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Módulo 2 - Sistema de Codificação: Encoder

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Boa Leitura!

1. Análise de sistemas de TV Digital e o processo de codificação

Uma das maiores preocupações em sistemas de telecomunicações mais especificamente no contexto broadcast, é a largura de banda ocupada pelos sinais de informação. Existem vários órgãos e entidades reguladoras de telecomunicações estudando possibilidades e realizando pesquisas buscando formas eficientes de se utilizar o espectro eletromagnético. Tais ações culminam em eventos como seminários, workshops e congressos sobre o uso eficiente do espectro eletromagnético [1]. Assim, tornou-se cada vez mais importante para os países e organizações internacionais promover a correta regulação e harmonização nas ações de gestão do espectro. Nos últimos anos, a inovação tecnológica no campo da comunicação tem aberto portas para novas tecnologias dentro do mercado de telecomunicações. Ao mesmo tempo, a demanda por novos serviços só aumenta retratando também crescentes exigências em termos de utilização do espectro de radiofrequência. Citam-se serviços relacionados a tecnologias como as comunicações móveis, acesso à Internet banda larga sem fio e a TV Digital com suas prospecções de projeto/cobertura, interatividade e novos serviços.

No cenário da TV Digital, os sinais de áudio e vídeo, em sua essência, são caracterizados por ocupar grande largura de banda, especialmente a parte de vídeo. Neste sentido, o padrão de sistema de TV Digital deve ser composto por etapas que englobam o objetivo de prover uma transmissão robusta às adversidades do canal de comunicação sem fio e ao mesmo tempo, otimizar a ocupação de largura de banda. As soluções dos Estados Unidos (ATSC), Europa (DVB) e Japão (ISDB-T) para radiodifusão digital de sinais de televisão possuem particularidades que visam diferentes exigências. No entanto, existem preocupações comuns a todos os padrões de TV Digital e a ocupação de largura de banda se apresenta como um dos principais desafios [2] [3] [4]. O padrão brasileiro de TV Digital – ISDB-Tb, baseado na experiência japonesa, utiliza a estrutura de transmissão BST-OFDM (Band Segment Transmission – Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Tal esquema de transmissão/modulação é robusto frente ao desvanecimento seletivo do canal de comunicação, uma das principais preocupações dos sistemas de comunicação sem fio. Com o uso de sistemas de codificação de canal e códigos corretores de erros é possível aumentar a robustez do sistema de TV Digital e promover a recepção de sinais de áudio e vídeo de baixa definição em dispositivos móveis.

Ressaltando que a recepção em canais móveis representa outro desafio da TV Digital. Ainda assim, é necessário prover uma visão sistêmica da cadeia de processamento dos sistemas de TV Digital para compreender como os sinais de áudio e vídeo são efetivamente irradiados pelas antenas de transmissão. As questões de projeto e análise começam antes, dentro da própria emissora geradora de conteúdo são realizados testes e medidas para garantir a integridade dos sinais. O processo de captação em estúdio e processamento das informações se apresentam como uma das etapas mais importantes da TV Digital, uma vez que ocorrida a digitalização, muito coisa muda dentro das emissoras, em termos de equipamentos, infraestrutura, sistemas de rede, armazenamento, produção e até mesmo na gestão dos processos internos. Do ponto de vista da engenharia de telecomunicações, para que seja possível realizar a radiodifusão dos sinais de áudio e vídeo é necessário comprimir tais sinais, reduzindo sua taxa a valores adequados para a radiodifusão. Portanto, faz-se necessário uma etapa de codificação de fonte no sistema de telecomunicações. Esta é a função do encoder em um sistema de TV Digital:

  • - Codificar os sinais da fonte de informação (codificação de fonte) de tal forma a reduzir a taxa de dados atendendo um padrão de qualidade de vídeo e áudio.

Os sinais de vídeo em definição padrão – SDTV possuem taxa de dados da ordem de 270Mbps. Esta taxa é muito alta para as aplicações de broadcast se tais sinais forem entregues ao sistema de modulação sem uma etapa prévia de compressão/codificação. Mais à frente será comprovada a necessidade de tal compressão dentro dos sistemas de TV Digital, pois os sinais de alta definição (transmissão HDTV) possuem taxas de dados da ordem de mais de 1Gbps (1.485 Gpbs – HDTV: ITU-T BT.709) [5]. Além disso, o formato de quadro (4:2:0, 4:2:2, 4:4:4, etc), o sistema de varredura (progressivo, entrelaçado), a resolução e outros fatores influenciam no cálculo desta taxa aumentando ainda mais o desafio de transmissão. Na prática, a taxa de dados de 270Mbps do sinal SDTV deve ser comprimida/codificada com elevados fatores de compressão resultando em taxas da ordem de 2 Mbps a 7 Mbps.

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