Televisión digital

Los orígenes de la televisión digital en la década de 1990 estuvieron ligados a la disponibilidad de computadoras de alto rendimiento que contenían algoritmos de codificación de video que podían comprimir el video. ^{[ 13 ]} Anteriormente, la televisión digital era poco práctica debido a los altos requisitos de ancho de banda del video sin comprimir , ^{[ 14 ] [ 15 ]} requiriendo alrededor de200 Mbit/s  para una señal de televisión de definición estándar (SDTV), ^{[ 14 ]} y más1 Gbit/s  para televisión de alta definición (HDTV). ^{[ 15 ]}

A mediados de la década de 1980, Toshiba lanzó comercialmente uno de los primeros televisores con capacidades digitales, utilizando chips de circuitos integrados, como un microprocesador, para convertir las señales de transmisión de televisión analógica en señales de video digital , lo que permitía funciones como congelar imágenes y mostrar dos canales a la vez . Posteriormente, en 1986, Sony y NEC Home Electronics anunciaron sus propios televisores similares con capacidades de video digital. Sin embargo, estos televisores aún dependían de las señales de transmisión de televisión analógica, ya que las transmisiones de televisión digital propiamente dichas aún no estaban disponibles en ese momento. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

En 1986 , Nippon Telegraph and Telephone (NTT) y el Ministerio de Correos y Telecomunicaciones (MPT) de Japón propusieron un servicio de transmisión de televisión digital , con planes para desarrollar un servicio de "Sistema de Red Integrada". Sin embargo, la implementación práctica del servicio de televisión digital no fue posible hasta principios de la década de 1990, cuando la adopción de formatos de compresión de video DCT con compensación de movimiento, como MPEG, lo hizo posible. ^{[ 14 ]}

A mediados de la década de 1980, mientras las empresas japonesas de electrónica de consumo impulsaban el desarrollo de la tecnología HDTV , la emisora ​​pública japonesa NHK propuso el formato analógico MUSE como estándar mundial. Hasta junio de 1990, el estándar japonés MUSE, basado en un sistema analógico, era el favorito y estaba destinado a eclipsar las soluciones de las empresas de electrónica estadounidenses, entre los más de 23 conceptos técnicos diferentes que se estaban considerando.

En Europa, bajo el liderazgo del presidente francés François Mitterrand y el canciller alemán Helmut Kohl, los organismos gubernamentales subvencionaron el desarrollo de HD-MAC, la respuesta europea a la tecnología MUSE de Japón en el ámbito de la televisión analógica de alta definición. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Simultáneamente, entre 1988 y 1991, organizaciones europeas como CMMT, ETSI, etc., trabajaron en estándares de codificación de vídeo digital basados ​​en DCT para SDTV y HDTV. El proyecto EU 256 de CMTT y ETSI , junto con la investigación de la emisora ​​italiana RAI , desarrolló un códec de vídeo DCT que transmitía SDTV a34  Mbit/s y HDTV con calidad casi de estudio a unos 70–140 Mbit/s . RAI lo demostró con una transmisión de la Copa Mundial de la FIFA de 1990 en junio de 1990. ^{[ 15 ] [ 21 ]}

En 1987, la FCC había comenzado a considerar posibles nuevos sistemas para HDTV. Después de que la viabilidad de un sistema digital se hizo evidente en 1990, la FCC comenzó a tomar medidas. Primero, la FCC declaró que el nuevo estándar de TV debía ser más que una señal analógica mejorada , capaz de proporcionar una señal HDTV genuina con al menos el doble de resolución que las imágenes de televisión existentes. Segundo, para asegurar que los espectadores que no desearan comprar un nuevo televisor digital pudieran seguir recibiendo transmisiones de televisión convencionales, estipuló que el nuevo estándar ATV debía ser capaz de transmitirse simultáneamente con NTSC en diferentes canales. El nuevo estándar ATV también permitió que la nueva señal DTV se basara en principios de diseño completamente nuevos, incorporando muchas mejoras con respecto a la televisión analógica existente. ^{[ 13 ]} Tercero, varias compañías que ya participaban en la actividad del estándar de televisión avanzado de la FCC comenzaron a cambiar sus enfoques de HDTV analógica a HDTV digital.

La norma final de la FCC no produjo un estándar universal para formatos de escaneo, relaciones de aspecto o líneas de resolución. Este resultado fue consecuencia de una disputa entre la industria de la electrónica de consumo (a la que se unieron algunas emisoras) y la industria informática (a la que se unieron la industria cinematográfica y algunos grupos de interés público) sobre cuál de los dos procesos de escaneo —entrelazado o progresivo— es superior. El escaneo entrelazado, utilizado por la industria electrónica en televisores de todo el mundo, escanea primero las líneas pares y luego las impares. El escaneo progresivo, el formato utilizado en ordenadores, escanea las líneas en secuencia, de arriba abajo. La industria informática argumentó que el escaneo progresivo es superior porque no presenta el parpadeo del escaneo entrelazado. También argumentó que el escaneo progresivo facilita la conexión a Internet y que su conversión a formatos entrelazados es más económica que a la inversa. La industria cinematográfica también apoyó el escaneo progresivo porque ofrece un método más eficiente para convertir la programación filmada a formatos digitales. La industria de la electrónica de consumo y las emisoras argumentaron que el escaneo entrelazado era la única tecnología que podía transmitir imágenes de la más alta calidad posible en aquel entonces (y en la actualidad), es decir, 1080 líneas por imagen y 1920 píxeles por línea. Las emisoras también favorecieron el escaneo entrelazado porque su extenso archivo de programación entrelazada no es fácilmente compatible con un formato progresivo. ^{[ 13 ]}

DirecTV en EE. UU. lanzó la primera plataforma comercial de satélite digital en mayo de 1994, utilizando el estándar del Sistema Digital de Satélites (DSS). ^{[ 22 ] [ 23 ]} Las transmisiones de cable digital fueron probadas y lanzadas en EE. UU. en 1996 por TCI y Time Warner . ^{[ 24 ] [ 25 ]} La primera plataforma digital terrestre se lanzó en noviembre de 1998 como ONdigital en el Reino Unido, utilizando el estándar DVB-T . ^{[ 26 ]}

La televisión digital admite muchos formatos de imagen diferentes definidos por los sistemas de televisión de difusión , que son una combinación de tamaño y relación de aspecto (relación ancho-alto).

En la transmisión de televisión digital terrestre (TDT), la gama de formatos se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: televisión de alta definición (HDTV) para la transmisión de vídeo de alta definición y televisión de definición estándar (SDTV). Estos términos, por sí solos, no son muy precisos y existen muchos casos intermedios sutiles.

Uno de los formatos de HDTV que se pueden transmitir por DTV es: 1280 × 720 píxeles en modo de escaneo progresivo (abreviado como 720p ) o 1920 × 1080 píxeles en modo de vídeo entrelazado ( 1080i ). Ambos formatos utilizan una relación de aspecto de 16:9 . La HDTV sin comprimir no se puede transmitir por canales de televisión analógica debido a problemas de capacidad de los canales .

En comparación, la SDTV puede utilizar varios formatos diferentes con distintas relaciones de aspecto, dependiendo de la tecnología empleada en el país de emisión. NTSC ofrece una resolución de 640 × 480 en 4:3 y de 854 × 480 en 16:9 , mientras que PAL ofrece 768 × 576 en 4:3 y 1024 × 576 en 16:9 . Sin embargo, las emisoras pueden optar por reducir estas resoluciones para disminuir la tasa de bits (por ejemplo, muchos canales DVB-T en el Reino Unido utilizan una resolución horizontal de 544 o 704 píxeles por línea). ^{[ 27 ]}

Cada canal de televisión digital terrestre comercial en Norteamérica tiene asignado un ancho de banda suficiente para transmitir hasta 19 megabits por segundo mediante modulación 8VSB. ^{[ 28 ]} Sin embargo, la emisora ​​no necesita utilizar todo este ancho de banda para un solo canal. En cambio, puede utilizar el Protocolo de Información del Sistema y Programar ( PIP) y subdividir la señal en varios subcanales de vídeo (también conocidos como feeds) de distinta calidad y tasas de compresión, incluyendo servicios de transmisión de datos que no sean de vídeo .

Una emisora ​​puede optar por utilizar una señal digital de definición estándar (SDTV) en lugar de una señal de alta definición (HDTV ), ya que la convención actual permite subdividir el ancho de banda de un canal DTV (o " multiplex ") en múltiples subcanales digitales (similar a lo que ofrecen la mayoría de las emisoras de radio FM con HD Radio ), proporcionando así múltiples señales de programación televisiva completamente diferente en el mismo canal. Esta capacidad de proporcionar una única señal HDTV o múltiples señales de menor resolución se conoce como distribución del presupuesto de bits o multidifusión. En ocasiones, esto se puede organizar automáticamente mediante un multiplexor estadístico . En algunas implementaciones, la resolución de la imagen puede estar menos limitada directamente por el ancho de banda; por ejemplo, en DVB-T , las emisoras pueden elegir entre varios esquemas de modulación diferentes, lo que les permite reducir la tasa de bits de transmisión y posiblemente mejorar la recepción para espectadores más distantes o en dispositivos móviles.

Existen varias formas de recibir televisión digital. Uno de los métodos más antiguos para recibir TDT (y televisión en general) es mediante transmisores terrestres con una antena . Este método se conoce como televisión digital terrestre ( TDT ). Con la TDT, los espectadores solo pueden acceder a los canales que cuentan con un transmisor terrestre dentro del alcance de su antena.

Otros métodos de transmisión incluyen el cable digital y el satélite digital . En algunos países donde la transmisión de señales de televisión se realiza normalmente mediante microondas , se utiliza el servicio de distribución multipunto multicanal digital . Se han desarrollado otros estándares, como la radiodifusión multimedia digital (DMB) y la transmisión de vídeo digital portátil (DVB-H), para permitir que dispositivos portátiles como los teléfonos móviles reciban señales de televisión. Otra opción es la televisión por protocolo de Internet (IPTV), que consiste en la transmisión de televisión a través de una red informática. Finalmente, una alternativa es recibir señales de televisión digital a través de Internet ( televisión por Internet ), ya sea desde un servicio de transmisión centralizado o un sistema P2P (peer-to-peer).

Algunas señales de televisión están protegidas por cifrado y respaldadas por la fuerza de la ley en virtud del Tratado de la OMPI sobre Derecho de Autor y la legislación nacional que lo implementa, como la Ley de Derechos de Autor del Milenio Digital de EE. UU . ^{[ 29 ]} El acceso a los canales cifrados puede controlarse mediante una tarjeta extraíble, por ejemplo, a través de la Interfaz Común o CableCard .

Las señales de televisión digital no deben interferir entre sí y, a menudo, coexisten con la televisión analógica hasta su eliminación gradual. La siguiente tabla muestra las relaciones señal/ruido y señal/interferencia permitidas para diversos escenarios de interferencia. Esta tabla es una herramienta regulatoria crucial para controlar la ubicación y los niveles de potencia de las estaciones de televisión digital. La televisión digital tolera mejor las interferencias que la televisión analógica. ^{[ 30 ]}

Los espectadores pueden interactuar y enviar datos a las emisoras con sistemas de televisión digital de diversas maneras, como se muestra en la lista a continuación. En los sistemas de televisión digital posteriores a 2020, la comunicación con la emisora ​​suele realizarse a través de la conexión a internet del espectador. Algunos sistemas de televisión digital admiten vídeo bajo demanda mediante un canal de comunicación localizado en un barrio, en lugar de una ciudad (terrestre), o en un área aún mayor (satélite).

1. Consulte la guía electrónica del programa .
2. Publicidad dirigida ^{[ 31 ]}
3. Visualización de estadísticas ^{[ 32 ]}

Las imágenes de la televisión digital presentan algunos defectos de imagen que no están presentes en la televisión analógica ni en el cine, debido a las limitaciones actuales de la tasa de bits y los algoritmos de compresión como MPEG-2 . Este defecto a veces se denomina ruido de mosquito . ^{[ 35 ]}

Debido al funcionamiento del sistema visual humano, los defectos en una imagen que se localizan en elementos específicos o que aparecen y desaparecen son más perceptibles que los defectos uniformes y constantes. Sin embargo, el sistema DTV está diseñado para aprovechar otras limitaciones del sistema visual humano y así disimular estos defectos; por ejemplo, permitiendo más artefactos de compresión durante movimientos rápidos, donde el ojo no puede seguirlos ni resolverlos con facilidad, y, a la inversa, minimizando los artefactos en fondos estáticos que, si el tiempo lo permite, pueden examinarse con detenimiento en una escena.

Los operadores de televisión digital terrestre (TDT), ya sea por cable, satélite o internet, controlan la calidad de imagen de los codificadores de señal televisiva mediante algoritmos sofisticados basados ​​en la neurociencia, como el índice de similitud estructural (SSIM). Otra herramienta, denominada fidelidad de la información visual (VIF), se utiliza en el sistema de monitorización de la calidad de vídeo VMAF de Netflix .

Los efectos de cuantización pueden crear contornos —en lugar de gradaciones suaves— en áreas con pequeñas variaciones de amplitud. Por lo general, una escena muy plana , como un cielo despejado, mostrará escalones visibles a lo largo de su extensión, que a menudo aparecen como círculos concéntricos o elipses. Esto se conoce como bandas de color . Se pueden observar efectos similares en escenas muy oscuras, donde los fondos negros puros se superponen con áreas gris oscuro. Estas transiciones pueden ser suaves o mostrar un efecto de dispersión , ya que el procesamiento digital presenta fluctuaciones y no puede asignar de forma consistente un valor de negro absoluto o del siguiente nivel de la escala de grises.

Los cambios en la recepción de la señal, debido a factores como el deterioro de las conexiones de la antena o las condiciones climáticas cambiantes, pueden reducir gradualmente la calidad de la televisión analógica. La naturaleza de la televisión digital da como resultado un video perfectamente decodificable inicialmente, hasta que el equipo receptor comienza a captar interferencias que anulan la señal deseada o si la señal es demasiado débil para decodificarse. Algunos equipos mostrarán una imagen distorsionada con daños significativos, mientras que otros dispositivos pueden pasar directamente de un video perfectamente decodificable a la ausencia total de video o bloquearse. ^{[ 36 ]} Este fenómeno se conoce como el efecto de acantilado digital. ^{[ 37 ]}

Pueden producirse errores de bloque al transmitir imágenes comprimidas. Un error de bloque en un solo fotograma suele provocar la aparición de cuadros negros en varios fotogramas posteriores, lo que dificulta la visualización.

En ubicaciones remotas, los canales distantes que, como señales analógicas, antes eran utilizables incluso con interferencias y una señal degradada, ahora, como señales digitales, pueden ser perfectamente decodificables o quedar completamente inaccesibles. El uso de frecuencias más altas agrava estos problemas, especialmente cuando no hay una línea de visión directa entre la antena receptora y el transmisor, ya que las señales de alta frecuencia no suelen atravesar obstáculos con facilidad.

Los televisores con sintonizadores analógicos únicamente no pueden decodificar las transmisiones digitales. Cuando cese la transmisión analógica por aire, los usuarios de televisores con sintonizadores analógicos podrán recurrir a otras fuentes de programación (por ejemplo, cable, grabaciones) o adquirir decodificadores para sintonizar las señales digitales. En Estados Unidos, existía un cupón gubernamental para reducir el costo de un decodificador externo.

La transición a la televisión digital comenzó a finales de la década de 1990 y se ha completado país por país en la mayor parte del mundo.

Antes de la transición a la televisión digital, la televisión analógica transmitía el audio de los canales mediante una señal portadora de FM independiente de la señal de vídeo. Esta señal de audio FM podía escucharse con radios convencionales equipadas con los circuitos de sintonización adecuados.

Sin embargo, tras la transición a la televisión digital , ningún fabricante de radios portátiles ha desarrollado aún un método alternativo para que las radios portátiles reproduzcan únicamente la señal de audio de los canales de televisión digital; la radio DTV no es lo mismo.

La adopción de un estándar de transmisión incompatible con los receptores analógicos existentes ha creado el problema de que se desechen grandes cantidades de estos últimos. Un superintendente de obras públicas declaró en 2009: «Algunos estudios que he leído en revistas especializadas indican que hasta una cuarta parte de los hogares estadounidenses podrían desechar un televisor en los próximos dos años tras el cambio de normativa». ^{[ 38 ]} En Michigan, en 2009, un reciclador estimó que hasta uno de cada cuatro hogares desecharía o reciclaría un televisor al año siguiente. ^{[ 39 ]} La transición a la televisión digital, la migración a receptores de televisión de alta definición y la sustitución de los CRT por pantallas planas son factores que contribuyen al creciente número de receptores de televisión analógicos basados ​​en CRT que se desechan. En 2009, se estimaba que 99 millones de receptores de televisión analógica permanecían sin usar en los hogares de Estados Unidos y, si bien algunos receptores obsoletos se están adaptando con convertidores, muchos más simplemente se desechan en vertederos donde representan una fuente de metales tóxicos como el plomo , así como cantidades menores de materiales como bario , cadmio y cromo . ^{[ 40 ] [ 41 ]}