unidade 2 - televisão digital out_2014

7/23/2019 Unidade 2 - Televiso Digital Out_2014

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Graduao TecnolgicaGraduao Tecnolgica RedesRedes dede TelecomunicaesTelecomunicaes 1


2/44



3/44


Fig. 1: Retina

Bastonetes e Cones: clulas fotossensveis da retina.Bastonetes e Cones: clulas fotossensveis da retina.

Bastonetes: reagem tambm em presena de pouca luz. Capturam tons de cinza.Bastonetes: reagem tambm em presena de pouca luz. Capturam tons de cinza.Cones: s funcionam bem na claridade, so rpidos e capturam mais detalhes eCones: s funcionam bem na claridade, so rpidos e capturam mais detalhes e

cores. H 3 tipos de cones: Um responde a cores vermelhas (cores. H 3 tipos de cones: Um responde a cores vermelhas (maior, 577nm)maior, 577nm),,

outro s cores amarela e verde (outro s cores amarela e verde (mdio, 540nm ) e o terceiro s cores azul emdio, 540nm ) e o terceiro s cores azul e

violeta (menorvioleta (menor

, 447nm), 447nm)


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Amplitude(dBmV)

Portadora deVdeo

3.58 MHz4.5 MHz

0

-10

-20-30

-40

-50Rudo

Portadora deudio

Subportadorade cor

Formada por 2 portadoras:

Uma de udio outra de vdeoUma subportadora de cor


Amplitude

6.0 MHz

MHz


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Fig. 1: Curva de Luminosidade Relativa do olho humano (Bastonetes) Sinal Y (Luminncia)


Fig. 2: Sinal de Luminncia (Y) Fig.3: Padro de testes (barras SMPTE) correspondente

extrado da modulao AM (VSB)


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AA TVTV R,R, GG BB """" CC LL RR

Fig. 2: Captao em cores do olho humano (Cones) Sinais RGB


::

=0,30R+0,59G+0,11B=0,30R+0,59G+0,11B B 4,2 MHB 4,2 MH

GG : :

RR = 0,701R = 0,701R 0,586G0,586G 0,114B0,114B B 1,5 MHB 1,5 MH

BB = = 0,299R0,299R 0,587G0,587G 0,866B0,866B B 1,5 MHB 1,5 MH


7/44

( )

, , .

" " ( ,

)

, , .



8/44

P R B , : KR= 0,877 KB= 0,492 , :

U = KB. (B )

V = KR. (R )

N NTSC (N T S C) I (IP/3,58MH) Q (Q), PAL (P A L) U V ( V


180 ).

I = V 33 U S 33

Q = V 33 + U 33

I = 0.60R 0.28G 0,32B

Q=0,21R 0,52G + 0,31B

Padro

NTSC

PadroPAL


9/44

AA RR (C(CRR)) BB (C(CBB),), CC (C)(C) LL ()()::



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Sinal de Luminncia + Croma,extrado da modulao AM (VSB)

Fig.3: Padro de testes (barras SMPTE em

cores) correspondente


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L L R. V R. H F R

NTSC 525 483 242 427 29,94

PAL 625 575 290 425 25

PALM 525 483 242 427 29,97

D 525 NTSC, 248 263 511 525 , CRT . P 483 . O PAL .


E NTSC ( ) =>NTSC = N T S C ( TV);

R NTSC ;

P , PAL PALM/PALG/ PALN U V , V . A , ( ).

PAL . 25 H. O PALM 29,97 .


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IMAGEMIMAGEM

LCSC

D

LCSC

D

(,)(,)(V)(V)

(H)(H)


TT

C TVC TV

LL S D

HDTV 1,5GSDTV 270 M

FiltragemFiltragem

AmostragemAmostragem

.Conversso A/D.Conversso A/D CompressoCompresso

DigitalDigital

CompressoCompresso

DigitalDigital

0111000110

Sinal Analgico

Sinal Digital

01110001010011Sinal analgico

1,5 Gbps 20 Mbps


14/44

13,5

S =================> DS =================> D

4 4 4 , , .

4 2 2 , (), ()

0 1 1 0 1 0 1 10 1 1 0 1 0 1 10 1 1 0 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 0


, ,

EE ,, 8 10 8 10 . A . A (13,5 MH) :4, :2 (13,5 MH) :4, :2 P , P , 44 : 2 : 2 8 , " " : 2 : 2 8 , " " :: ((13,5 8+ 6,75 8 + 6,75 813,5 8+ 6,75 8 + 6,75 8) = 216) = 216 MM/./.EE, 10 , 270M/., 10 , 270M/. AA 4:4:4 4:2:2 4:4:4 4:2:2 , , MPEG,MPEG, . .


15/44

4:4:4: 4:4:4: (() ) (())


(()) (())


16/44

4:2:2: 4:2:2: (() ) (()) , ,


(()) (())


17/44

44::22::00:: (()) (()) ..


(()) (())


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Resoluo:.......Frame Rate:.........No. de bits.....Banda ocupada:SDTV

483x858...............30,00 ............10 bits/4:2:2...........248Mb/s

HDTV

1280x720.............50,00...............8 bits/4:2:2...........737Mb/s

1280x720.............50,00.............10 bits/4:2:2...........922Mb/s

1920x1080...........25.00...............8 bits/4-2-2...........829Mb/s


........... . ............. ..........

1920x1080...........29.97.............10 bits/4:2:2..........1243Mb/s

E HDTV:S 1125 /, 16/9, 30 /:1080 (1080 "" ) / N "" = 1080(16/9) = 1920.

T: (10801920) / = 2,07 M/, : (2,7M/)(30/) = 62,1 M/.P 4 : 2 : 2 10 : T = 62,110+(62,1/2)10+(62,1/2)10 M/ = 1,24 G/.

E SDTV:S 525 /, 16/9, 30 /:483 (483 "" ) / N "" =483(16/9) = 858

T: (483858) / = 414,4 /, : (414,4 /)(30 /) = 12,4 M/.

P 4 : 2 : 2 10 : T = 12,410+(12,4/2)10+(12,4/2)10 M/ = 248 M/.


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HDTV SDTV

1.5 Gbps 270 Mbps

16:9 4:3 ou 16:91080i, 720p 480i, 480p

( 10 ) ( 10 )


2 Campos2 Campos DiminuiDiminui osos efeitosefeitos dede cintilaocintilao

3030 QuadroQuadro/s 60/s 60 Campo/sCampo/s

NoNo Cinema :Cinema : 11 FotogramaFotograma iuminadoiuminado 22 vezesvezes

2424 FotogramaFotograma/s 48 Hz/s 48 Hz

11 QuadroQuadro

Sensao de movimento contnuo


20/44

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121

2

3

4

5

6

7

8

1

9

16

3

4 2

==RA

( 10 ) ( 10 )


1

1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2

3

4

5

6

7

8

9

9


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( 10 ) ( 10 )

HDTV SDTV

1.24 Gbps 248 Mbps16:9 4:3 ou 16:9

1080i, 720 480i, 480


CompressoCompressoDigital MPEGDigital MPEG--22CompressoCompressoDigital MPEGDigital MPEG--22

HDTV SDTV20 Mbps 3,5 Mbps

OBS:OBS: O padro MPEGO padro MPEG--2 s trabalha com 8 bits, logo se a amostragem for feita com 10 bits, dois2 s trabalha com 8 bits, logo se a amostragem for feita com 10 bits, doisdeles sero truncados ao passar pelodeles sero truncados ao passar pelo encoderencoder MPEGMPEG--2.2.


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22



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22

188 bytes no total, os 4 primeiros bytes so do188 bytes no total, os 4 primeiros bytes so do HeaderHeader . O primeiro. O primeirobyte dobyte do HeaderHeader o o syncsync byte.byte.



24/44

1920 colunas

10 8

0

linh

a s

REPRESENTAO DIGITALDO VDEO

COMPRESSO DE VDEO

.Domnio do Tempo - Amostras.Domnio do Tempo - Amostras

f

0

0

0

0

0

0

0

32

32

32

32

32

0

32

64

64

64

64

0

32

64

128

128

64

0

32

64

128

128

64

0

32

64

64

64

64

0

32

32

32

32

32

0

0

0

0

0

0


1080 x 1920 = 2 073 600 pixels 28

nveisde intensidadepara cada cor

0

0

32

0

32

0

32

0

32

0

32

0

32

0

0

08x88x864 Amostras e 64 Coeficientes64 Amostras e 64 Coeficientes


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COMPRESSO DE VDEO

1920 colunas

080

linhas

Domnio da Freqncia Coeficientes DCTDomnio da Freqncia Coeficientes DCT


Bloco de8 x 8 pixels= 64 pixels

2 073 600 pixels 64 pixels=

= 32 400 blocos


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RedundnciaEspacial Redundncia Espacial

Faz uso da correlao de

pixels adjacentes. Imagens com reas

repetidas como o cu ecampos esto


.

Esta tcnica recebe onome decompresso Intra-Quadro.


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Redundncia Temporal Redundncia Temporal

Faz uso da diferena deimagens sucessivas.

Como existem 30 quadros

por segundo, muitainformao se repete.

Esta tcnica recebe o nomede compresso Inter-

I BB

BB

PB

B P


Estrutura: Grupos de Quadros: Umquadro I inicial, vrios quadros B

intermedirios e um quadro P final.

.

Quadros I Intra: Independente de quadros anteriores.Quadros P Prvio: O quadro relacionado apenas com o

anterior.Quadros B Bidirecional: O quadro relacionado com o

anterior e seguinte.

I


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Subsistema de Vdeo

Codificao e

CompressoMPEG2/H.264

Codificao

Vdeo

udio

Transporte

MPEG-2

Servio de Multiplexe Transporte

Codificadorde Canal

Sistema deTransmisso

HDTV


Subsistema de udio

e

Compresso

u p ex

Dados Auxiliares

Dados de Controle

Modulao

ATSC - T 8-VSBDVB T COFDMISDB T COFDM


29/44

0

1

. 31. 31

5.385.575.71

6

HDTV

Frequncia em MHz

Espectro Canal Digital


1.25 1.75

PORTADORA DE VDEO

SUB-PORTADORADE COR

PORTADORADE SOM

f - fv

4.5

~3.58

0

SOM

CROMA

0,25

FC

Espectro Canal Analgico


30/44

Canal 2 : 54 - 60 MHzCanal 3 : 60 - 66 MHzCanal 4 : 66 - 72 MHz

Canal 5 : 76 - 82 MHzCanal 6 : 82 - 88 MHz

Canal 2 : 54 - 60 MHzCanal 3 : 60 - 66 MHzCanal 4 : 66 - 72 MHz

Canal 5 : 76 - 82 MHzCanal 6 : 82 - 88 MHz

VHF BaixoVery HighFrequency

Alocao do Espectro reservado para TelevisoAlocao do Espectro reservado para Televiso


Canal 7 : 174 - 180 MHz

Canal 13 : 210 -216 MHz

Canal 14 : 470 -476 MHz

Canal 69 : 810 -816 MHz

Canal 7 : 174 - 180 MHz

Canal 13 : 210 -216 MHz

Canal 14 : 470 -476 MHz

Canal 69 : 810 -816 MHz

VHF AltoVery HighFrequency

UHFUltra HighFrequency

Canal 1 : reservado para FI - Frequncia Intermediria

Antigos canais 70 a 83 foram alocados para telefonia celular

Canal 37

reservado para usointernacional


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Padro ATSCPadro ATSC Modulao = 8-VSB Largura de Banda = 6 MHz Algoritmo de compresso:

Vdeo = MPEG-2 MP@HL udio = Dolby AC-3( 6 canais )

Taxa de Transmisso binria = 19,3Mbps

Padro DVBPadro DVB Padro ISDBPadro ISDB

Padres de Televiso DIGITALPadres de Televiso DIGITAL

ATSC - Advanced Television Systems Committe Padro de Transmisso dos Estados Unidos (para TV

Broadcasting)

DVB - Digital Vdeo Broadcasting Padro de Transmisso da Europa (para os meios: TV

Broadcasting, Satlite e Cabo)

ISDB Integrated Service Digital Broadcasting Padro de Transmisso do Japo (para os meios: TV

Broadcasting, Satlite e Cabo)


Modulao = COFDM Largura de Banda = 6 a 8 MHz Nmero de portadoras = 2K ou 8K Algoritmo de compresso:

Vdeo = MPEG-2 MP@ML

udio = Musicam e Dolby AC-3 ( 6canais ) Taxa de Transmisso binria = Varivel

dependendo da configurao

Modulao = COFDM Largura de Banda = 6 a 8 MHz Nmero de portadoras = 2K, 4K ou 8K Algoritmo de compresso:

Vdeo = MPEG-2 MP@HL

udio = AAC ( 6 canais ) e DolbyAC-3 ( 6 canais ) Taxa de Transmisso binria = Varivel

dependendo da configurao

HDTV Sistemas Atuais: ATSC- USA ; DVB-Europa ; ISDB-JapanHDTV Sistemas Atuais: ATSC- USA ; DVB-Europa ; ISDB-Japan

PADRES DTVPADRES DTV


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Sincronismo deSincronismo dequadrosquadros

Randomiz.Randomiz.de quadrosde quadros

ReedReedSolomonSolomon InterleavingInterleaving

TrellisTrellisMUX &MUX &Sincron.Sincron.

Sinal PilotoSinal Piloto

ModuladorModulador8VSB8VSB

MUXMUX Outer CoderOuter Coder OuterOuter Inner CoderInner Coder

MPEGMPEG--22

MPEGMPEG--22

FEC (+20 bytes MPEG=208 bytes)

Corrige errosconcentrados

FEC Convolucional(CR)C=2/3

ATSCATSC

DVBDVB--TT

Os frames MPEG-2 so o "driver de relgio" do 8VSB, tudo sincrono com a transmisso dos frames MPEG. O Modulador 8VSB modula umaportadora situada a 310 kHz do incio da banda de 6 MHz, em AM-VSB / SC (amplitude modulada, com banda vestigial e portadora suprimida).

Na modulao 8VSB existem 4 nveis positivos e 4 negativos de sinal. Cada 3 bits consecutivos do sinal correspondem a um nvel. A taxa de bitsfica dividida por 3 e, assim, a freqncia do sinal compatvel com a banda de 6 MHz.

Sinais PilotoSinais Piloto

UpconverterUpconverter


19.39 Mbit/s

32.28 Mbit/s


sp.sp.EnergiaEnergia

InterleaverInterleaver

InnerInnerInterleaverInterleaver

MapperMapper ModuladorModuladorCOFDMCOFDM

HPHP--MvelMvel

MPEGMPEG--22

LPLP--FixoFixoOuter CoderOuter Coder OuterOuter

InterleaverInterleaverInner CoderInner Coder

FEC R-S (+16 bytesMPEG =204 bytes)

FEC Convolucional(CR)C=1/2; 2/3; 3/4; 5/6

ou 7/8


O sistema DVB-T possui dois mtodos de mutiportadoras: 2K e 8K. No modulador OFDM so criadas 1705 portadoras ortogonais simultneas para o modo2K ou 6734 portadoras ortogonais simultneas para o modo 8K. Isto obtido por DSP (Digital Signal Processor). A transmisso hierrquica e usa doiscanais digitais (HP e LP).

No Inner Interleaver o sinal transformado em 2, 4 ou 6 feixes digitais (conforme o tipo de modulao escolhido) e, atravs do Mapper, esses feixes sodestinados, consecutivamente, s 1705 portadoras do modo 2K ou s 6734 portadoras do modo 8K.

A sada do Modulador COFDM so blocos estticos de portadoras simultneas moduladas em QPSK, 16QAM ou 64QAM.

Adapt.Adapt.QuadrosQuadros

Intervalo deIntervalo de

GuardaGuarda UpconverterUpconverter

Conversor D/AConversor D/A

MUXMUXDisp.Disp.

EnergiaEnergia



33/44

MPEGMPEG--22 Outer CoderOuter CoderSplitterSplitter

Randomiz.Randomiz.Ajuste DelayAjuste Delay InterleaverTInterleaverT

emporalemporalInner CoderInner Coder

Randomiz.Randomiz.Ajuste DelayAjuste Delay Inner CoderInner Coder

Ajuste DelayAjuste Delay Inner CoderInner Coder

ISDBISDB--TT

FEC R-S (+16 bytesMPEG =204 bytes)

FEC Convolucional(CR)C=1/2; 2/3; 3/4;

5/6 ou 7/8



5/6 ou 7/8


InterleaverTInterleaverT

emporalemporal

InterleaverTInterleaverT

MUXMUX

Disp.Disp.EnergiaEnergia



..

MapperMapper ModuladorModuladorCOFDMCOFDM

Adapt.Adapt.QuadrosQuadros

Intervalo deIntervalo deGuardaGuarda

UpconverterUpconverterConversor D/AConversor D/A

Sinais PilotoSinais Piloto


5/6 ou 7/8


Transmisso por segmentao de banda: diviso em 3 camadas (3 canais), com Code Rate e Interleaver Temporal ajustados de formaindependente, para melhorar o desempenho na presena de interferncias concentradas (como um rudo impulsivo);

Dividiu-se a banda de RF de 6MHz em 13 segmentos independentes, podendo-se enviar 3 programaes diferentes ao mesmo tempo (por exemplo:uma em QPSK, outra em 16QAM e outra em 64QAM). Foi acrescentado o mtodo de modulao DQPSK

emporalemporal


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Sinal de TV digital dividido eSinal de TV digital dividido etransmitido atravs de muitastransmitido atravs de muitasportadoras, moduladas emportadoras, moduladas emQPSK, 16QPSK, 16--QAM ou 64QAM ou 64--QAM,QAM,um sistema deum sistema decompartilhamento semelhantecompartilhamento semelhanteao FDM, onde cada pequenaao FDM, onde cada pequenaportadora transporta apenas umaportadora transporta apenas umafra o da informa o totalfra o da informa o total

Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing


Portadoras Pilotos Contnuos:Portadoras Pilotos Contnuos:

sincronismo e controle de fasesincronismo e controle de fase

Pilotos Dispersos: caractersticasPilotos Dispersos: caractersticas

de transmisso dessa portadora ede transmisso dessa portadora e

portadoras adjacentesportadoras adjacentes

Modo 2k (1705), 4k e 8k (6817)Modo 2k (1705), 4k e 8k (6817) Vantagem : Maior imunidade aoVantagem : Maior imunidade aorudo, em particular multirudo, em particular multi--percursopercurso

C d d O h l F Di i i M l i l i


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Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing


8 VSB (8 L l V ti i l Sid B d)


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8-VSB (8-Level Vestigial Side Band)


Fig.3 Modulao 8-VSB antes da aplicao do filtro de

Nyquist: uma modulao em AM 4-VSB que usa ocdigo digital Trellis para atingir os 8 nvels lgicos.

Fig.4 Modulao 8-VSB aps a aplicao do filtro deNyquist, notar o sinal piloto. Agora cabe nos 6MHz docanal: transmite-se 3 bits por smbolo, ento teremos32,28/3=10.76 Msymb/s, que podem ser transmitidos emAM-VSB numa banda de 10.76/2=5.38 MHz

Fig.1 Modulao AM-VSB


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Graduao TecnolgicaGraduao Tecnolgica RedesRedes dede TelecomunicaesTelecomunicaes 378-VSB


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OO encoderencoder MPEG elimina redundncias do sinal digital;MPEG elimina redundncias do sinal digital;Erro em um nico bit pode resultar em erros de vrios macroblocos na tela;Erro em um nico bit pode resultar em erros de vrios macroblocos na tela;O FEC (O FEC (forwardforward errorerror correctioncorrection) corrige erros repetitivos de transmisso;) corrige erros repetitivos de transmisso;So usados 3 mtodos de correo:So usados 3 mtodos de correo:

ByteByte InterleavingInterleaving (entrelaamento entre superframes)(entrelaamento entre superframes)

corrige erros em corrige erros em burstsbursts (rajadas) (rajadas)

ReedReed--SolomonSolomon (FEC linear em blocos, entre superframes): A um bloco de smbolos de(FEC linear em blocos, entre superframes): A um bloco de smbolos dex bits so adicionados yx bits so adicionados y--k smbolos de paridade, de x bits cada um. O bloco final ter kk smbolos de paridade, de x bits cada um. O bloco final ter k


se um cdigo corrigese um cdigo corrige tt erros, corrige na verdade t*x bitserros, corrige na verdade t*x bitscorrige igualmente erros em todas as palavras, no corrige muitos erros simultneoscorrige igualmente erros em todas as palavras, no corrige muitos erros simultneos

((burstburst))A cada 239 smbolos corrigeA cada 239 smbolos corrige--se at 8 erros com os 16 smbolos redundantes (DVB/ISDB)se at 8 erros com os 16 smbolos redundantes (DVB/ISDB)

TrellisTrellis (FEC(FEC convolucionalconvolucional -- bitsbits intraintra--framesframes))

cdigo binrio no qual as informaes esto espalhadas pelos smbolos de transmissocdigo binrio no qual as informaes esto espalhadas pelos smbolos de transmissocorrige erros aleatrios, no corrige muitos erros simultneos (corrige erros aleatrios, no corrige muitos erros simultneos (burstburst)) FEC (CR)C: 2/3 => cdigoFEC (CR)C: 2/3 => cdigo TrellisTrellis quebra cada byte em 4 palavras de 2 bits, comparaquebra cada byte em 4 palavras de 2 bits, compara

cada palavra com a anterior e gera uma nova palavra de 3 bits no lugar da palavra de 2cada palavra com a anterior e gera uma nova palavra de 3 bits no lugar da palavra de 2bits.bits.

22


39/44

22

AA MPEGMPEG22 ,, ,, 188188 ++ 1616 FECFEC RRS,S, 204204 .. UU 4848 ,, ..



40/44

CC 88 ::


Rajada deRajada deerroserros

U N I V E R S I T Y O F W A S H I N G T O N ? ? ? ? ? R S I T Y O F W A S H I N G T O N

Aplicao do Interleaving:Aplicao do Interleaving:O N S T H U G R F S I I O T W N N V E I Y A ? ? ? ? ? U G R F S I I O T W N N V E I Y A

DeDe--Interleaving:Interleaving:

U N I V E R ? I ? Y O F W A S ? I ? G T ? N U N I V E R S I T Y O F W A S H I N G T O N

Rajada deRajada deerroserros

InterpoInterpo--

laolao


41/44

40Km

30Km

25Km

20Km

15Km

12Km

9Km

6Km

357o 12o

27o

42o

57o

72o


m87o

102o

117o

132o

147o

162o177o192

o

207o

222o

237o


42/44

Porcentagem de Recepo com Exito X Distancia

70%

80%

90%

100%

xitonarecepo

DVB-T 2K

DVB-T 8K

ATSC 1 (Zenith)

ATSC 2 (Chip A)ISDB 8K


0%

10%

20%

30%

40%

50%

3 6 9 12 15 20 25 30 40

Distancia em Km

Porcentagemd

epontosc

ome


43/44



44/44

O ISDB-T o sistema mais robusto para ambientes das grandes cidades e transmissespara aparelhos mveis, e j possui midleware com suporte interatividade (suporta canal deretorno);

ATSC no pode suportar MPEG-4. O DVB-T e ISDB-T podem suportar sem problemas. H doismtodos em desenvolvimento para o ATSC operar com MPEG-4:

(1) Tem-se que, basicamente, transportar os frames MPEG-4 DENTRO dos frames MPEG-2 e

usar um canal de dados para sincronismo. Ou seja, precisamos extrair e decodificar duas


vezes

os frames para se ter o vdeo, o que envolve hardware totalmente novo.

(2) Usar novo padro de modulao E-VSB (Enhanced Vestigial Side Band), o que tambm

envolve hardware totalmente novo, pois ainda no existe produo comercial, est emverso beta.

ATSC no suporta mais de um canal digital para cada canal analgico de 6MHz.

H um workaround para as deficincias de transmisso do ATSC em ambientes urbanos,que uma implementao semelhante a uma rede de telefonia celular, com transmissores eantenas distribudos, sem antena central e com sincronismo inbound. Caro e pouco confivel.

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