11

Prof. Alexandre A. P. Pohl

Departamento de Eletrônica (DAELN)

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR

TV DIGITALTV DIGITAL

22

BibliografiaBibliografia Televisão Digital, Princípios e Técnicas, Arnaldo Megrich, Televisão Digital, Princípios e Técnicas, Arnaldo Megrich,

editora Erica, 2009.editora Erica, 2009.

Televisão Digital, Marcelo Sampaio de Alencar, editora Televisão Digital, Marcelo Sampaio de Alencar, editora Erica, 2007.Erica, 2007.

Digital Television Fundamentals, Michael Robin and Digital Television Fundamentals, Michael Robin and Michel Poulin, McGraw-Hill, 2000.Michel Poulin, McGraw-Hill, 2000.

Standard Handbook of Video and Television Engineering, Standard Handbook of Video and Television Engineering, McGraw-Hill, ed. Jerry Whitaker and Blair Benson, 2003.McGraw-Hill, ed. Jerry Whitaker and Blair Benson, 2003.

The MPEG Handbook, John Watkinson, Elsevier, 2004.The MPEG Handbook, John Watkinson, Elsevier, 2004.

33

No BrasilNo Brasil

A A televisão no Brasiltelevisão no Brasil começou em começou em 18 de setembro de de 1950, trazida por , trazida por Assis Chateaubriand, que fundou o primeiro , que fundou o primeiro canal de televisão no no país, a , a TV Tupi..

Decreto 4.901 de 26/11/2003 institui o projeto Decreto 4.901 de 26/11/2003 institui o projeto do Sistema Brasileiro de TV Digital. do Sistema Brasileiro de TV Digital.

Entra em operação em dezembro de 2007 Entra em operação em dezembro de 2007

44

Vídeo CompostoVídeo Composto

contém informações sobre luminância contém informações sobre luminância (brilho da imagem) e crominância ((brilho da imagem) e crominância (matiz e matiz e saturação, que são características da corsaturação, que são características da cor). ). Além disso, carrega sinais de sincronismo Além disso, carrega sinais de sincronismo que permitem o retraço do sinal no que permitem o retraço do sinal no processo de varredura na direção processo de varredura na direção horizontal e vertical. horizontal e vertical.

55

VarreduraVarredura

No sistema de TV os elementos de um quadro No sistema de TV os elementos de um quadro são disponibilizados em uma tela um após o são disponibilizados em uma tela um após o outro, através de um processo de varredura…outro, através de um processo de varredura…

……mas são percebidos ao mesmo tempo devido mas são percebidos ao mesmo tempo devido ao fenômeno de persistência de visão.ao fenômeno de persistência de visão.

Consiste em se “quebrar” a imagem em uma Consiste em se “quebrar” a imagem em uma série de linhas horizontais e transmití-las em série de linhas horizontais e transmití-las em seqüência (525, NTSC ou 625, PAL).seqüência (525, NTSC ou 625, PAL).

66

Varredura EntrelaçadaVarredura Entrelaçada

13579

2468

10

campo 1, linhas ímparescampo 1, linhas ímpares

- esquerda para direita- esquerda para direita

de cima para baixode cima para baixo - -

campo 2, linhas parescampo 2, linhas pares

Sistema NTSC: 525 linhas e 262,5 linhas por campoSistema NTSC: 525 linhas e 262,5 linhas por campo

Sistema PAL: 625 linhas e 312,5 linhas por campoSistema PAL: 625 linhas e 312,5 linhas por campo

77

Comparação NTSC e PALComparação NTSC e PALCaracterísticasCaracterísticas 625 / 50 (PAL)625 / 50 (PAL) 525 / 60 (NTSC)525 / 60 (NTSC)

No. linhas por quadro No. linhas por quadro 625625 525525

No. linhas No. linhas ativas/quadro ativas/quadro

575575 485485

No. linhas por campoNo. linhas por campo 312,5312,5 262,5262,5

Campos por segundo Campos por segundo 2 f2 fHH / 625 = 5 / 625 = 500 2 f2 fHH / 525 = 59,94 / 525 = 59,94

Quadros por segundoQuadros por segundo 2525 29,9729,97

Duração total de uma Duração total de uma linha (linha (μμs)s)

6464 63,55663,556

Frequencia da linha Frequencia da linha (Hz)(Hz)

15.62515.625 15.734,26515.734,265

Duração do intervalo Duração do intervalo de apag. horiz. (de apag. horiz. (μμs)s)

1212 10,710,7

88

Comparação NTSC e PALComparação NTSC e PAL

CaracterísticasCaracterísticas PALPAL PALM / NTSCPALM / NTSC

Largura total do canalLargura total do canal 8 MHz8 MHz 6 MHz6 MHz

Banda lateral vestigialBanda lateral vestigial 0,75 MHz0,75 MHz 0,75 MHz0,75 MHz

Distância da portadora Distância da portadora de vídeo em relação de vídeo em relação ao início da bandaao início da banda

1,25 MHz1,25 MHz 1,25 MHz1,25 MHz

Distância entre a Distância entre a portadora de vídeo e a portadora de vídeo e a portadora de cor portadora de cor

4,43 MHz4,43 MHz 3,58 MHz3,58 MHz

Distância entre a Distância entre a portadora de vídeo e a portadora de vídeo e a de áudiode áudio

5,5 MHz5,5 MHz 4,5 MHz4,5 MHz

Representação da CorNTSC PAL

R, G e B R, G e B

(R-Y) e (B-Y) (R-Y) e (B-Y)

I (in-phase) e Q (quadrature) U e V

1,5 e 0,5 MHz, respectivamente

1,5 e 1,5 MHz, respectivamente

Amplitude Modulation-Double Side

Band/Supressed Carrier

Geração dos sinais Y, I e Q no transmissor, a partir de R, G e B

Sistema NTSC (encoder)

Recepção dos Sinais Sinal CompostoSinal Composto

Sep.Sep.

SyncSync

Gerad.Gerad.

BurstBurst

PLLPLL

Sep.Sep.

BurstBurst

3,58 MHz3,58 MHz

OscOscDesv.Desv.

90°90°

FPBFPB

3,58 MHz3,58 MHz

NotchNotch

3,58 MHz3,58 MHz

AtrasoAtraso

MM

AA

TT

RR

II

ZZ

B-Y demod.B-Y demod.

R-Y demodR-Y demod

YY GG

BB

RR

Decoder NTSC

Sistema PAL

• O matiz é determinado pela relação de fase existente entre os vetores

I e Q (no sistema NTSC).

• Qualquer variação aleatória nessa relação causa a reprodução de

matizes incorretos no receptor.

• O sistema NTSC apresentou desde o início uma tendência para erros

de fase.

• Assim, o sistema PAL (Phase Alternating Line) foi desenvolvido com o

objetivo de evitar que erros de fase provocassem mudanças no tom

da imagem e também reduzir erros de cromaticidade produzidos na

modulação em quadratura.

Sistema PAL

Representação da transmissão da crominância numa seqüência de 4 linhas nos sistemas NTSC e PAL. Observa-se que ocorre uma inversãode fase nas linhas pares do sistema PAL. É necessário haver reinversão da fase dessas linhas no receptor. Após a reinversão, é feita uma médiaentre duas linhas consecutivas a fim de se produzir o tom original da cor

Sistema PAL No sistema PAL os sinais utilizados são os parâmetros

U e V (ao invés dos parâmetros I e Q), os quais são transmitidos com sua largura integral de faixa, ou seja, 1,5 MHz cada (isto representa outra vantagem do sistema PAL).

Na recepção existe a separação completa dos sinais U e V evitando, assim, os erros de fase e a sobreposição dos espectros dos sinais I e Q que ocorrem no sistema NTSC.

O sistema PAL também utiliza a modulação em quadratura para transmitir os sinais diferenças de cor.

1515

Diagrama de Transmissão e Diagrama de Transmissão e RecepçãoRecepção

1616

ModulaçãoModulação Portadoras servem como Portadoras servem como

suporte para levar a suporte para levar a informação até o destino.informação até o destino.

São compatíveis com São compatíveis com com as dimensões do com as dimensões do elemento irradiador e elemento irradiador e com as características do com as características do meio.meio.

Permitem multiplexaçãoPermitem multiplexação Tipos: AM, FM, Fase…Tipos: AM, FM, Fase… ttmAts cam cos1

ΔΔamam= B/A= B/A

1717

AM-VSBAM-VSB

AM-VSB (vestigial side band) – compromisso entre SSB e DSBAM-VSB (vestigial side band) – compromisso entre SSB e DSB

1818

Modulação do Sinal de VídeoModulação do Sinal de Vídeo

Sync tipSync tip Nível de apagamentoNível de apagamento

Modulado em amplitude (AM / VSB)Modulado em amplitude (AM / VSB)

Vantagens do Vídeo Digital

Sinal digital é imune à degradação observada no sinal analógico (distorções lineares e não-lineares, ruído)

Facilidade de processamento do sinal digital (compressão, armazenamento)

É compatível com as técnicas de transmissão (digital) desenvolvidas.

Padrões de Vídeo Digital

Padrão NTSC 4 fsc

Padrão PAL 4 fsc

Permite escolha entre 8 e 10 bits Norma SMPTE 244M define as

características do padrão NTSC digital e as respectivas conexões da interface paralela dos bits

Padrão Digital de Vídeo Componente

Informação carregada pelos sinais (G, B, R) ou (Y, B-Y, R-Y)

Processamento sujeito a degradações (distorção linear, não-linear, ruído e variação temporal)

A utilização do vídeo componente pode remover ou reduzir essas degradações.

Padrão Digital de Vídeo Componente

A utilização do sinal na forma digital também reduz as degradações (desde que a conversão seja realizada uma única vez)

Padrão de digitalização de vídeo composto: 4fsc

Padrão de digitalização de vídeo componente privilegia a qualidade para operação em estudios

CCIR Recommendation 601 (Encoding Paramenters of Digital Television for Studios) permitiu uma abordagem comum para digitalização dos sinais 525/60 e 625/50

Freqüências de Amostragem

Para sinal NTSC (fref = 3,375 MHz) 4:1:1 sinal de luminância é amostrado em

13,5 MHz (4 x fref) e cada sinal diferença de cor em 1 x fref.

4:2:2 sinal de luminância é amostrado em 13,5 MHz (4 x fref) e cada sinal diferença de cor em 6,75 MHz (2 x fref)

4:4:4 sinal de luminância e sinais diferença de cor amostrados em 13,5 MHz (4 x fref)

2424

Características da InterfaceCaracterísticas da Interface

Codificação da fonte: conversor A/DCodificação da fonte: conversor A/D Conversor Paralelo Série: transforma fluxo Conversor Paralelo Série: transforma fluxo

de dados paralelo em fluxo serialde dados paralelo em fluxo serial Reconversão (série-paralelo e D/A) no Reconversão (série-paralelo e D/A) no

sistema de recepçãosistema de recepção Taxa serial de dados:Taxa serial de dados: Taxa serialTaxa serial = Taxa paralela de bits = Taxa paralela de bits

(Mpalavra/s) x Número de bits/palavra(Mpalavra/s) x Número de bits/palavra

2525

ExemploExemplo

Para o sistema de vídeo componente Para o sistema de vídeo componente 4:2:24:2:2::

Taxa serial = 27 Mpalavras/s x 10 Taxa serial = 27 Mpalavras/s x 10 bits/palavra = bits/palavra = 270 Mbps270 Mbps

Para o sistema de vídeo composto Para o sistema de vídeo composto 4 f4 fSCSC

NTSCNTSC: Taxa serial = 14,3 Mpalavras/s x : Taxa serial = 14,3 Mpalavras/s x 10 bits/palavra = 10 bits/palavra = 143 Mbps143 Mbps

PALPAL: Taxa serial = 17,7 Mpalavras/s x 10 : Taxa serial = 17,7 Mpalavras/s x 10 bits/palavra = bits/palavra = 177 Mbps177 Mbps

2626

Áudio DigitalÁudio Digital

Conversão A/DConversão A/D AmostragemAmostragem QuantizaçãoQuantização CodificaçãoCodificação Padronização AES/EBU (Audio Padronização AES/EBU (Audio

Engineering Society / European Broadcast Engineering Society / European Broadcast Union)Union)

Formatos de Áudio DigitalFormatos de Áudio Digital

2727

Freqüências de Amostragem Freqüências de Amostragem PadrãoPadrão

32 KHZ (sistemas iniciais). Em estaçõec 32 KHZ (sistemas iniciais). Em estaçõec que alimentavam transmissores de FM que alimentavam transmissores de FM estéreo.estéreo.

44,1 KHz (padrão de eletrônica de 44,1 KHz (padrão de eletrônica de consumo). CDs que usam PCM.consumo). CDs que usam PCM.

48 KHz (padrão de áudio de transmissão)48 KHz (padrão de áudio de transmissão)

2828

Diagrama do CodificadorDiagrama do Codificador

2929

Estrutura Estrutura da Interface da Interface

de Áudio de Áudio AES/EBUAES/EBU

3030

Características GeraisCaracterísticas Gerais Dois Subquadros (32 bits, um para cada canal)Dois Subquadros (32 bits, um para cada canal) Palavra de dados (16 a 20 bits)Palavra de dados (16 a 20 bits) Sinais de sincronismo (palavras X, Y, Z)Sinais de sincronismo (palavras X, Y, Z) Dados auxiliaresDados auxiliares Bits Validade (V), Usuário (U), Canal (C) e Bits Validade (V), Usuário (U), Canal (C) e

Paridade (P)Paridade (P) Agrupados em blocos de 192 quadrosAgrupados em blocos de 192 quadros Duração de cada quadro: 20,83 Duração de cada quadro: 20,83 μμss Amostragem (TAmostragem (Tss= 1/48 KHz)= 1/48 KHz) Duração de bloco AES/EBU: 20,83 x 192 = 4msDuração de bloco AES/EBU: 20,83 x 192 = 4ms

Padrão MPEGCodificação Razão Compressão Taxa

PCM (CD-Quality) 1:1 e 4:1 32 a 448 Kbps

MPEG-1 layer II 8:1 192 Kbps

MPEG-1 layer III (MP3)

12:1 128 Kbps

Padrão Taxa de Amostragem (KHZ)

Taxa (Kbps)

MPEG-1 32 ; 44,1 ; 48 32, 40, 48, 56,64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320

MPEG-2 16 ; 22,05 ; 24 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160

3131Prof. Alexandre PohlProf. Alexandre Pohl

Padrões de Áudio nos Sistemas de TVD

ATSC: Dolby Digital AC-3 (renomeado para A/52)

DVB: Dolby Digital AC-3 e MPEG-2 AAC

ISDB: MPEG-2 AAC

ISDB-Tb (brasileiro): MPEG-4 AAC 2.0

3232Prof. Alexandre PohlProf. Alexandre Pohl

Compressão de Vídeo

Taxas muito altas (SDI, 270 Mbps) exigem grande banda

Sistemas convencionais (NTSC, PAL, SECAM): redução da informação de crominância (< 1,5 MHz)

Levam em conta o fato do Sistema Visual Humano (HVS) não ser tão sensível à informação de cor

Compressão de Vídeo

Imagens geralmente contem dados idênticos, que NÃO precisam ser repetidos durante a transmissão

O processo de identificação de dados idênticos em um quadro (ou seqüência de quadros) é conhecido como decorrelação de dados.

Entropia: caracteriza a medida do conteúdo médio de informação de uma imagem (que é amostrada e representada por um conjunto e bits.

Técnicas de Compressão

VideoVideo

ComCom

PerdasPerdas

Sem Sem

PerdasPerdas

DCTDCT VLCVLC RLCRLCRemoçãoRemoção

sincronizaçãosincronização

Sub-Sub-

amostragemamostragemQuantizaçãoQuantização DPCMDPCM

Isoladamente apresentam baixa RC. Combinadas aprsentam melhor eficiênciaIsoladamente apresentam baixa RC. Combinadas aprsentam melhor eficiência

Processos com Perdas Resultam da combinação de duas ou mais técnicas

Apresentam razão de compressão mais alta (2:1 a 100:1), mas apresentam perda de dados e degradação da qualidade da imagem depois da decompressão.

Perdas podem ser minimizadas com conhecimento das deficiências do HVS

O controle da razão de compressão leva a uma taxa de bits constante (CBR)

Processo DCT

A redução da taxa de bits é alcançada pelo emprego da técnica DCT combinada com a técnica de quantização e VLC.

Transforma blocos de pixels que representam valores de amplitude do sinal em blocos que representam coeficientes no domínio da freqüência.

Características do DCT DCT é usado para decorrelacionar os dados originais,

compactar uma grande fração da energia do sinal em um número relativamente pequeno de coeficientes de baixa freqüência e gerar zeros ou valores baixos para serem aramzenados ou transmitidos.

Não reduz a taxa de bits. Entretanto é sua combinação com a técnica de quantização e codificação (VLC) que o torna eficiente na redução da taxa.

A escolha do tamanho de bloco 8x8 é o resultado de um compromisso entre a compactação eficiente da energia (requer uma grande área de tela) e o número reduzido de cálculos DCT em tempo real (requer uma área pequena)

3939

Quadros tipo P, I e BQuadros tipo P, I e B Técnica baseada no quadro anterior é unidirecional e Técnica baseada no quadro anterior é unidirecional e

conhecida como predição para frente. Gera quadros conhecida como predição para frente. Gera quadros tipo-P. tipo-P.

Contudo, áreas não cobertas não podem ser preditas do Contudo, áreas não cobertas não podem ser preditas do quadro anteriorquadro anterior

Um determinado bloco de pixels na área não coberta do Um determinado bloco de pixels na área não coberta do quadro atual é codificada como um quadro tipo-Iquadro atual é codificada como um quadro tipo-I

Predição temporal bidirecional usa informação do Predição temporal bidirecional usa informação do quadro anterior e de um quadro de referência futuro quadro anterior e de um quadro de referência futuro para predizer quadro atualpara predizer quadro atual

4040

Quadros I, P e BQuadros I, P e B Quadro-I: composto apenas por intrablocos (quadro sem Quadro-I: composto apenas por intrablocos (quadro sem

referência a outros quadros). Usados apenas para reduzir referência a outros quadros). Usados apenas para reduzir redundância espacial.redundância espacial.

Quadro-P: contém intra macroblocos e macroblocos sobre Quadro-P: contém intra macroblocos e macroblocos sobre compensação de movimento para frente. Referência a quadros compensação de movimento para frente. Referência a quadros B e futuros quadros P.B e futuros quadros P.

Quadros-B: contém macroblocos que fazem referência a Quadros-B: contém macroblocos que fazem referência a quadros para frente, para trás, intra macroblocos e quadros para frente, para trás, intra macroblocos e compensação de movimento. Maior compressão. Não servem compensação de movimento. Maior compressão. Não servem como referência. 2 quadros P e um quadro I devem ser como referência. 2 quadros P e um quadro I devem ser decodificados primeiro.decodificados primeiro.

A sequência de quadros é chamada de GOP (group of pictures) A sequência de quadros é chamada de GOP (group of pictures) e é determinada pelo algoritmo de compressão (MPEG)e é determinada pelo algoritmo de compressão (MPEG)

4141

4242

4343

4444

4545

4646

Hierarquia nos Padrões de Hierarquia nos Padrões de Compressão de VídeoCompressão de Vídeo

Acrescenta informações Acrescenta informações ao fluxo: modo de ao fluxo: modo de operação, tamanho da operação, tamanho da imagem, taxa de bits, imagem, taxa de bits, precisão do pixel, precisão do pixel, esquema de compressão, esquema de compressão, precisão da quantização precisão da quantização e tabelase tabelas

Padrões: JPEG, MPEG-Padrões: JPEG, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 / 1, MPEG-2, MPEG-4 / H.264, MPEG-7, MPEG-H.264, MPEG-7, MPEG-21….21….

JPEGJPEG6 camadas hierárquicas:6 camadas hierárquicas: Unidade de dado (DU): Unidade de dado (DU):

8x88x8 MCU: minimum DU (2 MCU: minimum DU (2

blocos Y e um bloco Cblocos Y e um bloco CBB e e CCRR))

ECS (entropy code ECS (entropy code segment): vários MCU´ssegment): vários MCU´s

VarreduraVarredura QuadroQuadro Camada de imagemCamada de imagem

4747

Hierarquia dos Padrões Hierarquia dos Padrões MPEG-1 e MPEG-2MPEG-1 e MPEG-2

Blocos: 8x8 pixels Y e CBlocos: 8x8 pixels Y e CBB e C e CRR

Macroblocos: grupo de blocos DCT que correspondem a Macroblocos: grupo de blocos DCT que correspondem a uma janela de 16x16 pixels na imagem original uma janela de 16x16 pixels na imagem original (conteúdo depende da estrutura de amostragem). (conteúdo depende da estrutura de amostragem). Cabeçalho: tipo de macrobloco (Y e CCabeçalho: tipo de macrobloco (Y e CBB e C e CRR))

Fatia: formada por um ou mais macroblocos contíguos. Fatia: formada por um ou mais macroblocos contíguos. Tamanho máximo (própria imagem). Mínimo: um Tamanho máximo (própria imagem). Mínimo: um macrobloco. Cabeçalho: informação sobre sua posição macrobloco. Cabeçalho: informação sobre sua posição na imagem e sobre fator de escala.na imagem e sobre fator de escala.

4848

Hierarquia dos Padrões Hierarquia dos Padrões MPEG-1 e MPEG-2MPEG-1 e MPEG-2

Quadro: tipo do quadro codificado (I, P ou B). Cabeçalho Quadro: tipo do quadro codificado (I, P ou B). Cabeçalho indica a seqüência de transmissão do quadro (para indica a seqüência de transmissão do quadro (para decodificador), sincronização, resolução, faixa dos decodificador), sincronização, resolução, faixa dos vetores de movimento.vetores de movimento.

GOP: composto por várias combinações de quadros I, P GOP: composto por várias combinações de quadros I, P e B. Descrito com 2 parâmetros (m,n). Inicia c/ quadro Ie B. Descrito com 2 parâmetros (m,n). Inicia c/ quadro I

Seqüência de vídeo: contém vários GOP´s. Cabeçalho Seqüência de vídeo: contém vários GOP´s. Cabeçalho contém tamanho (h,v) de cada quadro, a taxa de bits do contém tamanho (h,v) de cada quadro, a taxa de bits do quadro, tamanho mínimo do buffer. A seqûência é quadro, tamanho mínimo do buffer. A seqûência é conhecida como fluxo elementar de vídeo. conhecida como fluxo elementar de vídeo.

4949

Esquema de Redução de Taxa de Esquema de Redução de Taxa de Bits (BRR)Bits (BRR)

Razão pode variar de 2:1 a 150:1. Escolha Razão pode variar de 2:1 a 150:1. Escolha depende da qualidade a ser transmitidadepende da qualidade a ser transmitida

Comparação entre diferentes sistemas é Comparação entre diferentes sistemas é válida somente se o formato do vídeo (no. válida somente se o formato do vídeo (no. linhas/quadro, no. pixels/linha, no. linhas/quadro, no. pixels/linha, no. quadros/segundo), as taxas de quadros/segundo), as taxas de amostragem utilizadas (4:2:2, 4:4:4, 4:2:0, amostragem utilizadas (4:2:2, 4:4:4, 4:2:0, ou 4:1:1) e a resolução (8 ou 10 bits) ou 4:1:1) e a resolução (8 ou 10 bits) forem iguais. forem iguais.

5050

Razão de CompressãoRazão de Compressão R.C = taxa da imagem original / taxa da imagem R.C = taxa da imagem original / taxa da imagem

comprimidacomprimida Área da região ativa de formato 4:2:2 com 8-bits Área da região ativa de formato 4:2:2 com 8-bits

de resolução:de resolução: (720+360+360) (720+360+360) no. pixels (Y, C no. pixels (Y, CBB e C e CRR) por ) por

linha linha 512 512 no. linhas por quadro no. linhas por quadro 29,97 29,97 taxa exata de quadros/s (NTSC) taxa exata de quadros/s (NTSC) (720+360+360)x512x29,97x8 = 176,77 Mbps(720+360+360)x512x29,97x8 = 176,77 Mbps Se a compressão for de 24 Mbps Se a compressão for de 24 Mbps RC = 176,77 / 24 = 7,4 RC = 176,77 / 24 = 7,4

5151

Padrão ITU-T H.264 / Padrão ITU-T H.264 / MPEG-4 (parte 10) AVCMPEG-4 (parte 10) AVC

Também conhecido por: H.26L, ISO/IEC 14496-10, JVTTambém conhecido por: H.26L, ISO/IEC 14496-10, JVT

Proposto com vistas ao melhor equilíbrio entre eficiência Proposto com vistas ao melhor equilíbrio entre eficiência de codificação, complexidade de implementação e custode codificação, complexidade de implementação e custo

Baseado no estado atual de tecnologias VLSI (CPU, Baseado no estado atual de tecnologias VLSI (CPU, DSP, ASIC, FPGA)DSP, ASIC, FPGA)

Desenvolvimento iniciado em 1998 (Video Coding Expert Desenvolvimento iniciado em 1998 (Video Coding Expert Group – VCEG). Em 2001 formado o JVT (Joint Video Group – VCEG). Em 2001 formado o JVT (Joint Video Team, ITU e ISO/IEC). Finalizado em 2004.Team, ITU e ISO/IEC). Finalizado em 2004.

5252

Produção de Conteúdo Aplicações Interativas

Codif.dados

Codif.Áudio

Codif.Vídeo

MiddlewareDecodif.Áudio

Decodif.Vídeo

Camada de Transporte Camada de Transporte

Codificação de canal,Modulação etransmissão

Recepção,demodulação e

decodificação de canal

Canal de Radiodifusão

Descida

Retorno

Arquitetura Básica

Diagrama de Blocos do Sistema de TV Digital

Sinal

Analógico

•Filtragem•Conversão A / D•Codificação fonte

•Codificação de canal• Modulação Digital• Conversão (up) • Amplificação

Antena

Canal (Ar)

T R A N S M I S S ÂO

Antena

Demodulação DigitalDecodificação e

Estimação de canal

• Decodificação fonte• Conversão D / A• Filtragem

Sinal

Analógico

R E C E P Ç Ã O

5656

BLOCO DE TRANSMISSÃOBLOCO DE TRANSMISSÃO

Sinal AnalógicoA / D

~ 1,2 Gbps

Compressor DigitalH.264 Modulador

Up Converter ExcitadorAmplificador de

Potência

AntenaSinal UHF

Sinalcomprimido

~20 Mbps

Sinal FI

1 2 3

4 5 6

Bloco do modulador é diferente para cada padrão

5757

HIERAQUIA DE CAMADAS HIERAQUIA DE CAMADAS

TRANSPORTETRANSPORTE

VÍDEOVÍDEO

ÁUDIOÁUDIO

MIDDLEWAREMIDDLEWARE

MODULAÇÃOMODULAÇÃO

CODIFICAÇÃO DECODIFICAÇÃO DE

FONTEFONTE

MULTIPLEXAÇÃOMULTIPLEXAÇÃO

TRANSMISSÃOTRANSMISSÃO Conversão de Conversão de

freqüênciafreqüência AmplificaçãoAmplificação Filtragem/AntenaFiltragem/Antena

TSTS

PES*PES*

PESPES

PESPES

* PES – Packetzied Elementary Stream* PES – Packetzied Elementary Stream

H.264 / AVCH.264 / AVC

MPEG-2 AACMPEG-2 AAC

5858

MPEG TSMPEG TS

Pacotes de 188 bytesPacotes de 188 bytes Cabeçalho (1 byte sincr + 3 bytes controle)Cabeçalho (1 byte sincr + 3 bytes controle) 16 bytes extras (nulos) para verificação de paridade16 bytes extras (nulos) para verificação de paridade ITU-T H.222 (UIT-T, 2000a) MPEG-Systems (adotado ITU-T H.222 (UIT-T, 2000a) MPEG-Systems (adotado

por ATSC, DVB e ISDB)por ATSC, DVB e ISDB)

HH CargaCarga

ByteByte

Sinc.Sinc.

IndicaçIndicaç

Err tspErr tsp

Indicaç.Indicaç.

InícioInício

Priorid.Priorid.

Transp.Transp.

Ident.Ident.

Progr.Progr.

CtlCtl

Embaral.Embaral.

Ctl adapt.Ctl adapt.

a taxaa taxa

ContadorContador

Continuid.Continuid.

Adapt.Adapt.

CampoCampo

4 bytes4 bytes

188 bytes188 bytes

1394/IEC61883-4 – 1394/IEC61883-4 – MPEG2-TS TRANSFERMPEG2-TS TRANSFER MPEG2-TS é definido pelo Padrão IEC61883MPEG2-TS é definido pelo Padrão IEC61883 Características:

• Packet header (4bytes) Reserved field: 7bits, cycle count: 13 bits, cycle_offset: 12 bits

• Estes campos são usados como time stamp

• Transport Stream (TS) packet: 188bytes Source packet (compreende o source packet header e o TS

packet) • É dividido em blocos de dados de 24 bytes

Vários blocos de dados são colocados em um pacote síncrono Cabeçalhos IEEE1394 e de Pacotes Comuns Síncronos

(Common Isochronous Packet – CIP) são aplicados em cada pacote síncrono

Os pacotes sincronos são transferidos Pacotes vazios (compostos somente por cabeçalhos CIP e

1394) são transferidos quando não há dados para serem transmitidos

1394/IEC61883-4 – 1394/IEC61883-4 – MPEG2-TS TRANSFERMPEG2-TS TRANSFER Example de um MPEG2-TS definido pelo Example de um MPEG2-TS definido pelo IEC61883:IEC61883:

188bytes

125us

Timestamp

188bytes

Header

TS Packet

Empty Packet

6161

CODIFICAÇÃO DE CANAL CODIFICAÇÃO DE CANAL E MODULAÇÃOE MODULAÇÃO

Codificação deCodificação de

canalcanalModulaçãoModulação

Adequação aoAdequação ao

Canal (“meio”)Canal (“meio”)

TSTS

AntenaAntena

“ “ MODULADOR “MODULADOR “

6262

CODIFICAÇÃO DE CANALCODIFICAÇÃO DE CANAL

Aleatorizador (Aleatorizador (randomizerrandomizer)) Codificador internoCodificador interno Entrelaçador (Entrelaçador (interleaverinterleaver)) Codificador externoCodificador externo MapeadorMapeador

6363

Codificação de CanalCodificação de Canal Sistema perturbado pela ação de ruídoSistema perturbado pela ação de ruído

Erros podem ser esporádicos e independentes (erros Erros podem ser esporádicos e independentes (erros aleatórios). Modelados como independentes e aleatórios). Modelados como independentes e igualmente distribuídos ou ocorrer em surtos (burst)igualmente distribuídos ou ocorrer em surtos (burst)

Objeto da Teoria da Codificação – prover sistemas com Objeto da Teoria da Codificação – prover sistemas com taxas de erros relativamente baixas (10taxas de erros relativamente baixas (10-4-4 para telefonia para telefonia móvel)móvel)

FEC (Forward Error Correction) – sistema de controle de FEC (Forward Error Correction) – sistema de controle de erros para transmissão de dados, no qual o transmissor erros para transmissão de dados, no qual o transmissor adiciona dados redundantes à mensagem (necessita adiciona dados redundantes à mensagem (necessita maior largura de banda). maior largura de banda).

6464

Modulação em QuadraturaModulação em Quadratura

Utiliza as propriedades de ortogonalidade dos sinaisUtiliza as propriedades de ortogonalidade dos sinais

Seno e cosseno. Permite dois sinais diferentes na mesmaSeno e cosseno. Permite dois sinais diferentes na mesma

Portadora (mesma banda AM). Informação carregada tanto na variaçãoPortadora (mesma banda AM). Informação carregada tanto na variação

de fase como de amplitudede fase como de amplitude

6565

QAMQAM Quando realizada com sinais digitais, a Quando realizada com sinais digitais, a

modulação recebe o nome de QAM (quadrature modulação recebe o nome de QAM (quadrature amplitude modulation)amplitude modulation)

s(t) = b(t) cos(s(t) = b(t) cos(ωωcct + t + φφ) + d(t) sen) + d(t) sen((ωωcct + t + φφ) ) b(t) = ∑ bb(t) = ∑ bnn p(t – nT p(t – nTbb)) d(t) = ∑ dd(t) = ∑ dnn p(t – nT p(t – nTbb)) Constelação depende do no. de símbolos Constelação depende do no. de símbolos Ex: 4-QAM (Ex: 4-QAM (ππ/4 QPSK) /4 QPSK) b bnn = {A, -A} e d = {A, -A} e dnn = {A, = {A,

-A}-A} No. maior de símbolos torna a modulação mais No. maior de símbolos torna a modulação mais

eficienteeficiente

6666

OFDMOFDM Orthogonal Frequency Division MultiplexingOrthogonal Frequency Division Multiplexing Visa a transmissão de múltiplos sinais em Visa a transmissão de múltiplos sinais em

diferentes freqüênciasdiferentes freqüências Implementada com FFTImplementada com FFT OFDM em banda básica é o resultado da OFDM em banda básica é o resultado da

composição de várias subportadoras ortogonaiscomposição de várias subportadoras ortogonais Dados em cada subportadora são Dados em cada subportadora são

independentemente modulados (QAM ou PSK)independentemente modulados (QAM ou PSK) Possui: elevada eficiência espectral, imunidade Possui: elevada eficiência espectral, imunidade

contra multipercursos e ruído de surto, contra multipercursos e ruído de surto, resitência a desvanecimento.resitência a desvanecimento.

6767

Modulação OFDMModulação OFDM

Ortogonalidade Ortogonalidade garante que a garante que a interferência interferência intersimbólica nas intersimbólica nas freqüências das freqüências das subportadoras seja subportadoras seja nulanula

Subportadoras Subportadoras moduladas em moduladas em QPSK, 16QAM ou QPSK, 16QAM ou 64M64M

6868

Padrão ISDBPadrão ISDB

Características Principais

ISDB-T Codificação de vídeo: H.264 Codificação de áudio: MPEG-2 AAC Modulação: CODFM (Coded Orthogonal

Frequency Modulation): usa permutação pseudo-aleatória da carga entre as diversas portadoras

Camada de Transporte: MPEG-TS

Middleware Interatividade torna o terminal do assinante mais

complexo

Necessidade de garantir a interpretação e execução de instruções em uma diversidade de terminais heterogêneos, com diversos recursos e capacidades.

Solução: criação de uma semântica em que os programas possam ser executados independentemente das peculiaridades do hardware de cada terminal.

Carece de uma linguagem de programação e suas interfaces (APIs – Application Program Interfaces)

Middleware Declarativo Criação de uma máquina virtual no terminal e acesso.

Duas linguagens: declarativa e procedural

Linguagens declarativas não exigem que o programador especifique cada passo a ser executado pelo programa. Basta o conjunto de tarefas a ser executado.

Middleware declarativo suporta aplicações como o padrão HTML (que não é adequada para aplicações em TV digital interativa)

Outras linguagens declarativas: SMIL, XMT-O, NCL.

Middleware Procedural

A linguagem procedural dá suporte a aplicações desenvolvidas em linguagens não declarativas.

Requer o domínio da linguagem de programação. Programador precisa especificar o fluxo de controle e execução do programa.

O middleware procedural requer o uso de uma JVM e um conjunto de APIs

Padrões de Middleware ATSC: DASE (DTV Application Software Environment). Usa uma JVM e

adota linguagens declarativas (HTML JavaScript)

DVB: MHP (Multimidia Home Plataform). Suporta a linguagem declarativa DVB-HTML. No modelo procedural suporta aplicações de JavaTV (denominadas de DVB-J)

ISDB: ARIB STD-B24 ( Association of Radio Industries Business – Data Coding and Transmission Specification for Digital Broadcasting).

ARIB: usa linguagem declarativa BML (Broadcast Markup Language, baseada em XML).

ARIB STD-B23 (Application Execution Engine Plataform for Digital broadcasting): especificação baseada no DVB-MHP

GEM (Globally Executable MHP): tentativa de internacionalização.

Canal de Interatividade

Responsável por promover a inclusão digital Utilizado como canal de retorno para aplicações

interativas Utilizado como canal de acesso a uma rede IP Compatível com sistema ISDB-Tb Redes: rede telefonia, rede celular, rede TV a

Cabo Tecnologias: Wi-Fi, WiMax,…

Middleware no ISDB-Tb

Middleware procedural FlexTV (Iecom, UFCG, UFPB)

Middleware declarativo (formatador) Maestro (PUC-RJ). Tem como base a linguagem NCL (Nested Context Language).

A junção desses dois softwares deu origem ao GINGA

7676

Unidade Móvel de RecepçãoUnidade Móvel de Recepção

7777

EnsaiosEnsaios

7878

Distribuição de Energia no CanalDistribuição de Energia no Canal