey=&doc=73175&img=1181



equipamentos de recepção mais complicados que em FM e pode apresentar problemas de

ambiguidade para determinar por exemplo se um sinal tem uma fase de 0º ou 180º. As

formas dos sinais de modulação de frequência e modulação de fase são muito parecidas.

De facto, é impossível diferenciálas sem ter o conhecimento prévio de qual foi o tipo de

modulação e portanto os espectros de frequências da modulação de fase têm as mesmas

características gerais que os espectros de modulação de frequência. Em PM as

considerações acerca da largura de banda são similares às da largura de banda de FM.

Portadora analógica / Informação digital

De seguida, irão ser abordadas as técnicas de modulação que se aplicam quando se

pretende transmitir um sinal digital utilizando uma portadora analógica.

São tipos de modulação utilizados por exemplo para transmitir sinais de internet pela

linha telefónica. A rede telefónica foi inicialmente desenhada para receber e transmitir sinais

analógicos na gama das frequências da voz (300 a 3400Hz). Por isso, essa rede não é de

todo adequada para transmitir sinais digitais. Desta forma, recorreuse aos modems, que

faziam a modulação de portadoras analógicas com sinais digitais, e assim já era possível a

transmissão. Os modems telefónicos que se utilizavam na rede telefónica produzem sinais

na gama da frequência da voz (3003400Hz), mas os atuais modems de banda larga (ADSL

e ADSL2+) e os modems da TV por cabo utilizam as mesmas técnicas, embora em

frequências mais altas que as da voz humana.

Também aqui, a portadora analógica pode ser alterada em amplitude (ASK),

frequência (FSK) e fase (PSK), mas agora por um sinal digital binário.

Figura4 Exemplo de modulação ASK FSK e PSK num sinal digital binário 5

5 http://www.magnadesignnet.com/en/booth/technote/ofdm/page2.php


http://www.magnadesignnet.com/en/booth/technote/ofdm/page2.php

Modulação ASK e BASK

Como é possível ver na imagem acima, na sua forma mais simples, a modulação

ASK, consiste simplesmente em permitir ou não a transmissão da portadora em função da

sequência de bits “0” e “1”, daí o facto de ser também muitas vezes designado por OOK

(onoff keying), e, embora tenha sido muito utilizado no passado (no telégrafo por exemplo),

tem o inconveniente de nos instantes sem sinal ser difícil distinguir se se trata de um “0”

binário ou se é mesmo ausência de sinal. Assim utilizase de preferência a modulação

BASK.

Figura5 Exemplo de modulação BASK 6

Na modulação BASK, a portadora pode tomar dois níveis de amplitude, um para o

“0” outro para o “1”. Em vez de se utilizarem apenas dois níveis, podem transmitirse níveis,

e nesse caso, dizemos que a modulação é MASK (multiple ASK). Num sinal modulado em

4ASK (ou QASK – quaternary ASK) existem 4 níveis diferentes e portanto cada nível pode

representar 2 bits.

A vantagem deste tipo de modulação é que comparativamente com a modulação

BASK, se pode enviar o dobro dos bits no mesmo intervalo de tempo duplicando a taxa de

transmissão.

6 http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/30580binaryamplitudeshiftkeying


http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/30580-binary-amplitude-shift-keying

Modulação FSK

A técnica FSK comuta a frequência da portadora entre dois valores fixos, em função

do sinal digital binário de entrada. Por exemplo, quando o sinal é “0” produzse uma

portadora de frequência f1. Quando o sinal é “1” produzse uma portadora de frequência f2.

O padrão para o exemplo a seguir é que o bit "0" corresponda por exemplo à

frequência de 1000 Hz e o bit "1" corresponda à frequência de 2000 Hz. Na prática,

normalmente a portadora fica numa frequência determinada e o bit "0" corresponde a uma

frequência abaixo da portadora, e o bit "1" a uma frequência acima da portadora.

Modulação PSK

A modulação PSK consiste em variar a fase da portadora de acordo com a

informação digital binária a ser transmitida. O bit “0” é transmitido com fase 0º e o bit “1” com

fase 180º.

A modulação Differential Phase Shift Keying (DPSK) é uma variação do PSK, onde

há a inversão de 180° na fase da portadora sempre que ocorre o bit “0”. Este esquema é

também chamado de Binary PSK (BPSK). As alterações consecutivas numa sequência de

bits “0” facilitam as técnicas de sincronização da comunicação.


Figura6 Exemplo de modulação DPSK 7

Modulação MPSK

Através da variação de fase é possível transmitir não apenas um bit de cada vez

mas sim conjuntos de 2 bits (Dibit), de 3 bits (Tribit), etc. aumentando, assim,

substancialmente a quantidade de informação por unidade de tempo. São as modulações

multinível PSK ou abreviadamente MPSK. No caso Dibit, o esquema de modulação tem o

nome de 4PSK ou QPSK, uma vez que dois bits definem 4 possíveis combinações. Neste

caso, cada combinação é representado por uma alteração no ângulo da portadora, múltiplo

de 90º.

Dibit Fase da Portadora

Alternativa "A" Alternativa "B"

0 0

0 1

1 1

1 0

0º

90º

180º

270º

45º

135º

225º

315º

Figura7 Tabela Dibit

No caso Tribit, a unidade de informação é constituída por conjuntos de 3 bits, ou

seja, existem 8 possíveis combinações fazendo variações de fase múltiplas de 45º.

TRIBIT Mudança de fase

0

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0º

45º

90º

135º

180º

225º

270º

7 https://www.poprs.rnp.br/~berthold/etcom/teleproc2000/modemAnalogico/modem_modulacao.html


https://www.pop-rs.rnp.br/~berthold/etcom/teleproc-2000/modemAnalogico/modem_modulacao.html

1 0 1 315º

Figura8 Tabela Tribit

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

A técnica QAM é uma combinação dos esquemas ASK e PSK modificando

simultaneamente a amplitude e a fase da portadora. Em QAM podem transmitirse desde 2

até 8 ou mais bits em simultâneo aumentando muito o rendimento em relação à modulação

QPSK. Se utlizarmos 4bits por símbolo, serão transmitidos 16 símbolos diferentes (de 4 bits

cada) e por isso se designa por 16QAM. Por outro lado, se utilizarmos 5 bits por símbolo,

obtemos uma 32QAM.

Figura9 Gráfico 16QAM e Figura10 Gráfico 32QAM 8 9

Poderseia continuar, aumentando o número de símbolos, (128QAM, 256QAM,

etc), mas quanto mais bits se utilizam, mais próximos os símbolos ficam uns dos outros e

portanto mais susceptíveis à distorção e alteração, porque um determinado símbolo pode

ser facilmente confundido com o símbolo vizinho. As redes de TV cabo em Portugal,

trabalham em 64QAM, mas nos E.U.A. por exemplo, trabalham a 128QAM e a 256QAM.

8 https://pl.wikipedia.org/wiki/Modulacja_QAM 9 https://awrcorp.com/download/faq/english/docs/VSS_System_Blocks/QAM_SRC.htm


https://pl.wikipedia.org/wiki/Modulacja_QAM

https://awrcorp.com/download/faq/english/docs/VSS_System_Blocks/QAM_SRC.htm

3.2 Televisão digital

A Televisão digital terrestre (TDT) apresenta, contrariamente à televisao analógica,

um tipo transmissão de vídeo som associado segundo um sinal digital. A codificação digital

da informação oferece diversas vantagens. Entre elas devese destacar a possibilidade de

comprimir o sinal e o facto de permitir a emissão de vários canais em simultâneo numa

mesma frequência, anteriormente reservada para um único canal (canal múltiplo digital),

permitindo uma utilização mais eficiente do espetro eletromagnético. O número de

programas transmitidos em cada canal múltiplo dependerá da proporção (ratio) de

compressão empregue. Por outro lado, por consequência da mais eficiente utilização do

espetro eletromagnético, é possível dedicar outras zonas do espetro para outro tipo de

aplicações. A compressão também tornou viável a emissão de sinais de televisão em alta

definição (HD ou high definition em inglês), que requerem uma largura de banda maior que

a da definição padrão.

Convém mencionar também que o sinal digital não é mais robusto que o analógico,

ou seja, não é mais resistente a possíveis interferências. Ambos são sinais

eletromagnéticos, da mesma natureza, e suscetíveis a serem distorcidos ou alterados por

campos elétricos ou magnéticos, pelas condições meteorológicas, etc. A diferença, como foi

exposto, reside na maneira de codificar a informação.

3.2.1 Sinal digital

Contrariamente ao sinal analógico, o sinal digital não varia continuamente ao longo

do tempo, podendo assumir apenas dois valores, 0 ou 1. É essencialmente uma

representação codificada da informação original. Um exemplo de sinal digital é a sequência

de altas e baixas voltagens produzida durante uma chamada telefónica digital. 10

Figura11 Exemplo de ondas do sinal digital 11

10 https://education.ti.com/sites/PORTUGAL/downloads/pdf/08analog_digital.pdf 11 http://cgrbrasil.com.br/artigos/diferencaentresinaldigitaleanalogico/


https://education.ti.com/sites/PORTUGAL/downloads/pdf/08analog_digital.pdf

http://cgrbrasil.com.br/artigos/diferenca-entre-sinal-digital-e-analogico/

Características

Um sinal digital possui um número finito de estados (níveis) com transições bruscas

(descontínuas) entre estados. As operações de “colocação” e “extracção” dos dados do

sinal são conhecidas por codificação e descodificação.

DVB

O projecto DVB (Digital Video Broadcasting) é um consórcio com 220 membros de

30 países diferentes (na sua maioria europeus), formado em 1993 com o objectivo de criar

padrões para a difusão da televisão digital através de diversos canais de transmissão (Cabo,

Satélite, Terrestre,…). A norma que está associada à difusão terrestre é o DVBT.

Contudo, existem ainda outros grandes sistemas ligados à difusão de televisão

digital tal como o sistema japonês ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) e o

sistema norteamericano ATSC (Advanced Television Systems Comittee), mas como o

sistema DVBT foi o escolhido para a difusão da televisão digital em Portugal, é nele que se

irão inicidir os próximos tópicos.

Compressão

Se os sinais de áudio e vídeo fossem transmitidos sem qualquer tipo de

compressão, estes seriam muito grandes pelo que seria impossível transmitilos pela

atmosfera pois seria necessário um débito binário muito grande (tendo também em conta

que se pretendem enviar vários canais de televisão simultaneamente). Por estas razões,

tornase imperativo comprimir o sinal antes de este ser enviado.

Para a compressão de sinais de vídeo para TDT são utilizadas duas normas de

compressão de acordo com o padrão DVBT: a norma MPEG2 e a norma MPEG4/H.264.

MPEG2

Ao contrário de Portugal, que utiliza a norma MPEG4 para compressão de áudio e


vídeo, no resto da Europa a norma utilizada mais comum é a MPEG2.

Desenvolvida pelo Motion Pictures Expert Group (MPEG), esta norma permite obter

uma qualidade não inferior (ou até mesmo superior) em relação aos sistemas analógicos. É

possível obter um fator de compressão até 55 vezes melhor relativamente ao vídeo em PCM

(PulseCode Modulation). Esta norma pode ser dividida em várias partes, das quais se

destacam as que dizem respeito ao sistema, ao vídeo e ao áudio:

Parte 1 (sistemas) Engloba a Transport Stream (TS) que trata do envio dos dados

digitais de vídeo e áudio por canais com perdas e o Program Stream (PS), que foi

desenvolvido para meios sem erros tal como os DVD’s.

Parte 2 (vídeo) Apresenta características como compensação de movimento, DCT,

quantificação, codificação de fluxos escaláveis e codificação entrópica.

Parte 3 (áudio) Apresenta extensão para multicanal e compatibilidade com o áudio

MPEG1.

MPEG4

A norma MPEG4 é uma “coleção” de métodos patenteados que definem a

compressão de dados de áudio e vídeo digitais. Designa um grupo de formatos padrão para

codificação de áudio e vídeo e tecnologias relacionadas de acordo com a ISO / IEC “Moving

Picture Experts Group” (MPEG) no âmbito da norma ISO / IEC 14496.

Muitas das funcionalidades apresentadas na norma MPEG4 são comuns aos

formatos anteriores (MPEG1 e MPEG2), e outras foram adicionadas, tais como: o suporte

ao VRML para representação em 3D, ficheiros compostos orientados a objetos (incluindo

áudio, vídeo e objetos VRML), suporte a Gestão de Direitos de Autor e vários outros tipos de

conteúdos interativos. Salientase também a Network Abstraction Layer (NAL), que permite

a este codificador adaptarse a diversos meios de transmissão.

Inicialmente, o MPEG4 era destinado a vídeos de baixo débito binário, mas

entretanto as suas capacidades foram alargadas, como por exemplo, o MPEG4 parte 10

(MPEG4 AVC/H.264 ou “Advanced Video Coding”), desenvolvido pela ITUT Video Coding

Experts Group (VCEG) em conjunto com a ISO/IEC MPEG e reconhecido como padrão

internacional, sendo utilizado pelo “codec” x264, pelo Nero Digital AVC, pelo QuickTime7 e


https://pt.wikipedia.org/wiki/ITU-T

https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=VCEG&action=edit&redlink=1

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https://pt.wikipedia.org/wiki/Moving_Picture_Experts_Group

em formatos de vídeo e “mídia” como os discos “Bluray”.

Codificação

Dado que a atmosfera se trata de um meio ruidoso, o canal de transmissão terá de

ser codificado de modo a diminuir a taxa de erros por símbolo. E quanto à codificação do

sinal, podemos falar em dois níveis distintos: Codificação Áudio e Codificação Vídeo.

Codificação de Áudio

De entre outras opções de acordo com a norma DVBT, em Portugal,o codec de

codificação de áudio escolhido para a televisão digital terrestre foi o AAC (Advanced Audio

Coding). O AAC é um codec de áudio digital com perdas (lossy). Este foi desenvolvido com

o intuito de obter melhor desempenho que o seu antecessor, o MPEG1 Audio Layer III

MP3, sendo que a sua grande maisvalia acaba por ser o facto de para débitos binários

mais reduzidos, a qualidade do áudio é melhor. É um formato compatível com toda a nova

geração de aparelhos nomeadamente iPhone, iPod, leitores de áudio portátil e

smartphones, já que necessita de uma baixa complexidade no descodificador.

Codificação de Vídeo

De uma maneira geral, a codificação do vídeo é feita a partir da redundância

espacial e temporal. A informação que é codificada está incluída nos dados comprimidos,

para assim ser possível ao descodificador manipular automaticamente todas as “decisões”

do codificador. A redundância espacial aproveita o facto de dentro de uma mesma imagem

existirem zonas que se repetem (intracoding). Utilizando a transformada DCT, obtémse de

uma imagem um conjunto de zonas que tornam mais evidente a redundância, ficando mais

facilmente eliminável.

Por outro lado, a redundância temporal prendese com o facto de numa sequência

de vídeo, as imagens sucessivas serem muito semelhantes entre si (intercoding).

A técnica intracoding pode ser utilizada sozinha, como em JPEG, ou é possível ser

combinada com a intercoding, como no caso do MPEG. Neste segundo caso, a codificação

da primeira imagem tem de ser feita a partir da redundância espacial (intracoding), e a partir

do momento em que existem mais imagens, estas podem ser codificadas a partir das

anteriores (intercoding), utilizando técnicas de compensação de movimento. Este método


de codificação é baseado na utilização de vetores de movimento que indicam a

movimentação de blocos de imagens anteriores, fazendo com que a quantidade de

informação para codificar a imagem atual seja menor.

Sincronização e Multiplexagem

Com o intuito de se obter uma sincronização e multiplexagem dos diversos

bitstreams (fluxo de bits) de áudio e vídeo num único, foi adoptada a norma MPEG2 TS –

Transport Stream. Com esta norma, os streams são encapsulados em blocos de dados

sequencialmente (Packetized Elementary Stream – PES), mas estes blocos de dados

necessitam de informação suplementar para que seja possível identificar devidamente os

dados de vídeo ou áudio que transportam. Para que isso seja possível, é utilizado um

campo no cabeçalho dos pacotes da Transport Stream, o campo PCR (Program Clock

Reference), que serve para transportar amostras da base de tempo de cada programa. No

descodificador, as amostras do campo PCR pertencentes a um dado programa são

recolhidas e utilizadas para regenerar uma base de tempo idêntica à base de tempo original

utilizada na codificação do programa. É esta base de tempo regenerada (dita “em lock” com

a da emissão) que possibilita a apresentação sincronizada de imagens e som

(sincronização), em conjunto com as marcas temporais enviadas nos cabeçalhos dos PES.

Contudo, a Transport Stream é mais do que apenas uma multiplexagem de áudio e vídeo,

pois além dos PES transporta também a Program Association Table (PAT), que indica os

programas transportados no multiplexador, ou a Program Map Table (PMT) para cada um

dos programas referidos na PAT. Cada PMT indica a constituição do programa e fornece os

identificador do respetivo pacote (PID), que transporta as componentes desse programa

(áudio, video e dados) e os respectivos tipos das streams (tipo de codificação do áudio e

video, dados, etc.).

Codificação e Modulação de Canal

Após a fase de codificação e sincronização do sinal de vídeo e de áudio através de

MPEG2 ou MPEG4 é necessário fazer uma adaptação do sinal ao meio através uma

modulação com a respetiva codificação de canal.


Codificação de Canal

No caso da difusão terrestre, dadas as condicionantes do meio onde o sinal é

transmitido, existe naturalmente a tendência para a ocorrência de erros na desmodulação e

descodificação do sinal. Assim sendo, será necessário implementar um algoritmo robusto

para a correção de erros. Enquanto que no caso do DVBC em que o canal é muito mais

fiável e apenas se necessita de uma proteção de um código exterior (ReedSalomon e

Interleaver), para o DVBS e DVBT foi incluída uma proteção muito mais robusta com a

adição de um código interno composto por um Codificador Convolucional e por um

Puncturing.

Interleaver Por si só não apresenta a capacidade de correção de erros, apenas

reorganiza os símbolos de modo a que seja mais fácil e mais eficiente a correção de

erros de bit, que são os que ocorrem com mais frequência. Provoca atraso no

sistema, requer mais memória e aumenta a complexidade.

Códigos ReedSolomon (RS) Permite a detecção e a correção de símbolos

corruptos. O código RS usado para o DVB é o RS(204,188), com capacidade de

correção máxima de 8 bytes por bloco, e no caso de esse limite ser passado, é

retornada uma informação de falta de capacidade para corrigir esses erros.

Codificador Convolucional É um complemento para o código RS em que para m

bits de entrada correspondem n bits de saída, e n=2m, ou seja, o débito de entrada

é metade do débito de saída.

Puncturing Usado para aumentar a taxa de codificação, levando a que alguns bits

que estão à saída do codificador convolucional não sejam transmitidos, provocando

assim uma redução no débito total.


Figura12 Codificação de canal 12

Modulação

No que diz respeito à modulação, existem alguns fatores a considerar na escolha do

modulador mais adequado:

Características do canal;

Eficiência espectral;

Resistência à distorção do canal;

Tolerância a imperfeições no emissor/receptor.

Um dos factores mais importantes a ter em conta é o efeito multipath (no receptor,

para além do sinal principal, serão também recebidas algumas réplicas devidas a impurezas

presentes na atmosfera, ondas reflectidas pelo meio ambiente, sinais recebidos por outras

emissoras mais distantes…), e todas estas réplicas terão atrasos diferentes em relação ao

sinal principal. Posto isto, é bastante importante que a modulação escolhida possua um

método de recuperar o sinal principal com ou sem a ocorrência deste efeito.

Tendo em conta os factores antes referidos, no padrão DVBT é utilizada a

modulação COFDM (Code Orthogonal frequencydivision multiplexing).

COFDM

A modulação COFDM representa o tipo de modulação OFDM combinado com

codificação de canal (técnica de correção de erro) e que foi concebida para combater o

efeito multipath. É também bastante robusto a interferências e facilita o processo de

codificação e descodificação dos sinais. O COFDM é uma técnica de modulação com

multiplexagem, que divide o espectro em diversas subportadoras cujas frequências são

ortogonais entre si. Cada subportadora pode ser modulada utilizando QPSK, 16 QAM ou 64

QAM. Desta forma, assegurase a “imunidade” do sinal quanto à interferência em

frequências específicas. Para a informação poder ser recebida sem haver interferência

12 http://www.img.lx.it.pt/~fp/cav/ano2008_2009/Trabalhos_MEEC_2009/Artigo_MEEC_6/pagina/pagina/normas.html


http://www.img.lx.it.pt/~fp/cav/ano2008_2009/Trabalhos_MEEC_2009/Artigo_MEEC_6/pagina/pagina/normas.html


entre os dados das várias subportadoras, recorrese ao princípio de ortogonalidade.

Segundo este princípio, as subportadoras dizemse ortogonais se estiverem equiespaçadas

na frequência de modo a que estas sejam iguais a zero na posição central das outras

subportadoras.

Nesta modulação, os símbolos são caracterizados por 1805 portadoras no modo 2k

ou 6817 no modo 8k, sendo utilizada a Transformada da Inversa de Fourrier para o cálculo

dos símbolos, em que o 2k é menos robusto a interferências e menos complexo sendo mais

adequado para a cobertura de pequenas áreas, e o 8k mais robusto, complexo e adequado

a maiores áreas.

Para reduzir a complexidade do recetor, a cada bloco modulado por OFDM é usada

a técnica cyclic prefix (repetição do fim do símbolo no início deste) que tem como objetivo

combater o efeito multipath. Para ultrapassar este efeito, em cada símbolo recebido existe

um intervalo de tempo que não é considerado – intervalo de guarda – de modo a que seja

criado um intervalo de tempo livre de interferências, e o comprimento do intervalo de guarda

deverá ser igual ou superior ao maior atraso existente nos sinais que interferem com o

original, sendo que quanto maior for, mais tolerável será o sistema. Contudo, o

aproveitamento da banda irá variar de forma inversa.

4. Comparação entre sinal analógico e digital

A televisão digital traz inúmeros benefícios comparativamente à televisão analógica.

Para constatar esse facto, foram feitas comparações entre os dois tipos de transmissão

durante o período de transição do sinal analógico para o sinal digital. Assim, mediramse

parâmetros comuns às duas formas de transmissão.

4.1 Níveis mínimos e máximos do sinal

O nível de sinal necessário à transmissão do sinal digital é menor do que o

necessário à transmissão do sinal analógico. Para o sinal digital, o nível ideal é de 17 dB.

Assim, a modulação digital é mais eficiente do que a analógica.


Figura13 Parâmetros a considerar na instalação 13

No caso apresentado da Polónia, verificase que os limites impostos para a

transmissão digital são muito diferentes dos da televisão analógica, sendo estes de 48

dBuV e 74 dBuV.

4.2 Modulation Error Ratio (MER)

O MER dános informações sobre o nível e tipo de ruído que interfere o sinal digital

(ruído de fase, ruído de amplitude, etc.)

Na televisão analógica, o declínio da relação sinal / ruído – S/N (signal to noise

ratio) provoca uma diminuição proporcional na qualidade da imagem, mesmo no caso dos

menores valores de S/N que permitem qualquer receção. Por exemplo, o sinal S/N de 44 dB

geralmente fornece uma qualidade de imagem muito boa, mas se diminuirmos cerca de

1015 dB, a imagem irá sofrer alguma distorção, mas a maioria dos utilizadores consideram

13 http://www.dipol.pt/medicoes_e_amplificacao_de_sinais_tdt_dvbt__bib212.htm


http://www.dipol.pt/medicoes_e_amplificacao_de_sinais_tdt_dvb-t__bib212.htm

isso aceitável. Com uma queda adicional de 10 a 15 dB, a imagem fica com má qualidade

devido ao elevado nível de distorção.

No caso de um sinal digital, a fronteira entre um ideal de qualidade de imagem e perda

de receção é muito próximo. No DVBT, de forma semelhante à transmissão digital,

acontece um efeito de precipício. Isso significa que há um salto repentino de uma receção

normal para uma completa falta de conteúdo. Quando a transmissão é feita nessa zona de

precipício a imagem parece congelarse ou mostrarse como um mosaico. O gráfico

seguinte ajuda a compreender o efeito anteriormente descrito.

Figura13 Gráfico Qualidade de Imagem / Força do sinal 14

O MER pode ser tratado como uma medida da distância do sinal recebido para o

precipício digital. Sem ter em consideração esse parâmetro, o instalador de antena não

pode garantir a estabilidade de receção em condições meteorológicas adversas ou outras

situações que o sinal pode variar. Os valores recomendados de MER necessários para a

receção adequada dependem da técnica de modulação. No caso da modulação 64QAM

são de 31 dB.

14 http://www.dipol.pt/medicoes_e_amplificacao_de_sinais_tdt_dvbt__bib212.htm



4.3 Bit Error Rate

Outro parâmetro que devemos ter em conta é o bit error rate (BER), pois dános

informação sobre a qualidade do sinal recebido.

Este parâmetro informa sobre a proporção de bits errados (causada por

interferências que ocorrem no canal de transmissão) em relação a todos os bits

transmitidos.

Os sinais digitais transmitidos através de canais de radiofrequência (RF) (DVBS/S2

e DVBT) são transmitidos usando redundância de codificação. Isso aumenta os requisitos

de largura de banda para transmissão de sinal, mas permite ao recetor corrigir erros que

ocorram no canal de transmissão por meio de algoritmos apropriados. Isso significa que,

para além de informações úteis que o transmissor envia, envia também um número de bits

de correção. A proporção dos bits de informação é mostrado pela FEC (Forward Error

Correction). Melhor correção conduz a uma limitação da capacidade do canal.

O sinal digital codificado é recebido e descodificado no recetor, utilizando algoritmos

de correção. Devido a uma implementação de hardware relativamente simples, o algoritmo

Viterbi é o utilizado.

4.4 Largura de banda

Definese largura de banda de um canal com o sendo a diferença entre a maior e a

menor frequência que se utiliza nesse canal.

A largura de banda limita a capacidade de transmissão e essa limitação pode ser

física (devido ao tipo de meio físico utilizado) ou imposta .

Por outro lado, a largura de banda também depende do formato do sinal. Um sinal

digital ocupa muito mais largura de banda que um sinal analógico. 15

4.5 Custos e impacto da TDT

O processo de instalação era obrigatório até à data do “switchoff”, quando ocorreu

15 http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.aspx?skey&doc=73175&img=1181


uma substituição total da televisão analógica. Algumas vantagens e desvatagens: Vantagens: este tipo de distribuição de sinal torna se vantajoso na medida em que,

devido à natureza do sinal, a qualidade da imagem e do som da emissão é superior à da

televisão analógica.

Custos: a TDT em si é gratuita, só que é necessário obter os equipamentos

adequados à receção do sinal para visualizar a emissão de TV. Se o utilizador se encontrar

dentro de uma zona com cobertura TDT, o equipamento deve ser compatível com a

tecnologia DVBT. Se não for esse o caso, deverá comprar um kit com um descodificador

DTH. O custo dos descodificadores varia conforme os vendedores e as funcionalidades do

mesmo.

Instalação: a Portugal Telecom é a entidade que se responsabilizou por instalar as

infraestruturas necessárias à receção da TDT a nível nacional. Em cada habitação a

instalação dos equipamentos necessários à receção da TDT são responsabilidade do

utilizador, pois o processo é simples.


5. Conclusão

A partir da realização deste relatório e após analisados cada tipo de transmissão de

sinal televisivo, pudemos concluir que a evolução tecnológica é uma constante na

atualidade, sendo na maior parte das vezes uma evolução benéfica e que nos ajuda a

avançar intelectualmente.

Pudemos comparar alguns valores no que toca à qualidade do sinal/força do sinal entre

os dois tipos de transmissão, sendo que as grandes diferenças se encontram no processo

de codificação do sinal e na modulação. Também constatámos que a compressão do sinal,

sendo um processo associado à transmissão digital, se revelou bastante importante.


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