Introduccion a Los Sistemas de TV

INTRODUCCION A LA TELEVISION

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1INTRODUCCIONALA TELEVISION 1.0Introduccin. Paraunelevadoporcentajedelahumanidad,latelevisinformapartedelavidacotidiana. Sus aplicaciones, ya sea para entretenimiento o informacin, o bien como herramienta en numerosasactividades,soninnumerablesycontinancreciendo.Abarcartodoslosaspectos relacionadosconlatelevisinseramsbienmotivodeunaenciclopediaquedeuntextoque pretendeserintroductorioparaelconocimientodelossistemasdetelevisin.Eltratamiento quesedaenestetextosigueunalneatradicionalenelsentidodepresentarlostemasquese consideran de mayor relevancia y que abarcan campos muy diversos. De hecho, el mayor nfasisesenelaspectodevdeo,sindescartarporelloalgunostemasimportantesrelativos al sonido. As, los temas tratados son bsicos y, en buena medida, comunes a las diversas aplicaciones de la televisin. El tratamiento matemtico, en la mayora de los casos, se ha reducidoalmnimodemodoqueellectornofamiliarizadopueda,sinoprescindirdeellos, comprenderlosalmenoscualitativamente. Enestecaptuloseofreceunapanormicageneraldelossistemasdetelevisin,partiendode losaspectosmsrelevantesdesudesarrollohistricoysuevolucinhastanuestrosdas.Se resumen las principales aplicaciones y se ofrece una clasificacin de los sistemas segn diversoscriteriosdeaplicacin.Seresumentambinlosprincipalesestndardesenusooen vas de adopcin, tanto para los sistemas analgicos como para los digitales, sin entrar de momento en los detalles de las seales y tratndolas nicamente desde un punto de vista generalentrminosdesuscaractersticasfundamentales.Elobjetivoquesepretende,esque ellectoradquieraunavisininicialdeconjuntodelossistemasdetelevisinantesdeentrar endetalles. 1.1Elcontextodelatelevisin Aunqueeltrminotelevisinseusaextensamente,elsentidoqueseledasueleserambiguo. Paraevitarconfusiones,convienedefinirloenelcontextoenqueaplicarenestetextoylo haremosenlaformatradicional,adecuandoladefinicinalascondicionesactuales.As,por televisin entenderemos aqu la generacin, procesado, almacenamiento y transmisin de imgenes, generalmente en movimiento, as como del sonido asociado a ellas y de otros datos o informacin adicional que puede ser independiente de la imagen y sonido, como puede ser un cuadro de teletexto, informacin alfanumrica o grfica relativa a la programacin,etc.

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Conviene distinguir entre el concepto de televisin y el de vdeo. Este ltimo se refiere nicamentealaimagen,yaseafijaoenmovimiento,sinincluirelsonidouotrosservicios. LaincorporacindecomputadorasenelentornodelatelevisinyeldesarrollodeInternet en los ltimos aos, abre un inmenso abanico de posibilidades futuras en que la televisin tradicional1,pasaaformarslounapartedetodoelconjuntodeposiblesserviciosaccesibles alconsumidoryquesedesignanuntantoambiguamentecomomultimedia. En sus orgenes, el objetivo principal de la televisin fue la difusin de programas de entretenimiento,deportesynoticiaspormediosradioelctricosy,posteriormente,atravsde cable y satlite. Los estndardes en uso para los sistemas analgicos de televisin, se produjeronensumayorahacemsdecincuentaaos,dandolugaraundesarrollotcnico continuo hasta nuestros das. Estos sistemas analgicos alcanzaron una gran madurez a lo largodemsdecincodcadasyfueronencontrandoaplicacinenunainmensavariedadde campos. Lo que inicialmente tuvo como propsito principal el entretenimiento, se ha convertidoenunaherramientaindispensableennumerosasactividadescientficas,mdicas, industrialesydomsticas. Puedeafirmarseque,desdeelpuntodevistadelaingeniera,latelevisinconstituyeunode loscamposmscompletosyatractivosdedesarrolloyaplicacindelacienciaylatcnica,no sloenlosaspectosdeelectrnicaycomunicaciones,quizlosmsevidentesyconlosque msseasociaalatelevisin,sinoenotrosterrenostandiversosquevan,desdelamecnicaa lafisiologa.Porejemplo,unacmaradedetelevisinesundispositivoenelqueseaplica microelectrnica, ptica, procesado de seal, tanto analgica como digital, principios psicofisiolgicos, sistemas de control y mecnica, slo por citar algunas de las reas de conocimiento que intervienen en su concepcin y diseo. Los conocimientos de ingeniera elctrica,iluminacin,acstica,mecnicaeingenieracivilsonindispensableseneldiseode unestudioydelasinstalacionesasociadas.Elempleoderadioenlacesylascomunicaciones por satlite son una necesidad cotidiana. En transmisin, adems de los conocimientos de teora de informacin, modulacin, codificacin de canal, etc., es necesario aplicar conocimientosdeelectricidad,electrnicadepotencia,control,etc.Enlaconstruccindeuna torre para soporte de antenas, intervienen no slo la mecnica y resistencia de materiales, sino factores climticos y meteorolgicos. El sonido y la vidoegrabacin constituyen reas muy amplias que requieren una gran especializacin. En fin, la televisin integra una inmensacantidaddeconocimientosyactividadestcnicasquedifcilmenteseencuentranen otroscampos. En el terreno de produccin de programas el panorama no es menos amplio, atractivo, ni complejo.Laconcepcin,produccinyrealizacindeunprogramarequiere,segneltema, delconcursodenumerosaspersonasconespecialidadesotalentosmuyvariados:escritores, escengrafos,compositores,locutores,artistas,sastres,maquilladores,carpinteros,armeros, domadores,etc.As,sisedeseadarleunmnimoatractivovisual,estticoydecontinuidada un programa, aparentemente tan simple como la exposicin de una clase, es necesario un guinprevio,escenografa,decorado,maquillaje,musicalizacin,iluminacin,etc.Estees,en cualquier caso, un campo en el queno es posible profundizar aqu. Lo importantees dejar claro el concepto de que, con excepcin de aplicaciones especficas como en vigilancia, Designamosaqucomotelevisintradicionalaladestinadaatransmitirprogramasdeentretenimiento,informacin,deportes, etc.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones1


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observacin de procesos, operaciones quirrgicas, percepcin remota por satlites o vehculos espaciales y otras similares, la televisin, en su concepto ms popular, no puede realizarse con la simple colocacin de una cmara frente a una persona o un escenario. Requieredeunaplanificacinprevia,tantotcnicacomoderealizacin. Eneldesarrollodelossistemasdetelevisin,sindudahasidounfactorimportanteloque puedellamarseelmodelooconcepcindesistema,totalmentediferenteentreEstadosUnidosy elrestodelmundo,enparticularEuropa.Elmodeloestadounidensehainfluenciado,aunque nocompletamente,elconceptodelossistemasdetelevisinenelcontinenteamericanoyen algunospasesasiticosenquelainfluenciapolticayeconmicadelosEstadosUnidosha sidoimportante,conlaexcepcindeJapn.Elmodeloestadounidensesebasaenelhechode quelaradiodifusinesunaactividadque,aunquepblica,seadjudicaaempresasprivadas cuyos objetivos son puramente comerciales. La nica excepcin en los Estados Unidos, la constituyeelsistemaderadiodifusinpblica,PBS(PublicBroadcastingSystem).Porello,lo quesepretendedetalessistemasessurentabilidadfinanciera,demodoquecadaespectador esunconsumidorpotencialdelapublicidadtransmitida,bienseastadirectaosubliminal. Aunque en la actualidad el modelo europeo tiende a acercarse al americano, en algunos pasesprevaleceanelprincipiodequelaradiodifusinesunserviciopblicocuyafinalidad, ademsdeentretenereinformar,esladecumplirotrasfuncionessocialescomoelapoyoala educacin, la reafirmacin de valores nacionales y la armona en la convivencia social, aspectoscuyarentabilidadnopuedemedirseentrminosmonetarios.Segnestemodelo,el Estadoasumelaobligacindellevaratodossushabitanteslassealesderadioytelevisin sinotrarestriccinqueladequeelespectadoradquieraelreceptoradecuadoy,enalgunos casos, pague un impuesto, generalmente modesto, para contribuir al mantenimiento del servicio,comoocurreenelReinoUnido.Aconsecuenciadeestadiferenciadeconceptoen los modelos de televisin, el desarrollo en Europa ha seguido lneas diferentes a las de los Estados Unidos. En la actualidad el modelo que prevalece en casi todo el mundo es el comercial. 1.2Iniciosdelatelevisin Resultara extenso y, seguramente incompleto, hacer una resea histrica de la televisin, cuyosorgenesseremontanalaltimasdcadasdelsigloXIX.Losintentosparatransmitir imgenes a distancia por medios elctricos se remontan a 1876,2 el mismo que ao de la invencin del telfono. En esa poca se conoca ya que la resistividad del selenio variaba segn la luz incidente sobre l, de modo que tan pronto como Alexander Graham Bell demostr que era posible transmitir seales complejas por medios elctricos, un buen nmero de inventores comenzaron a trabajar sobre la posibilidad de ver mediante la electricidad.Algunosdelosesquemaspropuestossebasabanenelempleodeunmosaico dedetectoresdeselenio,entantootrosinvocabanlaexploracinobarridodeimgenescon uno o mspuntos de selenio. La reproduccin poda realizarse, en teora, con sistemas tan ambiguosyvariablescomoelmovimientodeunlpiz,olaaccinelectroqumicasobreun papel tratado adecuadamente. La tcnica fundamental sobre la que se desarrollaron los sistemas prcticos desde sus inicios, se bas en la exploracin o barrido de la imagen a transmitirque,paratalefecto,seconsideraformadaporunconjuntodelneashorizontales. Laimagenseexploralneaalneahorizontalmentey,laslneassucesivas,dearribaaabajo, 2

Electronics.April7,1980.SpecialCommemorativeIssue.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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demanerasemejantealalecturadeunapgina,comosetrataconalgomsdeamplituden el captulo 4. La idea del barrido es anterior a la televisin y se remonta al pantelgrafo de Casellialrededorde1860ydealgunosotrosqueconsiguieronlatransmisintelegrficade textosescritoscontintaespecial,explorndolosdemanerasemejantealfacsmil.Enestecaso se trata de imgenes bitonales, es decir slo con tonos blancos o negros, a diferencia de la televisinmonocromticaenqueloquesetransmiteesunaescaladegrises,esdecirdetonos continuos entre el negro y el blanco. En televisin es necesario disponer de un sensor optoelctrico capaz de registrar los niveles variables de gris y no slo los dos niveles de blancoonegro. El primer invento que tuvo consecuencias prcticas fue el telescopio elctrico, patentado porelinventoralemnPaulGottliebNipkowen1884yquesebasabaenundiscoconocido despuscomodiscodeNipkow,quesemuestraesquemticamenteenlafigura1.1,con24 agujerosequiespaciadossobreunaespiralcercanaalaperiferiadeldisco,queconstitualo que podra considerarse la cmara de televisin. La imagen a transmitir se enfocaba sobre unapequeareginenlaperiferiadeldisco,quegirabaa600revolucionesporminuto. Segngirabaeldisco,laluzproyectadaatravsdelosagujeros,explorabasecuencialmente unaimagentranslcida,alolargodeunalneayunalente,detrsdelaimagen,recolectaba las muestras de luz, correspondientes a cada punto de la imagen y las enfocaba sobre una nica clula de selenio, en la que se produca una corriente elctrica proporcional a la intensidad luminosa de cada elemento de la imagen. En el extremo receptor, Nipkow propuso utilizar un modulador magnetoptico basado en el efecto Faraday, para hacer variar la intensidad luminosa de los elementos de la imagen reproducida en concordancia conlosdelatransmitida.Paraformarlaimageneranecesariounsegundodisco,idnticoal primeroygirandoensincronismoconl.

Fig1.1DiscodeNipkow

Nipkownoconstruyfsicamenteelsistema,yaquelatecnologadelapocanolopermita. Sinembargo,debidoasunaturalezamecnicaeldiscoNipkownofuncionabaeficazmente conimgenesgrandesyaltasvelocidadesderotacinparaconseguirunamejordefinicin. No obstante, su disco fue el modelo para varios sistemas electromecnicos de televisin desarrolladosposteriormente,enparticularporJohnLogieBairdenInglaterra. Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Fig.1.2.SistemadeBairdutilizandoeldiscodeNipkow

En1926,enLondres,Bairddemostrunsistemadetelevisincon30lneasdebarridoenque lageneracindelaimagenysureproduccinsehacanmediantediscosgiratorioscomolos ilustradosenlafigura1.2.Elelementosensoreneltransmisoreraunafotoceldadeselenio,la sealsetransmitaporuncablecortohastaelreceptorysereproducaconunalmparade nen,produciendounaimagenborrosadecolorrojoanaranjadoydetamaoalgoinferioral deunatarjetadecrdito,semejantealamostradaenlafigura1.3.

Fig.1.3.Imagenconbarridoa30lneas porcuadroconelsistemadeBaird.

En los Estados Unidos, Alemania, Francia y Rusia, entre otros, se trabaj tambin con sistemas electromecnicos y fueron muchos los que contribuyeron al desarrollo de los primerossistemasdetelevisin. En los Estados Unidos, en Marzo de 1922, Charles Francis Jenkins Jenkins desarroll un sistema capaz de reproducir imgenes en movimiento y lo utiliz para transmitirlas por radio entre Washington y Philadelphia en 1925. Si bien Jenkins visualiz aplicaciones comercialesparasusistema,lagrandepresineconmicaocurridaafinalesdeladcadade 1920 en Estados Unidos, llev su empresa a la bancarrota y la RCA (Radio Corporation of America)adquirilosderechosdemuchasdesusinvenciones. Enabrilde1925,H.E.Ives3yasociadosdelaBellTelephoneydeATT,realizaronunsistema para transmitir imgenes fijas, de color, a travs de lneas telefnicas. Con l, lograron 3

H.E.Ives,etal.TheTransmissionofPicturesoverTelephoneLines.BTSJ.April1925.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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transmitir con gran definicin fotografas y textos, entre los que se encuentra la versin en japons de un tratado entre Estados Unidos y Japn e incluso, huellas dactilares con gran detalle.Estetrabajo,sibienmsenelcampodelfacsmilqueeneldetelevisinpropiamente dicha, aplica principios utilizables en sta y resulta sorprendente cmo, con los limitados recursos de la tecnologa de la poca, fue posible la transmisin de imgenes de gran definicin, superior quiz a la de los primeros sistemas de televisin que empezaron a extenderseenaosposteriores. En Europa, las primeras transmisiones experimentales fueron llevadas a cabo por la BBC (British Broadcasting Corporation) en 1929, utilizando un sistema debido a John L. Baird, basado en imgenes formadas por 30 lneas4 exploradas mecnicamente. Los primeros experimentos formales en televisin se llevaron a cabo por Baird en Londres, alrededor de 1925 en forma similar a los trabajos realizados por Jenkins, excepto que Baird utiliz transmisin por cable en lugar de radioelctrica. Pocos aos despus se inici un servicio regular de radiodifusin de televisin utilizando el sistema de Baird y, en 1932, se haban vendidoenInglaterraalrededordediezmilreceptoresdetelevisinutilizandoundiscode Nipkowconunas30lneasderesolucin.Losintentosformalesparatransmisinalpblico engeneralseiniciaronen1936,conelsistemadeBaird,mejoradoa240lneasyunsistema desarrollado conjuntamente por las empresas Marconi y EMI (Electrical and Musical Industries),completamenteelectrnico,de405lneas,transmitiendoencadasistemaendas alternos. Este ltimo fue adoptado en el Reino Unido en febrero de 1937 y utilizado hasta hacepocosaosenesepas.Elsistemade405lneasseconvirtienelestndarddesignado como Sistema A del CCIR, en la Banda I (4168 MHz). En 1936, se transmitieron por televisin los Juegos Olmpicos celebrados en Berln, aunque las transmisiones fueron a distanciadeunospocosKmysloparamuyescasosreceptores.Enlafigura1.4semuestra unadelascmarasutilizadasyfabricadasporTelefunken.Lacmarautilizabacomosensor deimagenuniconoscopio.

Fig.1.4.CmarautilizadaenlosJuegosOlmpicosdeBerlnen1936

Es interesante hacer notar que Baird estaba aparentemente mas interesado en probar sus ideas que en refinarlas para utilizacin comercial y, como consecuencia de ello, desarroll una actividad febril que produjo una cantidad considerable de innovaciones, entre las que cabemencionarlatransmisindeimgenesporlneatelefnicaentreLondresyGlasgowen G.H.Hutson,P.Shepperd&W.S.J.Brice.ColourTelevision.Systemprinciples,engineeringpracticeandappliedtechnology. McGrawHillBookCo.(UK)1990.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones4


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1927y,en1928,porondacortaatravsdelAtlnticoytambinentreunbarcoytierraenese mismo ao. Llev a cabo la primera demostracin de televisin cromtica en 1928 y la transmisin simultnea de imgenes y sonido en 1930. En 1931 efectu la primera transmisindirectadetelevisindeuneventopblico,lascarrerasdecaballosdeEpsom,y llevacabotransmisionesenlabandadeUHFen1932. Todoslossistemasanteriores,conexcepcindelMarconiEMI,sebasaronenaplicacionesdel discodeNipkowylostrabajosdeBairdsecentraronprincipalmenteenestetipodesistemas detelevisinelectromecnicos.Sinembargo,stosadolecendeunaseriedeproblemasque nopudieronserrealmentesuperadosenaquellosaoscomolabajaresolucinyelparpadeo notorio en la imagen reproducida, aunados a la complejidad de los sistemas electromecnicosnecesariosenelreceptor.Lossistemastotalmenteelectrnicoscomoelde MarconiEMI, permitieron resolver esos problemas y, sin menoscabo alguno del indudable mritodeBaird,constituyenlabasedelossistemasactualesdetelevisin. 1.3Sistemaselectrnicosdetelevisin La descripcin del primer sistema de televisin totalmente electrnico se debe a Alan Archibald CampbellSwinton, publicado la revista Nature el 18 de junio de 1908. De manera semejante a Nipkow, CampbellSwinton no lleg a una implementacin prctica, pero describi sus ideas con gran detalle. Su sistema estaba basado en el tubo de rayos catdicos inventado en 1897 por Karl Ferdinand Braun en Estrasburgo. CampbellSwinton propuso utilizar los tubos de rayos catdicos tanto en el transmisor como en el receptor, reconociendo que el problema principal era visualizar un transmisor eficiente que, bajo la influenciadeluzysombra,pudieravariarsuficientementelacorrienteelctricatransmitida demodoquepudieraproducirlasvariacionesnecesariasenlaintensidaddelhazelectrnico eneltuboderayoscatdicosdelreceptor. Boris Rosing, enel Instituto Tecnolgico de S. Petersburgo en1907, estuvo ms cerca de la realidad.Desarrollunsistemaquerealizabalaexploracindelaimagenmedianteundisco de Nipkow en el transmisor y un tubo de rayos catdicos de Braun en el receptor. La RevolucinBolcheviqueacabconsutrabajo,peromotivaunodesusdiscpulos,elfsico VladimirKosmaZworykin,emigradoalosEstadosUnidosen1919,acontinuareltrabajoy, primeroenlaempresaWestinghouseyluegoenlaRCA(RadioCorporationofAmerica),fue una de las personas que, probablemente, ms hayan contribudo al desarrollo de la televisin,graciasenpartealpatrocinioquelebrindDavidSarnoff,entoncesenlaRCA. En1923,Zworykinsolicitlapatentedesusideasque,posteriormente,constituiranlabase delossistemasmodernosdetelevisin.En1924demostrunreceptordetelevisinconun tubo de rayos catdicos de 7 pulgadas, con deflexin electrosttica y electromagntica del haz electrnico. En el mismo ao, demostr tambin un dispositivo electrnico que constituyunarevolucinenelcampodelatelevisin:eliconoscopio(figura1.5),conelque eraposiblelaexploracinelectrnicadelaimagenparasutransmisin.En1925,solicitla patentedeunsistemadetelevisinencolortotalmenteelectrnico.



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Anillos Colectores

Soporte del Mosaico Placa de Seal

Mosaico Yugo Magntico Lente

Ctodo Filamento Primer nodo

Fig.1.5.IconoscopiodeZworykin.

En1929y,trabajandoindependientemente,PhiloTaylorFarnsworthdemostrunsistemade televisin completamente electrnico utilizando un tubo de rayos catdicos con deflexin electromagntica para la reproduccin de la imagen. Anteriormente, en 1927, haba desarrollado una cmara electrnica, utilizando un tubo de cmara diseado por l, el disector de imagen, que posteriormente encontr aplicaciones en cmaras fijas adosadas a proyectoresdepelculasyalgunosdecuyosprincipioscomoeldemultiplicacinelectrnica fueronincorporadosporZworikyneneliconoscopiodeimagenyenelorthicn.En1931se incorporalaempresaPhilcodondecontinususinvestigaciones.Farnsworthfuesinduda, juntoaZworykinunodelosgrandespionerosdelatelevisinelectrnica,sibienconmucho menosapoyoqueste. En los Estados Unidos, la NBC (National Broadcasting Corporation), inici en 1939 transmisionesregularesenlaspoblacionesdeNuevaYork,SchenectadyyLosAngeles,con laemisindedosprogramasdeunahoraporsemana.ElsistemaempleadofueeldelaRMA (Radio Manufacturers Association), con 441 lneas, que evolucionara posteriormente a 525 lneas por cuadro, con barrido entrelazado y 30 cuadros por segundo. En la figura 1.4 se muestra una de las cmaras utilizadas en la inauguracin de la Feria Mundial de Nueva York en 1939. Esta cmara fue fabricada por RCA y utilizaba tambin el iconoscopio de Zworykin.ElconferenciantedelafotografaesDavidSarnoffvicepresidenteentoncesdela compaaRCAVictor,eneldiscursoquepronuncioElnacimientodeunaindustriapredijo quelatelevisinllegaraaserelmediomsimportantedeinformacinyentretenimiento.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Fig.1.4.CmarautilizadaenEstadosUnidosen1939enlaconferencia deDavidSarnoffenlaFeriaMundialdeNuevaYork.

LaevolucinenEuropasiguicaminossimilares,dandolugaradiferentessistemasy,enlos aos que siguieron a la Segunda Guerra Mundial la televisin fue alcanzando madurez tcnica, sobre todo en los Estados Unidos, gracias a las innovaciones en los diferentes dispositivos y circuitos electrnicos que hicieron posible la generacin y transmisin de imgenes de gran calidad. A finales de la dcada de los cuarenta, eran ya numerosos los pasesenquelastransmisionesdetelevisinserealizabanenformaregular. La British Broadcasting Corporation (BBC) inici transmisiones regulares de imgenes fijas con 30 lneas por cuadro en 1928 y, en 1936, con imgenes en movimiento utilizando dos sistemasendasalternos,unoelelectromecnicodeBaird,mejoradoaunaresolucinde240 lneasyotro,completamenteelectrnicodelasempresasEMIyMarconiconresolucinde 405lneas.En1937esteltimo,designadoentoncescomodealtaresolucinfueadoptado como estndardd en el Reino Unido. En los Estados Unidos, la Comisin Federal de Comunicaciones(FCC)autorizlastransmisionescomercialesel1dejuliode1941,aunque como ya se mencion, se vena transmitiendo desde haca aos de manera regular. En los aos siguientes la televisin tuvo un perodo de hibernacin a causa de la guerra y los experimentos en este campo se redujeron considerablemente. En 1942 se entren a unos 18000vigilantesdeincursionesareas,medianteunareddetelevisinyfueunadelasraras ocasionesenqueestemediodecomunicacinseutilizenelcontextodelasegundaguerra mundial. Unaaplicacinmilitardelatelevisinenlasegundaguerramundialfueparaladireccinde bombas, mediante una cmara adosada a la parte inferior de la bomba, que no tena propulsinpropia,perosipodaplanear,laimagenrecogidaporlacmaraeratransmitidaal avindebombardeoysecontrolabaelvuelodelplaneadorporradio,labombayelsistema devisualizacinycontrolsemuestranenlafigura1.5.



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Fig.1.5.Sistemadetelevisinparabombardeoareo

Las cmaras utilizadas para estos fines utilizaban iconoscopios y algunas, disectores de imagenypodanconsiderarsecompactasparalatecnologadelapoca.Hayqueteneren cuentaqueenlosaosdelasegundaguerramundial,eltransistorannosehabainventado ytodalaelectrnicasebasabaenvlvulasdevaco,comoseilustraenlafigura1.6enquese apreciaeliconoscopioalaizquierdaylaelectrnicaconvlvulasenlaparterestante.

Fig.1.6.Cmarautilizadaparabombardeosareos enlasegundaguerramundial

Sibienlatecnologadelascmarasnoevoluciondemaneraimportanteenesapoca,uno de los campos relacionados con la televisin, el de los tubos de rayos catdicos, recibi un fuerteimpulso,enbuenamedidaporqueestosdispositivosseutilizanenradar,sonar,loran5 ylocalizadoresdedireccinporradio,ascomoenosciloscopios,instrumentoindispensable de medida en electrnica y comunicaciones. An as, los tubos sensores de imagen continuaronevolucionandoy,en1945,laRCAintrodujoelorthicndeimagen,quesemuestra enlafigura1.5,yquetambinfueinventadoporZworykin6.Estetuboconstituyelavance ms notable en la tecnologa de cmaras de televisin, ya que su sensibilidad es tal que es capazdeproducirunasealencualquiercondicindeluzqueresulteaceptableparaelojo humano;amododeejemplo,elorthicnhallegadoaproducirsealesvlidasdetelevisin en escenas iluminadas nicamente por velas. Otra ventaja de este tubo, respecto al iconoscopiofueladeutilizarunreasensora(fotoctodo)relativamentepequea,deunos5 cmdediagonal,loqueensupocapermitireduciralgoeltamaoypesodelascmaras. El orthicn est formado por un mosaico plano de cristal en uno de sus extremos. La cara internadedichomosaicoestrecubiertaporunacapadeuncompuestoalcalinometlicola cualconstituyeunasuperficiefotoelctrica..Laemisindeelectronesporpartedelacapase someteaaceleracinymedianteuncampomagnticointensoseenfocasobreuncristalde 5 6

Loran:LongRageNavigationonavegacinalargasdistancias. Parauntratamientoamplioydetalladodelaestructurayfuncionamientodelorthicndeimagen,puedeconsultarseeltexto delpropioZworykin:Television,2ndEdition.V.K.ZworykinandG.A.Morton.JohnWiley&Sons,Inc.NewYork,1954.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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muy baja conductividad, llamado placa acumuladora. Frente de la placa hay una rejilla metlica con un mallado de unos 155.000 orificios por centmetro cuadrado. En la parte posterior de la placa, existe un cilindro metlico que recubre la parte interior del tubo y constituyeelelementodedesaceleracin.Finalmente,pordetrsdelanillohayunacapaen el cuello del tubo que acta de nodo. Al final del tubo hay un can de electrones y una estructuradenominadamultiplicadordeelectrones.

Fig.1.7.Orthicndeimagen

Tanto el iconoscopio como el orthicn son tubos de tipo fotoemisivo y, aunque este ltimo ofrececonsiderablesventajasenloquerespectaalacalidaddeimagen,sutamaoesgrande ynoesadecuadoparacmarasporttiles. Adems del orthicn de imagen, el disector de imagen inventado por Farnsworth y de menoresdimensionesqueaqul,resultseruntubodecmaradeexcelentescaractersticas, capaz de generar imgenes de calidad similar al orthicn. En la figura 1.8 se ilustran dos tiposdedisector,alaizquierda,delosprimerosmodelosyaladerecha,unodediseoms moderno.

Fig.1.8.Disectoresdeimagen

Laraznprincipalporlaqueprevalecielorthicn,entantoqueeldisectorseutilizmuy pocoapesardesusbuenascaractersticasnoesprecisamentetcnica.Zworykintenatodoel apoyo financiero de David Sarnoff, vicepresidente entonces de la RCA, empresa preponderante en la industria de radio y televisin, en tanto que Farnsworth no consigui contarconapoyossimilaresynoconsiguicomercializareldisectorenlamismaescala.Enla actualidad an se mantiene la controversia de si el verdadero padre de la televisin electrnica fue Farnsworth y no Zworykin, que incluso incorpor o, quiz, se apropi deConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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algunasdelasideasdeFarnsworthensusinventos.Encualquiercaso,nosepuedenegarel mritodeamboseneldesarrollodelatelevisinelectrnica. Tambinenladcadade1940sedesarrollarontubosdetipofotoconductivo,elprincipalde elloselvidicn,detamaobastantemenorqueelorthicnydelquesemuestrandostiposen lafigura1.9.

Fig.1.9.Dostiposdevidicn

Elvidicn,delquesedesarrollaronnumerosasvariantessobretodoparacmarasdecoloren ladcadade1960yposteriores,contieneunaplacafotosensible7yuncanelectrnicoque genera un haz de electrones para barrer la placa punto a punto. La placa fotosensible est formadaporunalineamientobidimensionaldefotodiodosdesilicio,conunctodocomny nodosaislados.Laincidenciadeluzsobrelaplacaproducepareselectrnhuecoque,por recombinacin da lugar a disminucin de la carga superficial. El haz electrnico, enfocado sobre la placa y barrindola punto a punto, deposita una cantidad suficiente de electrones sobrelaplacaparacompensarlacargaquesehaperdidodesdeelbarridoanteriorencada punto. Esta carga es mayor en las zonas iluminadas de la placa que en las oscuras. El desplazamientodelacarga,queesigualalacargadepositadaporelhaz,producelasealde vdeoenlaentradadelamplificadoracopladoaltubo. Elvidicn,inicialmente,noproducaimgenesdelamismacalidadqueelorthicn,yaque requeramsluzquesteparaproducirimgenesdeciertacalidad,porello,alprincipiose utiliz principalmente en telecines8 (figura 1.10). Tpicamente la pelcula utilizada en los telecines de las dcadas de los cincuenta y sesenta era de 16 mm, si bien luego se utiliz extensamentelade35mmy,eventualmente,de70mm.Enlaactualidadeltelecineseutiliza principalmente para grabacin de pelculas en medios magnticos u pticos para su transmisinocomercializacinposterior.

Enlostubosdecmaraestaplacafotosensiblesueledesignarseconeltrminoeninglstarget El telecine consiste de una cmara de televisin sobre la que se proyecta la imagen de un proyector cinemtogrfico, concentrada sobre la pequea rea de la placa fotosensible del tubo de cmara. La intensidad luminosa es considerable y, en esascondiciones,elvidicnresultabamsqueadecuado.8 7



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Fig.1.10.Telecinestpicosdelosaos195060.

1.4Estndardes Los sistemas iniciales de televisin, en particular los electromecnicos, no obedecieron ningnestndardddeterminado,sibientodossebasaronenelmismoprincipiodebarridoo exploracindelaimagenlneaalinea,deizquierdaaderechaydearribaaabajo,deforma similaracomoseleeuntexto.Lasprimerasimgenesestabanformadasporcuadrosde30 lneas (vase figura 1.3), de modo que su calidad era muy baja. Ya del cine se haba aprendidoqueparareproducirimgenesenmovimientoesnecesariaunasecuenciacontinua decuadros,proyectadaconrapidezsuficientecomoparaquenoproduzcaparpadeoydeal espectadorunasensacindecontinuidad.Enlosiniciosdelcineseproyectaban16cuadros por segundo, lo que produca un parpadeo desagradable, posteriormente se aument a 24 cuadrosy,aunqueelparpadeoresultabanotorio,eraalgomsaceptable.Hayquenotarque enunproyectordecinelapelculanosemuevedeformacontinua,sinoasaltos,demodo que cada cuadro se para unos instantes frente a la lmpara del proyector y se proyecta la imagencompletasobrelapantalla,deahquelaspelculastenganperforacionesenlasorillas enlasquepenetraunaruedadentadaqueproporcionaesemovimientodiscretooasaltos. Entelevisinnosepuedetransmitirlaimagencompletadeuncuadro,sinoqueesnecesario transmitirsecuencialmenteunoaunocadaelementodeimagenquecomponeelcuadro.Esto esunacomplicacinimportanterespectoalcine.Volviendoalparpadeodelaimagen,enel cine esto se resolvi proyectando cada cuadro dos veces sin aumentar la velocidad de la pelcula.ParaelloseintrodujounobturadorenformadedosbrazosdeunacruzdeMalta quegirafrentealalmparaobstruyendolaluzydejndolapasardosveceshacialapantalla mientras la pelcula est parada. Esto da la sensacin de que se proyectan el doble de cuadrosysereduceelparpadeo. Elnmerodelneastienequeverconlaresolucindelaimagen.Sielnmerodelneases pequeo,elojonovelaimagencontinuasinoenfranjas.Estoseapreciaenlasimgenesde la figura 1.11, producidas con los primeros sistemas electromecnicos de televisin. Los primerossistemasdesarrolladosporBairdtenanunaresolucinde30lneasqueanpara imgenes muy pequeas apenas puede resultar aceptable. El barrido a 48 lneas es algo mejor pero todava la imagen es muy deficiente. El barrido a 150 lneas da lugar a una imagenrazonablementeaceptablesiesdedimensionesrelativamentereducidas. Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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(a)

(b)

(c)

Fig.1.11.Imgenesconbarridoa30lineasporcuadro(a),48lneas(b)y150lneas(c).

En el Reino Unido se adopt como estndardd el sistema electrnico de 405 lneas por cuadroen1937yfue,dehechoelprimerestndardddeestetipoenelmundo.EnlosEstados Unidos se experiment con diferentes nmeros de lneas y finalmente se adopt como estndardd el de 525 lneas por cuadro. Ambos sistemas, el britnico y el estadounidense producanimgenesdecalidadcompletamenteaceptable. Yasemencionqueenelcineproblemadeparpadeoseresolviproyectando24cuadrospor segundo. En realidad 242 con el obturador en forma de cruz de Malta. Esta tcnica no puedeaplicarsealasimgenesdetelevisin.Elnmerodecuadrosporsegundoadoptado en televisin estuvo sin duda influido por el cine, pero tambin en buena medida por la frecuenciadelalneadesuministrodeenergaelctrica,60HzenlosEstadosUnidosy50Hz en Europa. El nmero de lneas por cuadro y de cuadros por segundo est directamente relacionado con el ancho de banda requerido para transmitir las imgenes. Cuanto mayor seaelnmerodelneasoeldecuadros,mayorserelanchodebandanecesario.Elanchode bandadeunasealdetelevisinexploradaa525lneasy60cuadrosporsegundo,oa625 lineasy25cuadros,esdelordendeunos10MHz,quesisetransmiteporradio,modulada en amplitud, ocupara una banda de 20 MHz. Tomando un poco la idea del cine, Ulises Sanabria, estadounidense de ascendencia espaola, invent el sistema de barrido entrelazado,demodoquecadacuadrosedivideendoscampos,unoformadoporlaslneas paresyotroporlasimpares,demodoquelasealsegeneraalamitaddelafrecuenciadela lnea de suministro de energa elctrica, 30 cuadros/seg en los Estados Unidos y 25 cuadros/seg en Europa. Si los cuadros completos se transmitieran a esta frecuencia el parpadeo,aunqueligero,seraapreciable.Algenerardoscamposporcadacuadro,cadauno conlamitaddelaslneas,seexplotaunacaractersticaperceptualdelavisinqueacta,en estas condiciones integrando la informacin de los dos campos en la imagen de un cuadro completo.Dehechoestaesunaformadecompresindeinformacin,elementofundamental en la televisin digital. Evidentemente, la idea de Sanabria fue emprica, muy ingeniosa, comomuchasotraseneldesarrollodelatelevisinygraciasaellafueposiblehacerfactible latransmisinconunanchodebandarazonable. En resumen, los estndardes de barrido adoptados fueron de 405 lneas/cuadro y 25 cuadros/seg, utilizado slo en el Reino Unido hasta los aos ochenta del siglo XX, 525 lneas/cuadro, 30 cuadros/seg y ancho de banda de la seal de vdeo de 4.2 MHz, en los Estados Unidos y otros pases que adoptaron este sistema y 625 lneas/cuadro, 25 cuadros/segyanchodebandadevdeode5.2MHz,adoptadoenEuropaylamayorpartede los pases del mundo. En Francia estuvo en uso durante algunos aos un sistema monocromticode819lneasconunanchodebandadevdeocercanoalos10MHz,pero dejdeusarseaprincipiosdelosaossesenta,yaqueporunaparteconsumaunanchodeConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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banda excesivo para transmisin y, por otra parte, la calidad de la seal no era apreciablemente mejor que la de los sistemas de 525 o 625 lneas. Actualmente slo dos sistemasprevalecen,elde625lneas,25cuadrosyelde525lneas30cuadros. Entodosloscasosanterioreslarelacinentrelaanchuraylaalturadelaimagen,designada comorelacindeaspectoesde4a3,esdecircuatrounidadesdeanchoportresdealto.Estas dimensionestambinsonherenciadelasimgenescinematogrficas.Tambinentodoslos casoselbarridoesentrelazado. Nodebenconfundirselosestndardesdebarridoconlosestndardesdecolor,NTSC,PALy SECAMquepuedenutilizarseconcualquieradelossistemasdebarrido,exceptoconelde 405 lneas en que, en principio, slo pueden transmitirse seales monocromticas. Por otra parte,losestndardesdebarridomencionadosantessonlosaceptadosmundialmentepara televisin y, en general, son diferentes a los utilizados en monitores de computadoras. En esteterrenonosepuedehablardeestndardesuniversales.Setratadeestndardesdefacto (dehecho)yfueronoriginadosporlosdiversosfabricantesdecomputadoras,yaqueeneste casoenalgunasaplicacionescomoelmanejodegrficos,serequieremayorresolucinquela queproporcionanlosestndardesdetelevisin,loqueredundaenmayornmerodelneas debarridoyfrecuenciasdecuadromayores.Tambinenelcasodecomputadorassesuele utilizar el barrido progresivo en lugar de entrelazado, es decir se exploran las lneas sucesivamenteynodeformaalternadaendoscampos. Laraznparaquelafrecuenciadecuadroestrelacionadadirectamenteconladesuministro elctrico es que tanto aqulla como la de lnea deben ser sumamente precisas, ya que cualquier variacin dara como resultado la prdida de sincronismo de la imagen y, por tanto,sudestruccin.Enlapocadeldesarrollodelossistemaselectrnicosdetelevisinla tecnologa no estaba tan avanzada como ahora y eran necesarios osciladores de gran estabilidad,queaumentabanelpreciodelosreceptores.Puestoquelafrecuenciadelalnea desuministroelctrico essumamenteestable,unaopcin razonablefueladeengancharla frecuenciadecuadro,omejordicho,ladecampo,aladelalneadeenerga. 1.5Sistemasmonocromticosydecolor Hastamediadosdeladcadade1950lossistemasdetelevisinfueronmonocromticos,si bienenlosaosposterioresaltrminodelasegundaguerramundialy,principalmenteen losEstadosUnidos,setrabajsobrelaposibilidaddetransmitirimgenesencolor.Paraera esencial que los sistemas de color fueran totalmente compatibles con los sistemas monocromticos, es decir, los receptores monocromticos deban poder reproducir, en blanco y negro, las seales transmitidas en color y, de la misma forma, los receptores de color,debanpoderreproducirlassealesmonocromticas.Sedesarrollaronvariossistemas, cuyodetallenoanalizaremosaquyfinalmente,el17dediciembrede1953seaprobporla Comisin Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos el sistema designado como NTSC9yseautorizsufuncionamientocomercialel23deenerode1954.Fueadoptadoluego por Canad, Japn, Mxico y posteriormente por la mayor parte de los pases americanos conexcepcindeArgentina,BrasilylascoloniasfrancesasyholandesasenAmrica.Estos temassetratanconmayoramplitudenelcaptulo4.Entre1953y1967sedesarrollaronen 9

NationalTelevisionStandardsCommitteeConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Europadossistemasdetelevisinencolorque,aunquebasadosenlosmismosprincipiosdel sistemaNTSC,presentabanalgunasvariantes

Fig.1.12.Cmarastpicasdelasdcadasde1950y1960

Enladcadade195060annosedisponademediosparagrabarlasealdetelevisinni tampocodecmarasporttilesdetelevisin,cosaquehoynosparecedelomsnormal.Las cmarasdetelevisin,ensumayoraeranmonocromticas,utilizabanorticonesdeimageny tecnologa de vlvulas electrnicas, por lo que eran de dimensiones considerables y, dependiendodelmodelofcilmentepodanpesarde40a60kg,comoseapreciaenlafigura 1.12. Las cmaras de televisin requieren de tres tubos o sensores de imagen. Las primeras utilizaban tres orthicones y llegaban a pesar cerca de 100 kg. Como se aprecia en la figura 1.13.

Fig.1.13.Unadelasprimerascmarasdecolor, laRCATK41

En las imgenes anteriores puede verse que en las cmaras se utilizaba una torreta con cuatrolentesdiferentes.Dichaslentes,todasdelongitudfocalfijaseutilizabanparadiversos acercamientosdelaescena,entreellosgeneralmentesetenaungranangular,untelefotoy otros dos de longitudes focales intermedias. La lente en uso enfocaba la imagen sobre el fotoctododeltubodeimagenenelinteriordelacmara.LaslentessecolocabanenposicinConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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mediante una palanca operada por el camargrafo en la parte posterior de la cmara bien fueramanualmentecomoenlacmaradeladerechaomedianteunmotoraccionadoporin conmutador como en la cmara de la izquierda. A mediados de la dcada de los sesenta comenz a extenderse el uso de lentes de longitud focal variable conocidos como zoomar o zoom,hoyincorporadosenprcticamentetodaslascmarasdetelevisinylamayoradelas cmarasfotogrficas. Enlafig1.14seilustraunacmaramonocromticaconlentezoomardefinalesdelosaos50 y,enlafigura1.15,seilustrantrestiposdelenteszoomar,en(a)unodelosprimitivos,en(b), unzoomarparacmaradeestudioyen(c)unoutilizadocomunmenteencmarasporttiles.

Fig.1.14.Cmaraconlentezoomardefinalesdelosaos50

(b) (c) Fig.1.15.Trestiposdelenteszoomar.(a)DelosaoscincuentadelsigloXX. (b)y(c)Lenteszoomarusadosencmarasactuales. (a)

La tecnologa de cmaras de televisin fue evolucionando hacia el empleo de tubos de cmarademenoresdimensionesbasadosenelprincipiodefotoconductividad,adiferencia del orthicn y del iconoscopio que son tubos fotoemisivos. Este tipo de tubos se desarrollaron tambin en la dcada de 1940 y se emplearon inicialmente en las cmaras adosadasaproyectoresdepelculaotelecine.Elprimertubodeltipofotoconductivoquese desarroll para uso amplio en televisin fue el vidicn, de tamao bastante menor que el orthicnyqueseilustraenlafigura1.9. Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Alvidicnlesiguieronotrostubossimilares,entrelosquepuedemencionarseelsaticny,en la dcada de los sesenta y principalmente para cmaras de color, se desarrollaron el plumbicn (fig. 1.16), leddicn, chalnicn, etc., todos ellos basados en los mismos principios fsicos,perocondiferentesmaterialesfotosensiblesydistintasrespuestasespectrales.

Fig.1.16.Plumbicn

En el caso de estos tubos de cmara, la imagen se proyecta sobre un mosaico o target fotoconductor en forma de una placa muy delgada y constituido por una capa fina de material fotoconductor, de conductividad variable y directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente. Este material fotoconductor se deposita sobre un electrodo transparentequeactacomolaplacadesealyestcargadopositivamenteconrespectoal ctodo emisor del haz electrnico. Este haz, al barrer secuencialmente la superficie del mosaico,depositaunacantidadsuficientedeelectronessobresteparacompensarlacarga en cada punto, que es mayor en las zonas ms iluminadas y menor en las oscuras. La cantidaddecargadepositadaporelhazelectrnicodalugaraunacorrientedesealque,en cadainstante,serproporcionalalaintensidaddeluzincidentesobrecadapuntodeltarget. EnlasltimasdcadasdelsigloXXlosavancesenlosdispositivosdeestadoslidohansido considerablesy,enlaactualidad,prcticamentetodaslascmarasdetelevisinutilizaneste tipo de sensores de los que, el ms comn est constituido por matrices de dispositivos acoplados por carga (CCD10), inventados en 1969. El principio de funcionamiento de estos dispositivos es completamente diferente al de los tubos de cmara, si bien la seal que entregan, al igual que los tubos de cmara es analgica. En la figura 1.17(a) se muestra un sensorCCDdealtaresoluciny,enla1.17(b),unsensordelneadeltipousadoenmquinas defacsmil(fax)yescneres.

Fig.1.17(a)SensorCCDdealtaresolucin

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ChargeCoupledDevice.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Fig.1.17(b).SensorCCDdelnea.

Elempleodedispositivosacopladosporcargapermitigrandesavanceseneldesarrollode las cmaras, reduciendo considerablemente su tamao y peso. Las primeras cmaras verdaderamente porttiles comenzaron a aparecer en el mercado a mediados de la dcada 197080,comolaqueseilustraenlafigura1.18.

Fig.1.18.CmaraprofesionalporttilconCCD.(FotocortesiadeIkegamiElectronics)

1.6.GeneracinyprocesadodelasealdeTV. Lasealdetelevisinestconstituida,engeneralyensuformamssimple,porlasealde vdeoyladelaudioasociado.Estassealessonelctricamenteindependientesysegeneran de forma diferente, si bien deben guardar una relacin precisa entre s. Cuando en la televisinsereproduceunaescenadelmundoreal,paralageneracindelasealdevdeose empleaunacmara,quemedianteuntransductoroptoelctrico,conviertelaluzdelaescena enunasealelctrica.Silaescenahasidopreviamentefilmadaenpelcula,staseproyecta tambinsobreunacmara(telecine)decaractersticassimilares.Lasealelctricaresultante puedemanejarseeneldominioanalgicooeneldigitalysufrirdiversosprocesosantesde sutransmisinentiemporeal,obienpuedeseralmacenadaenmediosmagnticos(cintao disco) u pticos (videodisco), para su procesado y transmisin posteriores. Otra forma de generar seales de vdeo es por medios puramente electrnicos, en cuyo caso se tienen imgenesartificialesosintticas,delasqueelejemplomscomnsonlosvideojuegosylos



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dibujosanimados.As,lasfuentesdesealdevdeopuedensercmaras,magnetoscopios11, discosmagnticosupticos,computadoras,etc. La seal de audio o sonido se genera de forma independiente a la de vdeo y dicha generacinpuedesersimultnea,comoenelcasodeunaescenarealounapelcula,obienel audiopuedeinsertarseposteriormentemedianteunprocesodeedicinopostproduccin,como ocurre con frecuencia cuando se agrega msica o efectos sonoros a materiales visuales previamentegrabados. Esimportanteenfatizarque,tantolasealdevdeocomoladeaudioensuformaoriginal, sonanalgicasy,enlossistemasdigitalesrequierenserconvertidasasealesdigitales.Enlos captulos 4 y 5 se tratan con mayor detalle las caractersticas de ambos tipos de seal. El conocimiento de la seal analgica de vdeo, independientemente de que los sistemas analgicosseempleencadavezmenos,esfundamentalparacomprenderadecuadamentelos procesosaquesesometelasealdevdeoeneldominiodigital. Enlarealizacindeunprogramadetelevisinoenunsistemadecircuitocerrado,seutiliza generalmentemsdeunacmaraydeunafuentesonora,porloqueesnecesariomezclarlas sealesy,confrecuencia,agregarefectosespecialestantovisualescomoaudibles,paraloque se utilizan mezcladores12. Adems es necesario sincronizar y distribuir las seales en el entorno del estudio13 o centro de produccin, as como efectuar las correcciones necesarias para mantener la calidad adecuada de las seales y visualizarlas en mltiples lugares mediante monitores, tanto de vdeo como de forma de onda y de audio. Las seales de los diferentesestudiosdebentambinencaminarseadecuadamente,bienseaparasugrabacino transmisin.Enlafigura1.19semuestraesquemticamente,ymuysimplificada,laporcin delsistemacorrespondientealageneracindelasealdevdeo.

Tambinesfrecuenteeltrminomquinadevideotape. Almezcladordeaudioseledesignaavecesenelmediotelevisivocomomesademezclasyaldevdeocomoswitcher,generador deefectosespecialesoSEG,delasinicialeseninglsdeSpecialEffectsGenerator. 13 En estas notas se emplea el trmino estudio, en lugar de plat, con el que a veces se designa en Espaa y que es poco frecuenteenotrospaisesdehablaespaola.Elvocabloset,designageneralmentelaporcindelestudioenquesemontala escenografaparaunprograma.As,enunestudiopuedenestarmontadosvariossetssimultneamente.1211



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Cmara Control de Cmara

Amplificador distribuidor



Mezclador de Video

Monitoreo y otros destinos



Salida de video del estudio

Seales de otras fuentes

Fig.1.19.GeneracindelasealdevdeoenelestudiodeTV.

Lasfuentesdeaudioson,porlogeneral,micrfonosyreproductoresdecintamagnticaode discocompacto(CD)y,eneldominioanalgico,seconducenyprocesanporseparado,pero paralelamente a las seales de vdeo. En la figura 1.20 se ilustra, tambin de forma muy simplificada,elprocesodegeneracindelasealdeaudio. Micrfonos en estudio

Mic 1

Mic 2

Mezclador de audio

Salida de audio del estudio

Mic 3

Giradiscos

Magnetfono

Otras fuentes de audio

Fig1.20.GeneracindelasealdeaudioenelestudiodeTV.



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1.7.Clasificacindelossistemasdetelevisin La generacin, transmisin y manipulacin de imgenes y sonido ha pasada a ser una actividadcotidianaenlassociedadesdelospasesdesarrollados,demodoquelatelevisin tradicionalesactualmenteunaparte,sibienimportante,deuncontextomuchomsamplio de las aplicaciones de la imagen y el sonido, de modo que no es fcil apegarse a lo que podrandesignarsecomoclasificacionestradicionales.Anas,ydesdeelpuntodevistade suaplicacin,mantendremoslaideatradicionaldequelossistemasdetelevisinpuedenser dedifusinalpblicoengeneral,yaseaenformaabiertaorestringida,obienpuedetratarse de sistemas llamados de circuito cerrado, como los empleados para vigilancia, aplicaciones educativas,mdicas,etc.,obienparausopersonal,domsticoocomercial.Segneltipode sealesquemanejan,puedetratarsedesistemasanalgicosodigitalesy,segnlacalidadde laimagentransmitidasepuedehablardesistemasdedefinicinlimitada,estndarddoalta. Estas clasificaciones no son las nicas y, como consecuencia de la evolucin actual, surgen nuevoscriterios.Sinembargo,lasclasificacionesanterioresresultansuficientesparaagrupar lamayorpartedeloscasosypermitenestablecerunpuntodepartidaparasuestudio.Otros casoscomolavideoconferencia,latransmisindeimgenesysonidoporInternetotelfonos mviles, la convergencia entre la televisin y las computadoras y otras numerosas aplicaciones que van surgiendo rpidamente, pueden tratarse como casos que requieren tratamientoparticularyquedanfueradelcontextodeestaobra. Aunque a corto o medio plazo, es decir unos cuantos aos, los sistemas digitales de televisinprevalecernynoesfcilpredecirlasupervivenciayaplicacionesdelossistemas analgicos en el futuro. An as, independientemente del tipo de sistema, nos referiremos aqu como sistemas de televisin a aquellos que obedecen estndardes bien definidos por organismos internacionales de comunicaciones u otras instituciones normativas de alcance internacional y no a sistemas que siguen estndardes de facto, producidas por fabricantes especficos. Enestecontexto,hayvariascaractersticasquesoncomunesdesdeelpuntode vistadeclasificacindelossistemasdetelevisin. Tipo de transmisin. En trminos generales, puede hablarse de sistemas radioelctricos o de cable, incluyendo en esta categora a los de fibra ptica. Los sistemas radioelctricos son aquellos en que el transporte de informacin se realiza mediante ondas electromagnticas propagadasenelespacioy,asuvez,puedenclasificarseensistemasterrestres,vasatliteo vamicroondasterrestres,tantopuntoapuntocomodedistribucinazonasamplias. Sistemas de barrido. Segn se mencion en la seccin 1.2, todos los sistemas de televisin se basanenlaexploracinobarridodeunaimagenqueseconsideraformadaporunconjunto de lneas horizontales y stas, a su vez, por una sucesin de elementos de imagen. La imagen,ocuadro,seexploralneaalneahorizontalmenteydearribaaabajo.Elnmerode lneashorizontales,ascomoelnmerodeelementosencadalneadeterminanlaresolucin delaimagen. Para mantener el ancho de banda en niveles aceptables se recurri a un procedimiento ingenioso que consiste en dividir cada cuadro en dos campos, uno formado por las lneas paresyotroporlasimpares.Enunprimerbarridoseexploransolamentelaslneasimpares y a continuacin las pares. La cercana entre lneas y las caractersticas perceptuales de laConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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visin humana producen un efecto similar al de la proyeccin de dos cuadros sucesivos, reducindoseelparpadeoanivelesprcticamenteimperceptibles.Lafrecuenciadecuadrose estableci,enunoscasosen30porsegundo(60campos)yenotrosen25(50campos). Losprincipalessistemasdebarridoquesehanutilizadohansidolossiguientes: 405lneasporcuadro,25cuadrosporsegundo.EstuvoenusoenInglaterradesde1936hasta alrededorde1980. 525lneasporcuadro,30cuadrosporsegundo.Elestndardparaestesistema fue definido en los Estados Unidos y est en uso desde 1941. Es utilizado en todoslospasesdeAmricaconalgunasexcepcionesyenJapn. 625 lneas por cuadro, 25 cuadros por segundo. Es el sistema utilizado en EuropaylamayorpartedelospasesdeAsia,fricayOceana. 819lneasporcuadro,50cuadrosporsegundo.FueutilizadoenFrancia,pero los inconvenientes que ofrece desde el punto de vista de ancho de banda (10 MHz),sinofrecerventajasapreciablesenloquerespectaacalidadsubjetivade laimagen,hicieronquedejaradeutilizarse. Enlaactualidadlosnicossistemasdebarridoutilizados,tantoensistemasmonocromticos como de color, son los de 525/30 y el de 625/25 y, es muy importante hacer notar que el sistemadebarridoesindependientedelsistemadecolorynodebenconfundirse. En el caso de sistemas analgicos el barrido es, invariablemente, entrelazado, es decir, cada cuadrosedivideendoscampos,unoformadoporlaslneasparesyotroporlasimpares. Enlossistemasdigitalesesposiblehablardebarridoentrelazadoodebarridoprogresivo,en queelcuadronosedivideencamposyseexploransecuencialmentetodaslaslneas. Tambin es muy importante tener en cuenta que los sistemas o estndardes de barrido de 525lneas/30cuadrosyde625lneas/25cuadrossonparatelevisinynosonnecesariamente los mismos que se utilizan para la reproduccin de imgenes en computadoras. Para los monitores de computadoras no hay un estndardd de barrido definido y cada fabricante utiliza su propio estndard de facto, por lo que en este campo se encuentran diferentes frecuenciasdelneaycuadroqueengeneral,nosoncompatiblesconlasdetelevisin. Sistemas de color. En la actualidad, prcticamente todos los sistemas de televisin tanto analgicos como digitales son de color. Hasta no hace muchos aos poda hablarse de sistemasmonocromticosqueslosetransmitelainformacindebrillo(luminancia),queda lugaraunaimagenenescaladegrises,loquehahechocomnelusodeltrminoblancoy negro.Sinembargo,unaimagenenblancoynegrocomoporejemploeltextodeestapgina, esunaimagendeslodostonos,esdecir,bitonal.Actualmentelatecnologahahechoposible larealizacindecmarasdecolorprcticamentemicroscpicas. Para reproducir una imagen de color se requiere, adems de la informacin de brillo o luminanciadelaescena,lainformacincorrespondienteatrescoloresquesedesignancomo primarios, mediante cuyas combinaciones es posible formar cualquier otro color. LaConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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informacindecolorseprocesademodoque,apartirdelassealescorrespondientesalos colores primarios, se generan dos seales complejas que contienen toda la informacin cromtica necesaria para reconstruir la imagen y que se transmiten junto con la seal de luminanciaenelmismocanal.Lasealdeluminanciaesdebandaanchaydeelladependen los detalles finos de la imagen, en tanto que las de crominancia ocupan menor ancho de banda y pueden multiplexarse en frecuencia dentro de la misma banda ocupada por la luminancia,haciendoquelasdossealesdecrominanciamodulen,encuadraturadefasea una subportadora, designada como subportadora de color, cuya frecuencia est determinada porconsideracionesquesetratarnenelcaptulodedicadoalasealanalgicadevdeo. El primer sistema de televisin cromtica empez a utilizarse pblicamente en los Estados Unidos en enero de 1954. Los estndares para este sistema fueron definidos por el NTSC (National Television System Committee) y autorizados por la Comisin Federal de Comunicaciones (FCC) de ese pas en diciembre de 1953. Este sistema, designado comnmente como sistema NTSC fue adoptado subsecuentemente por Canad, Japn, MxicoylamayoradelospasesamericanosaexcepcindeBrasilyArgentina.Elhechode que a ms de 40 aos de su definicin y adopcin, estos estndares continen aplicndose paragenerarsealesdetelevisincromticadebuenacalidad,eselmejortestimoniodela validezyaplicabilidaddelosprincipiosfundamentalessobrelosquesebaslaseleccinde tcnicasyparmetrosespecficos. Hayquetenerencuentaqueeladvenimientodelossistemasdetelevisincromticaocurri cuando ya estaban en funcionamiento los sistemas monocromticos, de modo que un requisitofundamentaleneldesarrollodelatelevisincromticafuelacompatibilidadconlos sistemas monocromticos. Es decir, los receptores monocromticos deben ser capaces de reproducir, en blanco y negro las imgenes transmitidas en color y, por otra parte, los receptores de color deben reproducir, tambin en blanco y negro, las imgenes monocromticas. EnEuropa,laadopcindelossistemasdecolornosellevacabosinohasta1967y,aunque elsistemaNTSCesaplicablealossistemasde625lneas,enestecontinentesedesarrollaron dos sistemas alternativos: PAL en Alemania y SECAM en Francia. Su evolucin, en cierta medida, estuvo condicionada no slo por aspectos puramente tcnicos, sino por circunstancias de ndole poltica y econmica. Las diferencias tcnicas entre NTSC, PAL y SECAM se deben ms a consideraciones de tipo tecnolgico que a razones tericas fundamentales. La mayora de las tcnicas bsicas del sistema NTSC se incorporaron en los otros dos sistemas,porejemplo,elempleodeunasealdeluminanciadebandaanchaydosseales de crominancia de banda relativamente estrecha multiplexadas en frecuencia en la misma bandadeluminancia.Estemultiplexadoesposiblegraciasaqueelespectrodelassealesde luminancia y crominancia no son continuos, sino discretos y las componentes espectrales estnpresentesamltiplosdelasfrecuenciasdelneaycuadro,dejandoespaciosvacosen los que es posible intercalar o imbricar ambos espectros. Este imbricado, que se sigue tambin en PAL y SECAM, es necesario para reducir la visibilidad de las seales que contienen informacin cromtica, ya que estn en la misma banda de frecuencias que las



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sealesmonocromticasdeluminanciaysuefectosemanifiestaenformadepuntosfijos,o mvilessegnelcaso,enlaimagenmonocromtica. En la actualidad, los sistemas cromticos en uso en el mundo pueden resumirse como sigue14: NTSC:SistemautilizadoenAmricaconexcepcindeArgentinayBrasil.Fue adoptadotambinenJapnyalgunosotrospasesasiticos. PAL: Sistema utilizado en Europa y el resto del mundo, excepto en los casos siguientes: SECAM:SistemautilizadoenFrancia,laantiguaUninSoviticaylospases deEuropaOrientalyAsiaconinfluenciasovitica,ascomolamayorpartede lasantiguascoloniasfrancesasenfricayAsia,ademsdeIrnyEgipto. El sistema ms utilizado a nivel mundial es el PAL 625 seguido por el NTSC 525yelmenosutilizadoelSECAM. Independientementedequesetratedesistemasanalgicosodigitales,deberecordarseque lareproduccindelassealesdetelevisin,tantodeaudiocomodevdeosonesencialmente procesos analgicos, de modo que los sistemas anteriores siguen mantenindose y, una de lasprincipalesrazonesparaellosonlasfrecuenciasdelneaycuadro.Laintegracindelas computadoras en el medio de la televisin y viceversa, probablemente modificarn de alguna forma estas divisiones en el futuro. Sin embargo no es posible aventurar en que medidaseverafectadaestadivisintradicionaldelossistemasdetelevisin. Sistemasabiertosydeaccesorestringido.Enlascondicionesactualespuedenconsiderarsecomo sistemas abiertos los que utilizan transmisin radioelctrica terrestre, para la recepcin de cuyassealessloesnecesariounreceptordetelevisinconvencionalsinningnaditamento adicional.Tambinpuedenconsiderarsecomosistemasabiertoslosdetelevisinporsatlite, enquelassealesnoestncodificadasypuedenrecibirsemediantereceptoresdesatlitede fciladquisicinenelmercadodeconsumo,sinnecesidaddecontratosnidelpagodetasas especialesporaccederaesaprogramacin. Como sistemas de acceso restringido pueden considerarse aquellos que requieren de aditamentos adicionales al receptor convencional, por ejemplo decodificadores, terminales de cable, etc. Entre stos se cuentan, adems, los sistemas de circuito cerrado (CCTV), estructuradosconredesdecableoenbandasdefrecuenciadiferentesalasutilizadasporlos serviciospblicosycuyasaplicacionespuedenservariadas:vigilancia,transmisindeclases enescuelas,transmisindeoperacionesenhospitales,etc. 1.8Evolucindelossistemasdetelevisin LaXIAsambleaPlenariadelCCIR realizadaenOsloen1966,intentimplantarestndares nicos para un sistema universal de televisin, particularmente en el terreno de la TV 4Unarelacindetalladadelossistemasdetelevisinusadosencadapasdelmundo,seencuentraenelAnexoalInforme624 delCCIR.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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cromtica;sinembargo,enestapocaelsistemaNTSChabamaduradoyllevaba cercade quince aos en funcionamiento en los Estados Unidos y numerosos pases de Amrica y Asia. Por otra parte, en Europa, prevalecan sentimientos nacionalistas, particularmente en AlemaniayFranciadondesehabandesarrolladosistemasalternativosalNTSCqueestaban listos para entrar en funcionamiento, de modo que las discusiones en este terreno no fructificaron y el CCIR, en lugar de generar una recomendacin unnime para un sistema nico, se vio obligada a producir slo un informe15 describiendo las caractersticas de una amplia variedad de sistemas, a la vez que produjo una serie de recomendaciones, pero se dejalasorganizacionesdecadapaslaeleccindelsistemaaadoptar.Esteresultadonoes sorprendente, ya que uno de los requisitos fundamentales de los sistemas de color es su compatibilidad con los sistemas monocromticos existentes y stos ya estaban implementadosenmuchospases,demodoquesemantuvolavariedaddefactorestcnicos en uso, tales como nmero de lneas, frecuencia de cuadro, ancho de banda, tipo de modulacin,frecuenciadelaportadoradeaudio,etc. Laheterogeneidaddesistemashasidounobstculoparaelintercambiodeprogramas,tanto en directo como grabados y oblig a desarrollar equipos especiales para la conversin de estndares, inicialmente de tipo electroptico y, a principios de la dcada de los 70, electrnicos. El intercambio del material filmado contina siendo, en gran medida, independiente de estos problemas. Por otra parte, el empleo creciente de tcnicas digitales para el procesado de las seales devdeo desde hace bastantes aos, ha conseguido lograr elevados niveles de calidad y facilitado el problema de conversin que, en la actualidad, puedeconsiderarsemnimo. LascaractersticasdelosdiversossistemasanalgicosdeTVestnresumidasenelInforme 624delCCIR.Entodosloscasoslarelacindeaspectodelaimagen(anchura/altura)esde 4/3,lasecuenciadebarridoesdeizquierdaaderechaydearribahaciaabajo.Elbarridoes entrelazado con relacin de 2/1, resultando en una frecuencia de cuadro igual a 1/2 de la frecuenciadecampo.Enelestadoactualdelatecnologa,todoslossistemassoncapacesde operarconsincronismoindependientedelafrecuenciadelalneadesuministrodeenerga elctrica. Los sistemas NTSC, PAL y SECAM permiten la generacin, transmisin y recepcin de imgenesdegrancalidad,aceptablesporprcticamentecualquierobservador.Sonsistemas concebidos cuidadosamente que, para su desarrollo tcnico se basaron en aspectos perceptuales de la visin humana y tuvieron en cuenta los aspectos fisiolgicos y psicolgicos de lo que puede designarse como un observador normal. Por consecuencia, emergieron como sistemas maduros cuyas eventuales limitaciones se debieron principalmentealatecnologadelapocaque,alirevolucionandoenlasltimasdcadas, permitieronmejorarlacalidaddelasealdetelevisinyresolver,cadavezmejor,algunos de los problemas inherentes a cada uno de los sistemas. Sin embargo, los principios originalesenquesebasansemantienencasiinvariableshastanuestrosdasysiguensiendo vlidosanparalosrecientessistemasdigitales.

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Informe624delCCIR.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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Unaraznimportanteparaelloesquelabasetcnicadelosestndaresaplicadosenlostres sistemas de televisin en uso, se fundamenta en la ciencia de la colorimetra16. As, para desarrollarunsistemadetelevisincromticaesnecesarioestablecerunmtodoquepermita especificarlasensacindeseadadecolorycalcularelcolorpercibido,correspondienteauna ciertadistribucinespectraldeenerga.Losconceptosdematiz,saturacinybrillo,juntocon lacapacidadtecnolgicaparaanalizarlaluzqueemanadeunaescenaentresdistribuciones espectrales de colores primarios, permiten disear los sistemas de comunicaciones para recombinarlosvaloresespecficosdelassealesdecolorenlasproporcionesadecuadasenel receptor, a fin de que la sensacin visual de los colores reproducidos corresponda, perceptualmente, a los de la escena original. Los estndares del sistema NTSC y, con diferencias poco significativas, los de PAL y SECAM, definen los procesos elctricos necesarios para obtener estos resultados, dentro de los lmites de un canal especfico de comunicaciones. Comoconsecuenciadeloanteriory,conreferenciaalossistemasanalgicos,esdecirde525 o 625 lneas, la evolucin no ha sido realmente en el sentido de modificar los estndares bsicos,sinoeneldemejorarlacalidaddelassealesvisualesyaudibles,buscandoporuna partelareduccinoeliminacindelosproblemasinherentesadichossistemasyporotra,la adicin de servicios de valor aadido, como pueden ser teletexto, sonido estereofnico o dual, etc. En otra lnea, se sitan los sistemas analgicos de alta definicin (HDTV) que fueronobjetodeinvestigacinydesarrollodurantecasidosdcadas,sinllegaracristalizar enestndaresdefinitivosyque,sibienseintentutilizarenalgunospasescomoJapn,no resultaplicableaniveldeconsumomasivoacausadelelevadocostodelosreceptoresas como por las seria dificultad que plantea el ancho de banda adicional necesario para la transmisinanalgicaterrestre.Conelestadoactualdedesarrollodelatelevisindigital,la televisindealtadefinicinsehaconvertidoenunarealidadviabley,porconsecuencia,la HDTVanalgicahadejadodeserobjetodeconsideracin. En Japn se realizaron avances importantes en la NHK17 en el terreno de la HDTV, sin embargonosellegaunestndarddefinitivoyaqueentraronenconflictolosinteresesde europeos,estadounidensesyjaponeses,altratardeimponercadagrupodiferentesnmeros delneasyfrecuencias decuadro.EnEuropa,lasinvestigacionessobreHDTVcontinuaron bajoelproyectoEUREKA,establecidoalrededorde1985,enelqueseagruparonempresas industriales,ascomoinstitucioneseducativasyotras.ElproyectoEUREKAtuvoobjetivos similaresalosdelATSCestadounidense(AdvancedTelevisionSystemsCommittee)yalcomit canadiense paralelo, CABSC (Canadian Advanced Broadcast Systems Committee), cuyos interesesconjuntoserandesarrollarunestndardamplioparalaHDTVenesospases.Las diferencias en las frecuencias de cuadro y campo, en los conceptos de exploracin entrelazadaoprogresiva,ascomo otrosaspectosqueseralargoenumerar,dieronlugara que no se llegara a ningn acuerdo entre las partes, independientemente de las recomendacionesdelCCIR.Elnicoconsensoparecehabersidoenlarelacindeaspectode 16:9. Pritchard,D.H.USColorTelevisionFundamentalsAReview.IEEETransactionsonConsumerElectronics.Vol.CE23, pp.467478,Nov.1977. 17 NHK: Nippon Hoso Kyokay. Corporacin Japonesa de Radiodifusin, que tiene a su cargo todos los sistemas de radiodifusin sonora y televisin de servicio pblico en Japn y mantiene, adems, un importante centro de investigacin cientficaytecnolgica.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones16


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Todos los sistemas de HDTV investigados planteaban un problema muy serio para la radiodifusin terrestre, ya que, o bien era necesario un ancho de banda adicional de 3 a 6 MHz, no fcilmente disponible ni adjudicable en las actuales condiciones de asignacin de canales en el espectro radioelctrico, o bien concebir algn sistema que permitiera empaquetarenelanchodebandade6MHz,elexcesodeinformacinqueconllevalaseal dealtadefinicinque,porotraparteydesdeelpuntodevistadelaradiodifusinterrestre, enprincipiodeberasercompatibleconlossistemasdedefinicinestndardenuso. Unmotormuyimportanteparaeldesarrollodelatelevisinloconstituyeelhechodeque, entodasociedad,haygentedispuestaapagargrandescantidadesporobjetososerviciosque losdistingandelosdems.As,unabuenapartedelosnuevosequiposysistemastendrn comodestinoprincipalestesector,almenosenelfuturoprevisible,yaqueelobjetivodela televisinenelcontextodelasociedadactual,esvenderyaseaprogramasoproductos.Sin embargo,porrazonesquetendranqueexplicarseenelcontextodeotrasdisciplinascomola sociologa o la psicologa, la demanda de material televisivo es creciente y no parece tener lmite. En general, al espectador le interesa ms la cantidad que la calidad y los aspectos tcnicosquedan,portanto,condicionadosporestehechoysubordinadosal. En este contexto se sita tambin la bsqueda de nuevos sistemas de transmisin que permitan hacer llegar al consumidor una cantidad de programas muy superior a la que actualmenteesposibleofrecerporlossistemasderadiodifusinterrestre,dadalasaturacin delespectroquehacecasiimposiblelaasignacindenuevoscanalesconelactualesquema dedistribucinespectral.Asimismo,durantebastantesaosseconsiderimportantepoder implementarsistemasdealtadefinicinquepudieran,enciertaforma,competirconelciney permitirlatransmisindelinmensoacervodematerialfilmadoconcalidadsinoigual,porlo menoscercanaaladelasimgenesenpantallacinematogrfica. Sin embargo, es necesario reconocer que esta presin comercial ha servido de acelerador a desarrollostecnolgicosdifcilesdeconcebirhaceveinteotreintaaosycuyoproductoms claro es la televisin digital que, literalmente, est rompiendo todos los esquemas tradicionalestantoenelmediodeproduccincomoeneldetransmisin,algradodequeno esposiblepredecirelfuturodelatelevisinpocomsalldeloinmediato.Deacuerdoalos planes recientemente aprobados por la Comisin Federal de Comunicaciones (FCC) de los Estados Unidos, los sistemas de radiodifusin terrestre de televisin en su forma actual en esepas,habrndesaparecidoparaelao2008ysernreemplazadosporsistemasdigitales que volvern obsoletos a los millones de receptores actuales, haciendo necesario el uso de unidades adicionales externas para decodificar la seal. En Europa la situacin sigue un caminosimilar. 1.9Sistemasdigitalesdetelevisin Es importante distinguir entre el procesado o tratamiento digital de imgenes y la televisin digital.Losintentosportratarlasimgenesenformadigitalseremontanahacealrededorde cuarentaaosylasinvestigacionesydesarrolloseneseterrenosonnumerosos.Graciasalas tcnicasdeprocesadodigitaldeimgeneshasidoposible,porejemplo,recibirfotografasde vehculos espaciales en misiones de exploracin del sistema solar, identificar tejidos biolgicos en radiografas, etc. Tales aplicaciones, no se consideran estrictamente como deConstantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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televisin, si bien han encontrado en ella un importante campo de aplicacin, en el que se sustentanlosprincipiosdelatelevisindigital.Aqusetratannicamentelosrelacionados con televisin sin profundizar en el terreno del procesado digital de imgenes, que constituyeunampliocampodeestudio,fueradelcontextodeestetexto. An cuando para fines de produccin de programas se han venido aplicando tcnicas digitalesdesdehacebastantetiempo,principalmenteenlageneracindeefectosespeciales y,msrecientementeengrabacinyedicin,lociertoesqueengeneral,elentornodelcentro de produccin ha sido analgico y slo hasta hace unos pocos aos se proyectaron y construyeroncentrosdeproduccintotalmentedigitales,enlosqueprcticamentetodasla operaciones se realizan en el entorno digital. La excepcin a lo anterior, como ya se mencion,loconstituyelapropiageneracindelasealenlacmaraquees,engeneral,un procesoanalgicoporlapropianaturalezadelostransductoresoptoelectrnicos.Eltrmino televisin digital, en la forma en que se aplica habitualmente, no es suficientemente preciso como para especificar si todo el proceso, desde la generacin de la imagen y el sonido asociado, hasta su transmisin y recepcin final son en el dominio digital, o si slo se pretende indicar que algunas partes del proceso se realizan manejando la informacin en formadigital.EnlosEstadosUnidossevieneutilizandoeltrminotelevisinavanzada(ATV) queparecemsadecuadoyaquenorestringelaposibilidaddequelasealpuedamanejarse enformaanalgica,digitalounacombinacindeambascomoeselcasomsgeneral. Denuevo,intentardetallarlasecuenciaenquelatecnologadigitalfueaplicndosecadavez ms a la produccin de programas y materiales de televisin, resulta muy difcil. Independientemente de la tecnologa aplicada en el centro de produccin, prcticamente hasta1993nosetomaronaccionesformalessobrelaposibilidaddeempleartcnicasdigitales enlossistemasderadiodifusinterrestre,cuyalimitacinenelanchodebandadelcanala6 u8MHz,segnelestndardutilizado,planteabaseriasdificultadesparaempaquetarenl una seal binaria cuyo caudal inicial al ser generada es del orden de 200 Mbit/s. Por otra parte,sehabanllevadoacabomltiplesinvestigacionesparaintentartransmitirsealesde altadefinicinenformaanalgica,cuyoanchodebandamnimoesdelordende9MHzy, ya en 1986, haba cinco propuestas para sistemas de radiodifusin que estaban siendo analizadasenlosEstadosUnidos,delascualesdoseranvasatliteylasotrastresterrestres. Sepensabaentoncesquelaradiodifusinterrestredesealesdealtadefinicinseraposible silosradiodifusorespodandisponerdeanchodebandaadicionalparatransmitirlaseal aumentadaquerequeriralatelevisindealtadefinicin.Lasprincipalesaccionesconcretas enesteterrenosellevaronacaboenlosEstadosUnidosentantoqueenEuropayJapn,por razones diversas, las tendencias se orientaban en otras direcciones, principalmente en el empleodesatlitesderadiodifusin. Aprincipiosde198718,laFCCconsiderlareasignacindeporcionesdelespectrodeUHFa lossistemasderadiocomunicacionesmviles,conloquelosradiodifusoresestadounidenses estimaron que la prdida de esas porciones del espectro, originalmente destinadas a los serviciosderadiodifusindetelevisin,impediralaposibilidaddequepudierandisponer del exceso de banda que requeriran las transmisiones de HDTV, lo que los colocara en desventaja respecto a las transmisiones por cable o satlite en que el ancho de banda no 18

Hopkins, R. Choosing an American Digital HDTV Terrestrial Broadcasting System. Proc. IEEE, Vol. 82, N 4, pp.554563. April1994.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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constituyeunalimitacintanimportanteparalassealesdealtadefinicin.Enesapoca,el nicosistemadeHDTVenfuncionamientoenelmundoeraelMUSE(MultipleSubNyquist Sampling Encoding), designado tambin como HiVision, en Japn, y diseado por la NHK pararadiodifusinporsatlite.Comoconsecuenciadeesto,sellevacabounademostracin delaposibilidaddetransmitirHDTVanalgicapormediosterrestres,utilizandodoscanales adyacentes (58 y 59) y poco despus los radiodifusores solicitaron a la FCC que iniciara el estudio del impacto que tendra la introduccin de las tecnologas de televisin avanzada, entre las que se incluye la HDTV, sobre la radiodifusin terrestre. La FCC inici los procedimientos correspondientes en julio de 1987 y, a finales de ese ao, se constituy el Comit Asesor para el Servicio de Televisin Avanzada19 (ACATS), con el mandato de asesorar a la FCC sobre los hechos y circunstancias relativas a los sistemas de televisin avanzada a fin de considerar los aspectos de poltica e inters pblico, as como de recomendarlaspolticas,estndaresyreglamentosadecuadosparafacilitarlaintroduccin ordenadayplanificadaeneltiempo,deestosserviciosenlosEstadosUnidos. LastendenciasenEuropayJapn,deemplear transmisionesporsatliteparalaHDTVno resultaba satisfactoria para los radiodifusores estadounidenses agrupados en la Asociacin Nacional de Radiodifusores (NAB20), con alrededor de 1400 miembros y que constituye un importante sector econmico cuyos intereses severan afectados si no era posible disponer del canal adicional que requiere la seal de alta definicin y asumiendo, adems, la compatibilidad con los receptores estndard. El nmero de propuestas para sistemas tanto desatlitecomoterrestrellegen1989a21,deloscualestreserananalgicosdetransmisin simultnea (simulcast) en anchos de banda de 6 MHz, cinco requeran ancho de banda adicional y diez ms eran sistemas de recepcin compatible. De esta cifra de 21 quedaron eliminados15y,para1990,sloseissistemascontinuaronbajoconsideracin.Paraeseao habayaciertoacuerdoennoconsiderar,nilossistemasdesatlitenilosquerequeranun canaladicional.Enjuniode1990sepusosobreeltapetelaposibilidaddetransmisindigital y se iniciaron pruebas en 1991. En ese entonces, cuatro de los sistemas sobrevivientes eran digitales,otroeraanalgico,detransmisinsimultneayunomsderecepcincompatible con el sistema NTSC. Este ltimo fue eliminado, de modo que ya en 1991, antes de haber decididounsistemaespecfico,seaceptquelosreceptoresdelnuevosistemadetelevisin avanzada, no tendran que ser compatibles con los actuales. Las pruebas iniciales concluyeronen1992y,aprincipiosde1993,elsistemaanalgicofuedesechadoyselleva cabolacomparacindeloscuatrosistemasdigitales.Ladecisinquesetomentonces,fuela de no adoptar ninguno de los cuatro sistemas digitales sobrevivientes y recomendar a las empresasproponenteslarealizacindepruebasadicionalesdesussistemas. En mayo de 1993, estas empresas acordaron formar una Gran Alianza y combinar todos sussistemasenunosolo,incorporandolomejordecadauno.Taleselsistemaquesurgien 1993yque,despusdenumerosasmejorasposterioresfue,finalmente,adoptadoporlaFCC con el nombre de Sistema Avanzado de Televisin21 tras el cual estn algunas de las empresaseinstitucionesmsimportantesenelterrenodelainvestigacinydesarrolloenlos EstadosUnidos,comoelInstitutoTecnolgicodeMassachussets(MIT),GeneralInstruments, Zenithyotras. 19 20

AdvisoryCommiteeonAdvancedTelevisionService. NationalAssociationofBroadcasters. 21 ATSCDigitalTelevisionStandard.AdvancedTelevisionSystemsCommittee.Doc.A/54.Oct.1995.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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El 24 de diciembre de 1996, la FCC adopt finalmente un estndard de televisin digital (DTV)22quereflejaunacuerdodeconsensoentrelosradiodifusores,fabricantesdeequiposy laindustriadecomputadoras.Elestndardpermitelatransmisin,enuncanalde6MHz,de unoodosprogramasdealtadefinicin,obiencuatro,cincoomsprogramasdedefinicin estndard con una calidad visual igual o mejor que la de la televisin analgica, diversas seales de audio con calidad de disco compacto (CD) y considerables cantidades de datos adicionales. El estndard no incluye los requisitos relativos a los formatos de barrido, relacindeaspectoolneasderesolucindelaimagen.EstaaccindelaFCCeslaprimera de una serie con la que se pretende abrir la puerta de la nueva era de servicios de radiodifusin,hacindoloscompatiblesconaquellosdesignadoscomomultimedia. En 1993 se inici en Europa el Proyecto DVB (Digital Video Broadcasting), consorcio en el que participan ms de 200 radiodifusores, fabricantes, operadores de redes y organismos reguladores de ms de treinta pases, no slo europeos, sino americanos y japoneses entre otros, con el objetivo de armonizar los estndares europeos de radiodifusin digital, que dieransatisfaccinalasdemandasdelosradiodifusoresyfabricantesdeequiposentodoel mundo.Sehanproducidoyaestndaresparatodoslostiposdetransmisin23yhayservicios enfuncionamientoconlosestndaresDVBentodosloscontinentes. El 1 de julio de 1997 se hizo pblico el libro azul de DVB que contiene las guas de implementacinparaelusodesistemasMPEG224enaplicacionesdetransmisindevdeoy audio por satlite, cable y sistemas de radiodifusin terrestre, que comprende tanto la televisin de definicin estndard (SDTV25) como la de alta definicin (HDTV), detallando los requisitos de implementacin para los receptoresdecodificadores integrados (IRD26) a utilizarenpasesque,porrazoneshistricas,tienenfrecuenciasdecampobienseade50Hz ode60Hz. En la actualidad se han adoptado dos estndares de transmisin para televisin digital: el estadounidense(ATSC27)yeleuropeo(DVB),diferenteseincompatibles.ElestndardATSC estenfocadoprincipalmentealatransmisinterrestre,entantoqueDVBcomprendevarios estndaresparalosdiferentesmediosdetransmisin:terrestre,satlite,cableydistribucin pormicroondas. 1.10.CaractersticasbsicasdelossistemasdigitalesdeTV Unasealanalgicadetelevisinestndard,de525o625lneasproduce,alconvertirseen digital,uncaudalbinariodealgomsde200Mbit/sque,parapodertransmitirseporcable de banda ancha o radioenlaces digitales, debe reducirse a velocidades prcticas mediante algn tipo de codificacin adecuado o de modulacin digital que aumente la eficiencia espectral. An as, suponiendo una modulacin de tipo 64 QAM, cuya eficiencia terica mxima es de 6 bit/Hz, el ancho de banda requerido sera superior a 30 MHz que, si bien 22 23

Martin,H.C.andEstevez,R.FCCadoptsDTVstandard.BroadcastEngineering,Vol.39,N1.p.12.Jan.1997. DVBPressRelease,1July1997. 24 MPEG:MotionPictureExpertsGroup.MPEG2eselestndarddecompresinadoptadoparalatelevisindigital. 25 SDTV:StandardDefinitionTelevision 26 IRD:IntegratedReceiverDecoder 27 ATSC:AdavancedTelevisionSystemsCommittee.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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puedeseraceptableparatransmisinporcableosatlite,estodavacincovecessuperioral anchodebandadisponibleenuncanalderadiodifusinterrestre,demodoquelastcnicas de modulacin digital por s solas no son suficientes para reducir el ancho de banda de la seal digital. Por consecuencia, es necesario comprimir la seal de alguna otra forma para empaquetarla en los 6 MHz del canal terrestre. Las tcnicas empleadas reciben precisamenteelnombredecompresinyconsisteneneliminarlainformacinredundantede la imagen, es decir aquellas porciones que se repiten en cuadros sucesivos, transmitiendo nicamentelainformacinvariabledeuncuadroaotro.Enrealidadelprocesoesalgoms complejoyseempleantcnicasdecodificacintantopredictivacomoestadstica,perolaidea bsicaeslaexpuestaanteriormente.Enesascondicionesesposiblereducirelcaudalbinario original a menos de 10 MHz y, ahora s, con esquemas adecuados de modulacin digital, reducir el ancho de banda requerido a valores tan bajos como 1.5 MHz de manera que es posible empaquetar cuatro canales de televisin digital, en el ancho de banda de un canal analgicode6MHz.ElestndarddecompresinadoptadoenelmundoeselMPEG282que, juntoconotrosestndares,setrataenelcaptulo6. 1.11Transmisin Enlatransmisinanalgicalassealesdevdeoyaudiosemantienenseparadasentodoel proceso, lo que en los inicios de la televisin y hasta principios de la dcada de los aos setenta del siglo XX, obligaba a utilizar dos transmisores separados, uno para vdeo y otro paraaudio,combinandoomultiplexandoenfrecuencialasdossealesparaalimentarlasala antena. En esa poca se desarroll una tcnica designada como de amplificacin comn que permiti realizar el multiplexado a bajo nivel de potencia y tener slo una cadena de amplificadores pero que, en cualquier caso, obligaba a mantener bien separadas las dos sealesparaevitarlaintermodulacin. En la transmisin digital, la seal de televisin es nica y est constituida por un flujo de datos en que el audio, vdeo y otras informaciones en forma digital van multiplexadas en tiempodeacuerdoaunacodificacinprecisa,constituyendoasunflujonicodedatossin necesidad de mantener separadas las seales individuales para su transmisin. Adems, puestoquelacompresinaplicadaalassealespermiteempaquetarhastacuatrosealeso programasen elanchode banda de un canal analgico, esas cuatro sealesse multiplexan antes de aplicarlas al transmisor. Este proceso, que se trata en el captulo 7, permite multiplicarporcuatrolaofertadecanalesanalgicos. 1.11.Criteriosdecalidad Puede decirse que, en trminos ideales, una seal de mxima calidad es aquella que, habiendo sido generada de acuerdo a los parmetros definidos en los estndares correspondientes, es procesada y transmitida sin distorsin hasta el observador final. Sin embargo,elconceptodecalidaddeunasealdetelevisinesdifcildedefinirenlaprctica y, con frecuencia, se aplican criterios subjetivos, tanto en el estudio como en el proceso de transmisin. Es claro que una seal de televisin debe cumplir con estndares precisos, definidospororganismosinternacionales.Cuandounasealcumplecondichosestndares 28

MotionPictureExpertsGroup.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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se dice que est dentro de normas o que es una seal de calidad profesional29. En tales condicionesdichasealseajustaalosparmetrosdefinidosenlasdiversasrecomendaciones del CCIR, organismos internacionales de radiodifusin como la Unin Europea de Radiodifusin (UER o EBU), organismos nacionales como la Comisin Federal de ComunicacionesdelosEstadosUnidosyorganizacionesprofesionalescomolaSociedadde IngenierosdeCineyTelevisin(SMPTE30).Dichosparmetrospuedenmedirseycontrolarse en los centros de produccin y transmisin y es una tarea del personal tcnico de dichos centrosmantenerlasealdentrodedichosparmetros.Quizesconvenienteenfatizarque al hablar de seal se hace referencia a la seal total de televisin: vdeo cromtico, sincronismoyaudio,yaseamonoauraloestereofnico.Enelajustedelosdiversosequipos, tantoenelcentrodeproduccincomodetransmisin,seempleansealesdeprueba,mediante lascualesesposiblecuantificarlacalidaddelaseal. Elajustedelasealaestosparmetrosdetermina,porconsecuencia,sucalidadobjetiva.Sin embargo, y segn se mencion antes, en la prctica es ms frecuente aplicar criterios subjetivos;esdecir,silaimagensevebienono,basndosenicamenteenlaapreciacinde unobservadorque,sitienelaexperienciatcnicasuficiente,puedeapreciardeficienciasenla imagen que pasan desapercibidas a un observador comn. Este tipo de criterio se ha extendidoampliamentedesdelaaparicinenelmercadodecmarasymagnetoscopiosde relativamente bajo costo, fciles de manejar y con los que se han equipado numerosos centros de produccin y pequeas emisoras de televisin en todo el mundo en que con frecuencia,nosecuentaconequipodemedicinparavisualizarnicontrolarlosparmetros mnimos de la seal. El nico criterio que prevalece en tales casos es si la imagen est limpia,loscoloresyelsonidoresultanaceptables,etc. Independientemente de lo anterior, y de manera muy resumida, dos de los criterios importantesparaestablecerlacalidaddeunasealsonlaresolucinhorizontal,determinada por el ancho de banda del equipo o sistema y la relacin seal a ruido en el caso de instalacionesreceptoras. EltemaderesolucinhorizontalsetrataconmsamplitudenelCaptulo4ybasndoseen ella, es frecuente definir la calidad de un equipo en estos trminos. As, se habla de un equipo de calidad VHS como el que es capaz de producir una seal con una resolucin horizontalequivalenteaunas250lneasquecorrespondeaunanchodebandadelordende 3MHz,enlugardelos5MHzdeunasealPAL/625.Unasealdeestascaractersticasesla que reproducira un magnetoscopio domstico del tipo VHS que, en general, resulta aceptableaunobservadornormal. Elaspectodelarelacinsealaruidoresultamsdifcildecuantificar.Elruidosemanifiesta enlaimagenenformadenieve,msintensacuantomenorsealarelacinsealaruido. Paraunvalordestadealrededorde45dB,elruidocomienzaaserperceptible,demodo que este valor suele considerarse como el lmite aceptable. En cualquier caso, los trminos imperceptible o aceptable son ambiguos, ya que dependen de la persona que juzga la calidaddelaseal. 29 30

EnEspaasueleemplearseeltrminocalidadbroadcast. SMPTE:SocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers,queagrupaingenierosdeestasespecialidadesentodoelmundo.Constantino Prez Vega - 2006 UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones


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1.12.Sistemasdecontribucinydistribucin Sedesignancomosistemasdecontribucinaquellossistemasdetransmisincuyafinalidades suministrar seales de televisin a centros de produccin o cabeceras de cable para su posteriorprocesado,grabacinotransmisinalpblico.Enlossistemasdecontribucinlas seales deben transmitirse con la mxima calidad posible para reducir, por una parte, la degradacinquesufrirndurantelosdiversosprocesosdeproducciny,porotra,garantizar la homogeneidad de las seales procedentes de diversas fuentes que son mezcladas para producir un programa determinado. Un ejemplo de esto es un programa de noticias, para cuyaconfeccinseempleansealesexternasprocedentesdelugaresgeogrficosvariados,as comosealesinternasgeneradasenelpropiocentrodeproduccin.Todasellasdebentener calidad uniforme y, slo en casos excepcionales en que el tipo de noticia lo amerite, se admitensealesdecalidadinferior. Lossistemasdedistribucintienencomofinalidadtransportarlassealesalpblicoengeneral y se admite que dichas seales no sern objeto de procesado subsecuente, excepto quiz, para ser grabadas por equipos domsticos y para uso exclusivamente privado. As, an cuandolasealdeentradaaunsistemadedistribucindebeserdecalidadprofesional,sta puedesufrirdegradacionesenelmediodetransmisinyenloscircuitosdelreceptorque,si bien pueden pasar desapercibidas para un observador normal, la hacen inadecuada para otrosfinesquenoseansuvisualizacinenunreceptor.Lacalidaddelasealquerecibeel observadorfinalsemide,comoyasemencion,entrminossubjetivos. 1.13Transmisinterrestre. Con este trmino se designa a los sistemas de radiodifusin que operan en las bandas de VHF(Canales2a12)31yUHF(Canales21a69)cuyasemisionesestndestinadasalpblico engeneral,conlaposibleexcepcindealgunospases,enquesepermitelacodificacindela seal de algunos canales, para hacerla accesible solamente a aquellos usuarios que paguen una cuota por el decodificador necesario para acceder a esas seales. Esta modalidad se conocecomotelevisindepago(paytv). Actualmente (2006) en la mayor parte del mundo se mantienen los sistemas analgicos de transmisin, sin embargo, buena parte de los pases europeos, Amrica del Norte, algunos pases de Amrica del Sur, Asia, Australia y algunos otros, mantienen ya transmisiones regulares de televisin digital desde hace algunos aos y se han fijado fechas para la suspensin de los servicios analgicos que varan en los diferentes pases y que se sitan entre los aos 2008 y 2012. Los sistemas de transmisin terrestre, tanto analgicos como digitales,puedenclasificarseensistemaslocales,r

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Introduccion a Los Sistemas de TV

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