HDTV uma nova forma de assistir televisão

INTRODUÇÃO EM HDTV: Desde a sua invenção, a televisão tem exercido sobre a sociedade um fascínio tão grande que são hoje poucos os lares que não dispõem de um aparelho televisivo. A crescente procura deste meio de comunicação incentivou a produção e investigação tecnológica, ao mesmo tempo foi reduzindo os custos de produção e aquisição dos aparelhos. A concorrência que se gerou neste setor conduziu a uma progressiva melhoria na qualidade da imagem e do som. Um dos expoentes máximos em qualidade de imagem que poderá em breve invadir as nossas casas é a televisão de alta definição (HDTV - High Definition Television). Com este sistema pretende-se aumentar a definição da imagem e do sinal áudio, face aos atuais sistemas, de modo a obter-se uma qualidade semelhante à do cinema. Pretende-se neste artigo, analisar alguns dos aspectos técnicos mais relevantes que caracteriza a próxima geração dos sistemas de televisão, incidindo sobre a TV digital e a televisão de alta definição.

OBJETIVOS DA HDTV: O sistema HDTV começou por ser um sistema em que se pretendia a melhoria da qualidade de imagem, no âmbito da difusão. Contudo, atualmente, já se verificou que esta tecnologia poderá ser facilmente alargada a outras áreas, nomeadamente á área comercial, educacional e muitas outras trazendo consigo consideráveis benefícios, que ultrapassarão em muito os inicialmente previstos. O que a HDTV oferece a imagem é composta por um determinado número de linhas de varredura, as quais podem ser detectadas pelo olho humano quando observadas a uma determinada distância. Esta distância pode ser diminuída se aumentarmos o número de linhas vistas para uma mesma altura de imagem. Nos atuais sistemas, a distância de visão é aproximadamente seis vezes superior à altura da imagem, pois é esta a distância a partir da qual o olho humano deixa de distinguir as linhas de varredura. A HDTV, ao duplicar a definição da imagem, permitirá que essa distância seja reduzida para metade, isto é, cerca de três vezes a altura da imagem apresentada no televisor. Maior ângulo de visão proporcionado pelos sistemas de alta definição,imagem 16:9 cobre melhor o campo de visão. Por outro lado, os sistemas de televisão atuais têm ainda a desvantagem de apresentarem uma imagem com uma relação largura:altura de 4:3. Isto significa que estamos a observar imagens quase quadradas,quando o nosso campo de visão se assemelha muito mais a um retângulo sobre a horizontal. realizados sobre o plano horizontal, as imagens em HDTV deverão apresentar um fator de forma de 16:9 (ou 1,77:1) que, para além de satisfazer os requisitos atrás enunciados, constitui um compromisso entre os formatos do cinema europeu (1,66:1) e dos filmes americanos em CinemaScope (2,35:1). Assim poderemos ver os filmes de cinema em nossos televisores, sem as barras negras no topo e em baixo. Em termos de reprodução sonora, os sistemas HDTV apresentarão áudio digital, multicanal cuja qualidade será semelhante à de um CD. Os efeitos combinados da maior proximidade, com o novo formato de imagem, permitem um maior ângulo de visão, o qual acompanhado da maior qualidade sonora, dá ao utilizador uma maior sensação de tele-presença - objetivo principal dos sistemas televisivos. A Televisão atual Existem atualmente quatro sistemas de televisão em formato 4:3, podendo haver, dentro de cada sistema, pequenas variações técnicas de país para país. A norma usada na América do Norte, Japão e alguns outros países é o sistema NTSC (National Television Systems Comitee). Na Europa, África , América do Sul e na maior parte da Ásia usa-se o sistema PAL(Phase Alternate Line). Em França existe o sistema SECAM( SEquentiel Couleurs À Mémoire). Existe ainda um sistema usado na Europa, paralelamente e compatível com o PAL, que é o sistema PALPlus. O Japão tem já um sistema próprio de HDTV denominado MUSE. HDTV DIGITAL Transmissão O sinal vídeo de alta qualidade é aplicado ao codificador de fonte e multiplexado no tempo com os dados de áudio, de sincronismo e de controlo. O resultado é sujeito a codificação de canal com FEC (Forward Error Correction), após o qual se obtém um ritmo de bit de 30 a 40 Mbit/s. Os dados codificados são modulados e encaixados num canal com largura de banda de 6, 7 ou 8 MHz. Um misturador converte o sinal para a rádio freqüência antes do sinal ser enviado para o transmissor (VHF,UHF,cabo, satélite,> etc). Na codificação de fonte são exploradas as características dos nossos olhos> e a estatística do sinal. A codificação de canal (FEC) é utilizada para proteger os dados em código fonte contra erros de transmissão. O grau de proteção a dar aos dados varia com o canal de transmissão a utilizar, dado que, para cada canal (cabo, satélite, atmosfera, etc), a freqüência dos erros varia. Assim, geralmente, utilizam-se códigos Reed-Solomon(RS) para proteção contra erros. Em situações em que a probabilidade de erros de > transmissão é muito elevada (quando o canal apresenta muitas distorções, por exemplo), é necessário usar também detecção de erros por CRC (Cyclic Redundancy Check), muito usado na descompressão de arquivos informáticos. O CRC permite que os erros sejam disfarçados durante a decodificação no > receptor. Isto significa que, ao existirem pequenos intervalos de tempo em que o sinal tem erros, estes se tornam imperceptíveis ao telespectador. Na> > recepção, o processamento do sinal é invertido.
OS SISTEMAS ATUAIS HDTV: no Japão os primeiros passos no sentido do desenvolvimento da HDTV foram dados em 1969 no Japão, pela NHK. No entanto, o primeiro esboço do que seria a HDTV, foi apresentado ao público em 1981 através de demonstrações, levadas a cabo pela NHK, na Europa e nos EUA. O objetivo destas demonstrações era chegar a um acordo de nível internacional para o estabelecimento de uma norma universal para a HDTV. A primeira proposta para a HDTV baseava-se num sistema com 1125 linhas e 60 campos (entrelaçados) saído diretamente da investigação japonesa. Os parâmetros foram estabelecidos de maneira a tornar, o mais fácil possível, o processo de conversão de todos os sistemas analógicos existentes pelo mundo fora. A Europa e outras regiões que têm redes de distribuição de 50Hz, ficavam ligeiramente desfavorecidas face aos parâmetros estabelecidos pela proposta japonesa. A proposta japonesa foi apoiada pelos EUA. No entanto, a esperança de estabelecimento de uma norma universal foi por água abaixo em 1987, como resultado de medidas protecionistas definidas pela política Européia. A Europa apresentou na altura, um sistema de HDTV com 1250 linhas e 50 campos. O aparecimento desta nova proposta veio refrear um pouco o entusiasmo inicial pelo movimento HDTV. A partir daqui o movimento em prol do desenvolvimento da HDTV dividiu-se em três facções de evolução distintas, uma no Japão, uma outra na Europa e uma última nos EUA de que falaremos a seguir mais pormenorizadamente. Entretanto, a primeira transmissão (ainda demonstrativa) de HDTV concretizou-se em 1985. O formato utilizado foi o que ainda é utilizado nos dias de hoje no Japão: o sistema MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding), que codifica um sinal HDTV de 1125 linhas e 60 campos por segundo. O MUSE é um sistema de transmissão por satélite incompatível com o atual sistema NTSC japonês terrestre, e que é economicamente vantajoso devido às condições e disposição geográfica das ilhas japonesas, bastando um ou dois satélites para cobrir todo o território (esta foi, aliás, uma das razões da implementação da HDTV por satélite). Este sistema ocupa uma largura de banda de 20MHz mas como só há 8,15 MHz disponíveis por canal para transmissão direta via satélite, é necessário comprimir o sinal de maneira a reduzir a sua largura de banda. A compressão do sinal HDTV é feita da seguinte maneira: o sinal é amostrado a 48,6 M amostras/seg , existindo dois filtros: um responsável pelas imagens estáticas e outro pelas imagens em movimento. As saídas dos filtros são combinadas e o resultado é amostrado a 16,2 MHz (abaixo da freq. de Nyquist). O conjunto de impulsos obtido é então transformados num sinal analógico com 8,1 MHz de freqüência, sendo agora possível transmitir o sinal via satélite. Apesar de resultarem sinais analógicos da compressão, estes são implementados digitalmente. Neste sistema, apenas os pixels da imagem que mudam, são transmitidos. A capacidade de transmissão permanece constante, com a transmissão de duas imagens consecutivas ligeiramente diferentes, mantendo as imagens a resolução máxima. Se considerarmos a situação em que existem mudanças bruscas de imagem (imagem instável) poderemos obter uma quebra da ser preocupante. Os Japoneses estavam determinados a ser os pioneiros da HDTV. Com base neste objetivo iniciou em 1989 a difusão diária de MUSE HDTV embora apenas durante uma hora, sendo posteriormente (a partir de 1991) alargado o tempo de emissão para 8 horas diárias. O sistema MUSE levantou várias polemicas, e foi mesmo declarado obsoleto ainda antes de ser lançado. Embora seja um sistema que depende de tecnologia digital para o processamento de imagem, o sinal MUSE HDTV utiliza técnicas de modulação analógica, o que fez com que este sistema fosse desde logo condenado ao insucesso quando por todo o mundo se decidiu que no futuro, a HDTV utilizaria modulação digital. Devido aos problemas que os sinais analógicos levantam (em termos de sinal e de aproveitamento do espectro de freqüência) o governo japonês decidiu em 1997 que deveria ser adaptado um sistema digital de televisão em curto prazo ( DVB-S para emissões via satélite e ISDB-T - semelhante ao DVB-T - para emissões terrestre). Apesar de tudo isto, está previsto que o sistema MUSE continue a funcionar até ao ano 2007, altura em que será lançado um novo satélite com uma capacidade maior. Por essa altura será efetuada a conversão para um sistema totalmente digital. HDTV nos EUA Os EUA nos fins dos anos 80 princípios dos anos 90 estavam no limite da paranóia industrial. Preocupado com os recentes protagonismos da Europa e Japão, no domínio da HDTV, o presidente George Bush exigiu uma tomada de posição do FCC (Comissão Federal de Comunicações). Foi assim criado em 1987 o Comitê Consultivo sobre Serviço de Televisão Avançada pela FCC para "aconselhar a FCC sobre os fatos e circunstâncias respeitantes a sistemas> de televisão avançada" para difusão terrestre. Para além deste objetivo primordial, seria também sua função recomendar uma norma técnica caso a FCC decidisse a adoção de algum projeto que se revelasse de interesse público. Várias propostas foram apresentadas ao Comitê Consultivo, com sistemas compatíveis, umas limitadas ao espectro existente, outras usando uma banda adicional de 3 a 6MHz. De todas as propostas avançadas apenas foram testados os quatro sistemas digitais recebidos e um dos sistemas analógicos no Centro de Testes de Televisão Avançada na Virgínia. Após dois anos de testes e avaliações em 1992 foi realizada uma reunião para decidir qual seria a proposta vencedora. Foi concluído pelo grupo de trabalho do Comitê Consultivo que os sistemas digitais ofereciam mais vantagens que os analógicos mas, nenhum dos sistemas estava apto para ser > selecionado como norma sem quaisquer melhoramentos. Foi então pedido aos fabricantes dos sistemas digitais que combinassem os seus esforços de forma a conseguirem obter um único sistema HDTV. Assim nasceu a chamada Grande Aliança. Os seus membros são: AT&T, GI (Chicago's General Intrument Corp.), Massachusetts Institute of Technology (MIT), Philips Electronics North America Corporation, David Sarnoff Research Center, Thompson Consumer Electronics e Zenith Electronics Corporation. No final de 1994 realizaram-se testes em laboratório ao protótipo final e testes de campo em 1995. O sistema foi então entregue para normalização, o que aconteceu em Dezembro de 1996.> Desta união de esforços surgiu o ATSC, destinado à televisão digital terrestre, que começou recentemente as suas emissões regulares nos EUA. Quando do seu desenvolvimento, houve sempre em consideração a possibilidade do utilizador em adquirir (ou não) um sistema de HDTV. Assim sendo, surgiram as transmissões em simultâneo dos dois sistemas existentes, instalando em cada emissor analógico NTSC, um emissor digital ATSC com a mesma capacidade de cobertura. Assim permitiu-se uma fase de transição sem a qual a implementação de qualquer novo sistema televisivo se torna difícil. O ATSC é um sistema de televisão que utiliza codificação vídeo MPEG-2 e codificação áudio Dolby Digital AC-3. Existem neste sistema 2 normas semelhantes entre si: 8-VSB e 16-VSB. A primeira destina-se a transmissões terrestres, a segunda deve ser utilizada em transmissões que exijam um grande ritmo de informação como por exemplo o cabo. Este sistema utiliza modulação em amplitude denominada VSB (vestigial sideband). A modulação em VSB é baseada na modulação AM clássica, que apresenta duas bandas simétricas em torno da freqüência portadora, denominadas por bandas laterais. Estas, deveriam teoricamente apresentar a mesma informação, sendo possível a exclusão de uma delas para poupança de largura de banda. Isto é conhecido por SSB (Single Sideband ) e na prática> verifica-se que a qualidade transmitida é inferior. Por esta razão se utiliza SSB parcial, denominado por VSB, em que a banda lateral removida em SSB é agora parcialmente transmitida. Deste modo consegue-se transmitir toda a informação com poupança de largura de banda. De referir que a modulação em VSB é utilizada atualmente nos principais sistemas de televisão analógicos. Para codificação áudio é utilizada a norma Dolby digital (AC-3) que permite comprimir a informação sonora num fator de 13. Neste sistema existem 6 canais discretos: esquerdo, centro, direito, esquerdo traseiro (ou lateral), direito traseiro (ou lateral) e um subwoofer. O ritmo de bit pode variar entre 56 kbit/s e 640 kbit/s. Este sistema foi projetado para transmitir áudio e vídeo de alta qualidade ocupando uma largura de banda de 6MHz. Pode processar com confiabilidade 19Mbit/s em emissão terrestre e 38Mbit/s em emissão por cabo. Isto significa que uma imagem que pode apresentar uma resolução global 5 vezes (mais do dobro da definição horizontal e vertical) superior uma imagem do sistema NTSC, exige uma taxa de compressão de 50 vezes do sinal vídeo. HDTV na EUROPA A Europa começou a dar os primeiros passos sérios em sistemas de TV de alta definição em 1986 quando a comissão européia recusou a norma japonesa MUSE> e> lançou o programa EUREKA 95 com vista à criação de um sistema europeu de HDTV. Aparece assim o D2-MAC packet, um sistema híbrido analógico-digital projetado como um sistema bastante flexível em termos de suporte físico, isto é, podia ser usado em transmissão terrestre, satélite ou cabo. O D2-MAC packet tinha 625 linhas para uma melhor qualidade de som e imagem que os > sistemas convencionais. Este sistema evolui e deu origem ao HD-MAC que apresentava uma imagem com 1250 linhas a 50 Hz sendo compatível com o D2-MAC(continuando a ser um sistema híbrido). A exigência de compatibilidade foi um grande erro, dado que praticamente ninguém utilizava o D2-MAC na altura (era experimental). Verificou-se que foi investido muito tempo e dinheiro num sistema que no mínimo seria um sistema a prazo. Com o aparecimento das normas de compressão vídeo MPEG verificou-se finalmente> que o futuro se encontrava nos sistemas digitais pois estas de normas de > compressão numérica permitiam uma maior qualidade de imagem com poupança> de > banda (ou menor ritmo de bit). A título de comparação, codificando um sinal PAL com a norma MPEG-2 a 4Mbit/s obtinha-se uma superior qualidade de imagem do que num sistema D2-MAC a 10 Mbit/s. GUERRA DE FORMATOS EM HDTV: Por causa da largura de banda(ou da falta dela), existe neste momento nos EUA uma guerra entre operadores de TV. A CBS e a NBC pretendem o sistema HD > com 1080 linhas entrelaçadas. Os operadores de cabo, a ABC e a FOX querem impor o formato HD com 720 linhas não entrelaçadas (refrescamento progressivo) que oferece uma qualidade semelhante, mas inferior. Para além disto, se transmitir em HD720 a 24 imagens por segundo em vez de 60, os operadores de cabo podem fornecer mais canais na sua grelha de programação (por diminuição da largura de banda de cada canal). Em resumo, isto significa que se optar por uma menor qualidade de imagem será possível obter um maior número de canais em emissão.> Qual das opções prevalecerá serão os consumidores a decidir uma vez que para uma maior qualidade de imagem os receptores serão também mais caros e a diferença na qualidade pode não justificar , segundo o consumidor, a diferença no preço (pelo menos inicialmente)