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Televisión de alta definición

La televisión de alta definición ( HDTV ) describe un sistema de televisión o vídeo que proporciona una resolución de imagen sustancialmente mayor que la generación anterior de ...

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La televisión de alta definición ( HDTV ) describe un sistema de televisión o vídeo que proporciona una resolución de imagen sustancialmente mayor que la generación anterior de tecnologías. El término se utiliza desde al menos 1933; [ 1 ] en tiempos más recientes, se refiere a la generación posterior a la televisión de definición estándar (SDTV). Es el formato de vídeo estándar utilizado en la mayoría de las emisiones: televisión terrestre , televisión por cable y televisión por satélite .

Formatos

La televisión de alta definición (HDTV) puede transmitirse en varios formatos:

  • 720p ( 1280 × 720p ): 921.600 píxeles
  • Escaneo entrelazado 1080i ( 1920 × 1080i ) : 1.036.800 píxeles (≈1,04 Mpx). 
  • 1080p ( 1920 × 1080p ) escaneo progresivo: 2.073.600 píxeles (≈2,07  Mpx).
    • Algunos países también utilizan una resolución CTA no estándar , como 1440 × 1080i : 777.600 píxeles (≈0,78  Mpx) por campo o 1.555.200 píxeles (≈1,56  Mpx) por fotograma.

Cuando se transmite a dos megapíxeles por fotograma, la HDTV proporciona aproximadamente cinco veces más píxeles que la SD (televisión de definición estándar). La mayor resolución proporciona una imagen más nítida y detallada. Además, el escaneo progresivo y las velocidades de fotogramas más altas dan como resultado una imagen con menos parpadeo y una mejor reproducción del movimiento rápido. [ 2 ] La HDTV moderna comenzó a transmitirse en 1989 en Japón, bajo el sistema analógico MUSE /Hi-Vision. [ 3 ] La HDTV se adoptó ampliamente en todo el mundo a finales de la década de 2000. [ 4 ]

Estándares

Mapa de estándares de radiodifusión de televisión digital terrestre por país

Todas las emisiones modernas de alta definición utilizan estándares de televisión digital .

Los principales estándares de transmisión de televisión digital utilizados para dispositivos terrestres, por cable, satélite y móviles son:

  • DVB , originario de Europa y también utilizado en gran parte de Asia, África y Australia.
  • ATSC , utilizado en gran parte de Norteamérica.
  • DTMB , utilizado en China y algunos países vecinos.
  • ISDB , utilizado en dos variantes incompatibles en Japón y Sudamérica.
  • DMB , utilizado por dispositivos móviles en Corea del Sur.

Estos estándares utilizan diversos códecs de vídeo , algunos de los cuales también se utilizan para vídeo en internet .

Historia

El término alta definición describió en su momento una serie de sistemas de televisión anunciados por primera vez en 1933 [ 1 ] y lanzados a partir de agosto de 1936; [ 5 ] sin embargo, estos sistemas solo eran de alta definición en comparación con sistemas anteriores que se basaban en sistemas mecánicos con tan solo 30 líneas de resolución. La competencia constante entre empresas y naciones para crear una verdadera HDTV se extendió durante todo el siglo XX, ya que cada nuevo sistema se volvía de mayor definición que el anterior. Con los estándares de televisión analógica NTSC de 525 líneas y PAL y SECAM de 625 líneas utilizados en la mayoría de los países hasta la década de 1980, el término Televisión de Alta Definición pasó a utilizarse para futuros sistemas de transmisión con una resolución mucho mayor, típicamente al menos 4-5 veces la resolución de estos estándares NTSC, PAL y SECAM. Las señales de HDTV digital con resoluciones de 720p (progresivo) y 1080i (entrelazado) comenzaron a transmitirse a finales de la década de 1990 y principios de la de 2000, seguidas de 1080p. Entre 2014 y 2016, esta carrera continuó con los sistemas 4K , y más tarde con los 5K (en algunos monitores de ordenador) y los 8K .

El servicio de televisión británico comenzó las pruebas en agosto de 1936, y el servicio regular debutó el 2 de noviembre de 1936, utilizando tanto el sistema de escaneo secuencial mecánico Baird de 240 líneas (más tarde denominado progresivo ) como el sistema entrelazado electrónico Marconi-EMI de 405 líneas . El sistema Baird se suspendió en febrero de 1937. [ 6 ] En 1938, Francia siguió con su propio sistema de 441 líneas , cuyas variantes también fueron utilizadas por otros países. El sistema NTSC de 525 líneas de EE. UU. se unió en 1941. En 1949, Francia introdujo un estándar de resolución aún mayor de 819 líneas , un sistema que habría sido de alta definición incluso para los estándares modernos, si no hubiera requerido tal ancho de banda para una versión en color, lo que impidió la adición de otros canales de televisión (sin embargo, se mantuvo en uso hasta 1983). Todos estos sistemas utilizaban entrelazado y una relación de aspecto de 4:3, excepto el sistema de 240 líneas, que era progresivo (descrito en su momento con el término técnicamente correcto de secuencial ), y el sistema de 405 líneas, que comenzó con una relación de aspecto de 5:4 y posteriormente cambió a 4:3. El sistema de 405 líneas adoptó la idea (en aquel entonces) revolucionaria del escaneo entrelazado para superar el problema del parpadeo del sistema de 240 líneas con su  frecuencia de cuadro de 25 Hz. El sistema de 240 líneas podría haber duplicado su frecuencia de cuadro, pero esto habría implicado que la señal transmitida duplicara su ancho de banda, una opción inaceptable, ya que el ancho de banda de la banda base de vídeo debía ser de no más de 3  MHz.

Las emisiones en color comenzaron con un número de líneas similar, primero con el sistema de color NTSC estadounidense en 1953, que era compatible con los sistemas monocromáticos anteriores y, por lo tanto, tenía las mismas 525 líneas por fotograma. Los estándares europeos no se adoptaron hasta la década de 1960, cuando se añadieron los sistemas de color PAL y SECAM a las emisiones monocromáticas de 625 líneas.

A finales de la década de 1980, tanto Japón (NHK) como Europa (la UE y varias empresas como Philips y Thomson) estaban desarrollando sistemas de HDTV analógicos, llamados MUSE y HD-MAC respectivamente. Entonces, la División VideoCipher de General Instrument Corporation, con sede en San Diego, California, anunció el desarrollo de un sistema de HDTV totalmente digital, señalando la posibilidad de que las señales de HDTV pudieran transmitirse eficientemente a través del espectro satelital, por cable y por aire. [ 7 ] . [ 8 ] General Instrument demostró la viabilidad de una señal de HDTV totalmente digital, persuadiendo a la FCC de retrasar su decisión sobre un estándar de televisión avanzada (ATV) para los EE. UU. hasta que se pudiera desarrollar un estándar basado en lo digital, lo que resultó en varias acciones. Primero, la FCC declaró que el nuevo estándar de TV debía ser más que una señal analógica mejorada , capaz de proporcionar una señal de HDTV genuina con al menos el doble de la resolución de las imágenes de televisión existentes. En segundo lugar, para garantizar que los espectadores que no desearan comprar un nuevo televisor digital pudieran seguir recibiendo las emisiones de televisión convencionales, se 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 de DTV se basara en principios de diseño completamente nuevos, incorporando muchas mejoras con respecto a la televisión analógica existente. [ 9 ]

Sin embargo, General Instrument (GI) reconoció que el desarrollo del mercado de la televisión digital de alta definición (HDTV) probablemente llevaría muchos años, por lo que decidió centrar sus planes originales de desarrollo de productos y marketing en un sistema digital de definición estándar (SDTV digital) para aplicaciones de televisión por satélite y por cable, que se recibiría a través de un decodificador digital doméstico para su visualización en la enorme base instalada mundial de televisores NTSC, PAL y SECAM.

Debido a que aún no existían estándares técnicos para la televisión digital, GI tuvo que desarrollar un sistema de televisión digital integral (de propiedad exclusiva) que comprendía: (a) sus innovadores algoritmos de compresión de video; (b) un nuevo sistema de transmisión digital (codificación de corrección de errores hacia adelante y modulación digital para la entrega por satélite y cable); y (c) un sistema de acceso condicional y cifrado para la seguridad del contenido y la monetización por parte de las empresas de medios.

En la feria comercial de la Convención Internacional de Radiodifusión (IBC) de septiembre de 1990 en Brighton, Inglaterra, GI demostró su sistema de televisión digital DigiCipher, que incorporaba un grado de compresión flexible de 2:1 (HD) a 10:1 (SD) dentro de un solo transpondedor satelital o canal de televisión por cable de 6 MHz, lo que proporcionaba una mejora efectiva de la eficiencia del ancho de banda de 10 veces en comparación con la televisión analógica. [ 10 ] La llegada de la televisión digital SDTV significó, en los EE. UU. y en otros lugares, que los servicios de satélite de transmisión directa (DBS) podían entregar repentinamente cientos de canales de televisión digital a través de un solo satélite de alta potencia a antenas parabólicas domésticas del tamaño de una pizza, convirtiéndose así en la primera amenaza competitiva real para los operadores de cable dominantes.

Mientras tanto, el proceso de transmisión de HDTV por aire en EE. UU. estaba siendo sometido a un riguroso proceso llevado a cabo por el Comité Asesor de Servicios Avanzados de Televisión (ACATS) de la FCC a través de su Centro de Pruebas de Televisión Avanzada (ATTC) ubicado en Alexandria, Virginia. Después de que GI anunciara la HDTV digital, seis sistemas de HDTV fueron probados secuencialmente en 1992. Los prototipos de HDTV digital fueron desarrollados por: General Instrument, en asociación con el MIT; un consorcio competidor formado por Philips, Thomson, Sarnoff Labs y NBC; y otra alianza de Zenith Electronics y AT&T. Después de la fase de pruebas competitivas, se instó encarecidamente a las diversas empresas a unirse en una "Gran Alianza", con el objetivo de combinar las diversas tecnologías en un sistema unificado de transmisión de HDTV digital. [ 11 ] Los elementos técnicos clave del sistema incluían video MPEG-2 (con formatos entrelazados y progresivos), audio Dolby AC-3, transporte MPEG-2, tablas de información del sistema (SI) y transmisión 8-VSB. [ 12 ]

Desde la adopción formal de los modos de transmisión de televisión de alta definición (HDTV) de pantalla ancha de la Radiodifusión de Vídeo Digital (DVB) a mediados y finales de la década de 2000, los sistemas NTSC (y PAL-M ) de 525 líneas, así como los sistemas PAL y SECAM europeos de 625 líneas , se han considerado sistemas de televisión de definición estándar .

Sistemas analógicos

Las primeras emisiones de HDTV utilizaban tecnología analógica que posteriormente se convirtió a televisión digital con compresión de vídeo .

En 1949, Francia inició sus transmisiones con un sistema de 819 líneas (de las cuales 737 estaban activas). El sistema era monocromático y se utilizaba únicamente en la banda VHF para el primer canal de televisión francés. Su uso se interrumpió en 1983.

En 1958, la Unión Soviética desarrolló el Transformador ( en ruso : Трансформатор , que significa Transformador ), el primer sistema de televisión de alta resolución (definición) capaz de producir una imagen compuesta por 1125 líneas de resolución, destinado a proporcionar teleconferencias para el mando militar. Fue un proyecto de investigación y el sistema nunca fue desplegado ni por las fuerzas armadas ni por la radiodifusión comercial. [ 13 ]

Desarrollo

La NHK (Corporación de Radiodifusión de Japón) comenzó a investigar para "descifrar el mecanismo fundamental de las interacciones de vídeo y sonido con los cinco sentidos humanos" en 1964, después de los Juegos Olímpicos de Tokio. En 1970, comenzaron a desarrollar la HDTV con extensas pruebas psicofísicas y, en 1972, presentaron un borrador de su programa de estudio al Grupo de Estudio II del Comité Consultivo Internacional de Radio (CCIR). [ 14 ] La NHK se propuso crear un sistema de HDTV que obtuviera puntuaciones mucho más altas en las pruebas subjetivas que la HDTV previamente denominada HDTV del NTSC . Este nuevo sistema, NHK Color, creado en 1972, incluía 1125 líneas, una relación de aspecto de 5:3 (1,67:1) y  una frecuencia de actualización de 60 Hz. En 1973, la NHK publicó artículos sobre una cámara de 1125 líneas y dispositivos de visualización CRT , y al año siguiente, el Grupo de Estudio II del CCIR emitió el Informe 801 sobre HDTV. [ 14 ]

En 1977, la Sociedad de Ingenieros de Cine y Televisión (SMPTE), dirigida por Charles Ginsburg, formó un grupo de estudio sobre HDTV [ 14 ] y se convirtió en la autoridad internacional en pruebas y estudios de la tecnología HDTV. La SMPTE probaba sistemas HDTV de diferentes compañías desde todas las perspectivas posibles, pero el problema de combinar los diferentes formatos afectó a la tecnología durante muchos años.

A finales de la década de 1970, SMPTE probó cuatro sistemas principales de HDTV:

  • EIA monocromo: relación de aspecto 4:3, 1023 líneas, 60  Hz
  • Color NHK: relación de aspecto 5:3, 1125 líneas, 60  Hz
  • NHK monocromo: relación de aspecto 4:3, 2125 líneas, 50  Hz
  • BBC color: relación de aspecto 8:3, 1501 líneas, 60  Hz [ 15 ]

El resultado del grupo de estudio SMPTE se publicó en 1980. [ 14 ]

En 1978, el Dr. Takashi Fujio de NHK publicó en las Transacciones sobre Radiodifusión del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) . [ 14 ] [ 16 ] Ese mismo año, se realizaron en Japón las primeras pruebas de transmisión por satélite de señales HDTV de 1125 líneas (aunque no se informó al respecto hasta 1980) y la BBC publicó un informe que planteaba la posibilidad de la radiodifusión por satélite y su posible impacto en los estándares de HDTV. [ 14 ]

En 1979, la emisora ​​pública japonesa NHK desarrolló por primera vez la televisión de alta definición para el consumidor con una relación de aspecto de pantalla de 5:3. [ 17 ] El estándar se conocía como Hi-Vision y utilizaba un sistema llamado MUSE ( codificación de muestreo sub-Nyquist múltiple ) para codificar la señal. Requería aproximadamente el doble de ancho de banda que el sistema NTSC existente, pero proporcionaba aproximadamente cuatro veces la resolución (1035i/1125 líneas). En 1981, el sistema MUSE se demostró por primera vez en los Estados Unidos, utilizando la misma relación de aspecto de 5:3 que el sistema japonés. [ 18 ] Tras visitar una demostración de MUSE en Washington D. C., el presidente estadounidense Ronald Reagan quedó impresionado y declaró oficialmente que era "un asunto de interés nacional" introducir la HDTV en los Estados Unidos. [ 19 ] CBS presentó un documento ante la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) para solicitar que el espectro de 12 GHz se dedicara a la HDTV. [ 14 ] NHK grabó los Juegos Olímpicos de Verano de 1984 con una cámara Hi-Vision que pesaba 40  kg. [ 20 ]

Las transmisiones de prueba vía satélite comenzaron en Japón el 4 de junio de 1989, los primeros programas diarios de alta definición del mundo, [ 21 ] con pruebas regulares que comenzaron el 25 de noviembre de 1991, o "Día de la Alta Visión" , fechado exactamente para referirse a su resolución de 1125 líneas. [ 22 ] La transmisión regular de BS- 9ch comenzó el 25 de noviembre de 1994, que presentaba programación comercial y de la NHK. 

Estados Unidos

En 1982, se realizaron pruebas de producción y demostraciones de HDTV en Estados Unidos y CBS llevó a cabo experimentos de transmisión de 12 GHz. [ 14 ] Ese mismo año, el Comité Conjunto de Coordinación Interinstitucional de Estados Unidos formó el Comité de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC). [ 14 ] En 1983, CBS anunció un sistema HDTV de 2 canales. [ 14 ] Se propusieron varios sistemas como nuevo estándar para Estados Unidos, incluido el sistema japonés MUSE, pero todos fueron rechazados por la FCC debido a sus mayores requisitos de ancho de banda. En ese momento, el número de canales de televisión estaba creciendo rápidamente y el ancho de banda ya era un problema. Un nuevo estándar tenía que ser más eficiente, necesitando menos ancho de banda para HDTV que el NTSC existente. En 1985, el ATSC aprobó los parámetros básicos para los estándares de producción de HDTV (relación de aspecto 16:9, 1125 líneas y frecuencia de campo de 60 Hertz) y el Grupo de Trabajo del CCIR presentó sus recomendaciones al Grupo de Estudio II, incluidos los parámetros básicos para los estándares de producción de HDTV. [ 14 ] [ 23 ] CBS transmitió los Juegos Asiáticos de 1986 cuyas imágenes se originaron en HDTV. [ 14 ]

La tecnología HDTV se introdujo en Estados Unidos a principios de la década de 1990 y fue oficializada en 1993 por la Digital HDTV Grand Alliance , un grupo de empresas de televisión, equipos electrónicos y comunicaciones compuesto por AT&T Bell Labs , General Instrument , Philips , Sarnoff , Thomson , Zenith y el Instituto Tecnológico de Massachusetts . Las pruebas de campo de HDTV en 199 sitios de Estados Unidos se completaron el 14 de agosto de 1994. [ 24 ]

La primera transmisión pública de HDTV en los Estados Unidos ocurrió el 23 de julio de 1996, cuando la estación de televisión WRAL-HD de Raleigh, Carolina del Norte, comenzó a transmitir desde la torre existente de WRAL-TV al sureste de Raleigh, ganando una carrera para ser la primera con la estación modelo HD en Washington, DC, que comenzó a transmitir el 31 de julio de 1996 con el indicativo WHD-TV , con sede en las instalaciones de la estación WRC-TV propiedad de NBC y operada por ella . [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

El 3 de abril de 1997, la FCC asignó 6  MHz de espectro a cada emisora ​​para programación digital. Todas las emisoras afiliadas a las cadenas debían transmitir señales digitales en los diez principales mercados para mayo de 1999, llegando a casi el 30 por ciento de los hogares estadounidenses. Para noviembre de 1999, se esperaba que las afiliadas a las cadenas transmitieran en 20 mercados adicionales, lo que extendería la disponibilidad de la televisión digital a casi el 50 por ciento de los hogares estadounidenses. Se esperaba que todas las demás estaciones comerciales comenzaran a transmitir televisión digital para mayo de 2002, y las estaciones no comerciales para mayo de 2003. [ 28 ]

El sistema HDTV del ATSC se lanzó al público el 29 de octubre de 1998, durante la transmisión en vivo de la misión de regreso al espacio del astronauta John Glenn a bordo del transbordador espacial Discovery . [ 29 ] La señal se transmitió de costa a costa y fue vista por el público en centros de ciencia y otros teatros públicos especialmente equipados para recibir y mostrar la transmisión. [ 29 ] [ 30 ]

A medida que se acercaba el cambio de siglo, la situación del "huevo y la gallina" de la HDTV, entre la falta de contenido en alta definición y la pequeña base instalada de televisores HDTV para consumidores, comenzó a avanzar. La FCC había ordenado que las estaciones de televisión estadounidenses en los 30 principales mercados, que cubrían la mitad de los hogares con televisión en EE. UU., debían comenzar a transmitir señales digitales para noviembre de 1999. Sin embargo, no había ningún requisito de que el contenido estuviera en formato HDTV, siempre y cuando estuviera en formato SDTV digital. CBS comenzó a transmitir de forma limitada en HD digital ciertos eventos especiales, como el espectáculo de octubre de 1998 en el que el astronauta y senador estadounidense John Glenn se convirtió en la persona de mayor edad en volar al espacio a bordo del transbordador espacial Discovery, con 8 afiliados de CBS transmitiendo la señal de la cadena en alta definición. Al mes siguiente, ABC emitió la película 101 Dálmatas en HD, y luego, el 30 de enero de 2000, ABC transmitió la Super Bowl XXXIV en HD.

Emisiones europeas de HDTV

En 1981, la Unión Europea de Radiodifusión creó el Grupo de Trabajo V sobre HDTV. [ 14 ] En 1983, se realizaron demostraciones de HDTV en el Simposio de Televisión de Montreux. [ 14 ]

En 1986, la Comunidad Europea propuso HD-MAC , un sistema de televisión de alta definición analógica con 1152 líneas. Se realizó una demostración pública durante los Juegos Olímpicos de Barcelona 1992. Sin embargo, HD-MAC fue descartado en 1993 y se creó el proyecto DVB, que preveía el desarrollo de un estándar de televisión de alta definición digital. [ 31 ]

Entre 1988 y 1991, varias organizaciones europeas trabajaron en estándares de codificación de vídeo digital basados ​​en la transformada discreta del coseno (DCT) para SDTV y HDTV. El proyecto EU 256 del CMTT y ETSI, junto con la investigación de la emisora ​​italiana RAI , desarrolló un códec de vídeo DCT que transmitía HDTV con una calidad casi de estudio a unos 70-140 Mbit  /s. [ 32 ] [ 33 ] Las primeras transmisiones de HDTV en Europa, aunque no directamente al hogar, comenzaron en 1990, cuando RAI transmitió la Copa Mundial de la FIFA de 1990 utilizando varias tecnologías experimentales de HDTV, incluido el códec digital basado en DCT EU 256, [ 32 ] la tecnología mixta analógica-digital HD-MAC y la tecnología analógica MUSE . Los partidos se mostraron en 8 cines en Italia, donde se jugó el torneo, y 2 en España. La conexión con España se realizó mediante el enlace satelital Olympus desde Roma a Barcelona y luego con una conexión de fibra óptica desde Barcelona a Madrid . [ 34 ] [ 35 ] Después de algunas transmisiones de HDTV en Europa, el estándar se abandonó en 1993, para ser reemplazado por un formato digital de DVB. [ 36 ]

Las primeras emisiones regulares comenzaron el 1 de enero de 2004, cuando la empresa belga Euro1080 lanzó el canal HD1 con el tradicional Concierto de Año Nuevo de Viena . Las transmisiones de prueba se habían estado realizando desde la feria IBC en septiembre de 2003, pero la emisión del día de Año Nuevo marcó el lanzamiento oficial del canal HD1 y el inicio oficial de la televisión de alta definición directa al hogar en Europa. [ 37 ]

Euro1080, una división de la empresa belga de servicios de televisión Alfacam, que más tarde desapareció, transmitió canales de HDTV para romper el estancamiento paneuropeo de "sin transmisiones en HD no se compran televisores en HD, lo que significa que no hay transmisiones en HD..." y dar inicio al interés por la HDTV en Europa. [ 38 ] El canal HD1 era inicialmente de acceso libre y consistía principalmente en eventos deportivos, dramáticos, musicales y otros eventos culturales transmitidos con una banda sonora multilingüe en una programación rotativa de cuatro o cinco horas por día.

Estas primeras emisiones europeas de HDTV utilizaron el formato 1080i con compresión MPEG-2 sobre una señal DVB-S procedente del satélite Astra 1H de SES . Posteriormente, las transmisiones Euro1080 cambiaron a la compresión MPEG-4/AVC sobre una señal DVB-S2, en consonancia con los canales de radiodifusión posteriores en Europa.

A pesar de los retrasos en algunos países, [ 39 ] el número de canales y espectadores de HD europeos ha aumentado de forma constante desde las primeras emisiones de HDTV, con la encuesta anual de mercado Satellite Monitor de SES para 2010 informando de más de 200 canales comerciales que emiten en HD desde satélites Astra, 185 millones de televisores con capacidad HD vendidos en Europa (60 millones de libras esterlinas solo en 2010) y 20 millones de hogares (27 % de todos los hogares europeos con televisión digital por satélite) viendo emisiones por satélite en HD (16 millones a través de satélites Astra). [ 40 ]

En diciembre de 2009, el Reino Unido se convirtió en el primer país europeo en implementar contenido de alta definición utilizando el nuevo estándar de transmisión DVB-T2 , tal como se especifica en el D-book del Digital TV Group (DTG) , en la televisión digital terrestre. [ 41 ]

El servicio Freeview HD contiene 13 canales HD ( a partir de abril de 2016) . ) y se implementó región por región en todo el Reino Unido de acuerdo con el proceso de transición digital , que finalmente se completó en octubre de 2012. Sin embargo, Freeview HD no es el primer servicio de HDTV a través de la televisión digital terrestre en Europa; la RAI de Italia comenzó a transmitir en 1080i el 24 de abril de 2008, utilizando el estándar de transmisión DVB-T.

En octubre de 2008, Francia desplegó cinco canales de alta definición utilizando el estándar de transmisión DVB-T en la distribución terrestre digital. [ 42 ]

Auge de la compresión digital

La televisión digital de alta definición no era posible con vídeo sin comprimir , que requiere un ancho de banda superior a 1 Gbit/s para vídeo digital HD con calidad de estudio . [ 32 ] [ 43 ] La HDTV digital fue posible gracias al desarrollo de la compresión de vídeo de transformada discreta del coseno (DCT) . [ 44 ] [ 32 ] La codificación DCT es una técnica de compresión de imagen con pérdidas que fue propuesta por primera vez por Nasir Ahmed en 1972, [ 45 ] y posteriormente se adaptó a un algoritmo DCT compensado por movimiento para estándares de codificación de vídeo como los formatos H.26x desde 1988 en adelante y los formatos MPEG desde 1993 en adelante. [ 46 ] [ 47 ] La compresión DCT compensada por movimiento reduce significativamente la cantidad de ancho de banda requerida para una señal de televisión digital. [ 32 ] [ 48 ] Para 1991, había logrado relaciones de compresión de datos de 8:1 a 14:1 para transmisión de HDTV con calidad casi de estudio, hasta 70 – 140 Mbit/s . [ 32 ] Entre 1988 y 1991, la compresión de video DCT fue ampliamente adoptada como el estándar de codificación de video para implementaciones de HDTV, lo que permitió el desarrollo de HDTV digital práctica. [ 32 ] [ 44 ] [ 49 ] La memoria de acceso aleatorio dinámico ( DRAM ) también fue adoptada como memoria semiconductora de búfer de trama , y ​​el aumento de la fabricación y la reducción de precios de la industria de semiconductores DRAM fueron importantes para la comercialización de HDTV. [ 49 ]  

Desde 1972, el CCIR (posteriormente renombrado ITU-R ) había estado trabajando en la creación de una recomendación global para la HDTV analógica. Sin embargo, estas recomendaciones no se ajustaban a las bandas de radiodifusión que podían llegar a los usuarios domésticos. La estandarización de MPEG-1 en 1993 condujo a la aceptación de las recomendaciones ITU-R BT.709 . [ 50 ] Anticipándose a estos estándares, se formó la organización DVB. Se trataba de una alianza de emisoras, fabricantes de electrónica de consumo y organismos reguladores. La DVB desarrolla y consensúa especificaciones que son estandarizadas formalmente por ETSI . [ 51 ]

DVB creó inicialmente el estándar para la televisión digital por satélite DVB-S , la televisión digital por cable DVB-C y la televisión digital terrestre DVB-T . Estos sistemas de transmisión pueden utilizarse tanto para SDTV como para HDTV. En Estados Unidos, la Grand Alliance propuso ATSC como el nuevo estándar para SDTV y HDTV. Tanto ATSC como DVB se basaban en el estándar MPEG-2 , aunque los sistemas DVB también pueden utilizarse para transmitir vídeo mediante los estándares de compresión H.264/MPEG-4 AVC, más recientes y eficientes. Todos los estándares DVB se caracterizan por el uso de técnicas de modulación de alta eficiencia para reducir aún más el ancho de banda y, sobre todo, para disminuir los requisitos de hardware y antena del receptor.

En 1983, el Grupo de Estudio II del CCIR creó un grupo de trabajo (Grupo de Trabajo Provisional 11/6 - IWP11/6) con el objetivo de establecer un estándar internacional único de HDTV. [ 14 ] Uno de los problemas más espinosos se refería a una frecuencia de actualización de fotogramas/campos adecuada, ya que el mundo se había dividido en dos bandos, 25/50  Hz y 30/60  Hz, debido en gran medida a las diferencias en la frecuencia de la red eléctrica . El grupo de trabajo IWP11/6 consideró muchos puntos de vista y, a lo largo de la década de 1980, sirvió para fomentar el desarrollo en varias áreas del procesamiento digital de vídeo, en particular la conversión entre las dos frecuencias de fotogramas/campos principales mediante vectores de movimiento , lo que condujo a nuevos desarrollos en otras áreas. Si bien finalmente no se estableció un estándar HDTV completo, se llegó a un acuerdo sobre la relación de aspecto.

Inicialmente, la relación de aspecto 5:3 existente había sido la principal candidata, pero debido a la influencia del cine panorámico, la relación de aspecto 16:9 (1,78) finalmente surgió como un compromiso razonable entre 5:3 (1,67) y el formato común de cine panorámico 1,85. Una relación de aspecto de 16:9 fue debidamente acordada en la primera reunión del grupo de trabajo IWP11/6 en el centro de investigación y desarrollo de la BBC en Kingswood Warren. La recomendación resultante de la UIT-R, ITU-R BT.709-2 (" Rec. 709 "), incluye la relación de aspecto 16:9, una colorimetría específica y los modos de escaneo 1080i (1080 líneas de resolución entrelazadas activamente) y 1080p (1080 líneas escaneadas progresivamente ). Las pruebas de Freeview HD británicas utilizaron MBAFF , que contiene contenido progresivo e entrelazado en la misma codificación.

También incluye el formato de escaneo HDMAC alternativo de 1440 × 1152. (Según algunos informes, un formato propuesto de 750 líneas (720p) (720 líneas escaneadas progresivamente) fue considerado por algunos en la UIT como un formato de televisión mejorado en lugar de un verdadero formato HDTV, [ 52 ] y por lo tanto no se incluyó, aunque los sistemas de 1920 × 1080i y 1280 × 720p para una gama de velocidades de fotogramas y campos fueron definidos por varias normas SMPTE de EE. UU.)

Disminución de los sistemas HD analógicos

La limitada estandarización de la HDTV analógica en la década de 1990 no condujo a su adopción global, ya que las limitaciones técnicas y económicas de la época no permitían que la HDTV utilizara anchos de banda mayores que los de la televisión convencional. Los primeros experimentos comerciales de HDTV, como MUSE de NHK, requerían más de cuatro veces el ancho de banda de una transmisión de definición estándar. A pesar de los esfuerzos realizados para reducir la HDTV analógica a aproximadamente el doble del ancho de banda de la SDTV, estos formatos de televisión solo podían distribuirse vía satélite. En Europa, el estándar HD-MAC tampoco se consideró técnicamente viable. [ 53 ] [ 54 ]

Además, grabar y reproducir una señal de HDTV supuso un importante reto técnico en los primeros años de la HDTV ( Sony HDVS ). Japón siguió siendo el único país con una transmisión pública exitosa de HDTV analógica, con siete emisoras compartiendo un único canal.

Sin embargo, el sistema Hi-Vision/MUSE también enfrentó problemas comerciales cuando se lanzó en 1991. Solo se vendieron 2000 televisores de alta definición hasta ese día, en lugar de la entusiasta estimación de 1,32 millones. Los televisores Hi-Vision eran muy caros, hasta US$30 000 cada uno, lo que contribuyó a su baja adopción por parte de los consumidores. [ 55 ] Una videograbadora Hi-Vision de NEC lanzada en Navidad se vendía por US$115 000. Además, Estados Unidos consideraba a Hi-Vision/MUSE un sistema obsoleto y ya había dejado claro que desarrollaría un sistema totalmente digital. [ 56 ] Los expertos pensaban que el sistema comercial Hi-Vision en 1992 ya había sido eclipsado por la tecnología digital desarrollada en Estados Unidos desde 1990. Esto representó una victoria estadounidense sobre Japón en términos de dominio tecnológico. [ 57 ] A mediados de 1993, los precios de los receptores seguían siendo tan altos como 1,5 millones de yenes (US$15.000). [ 58 ]

El 23 de febrero de 1994, un alto funcionario de radiodifusión de Japón admitió el fracaso de su sistema HDTV analógico, afirmando que el formato digital estadounidense probablemente se convertiría en un estándar mundial. [ 59 ] Sin embargo, este anuncio provocó airadas protestas de emisoras y empresas electrónicas que habían invertido fuertemente en el sistema analógico. Como resultado, se retractó al día siguiente, declarando que el gobierno continuaría promoviendo Hi-Vision/MUSE. [ 60 ] Ese año, NHK comenzó el desarrollo de la televisión digital en un intento por ponerse al día con Estados Unidos y Europa. Esto dio como resultado el formato ISDB . [ 61 ] Japón comenzó la transmisión digital por satélite y HDTV en diciembre de 2000. [ 20 ]

Notación

Los sistemas de transmisión de HDTV se identifican con tres parámetros principales:

  • El tamaño del fotograma en píxeles se define como el número de píxeles horizontales × el número de píxeles verticales , por ejemplo, 1280  ×  720 o 1920  ×  1080. A menudo, el número de píxeles horizontales se deduce del contexto y se omite, como en el caso de 720p y 1080p .
  • El sistema de escaneo se identifica con la letra p para escaneo progresivo o con la letra i para escaneo entrelazado.
  • La velocidad de fotogramas se define como el número de fotogramas de vídeo por segundo. En los sistemas entrelazados, se debe especificar el número de fotogramas por segundo, pero no es raro que se utilice incorrectamente la velocidad de campo.

Si se utilizan los tres parámetros, se especifican de la siguiente forma: [tamaño de fotograma][sistema de escaneo][velocidad de fotogramas o de campo] o [tamaño de fotograma]/[velocidad de fotogramas o de campo][sistema de escaneo] . [ 62 ] A menudo, el tamaño de fotograma o la velocidad de fotogramas se pueden omitir si su valor se deduce del contexto. En este caso, primero se especifica el parámetro numérico restante, seguido del sistema de escaneo.

Por ejemplo, 1920×1080p25 identifica un formato de escaneo progresivo con 25 fotogramas por segundo, cada fotograma de 1920 píxeles de ancho y 1080 píxeles de alto. La notación 1080i25 o 1080i50 identifica un formato de escaneo entrelazado con 25 fotogramas (50 campos) por segundo, cada fotograma de 1920 píxeles de ancho y 1080 píxeles de alto. La notación 1080i30 o 1080i60 identifica un formato de escaneo entrelazado con 30 fotogramas (60 campos) por segundo, cada fotograma de 1920 píxeles de ancho y 1080 píxeles de alto. La notación 720p60 identifica un formato de escaneo progresivo con 60 fotogramas por segundo, cada fotograma de 720 píxeles de alto; se sobreentienden 1280 píxeles horizontalmente.

Los sistemas que utilizan 50  Hz admiten tres frecuencias de escaneo: 50i, 25p y 50p, mientras que  los sistemas de 60 Hz admiten un conjunto mucho más amplio de frecuencias de fotogramas: 59.94i, 60i, 23.976p, 24p, 29.97p, 30p, 59.94p y 60p. En la época de la televisión de definición estándar, las frecuencias fraccionarias a menudo se redondeaban a números enteros, por ejemplo, 23.976p se denominaba a menudo 24p, o 59.94i se denominaba a menudo 60i. La televisión de alta definición de 60 Hz admite frecuencias fraccionarias y enteras ligeramente diferentes; se requiere un uso estricto de la notación para evitar ambigüedades. Sin embargo, 29.97p/59.94i se denomina casi universalmente 60i, al igual que 23.976p se denomina 24p.

Para la denominación comercial de un producto, la velocidad de fotogramas a menudo se omite y se deduce del contexto (por ejemplo, un televisor 1080i ). También se puede especificar una velocidad de fotogramas sin una resolución. Por ejemplo, 24p significa 24 fotogramas de escaneo progresivo por segundo, y 50i significa 25 fotogramas entrelazados por segundo. [ 63 ]

No existe un estándar único para la compatibilidad de color en HDTV. Los colores se suelen transmitir utilizando el espacio de color YUV (10 bits por canal) , pero, según las tecnologías de generación de imagen del receptor, se convierten posteriormente al espacio de color RGB mediante algoritmos estandarizados. Al transmitirse directamente por internet, los colores se preconvierten a canales RGB de 8 bits para ahorrar espacio de almacenamiento, bajo el supuesto de que solo se visualizarán en una pantalla de ordenador ( sRGB ). Como ventaja adicional para las emisoras originales, las pérdidas derivadas de esta preconversión hacen que estos archivos no sean aptos para la retransmisión profesional en televisión.

La mayoría de los sistemas HDTV admiten resoluciones y velocidades de fotogramas definidas en la tabla 3 de ATSC o en la especificación EBU. Las más comunes se indican a continuación.

Resoluciones de pantalla

Como mínimo, la HDTV tiene el doble de resolución lineal que la televisión de definición estándar (SDTV), lo que permite apreciar mayor detalle que la televisión analógica o los DVD convencionales. Además, los estándares técnicos para la transmisión de HDTV manejan las imágenes con relación de aspecto 16:9 sin utilizar barras negras ni estiramiento anamórfico , lo que aumenta la resolución efectiva de la imagen.

Una fuente de muy alta resolución puede requerir más ancho de banda del disponible para transmitirse sin pérdida de fidelidad. La compresión con pérdidas que se utiliza en todos los sistemas de almacenamiento y transmisión de HDTV digital distorsionará la imagen recibida en comparación con la fuente sin comprimir.

Velocidades de fotograma o campo estándar

ATSC y DVB definen las siguientes velocidades de fotogramas para su uso con los distintos estándares de transmisión: [ 64 ] [ 65 ]

  • 23,976  Hz (velocidad de fotogramas con aspecto cinematográfico compatible con los estándares de velocidad de reloj NTSC )
  • 24  Hz (películas internacionales y material de alta definición ATSC)
  • 25  Hz (películas PAL, material DVB de definición estándar y alta definición)
  • 29,97  Hz (películas NTSC y material de definición estándar)
  • 30  Hz (película NTSC, material de alta definición ATSC)
  • 50  Hz (material de alta definición DVB)
  • 59,94  Hz (material ATSC de alta definición)
  • 60  Hz (material de alta definición ATSC)

El formato óptimo para una transmisión depende del tipo de soporte de grabación de vídeo utilizado y de las características de la imagen. Para lograr la máxima fidelidad a la fuente, la relación de campo, las líneas y la velocidad de fotogramas transmitidas deben coincidir con las de la fuente.

Las velocidades de fotogramas PAL, SECAM y NTSC se aplican técnicamente solo a la televisión analógica de definición estándar, no a las transmisiones digitales o de alta definición. Sin embargo, con el despliegue de la transmisión digital y, posteriormente, de la HDTV, algunos países conservaron sus sistemas heredados. La HDTV en los países que antes utilizaban PAL y SECAM funciona a una velocidad de fotogramas de 25/50  Hz, mientras que en los países que antes utilizaban NTSC funciona a 30/60  Hz. [ 66 ]

Tipos de medios

Las fuentes de imágenes de alta definición incluyen la transmisión terrestre , la transmisión directa por satélite, el cable digital, la IPTV , los discos de vídeo Blu-ray (BD) y las descargas de Internet.

En Estados Unidos, los residentes que se encuentran dentro del alcance visual de las antenas de transmisión de las estaciones de televisión pueden recibir programación gratuita por aire con un televisor equipado con un sintonizador ATSC mediante una antena de televisión . Las leyes prohíben que las asociaciones de propietarios y los gobiernos municipales impidan la instalación de antenas.

La película fotográfica estándar de 35 mm utilizada para la proyección cinematográfica tiene una resolución de imagen mucho mayor que los sistemas HDTV, y se expone y proyecta a una velocidad de 24 fotogramas por segundo (fotograma/s). Para su visualización en televisión estándar, en países con sistema PAL, la película cinematográfica se escanea a la velocidad de TV de 25 fotogramas/s, lo que produce una aceleración del 4,1 por ciento, que generalmente se considera aceptable. En países con sistema NTSC, la velocidad de escaneo de TV de 30 fotogramas/s produciría una aceleración perceptible si se intentara lo mismo, y la corrección necesaria se realiza mediante una técnica llamada pulldown 3:2 : En cada par sucesivo de fotogramas de película, uno se mantiene durante tres campos de vídeo (1/20 de segundo) y el siguiente durante dos campos de vídeo (1/30 de segundo), lo que da un tiempo total para los dos fotogramas de 1/12 de segundo y, por lo tanto, se logra la velocidad de fotogramas promedio correcta de la película.

Las grabaciones de vídeo HDTV no cinematográficas destinadas a la emisión se graban normalmente en formato 720p o 1080i, según lo determine la emisora. El formato 720p se utiliza habitualmente para la distribución por Internet de vídeo de alta definición, ya que la mayoría de los monitores de ordenador funcionan en modo de escaneo progresivo. Además, el formato 720p impone menores requisitos de almacenamiento y decodificación en comparación con los formatos 1080i y 1080p. Los formatos 1080p/24, 1080i/30, 1080i/25, 720p/30 y 720p/25 son los más utilizados en discos Blu-ray.

Grabación y compresión

La televisión de alta definición (HDTV) se puede grabar en D-VHS (VHS digital o VHS de datos), W-VHS (solo analógico), en una grabadora de vídeo digital compatible con HDTV (por ejemplo , la grabadora de vídeo digital de alta definición de DirecTV , el decodificador de Sky HD , los receptores de grabación de vídeo digital de alta definición VIP 622 o VIP 722 de Dish Network (estos decodificadores permiten HD en el televisor principal y SD en el televisor secundario (TV2) sin un decodificador secundario en TV2), o las grabadoras TiVo Series 3 o HD), o en un HTPC compatible con HDTV . Algunos decodificadores de cable pueden recibir o grabar dos o más emisiones a la vez en formato HDTV, y la programación HDTV, parte incluida en el precio de la suscripción mensual al servicio de cable, parte por un cargo adicional, se puede reproducir con la función a la carta de la compañía de cable.

La enorme cantidad de almacenamiento de datos necesaria para archivar transmisiones sin comprimir impedía que el consumidor tuviera acceso a opciones de almacenamiento económicas. En 2008, se presentó el grabador de vídeo personal Hauppauge 1212. Este dispositivo recibe contenido HD a través de entradas de vídeo por componentes y lo almacena en formato MPEG-2 en un archivo .ts o en un archivo .m2ts compatible con Blu-ray en el disco duro o la grabadora de DVD de un ordenador conectado al grabador mediante una interfaz USB 2.0. Los sistemas más recientes permiten grabar programas de televisión en alta definición en su formato original o transcodificarlos a un formato más compatible con Blu-ray.

Las grabadoras de cinta analógicas con un ancho de banda capaz de grabar señales analógicas de alta definición, como las grabadoras W-VHS, ya no se fabrican para el mercado de consumo y son caras y escasas en el mercado secundario.

Los sintonizadores de decodificadores con soporte para almacenamiento externo pueden grabar directamente la señal de vídeo digital, incluyendo datos adicionales como el teletexto . El decodificador ni siquiera necesita ser compatible con la codificación de audio y vídeo utilizada, y el archivo grabado se podrá reproducir en cualquier dispositivo compatible. Sin embargo, el contenido cifrado requerirá un receptor con la configuración CAS adecuada.

En Estados Unidos, como parte del acuerdo "plug and play" de la FCC , las compañías de cable están obligadas a proporcionar a los clientes que alquilan decodificadores HD un decodificador con FireWire (IEEE 1394) "funcional" si lo solicitan. Ninguno de los proveedores de televisión por satélite de transmisión directa ha ofrecido esta función en ninguno de sus decodificadores compatibles, pero algunas compañías de televisión por cable sí lo han hecho. A partir de julio de 2004Las cajas no están incluidas en el mandato de la FCC. Este contenido está protegido por cifrado conocido como 5C. [ 67 ] Este cifrado puede impedir la duplicación del contenido o simplemente limitar el número de copias permitidas, negando así de manera efectiva la mayor parte, si no todo, el uso legítimo del contenido.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Televisión de alta definición: Creación, desarrollo e implementación de la tecnología HDTV, por Philip J. Cianci (McFarland & Company, 2012)
  • Tecnología, televisión y competencia (Nueva York: Cambridge University Press, 2004)

Historia

  • L'Alta Definizione a Torino 1986–2006 – la experiencia italiana de HDTV desde los años 1980 hasta 2006 – en italiano – CRIT/RAI   
  • El proyecto de archivo de HDTV

Adopción europea

  • Formatos de imagen para HDTV , artículo de la EBU , Revisión técnica
  • Alta definición para Europa : un enfoque progresivo  , artículo de la EBU , Technical Review
  • Formatos de imagen de alta definición (HD) para la producción televisiva , informe técnico de la EBU