ESCUELA
DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
Transmisión
de Audio y Vídeo por Fibra Óptica
QUE
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONES
ASESOR:
PRESENTA:
ACUERDO N° 2002189
Actualmente existen dispositivos para enviar audio y video por medio de
la fibra óptica. Algo que se puede mencionar que está disponible actualmente
en el mercado es un multiplexor de 32 canales a través de una fibra monomodal.
Hay
aplicaciones que abarcan únicamente audio pero una de las ventajas de este tipo
de transmisión es que por medio de una sola fibra se puede adecuar para enviar
video. La tendencia es que los enlaces cada día más se realicen en su mayoría
por fibra óptica porque permitirá en un futuro la ampliación de aplicaciones
más extensas. Enfocándonos hacia audio y
video se puede mencionar el cambio de cintas a tener almacenada nuestra
información de audio y video en un disco duro. Reduciendo así costos.
La razón por la que elijo este tema de tesis es por la aplicación que
puede tener. Como se menciona una tendencia en las comunicaciones por medio de
fibra es la optimización de recursos. La transmisión digital permite una mejor
calidad en la señal que se envía y se recibe así como, una mayor rapidez de
transmisión. De ahí la importancia de llevar a cabo una investigación en
fibra óptica.
Se pretende desarrollar una investigación en fibra óptica para la
transmisión de audio y video; proponer un modelo que se pueda utilizar en una
cabina de producción y que permitirá una mayor velocidad y mejor calidad en
las señales transmitidas. Presentando también,
los costos, el hardware requerido y las ventajas de llevar a cabo este
prototipo de comunicación.
INDICE
TENTATIVO
CAPITULO 1.- la señal
de vídeo.
CAPITULO 2.- la señal
de audio.
CAPITULO 3.- La sala
de producción de audio y vídeo.
CAPITULO 4.- Red de
fibra óptica.
CAPITULO 5.- Almacenamiento digital de la información.
CAPITULO 6.- RED DE TELEVISIÓN POR CABLE.
CAPITULO 7.- TENDENCIA TECNOLÓGICA
CAPITULO 8.- PROTOTIPO DE UNA PLATAFORMA DIGITAL.
CONCLUSIÓN.
GLOSARIO.
REFERENCIAS.
FE DE ERRATAS.
Comencemos definiendo la comunicación:
Es
un proceso de transmisión y recepción de ideas, información y mensajes.
Desde
tiempos remotos los humanos han tenido la necesidad de establecer comunicación
entre ellos para poder así intercambiar información con diferentes fines.
La
manera de comunicarnos ha cambiado a través del tiempo desde simples
gesticulaciones hasta las modernas comunicaciones digitales de la actualidad.
Sin duda, los avances
en las tecnologías de la información han sido un elemento importante para el
progreso de la comunicación y los pueblos
Las
tecnologías son los medios por los que el ser humano controla o modifica su
ambiente natural, con el objetivo de facilitar algunos aspectos de su vida.
Ahora bien, sabemos que comunicar significa "poner en común", es
decir, intercambiar información. Así pues, al enunciar "tecnologías de
la comunicación" nos referimos a los medios que el ser humano ha creado
con el fin de hacer mas fácil el intercambio de información con otros seres
humanos.
Las
tecnologías de la comunicación, sin duda, dieron un gran salto en el siglo XX,
cuando gracias a los descubrimientos realizados comienzan a generarse las
comunicaciones de larga distancia.
Uno
de los tipos de información que el hombre ha manejado es el de audio y video,
manejándose en un principio por separado, con cintas de audio, discos de
acetato, películas mudas entre otros. Y después reproducirlo al mismo tiempo
por diferentes medios.
Al principio había que cargar grandes carretes de
fotografías para ver una película y un complicado proceso para duplicarlas.
Había que “grabar” textualmente los primeros cilindros con nuestras melodías
favoritas, y duplicarlos era un proceso industrial muy complicado.
Hoy en día las cosas son un poco mas sencillas, se
cargan pequeñas cintas magnéticas con información, Su
principio de funcionamiento se trata de una cinta de material plástico
impregnado de resina magnética que pasa por unas cabezas de grabación que varían
la orientación magnética del material grabando ceros o unos lógicos. Para la
lectura las cabezas detectan la variación del campo generando señales eléctricas
que se transmiten a donde interese. Este tipo de dispositivo permite almacenar
una enorme cantidad de información, pero no permite el acceso aleatorio a los
datos y es lento. Actualmente el uso de las cintas magnéticas es para realizar
respaldos y copias de seguridad que tengan una gran cantidad de información.
Pasando a los años 70, al principio, surgieron las unidades de
almacenamiento en disco, cuyo principio en cuanto a su funcionamiento es el
mismo que las cintas magnéticas pero con la ventaja de que son mucho más rápidas
y menos susceptibles a daños por que son más duras.
Las cintas magnéticas se emplean para poder
transportar la información de un lugar a otro y las unidades de almacenamiento
en disco para formar un almacenamiento de datos en una computadora y tenerla
como unidad principal de almacenamiento de información. En este tipo de
unidades la lectura y grabación de los datos se puede hacer por contacto físico
entre la cabeza y los discos (disquetes) o sin contacto (discos duros).
Aprovechando estas tecnologías ahí un proceso para
hacerlo aun mas sencillo y rápido.
Como?
Con el uso de la fibra óptica como medio; transferir
información entre usuarios sin tener que llevar ningún medio magnético ni
fotográfico, con un tipo de datos y almacenamiento digitales. Esto nos daría
la libertad de tener la información tan pronto lo requiriéramos para poder
trabajar con ella. Facilitar el trabajo de edición, grabado y todo el proceso
que los diferentes departamentos llevan acabo,
Como se logra esto?
Esta
sencilla pregunta tendrá respuesta a través de esta Tesis. Se explicará este
proceso que es ya una tendencia para la nueva era de transmisión de audio y
video.
Conceptos
Básicos de video
En la
composición de la señal de vídeo estándar están presentes dos factores la
LUMINANCIA y la CROMINANCIA que representan el primero los valores del negro y
el blanco que son los que controlan el brillo y el contraste de una imagen y el
segundo los valores de color de la imagen o sea los controles de tinte y
saturación de los componentes de color.
Podemos
distinguir dos tipos de señal de vídeo la llamada COMPUESTO y la COMPONENTES
La compuesto esta formada por las señales de luminancia y crominancia junto con
una información de audio y se la llama VIDEO COMPUESTO, básicamente es la señal
de todos los videos de tipo domestico tanto Beta como VHS.
La
componentes es la que separa las señales de luminancia , crominancia y audio
con el fin de que se consiga mayor fidelidad en cada una de ellas y se eviten
mezclas de color. Este sistema esta limitado a los videos profesionales como por
ejemplo el Betacam . También pueden considerarse los videos HI-8 y SVHS que
siguen el sistema de separar luminancia y crominancia ( Y/C) con la de audio.
Sobre las LINEAS y los CAMPOS de vídeo podemos distinguir entre dos sistemas el
PAL y el NTSC. Se llaman líneas a las fracciones horizontales en que se divide
una pantalla de vídeo con el fin de crear una imagen, el sistema PAL, como ya
hemos explicado en otros apartados, esta compuesto de 625 líneas y el NTSC de
525 . El sistema que se sigue es el de refrescar o cambiar la información de
las 625 o 525 líneas de una pantalla desde el extremo superior al inferior cada
vez que se recibe una nueva información como si se tratara de un escaneado de
la pantalla.
Como
los sistemas existentes en las primeras épocas de la televisión no permitían
estas velocidades de refresco o escaneado de las pantallas, se decidió hacer lo
que se llama entrelazado de las señales o sea que las 50 veces por segundo del
PAL y las 60 del NTSC se dividen por dos para crear una imagen completa, de
manera que en un primer paso se escanean las líneas pares y en el segundo las
impares a esta fracción se la llama campo y a la unión de dos campos se les
denomina cuadro, por esto una imagen de vídeo completa en PAL tiene 25 cuadros
por segundo y en NTSC 30 cuadros por segundo.
¿Qué es video analógico?
Se llama analógico porque
representa una analogía del sonido o la imagen original. Por ejemplo, el sonido
de una trompeta se graba en una cinta buscando una reproducción fiel del sonido
de esa trompeta. La señal puede cambiar de tamaño o de intensidad. Hoy en día,
el video o el audio analógico se graban en cinta en forma de señal.
¿Qué
es video digital?
La
señal digital funciona tomando sólo varias muestras en forma frecuente de la
señal original, chequeando siempre si hay o no cambios. A cada muestra tomada
se le asignan números. Así, la señal original es representada numéricamente
por estas muestras. Para representar la información se ocupan los números
binarios, lo que significa que sólo tiene dos estados. Funcionan como un
interruptor de luz (encendida o apagada). Los números binarios son una serie de
unos y ceros. A estas unidades individuales se les denominan BITS (Binary
Digits). Un grupo de 8 bits forma un BYTE.
Las señales
de video son complicadas. Se codifican constantemente cambiando imágenes, y en
muchos casos, sonido. Si uno observara la televisión de cerca, se podría ver
que la imagen está formada por muchas líneas horizontales dibujadas una sobre
otra.
La
señal de video contiene información para dibujar estas líneas, detallando si
la parte de la línea debe ser obscura o clara y como los colores deben
mostrarse. El sonido también se codifica en la señal.
Hay
gran cantidad de parámetros usado para describir la cantidad en una señal de
video. Uno de los que se usan comúnmente es la relación señal-ruido (SNR),
ganancia diferencial (DG), y diferencial de fase (DP). Las cuales describiremos
a continuación:
SNR:
la relación señal-ruido nos indica que tan clara y nítida
en la imagen. Una imagen que es muy sharp
y limpia tiene una gran cantidad de SNR. Contrariamente, una imagen que muestra
mucha nieve u otro tipo de interferencia tiene un pequeño o bajo SNR. Un SNR de
67dB se puede decir que es un video con “calidad
de estudio” mientras que el típico sistema de cable entrega 45-50dB a un
hogar promedio.
DG:
La ganancia
diferencial mide la porción de la señal de video que controla cuanto brillo
debe tener un punto. En otras palabras, se puede considera como una señal
perfecta la que tiene cero distorsión DG mostrará todo en la imagen a un
exacto nivel de brillo. Sin embargo, si la imagen tiene una gran cantidad de
distorsión DG, la sombra del brillo estará mal. Por ejemplo, un objeto que se
supone es blanco puede parecer verde. DG está usualmente del rango entre el 1%
y 5%.
DP:
El diferencial de fase mide la porción de la señal
de video que controla el color, hue, o sombra. Una imagen
que tiene cero distorsión DP mostrará los colores correctos. Una imagen con
gran cantidad de distorsión DP mostrara colores que no serán los correctos.
Por ejemplo, si un LEAF que se supone es verde puede
parecer amarillo. DP es usualmente menor a 6 grados.
Hay
3 métodos predominantes de codificación para una señal de vídeo: modulación
en amplitud (AM), modulación en frecuencia (FM) y modulación digital. La
diferencia entre los diferentes schemes
de modulación se puede comprender examinando su frecuencia
correspondiente en el espectro. La banda más simple de AM ocupa la región de
DC cerca de 5MHz y requiere el ancho de banda menor.
El cuerpo humano percibe el sonido como un cambio en
la presión del aire en el tímpano. Es una forma de energía mecánica que se
representa por una onda sinusoidal que muestra vibraciones a lo largo del
tiempo. Este tipo de ondas vienen caracterizadas por dos parámetros:
Nosotros percibimos la amplitud como la intensidad
(o volumen) del sonido y la frecuencia como su tono (o altura). Cualquier
forma de onda periódica puede descomponerse en múltiples ondas sinusoidales
cuyas relaciones de frecuencia son múltiplos enteros de una frecuencia
denominada fundamental. Las otras ondas sinusoidales en la serie tienen
frecuencias que son 2, 3, 4 veces, y así sucesivamente, la frecuencia
fundamental y se denominan armónicos. Las intensidades relativas y el
contenido en armónicos dan a cada onda un sonido único y característico que
se conoce como timbre (o color tonal).
Interviniendo sobre estas tres características:
intensidad, tono y timbre, no se logra una síntesis fiel del sonido
real. Todavía hay que considerar los ruidos inherentes a cualquier sonido
(arrastre de los dedos, sibilancia de los labios, impacto de los mazos, etc.)
que son las señas de identidad imprescindibles para caracterizarle. Es lo que
se denomina la envolvente. Los procedimientos de síntesis de sonido
intervienen sobre las cuatro características de la envolvente: ADSR (Attack,
Decay, Sustein y Release) o ataque, caída, parte sostenida y extinción.
La representación de la forma de la onda sonora
mediante un osciloscopio demuestra toda esta complejidad. Pero aún así, los
hallazgos de Fourier demostraron que cualquier onda, por compleja que sea, puede
reconstruirse a partir de la suma de ondas simples, a veces infinitas, aunque
bastan sólo unos pocos componentes para aproximarse al sonido real con un grado
de precisión aceptable. La aplicación de este principio nos introduce
directamente en la producción electrónica del sonido a partir de unos sonidos
simples que incluso pueden tenerse dispuestos en una librería. Es lo que se
llama síntesis digital del sonido.
En los apartados siguientes se definen distintos
conceptos relacionados con el tratamiento del sonido.
Sintetizadores
Son instrumentos musicales electrónicos capaces de
generar sonido manipulando en tiempo real diversos parámetros (intensidad,
tono, timbre y componentes de la envolvente). Los sintetizadores son polifónicos
(producen varias notas a la vez) y pueden ser politímbricos (para cada voz),
con lo que se parecen a los instrumentos tradicionales. La síntesis del sonido
es la conjunción de tres componentes:
Existen módulos adicionales controladores que
perfilan aún más la onda producida: el generador de envolvente (EG: Envelope
Generator) y el oscilador de baja frecuencia (LFO: Low Frequency
Oscillator). El generador de envolvente permite controlar los cuatro parámetros
de la envolvente ataque (A), caída (C), parte sostenida (S) y extinción (R) o
incluso combinaciones selectivas hablándose de AR, ADR, DADSR.
La
arquitectura clásica de los sintetizadores está basada en la síntesis
sustractiva, cuyo nombre procede del hecho de que los timbres de las notas
se conforman eliminado o filtrando armónicos. Existen otras tecnologías de síntesis
como la síntesis aditiva, que recompone las formas sonoras desde cero
controlando la amplitud de cada armónico de los 16 o 32 existentes por tono lo
que demanda cálculo intensivo y la síntesis FM que modula las
frecuencias de uno o varios osciladores con las de otros, etc.
En
telecomunicaciones de larga distancia la fibra óptica tiene un gran desempeño
por lo que se va volviendo cada vez más indispensable.
Entre
sus múltiples ventajas se puede mencionar que la fibra puede transmitir gran
cantidad de información, decenas de miles de millones de bits por segundo sobre
decenas de kilómetros.
Para
el proceso de digitalización, hablando de una señal de video, se deben tomar
muestras de tiempo por cada parte de la imagen, conocidos como “pixeles” se
deben de muestrear lo suficientemente rápido para evitar que la imagen sufra
distorsión o que presente partes que no son propias de la imagen.
La velocidad de muestreo debe ser mas alta que el doble de la frecuencia
de la componente más alta.
Entrando al tema del muestreo se puede mencionar que la señales que
portan información se tienen que poder conseguir tanto de forma analógica como
de forma digital o discreta. Es necesario determinar las condiciones para
convertir una señal analógica en discreta, o viceversa, sin perder información.
Debe ser posible reconstruir completamente la señal original por medio de
filtros.
El enlace entre señales analógicas y discretas lo proporciona lo que se
conoce como teorema de muestreo. El teorema de Muestreo es la base fundamental
de los sistemas de transmisión ya que el impone algunas condiciones para su
posterior recuperación. El teorema de Interpolación es la continuación del
teorema de muestreo
TEOREMA
DE MUESTREO
En
la Naturaleza nos encontramos con señales continuas en el tiempo, frente a las
señales discretas, único tipo de señales “manejables” por los sistemas
digitales.
Señales Continuas (en el tiempo):
x(t)
Señales Discretas (en el tiempo):
x[n]
Bajo
ciertas condiciones una señal continua puede ser completamente representada y
puede ser perfectamente recuperada a partir de valores instantáneos
consistentes en muestras equiespaciadas de dicha señal.
En lo que sigue intentaremos descubrir cuales son dichas condiciones, lo
que nos llevará a enunciar el Teorema de
Muestreo, base de todo el Procesado Digital de Señal.
Los ordenadores, microprocesadores, DSP’s,... son dispositivos
digitales que trabajan únicamente con señales discretas (también llamadas
secuencias), x[n], definidas sólo para n = 0, ±1, ±2, ... y que se forman a partir de una señal continua de la siguiente
manera:
x[n] = x(nTs)
con
Ts : periodo de muestreo
Fs = 1/Ts : frecuencia de muestreo
La transformación de una señal continua en su equivalente discreto se
realiza en dos pasos: primero se multiplica la señal por un tren infinito de
deltas de Dirac espaciadas Ts segundos; posteriormente, la señal
resultante atraviesa un Conversor Continuo-Discreto. Este proceso y las señales
que intervienen se muestran en las siguientes figuras.
x(t):
señal continua original
xs(t):
señal muestreada
x[n]:
señal discreta
En este instante nos centraremos en determinar bajo que condiciones
podemos recuperar de forma perfecta e inequívoca x(t) a partir de xs(t),
pues, a priori, existen infinitas señales que en los instantes de muestreo
pasan por los valores de xs(t), tal y como muestra la figura 2.
Para ello, vamos a relacionar el espectro de la señal original y el
espectro de la señal muestreada.
En la figura 3 se pueden observar los efectos del muestreo tanto en el dominio
temporal como en el frecuencial. Notar que el muestreo consiste en el producto
de una señal por un tren infinito de deltas equiespaciadas Ts, lo
que se traduce en el dominio espectral en la convolución por un tren infinito
de deltas equiespaciadas ws=2p/Ts. Tal y como desarrollaremos
analíticamente de forma posterior, la señal muestreada resultante poseerá un
espectro formado por infinitas réplicas del espectro original centradas en múltiplos
de la frecuencia de muestreo.
De forma analítica, y recordando previamente las expresiones de la
Transformada de Fourier y de la Transformada Inversa de Fourier de señales
continuas:
podemos, según el diagrama de bloques de la figura 1.a, escribir
y por la propiedad de modulación podemos obtener la transformada de
Fourier de la señal muestreada:
Dado que el
espectro del tren de impulsos es:
el espectro de la señal muestreada queda:
A la vista de esta expresión podemos confirmar lo que ya habíamos
observado de forma gráfica, es decir, que el espectro de la señal muestreada,
Xs(w),
consiste en réplicas del espectro original, X(w),
centradas en múltiplos de ws
y escaladas por un factor de 1/Ts.
Retomando nuestra pregunta sobre las condiciones que se deben cumplir
para poder recuperar la señal original x(t) a partir de la señal muestreada xs(t),
y a la vista de la figura 3 y de la expresión de Xs(w),
podemos decir que si muestreamos una señal a una frecuencia de muestreo por encima del
doble de su máxima frecuencia podremos recuperar la señal original mediante un
filtro paso bajo ideal con ganancia Ts y frecuencia de corte
(ver figura 4).
Nos encontramos, pues, en condiciones de enunciar el teorema de muestreo.
Teorema de Muestreo:
Sea
x(t) una señal de banda limitada, es decir,
, entonces x(t) queda totalmente representada por sus muestras equiespaciadas
Ts, siendo
la frecuencia de muestreo
A la frecuencia mínima de muestreo
se le denomina Frecuencia de Nyquist.
Muestrear a una frecuencia inferior a la de Nyquist provoca solapamiento
espectral (Alliassing, figura 4.c) y la imposibilidad de recuperar la señal
original.
(8
MHz para una ancho de banda de 4 MHz en NTSC). Esta es la velocidad de muestreo
mínima teórica, llamada “velocidad o frecuencia de Nyquist” en honor a
Harry Nyquist de Bell Labs, pionero en la teoría de la información y en cuyo
honor también se nombra al filtro usado en la demodulación de TV.
Si no se muestrea arriba de la velocidad de Nyquist, se tendrá
“aliasing”, un artifacto en la imagen. Ejemplo de aliasing: la rueda del
tren que gira hacia atrás, en cine o en televisión, porque el proceso
cinematográfico es un proceso de muestreo en el cual se toman 24 (30 para TV)
muestras por segundo y ello no es suficiente para representar fielmente lo que
hace la rueda.
En la práctica, debemos muestrear más arriba del doble de la frecuencia
más alta. Al hacerlo, se facilita el correspondiente proceso de filtraje. En
NTSC, una frecuencia común de filtraje es 4 veces la subportadora de olor
(14.318 MHz) y se representa como 4Fsc. También es común 5Fsc (17.9 MHs), que
está cerca de 4Fsc para señales PAL
Se puede representar la Muestra y Sostén en la conversión A/D con un
circuito T. A la entrada un switch S1 que se cierra una vez por píxel, almacenándose
el voltaje de video en un condensador C1, en paralelo a tierra, que mantiene el
voltaje mientras se hace la conversión A/D a la salida, para entregarse ya los
datos digitales. Cada píxel se representa por 8 a 10 bits.
Muestreadores o digitalizadores de sonidos
Los muestreadores o digitalizadores de sonidos son
aquellos que permiten capturar fielmente cualquier clase de sonido y
posteriormente procesarlo en forma digital, es decir bajo forma de ceros y unos.
Los datos analógicos, forma en que se presenta el sonido en su forma audible,
se transforman en digitales para ser entendidas por el ordenador a través de
los convertidores A/D o D/A según que el paso sea en una dirección u otra. Se
denominan ADC (Analog to Digital Converter), si son convertidores de analógico
a digital, o bien DAC (Digital Analog Converter) si son convertidores de
digital a analógico.
La conversión se realiza con elementos comparadores
con dos entradas. En una se aplica la señal analógica de entrada (E), y en la
otra una tensión fija de referencia, (R). Mientras las señal E<R la salida
presenta un 0 lógico; cuando E>R el estado cambia a 1 lógico. A esta señal
se le puede aplicar más o menos bits de información.
Con cuatro bits la magnitud analógica se transforma
en 2
=
16 posibles niveles. Con 8 bits en 256 niveles y con 16 bits en 65.536. Esto se
denomina resolución o tamaño de la muestra o intervalo dinámico
(sample size) que es el número de bits utilizados para definir cada
muestra en particular. Un grado de resolución mayor determinará la existencia
de una mayor cantidad de números mediante los cuales se puede definir un
sonido, lo que se traducirá en una representación más exacta del mismo. Con 8
bits se consigue una calidad válida para voces humanas o emisoras de FM. Una
calidad de música de alta fidelidad exige una resolución de 16 bits similar a
la del oído humano.
El otro concepto que se utiliza es la frecuencia
o tasa de muestreo (sampling rate) o número de veces por segundo
que se realiza la conversión analógico-digital o digital-analógica de una señal
para obtener/colocar el valor de su tono. La cadencia de muestreo determina la máxima
frecuencia que se puede manipular. Como norma, y según el teorema de Nyquist,
hay que muestrear a una frecuencia tal que sea el doble de la máxima frecuencia
presente en los datos a tratar. Hay 4 frecuencias de muestreo típicas: 4, 11,
22, y 44 kHz.
La calidad de sonido viene determinada, en
consecuencia, tanto por la resolución (número de bits de la muestra) como por
la tasa de muestreo (frecuencia o número de muestras por segundo). Cuanta más
información haya más fácilmente se reconstruirá el sonido original pero
también mayor será el tamaño del fichero y más exigirá al procesador del
ordenador. Por tanto se produce un compromiso entre la calidad deseada y los
recursos de espacio y proceso asignados.
El método de digitalización más extendido se
denomina PCM (Pulse Code Modulation) o Modulación por impulsos
codificados. Además del PCM existen otros esquemas de codificación de una señal
analógica entre las que cabe citar el DPCM (Differential Pulse Code
Modulation) o Modulación por código de impulso diferencial, el DM (Delta
Modulation) o Modulación Delta y el PAM (Pulse Amplitude
Modulation) o Modulación por pulso de amplitud.
La CONVERSION A/D se lleva a cabo siguiendo
tres pasos fundamentales:
Existen dos modalidades de producción de sonido:
Además de los
formatos *.WAV y *.MID existen:
Calidad versus tamaño
Existen dos conceptos que controlan la fidelidad con
que se graba y reproduce el sonido digital:
En resumen, para conseguir una fidelidad de sonido en
estéreo se necesita trabajar con un tamaño de la muestra de 16 bits y a una
velocidad de muestreo de 44,1 kHz. Sin embargo, cuando se quiere grabar voces
humanas se puede utilizar menor calidad, por ejemplo, sonido monoaural a 8 bits
con una velocidad de muestreo de 11'025 kHz. De todas formas, el inconveniente
del audio es la cantidad de espacio en disco que necesita. La siguiente tabla
muestra una comparativa de tamaños entre baja y alta calidad:
|
|
|
|
|
|
Tamaño |
|
|
Tipo |
Tamaño |
Frecuencia |
Canales |
Por
s. |
Por
min. |
Por
hora |
|
Baja
Calidad |
8
bits |
11'025 kHz |
1 |
11 kB |
646
kB |
4
MB |
|
Alta
Calidad |
16 bits |
44'1 kHz |
2 |
172 kB |
10'4 MB |
620
MB |
El tamaño que ocupa una digitalización se puede
calcular fácilmente, aunque dependerá del formato en que se almacene, ya que
cada uno utiliza más o menos datos para almacenar el sonido, y mejores o peores
técnicas para comprimir estos datos. El tamaño de un sonido se relaciona
directamente con el número de bits por muestra.
Genéricamente
se puede calcular el tamaño de un fichero de sonido sabiendo cuántos bits se
utilizan para cada muestra, que pueden ser 8 o 16 bits y multiplicando el número
de muestras por segundo por el número de bits utilizados en cada muestra. Por
ejemplo, para digitalizar a una frecuencia de 40kHz con 8 bits de resolución,
se estarán utilizando 40.000 bytes por segundo de digitalización. Pero si en
vez de 8 bits utilizamos 16 bits el tamaño se doblará, es decir, 80.000 bytes
por segundo de digitalización. No debe despreciarse el número de canales de un
sonido; este valor especifica cuando la grabación produce una onda (sonido
monoaural) o produce dos ondas (sonido estéreo). El sonido estéreo produce una
mejor sensación espacial pero también requiere el doble de capacidad de
almacenamiento.
|
|
En
modo monoaural |
|
En
modo estéreo |
|
|
Frecuecia |
8 bits |
16 bits |
8 bits |
16 bits |
|
11'025 |
0'646 |
1'3 |
1'3 |
2'6 |
|
22'05 |
1'3 |
2'6 |
2'6 |
5'2 |
|
44'1 |
2'6 |
5'2 |
5'2 |
10'4 |
La tabla anterior muestra el tamaño de distintas
digitalizaciones de sonidos. Estos tamaños son relativos ya que prácticamente
todos los programas y aplicaciones que utilizan o generan archivos de sonido lo
hacen de forma comprimida, es decir, utilizan una serie de algoritmos que
convierten los datos a la hora de almacenarlos en otros que ocupen menos y
cuando es necesario utilizarlos vuelven a ser descomprimidos a su estado
original. medio donde se almacena el sonido digital es idéntico al medio para
almacenar cualquier otro tipo de fichero: un disco magnético, un disquete, un
CD-ROM, etc. La única limitación es la capacidad del medio seleccionado.
Normalmente, y con objeto de facilitar su distribución, los ficheros de sonido
digital (como cualquier otro elemento multimedia) suelen distribuirse en CD-ROM.
El espacio de almacenamiento de un disco de CD-ROM se
puede calcular fácilmente. Para ello es conveniente saber que los fabricantes
de discos CD-ROM son los mismos que los que fabrican discos compactos musicales.
Hoy por hoy, estos últimos tienen un número de compradores mucho mayor, por lo
que el tamaño de los discos de CD-ROM está supeditado a los discos musicales.
Tiene una explicación sencilla, los primeros discos compactos tenían una
duración de unos 60 minutos, lo cual supone a efectos de datos un total de 552
MB según la siguiente operación:
60 minutos x 60 segundos x 75 sectores x 1.024 bytes
x 2 canales = 552.960.000 bytes.
Los fabricantes de discos musicales aumentaron la
duración de sus discos a 74 minutos, que es lo que suelen tener en este
momento, por lo que el tamaño actual de los discos de CD-ROM es de unos 680 MB.
La siguiente tabla muestra una comparativa, con
tiempos aproximados de ocupación en distintos soportes:
|
|
CD-ROM (680 MB) |
Disco
Magnético (100 MB) |
|
Baja
Calidad |
17
horas 10 minutos |
2
horas 31 minutos |
|
Media
Calidad |
2
horas 10 minutos |
19
minutos |
|
Alta
Calidad |
74
minutos |
9
minutos |
1830-
Ohm enuncia su Ley.
1900-
John Tyndal demuestra la conducción de la luz en un chorro de agua.
1926-
Primera demostración de TV por aire (John Baird en Londres).
1936-
Primer servicio regular de TV en la BBC de Londres.
1941-
Nacen las Normas de NTSC (National Tevlevision Standards Comité) para TV en
blanco y negro.
1945-
El sueño de Arthur C. Clark (escritor de ciencia ficción que predijo las
comunicaciones vía satélite.
1948-
Primer sistema de TV por Cable (STVC) en Mahoney City Pa. En ese tiempo solo
existían 48 televisoras en E.U. dando servicio a un millón de televisores.
Susto para el gobierno. La FCC (Federal Communications Commission) congeló la
autorización de nuevas televisoras en los E.U.
1950-
Nace la empresa Jerrold (líder y prototipo fabricante de equipo y accesorios
para TVC.
1952-
Termina la congelación en E.U. para estaciones televisoras. Inicia la TV en
Canadá y México.
1953.-
Se modifica la Norma NTSC para incluir color.
1965.-
Primer satélite geoestacionario: El pájaro madrugador (early bird).
1966.-
Nacen las comunicaciones por fibra óptica.
1970.-
Corning produce fibra óptica con una atenuación de 20 dB/Km.
1972.-
Revolución en la TVC al recibir señales vía satélite. 3,100 sistemas de TVC
en E.U. dan servicio a 8.5 millones de suscriptores.
1978.-
55 sistemas en México dan servicio a 165,00 suscriptores.
1979.-
La SCT de México congela la expedición de permisos y concesiones de TVC.
1980.-
Intensificación de estudios sobre fibra ópticas de multimodo hacia unimodo
1300 nanómetros (nm). La mayoría de los STVCs en E.U. solo proporcionaban 12
canales!
1982.-
24.9 millones de suscriptores en E.U.
1983.-
Termina congelación en México. Los sistemas existentes (aproximadamente 55),
daban servicio a unos 300,000 suscriptores.
1984.-
Se modifica la Norma NTSC para incluir estereofonía en TV por aire.
1985.-
Desregulación de FCC sobre TVC. El interés se concentra en radiación.
1986.-
Primeros sistemas de fibra óptica con repetidores a 30km.
1987.-
Se producen fibras ópticas con atenuación de 0.2 dB/Km. 65% de penetración de
TVC en Canadá. 352,000 suscriptores en México.
1988.-
Primer sistema trasatlántico de fibra óptica TAT-8 (8,000 circuitos telefónicos).
1989.-
511,000 suscriptores en México.
1990.-
El STVC promedio en E.U. entrega 40 canales. 50 millones de suscriptores en E.U.
(60% de penetración). 10,000 STVCs en E.U.
700,000
suscriptores en México.
1991.-
Canadá es la segunda ciudad más cableada “per capita” en el mundo (la
primera es Bélgica), pues tiene 7 millones de suscriptores (74% de penetración).
Intenso
desarrollo de fibras ópticas en TVC. En el horizonte se perfilan nuevos
servicios. Expansión del ancho de banda hasta 1 GHz y la TV digital comprimida.
1992.-
Fibras ópticas, la mejor opción en largas distancias. Nuevas arquitecturas en
TVC- incorporando fibras ópticas. Re-regulación de FCC sobre STVCs. La TV
digital comprimida se hace realidad.
1993.-
Fusión de empresas telefónica y de TVC.
1994.-
PCTV de México transmite TV digital comprimida y codificada hacia los sistemas
mexicanos de cable. Comienza la era de la interactividad.
1995.-
El 7 de junio de 1995 se promulga la Ley Federal de Telecomunicaciones. Los
STVCs se transforman en Redes Pública de Telecomunicaciones.
1996.-
En abril, CANITEC reporta: 190 Sistemas sirviendo a ciudades y
poblaciones de México, con un total de 1,250,000 suscriptores; 90 sistemas por
operar; 60 canales generados en los sistemas; 5,500 Km de Troncal; 35,000 Km de
línea alimentadoras o de distribución y un promedio nacional, en el ancho de
banda, de 400 MHz.
1997.-
La competencia de los sistemas DBS, en todo su esplendor.
En
junio la CANITEC reporta 205
sistemas con 113 extensiones, un total de 318 ciudades y poblaciones, y un total
de 1,450,000 suscriptores; 63 sistemas por operar; 72 canales generados en los
sistemas; 38,011 kilómetros y un promedio nacional, en el ancho de banda, de
430 MHz.
1998.-
Televisión Digital, Servicios digitales de alta velocidad y primeras formas de
Telefonía por cable, serán los temas predominantes a partir de este año. En
E.U. el 24 de junio de 1998 se anuncia la adquisición de TCI cable (más de 14
millones de suscriptores) por parte de AT&T y se proclama la supremacía de
los sistemas de Cable.
En
México, en julio, la CANITEC reporta 227 sistemas en operación con 128
extensiones, un total de 355 ciudades y poblaciones y 1,383,047 suscriptores; 43
sistemas por operar y un promedio nacional, en el ancho de banda, de 463.4MHz.
La construcción de un enlace por fibras ópticas, dentro de un Sistema,
o entre sistemas de Telecomunicaciones por Cable, se realiza con equipos y
materiales necesarios, según la estructura, arquitectura o configuración que
marca el correspondiente diseño.
En
dichos enlaces se requiere, como mínimo, un transmisor, el cable por fibra óptica
y el receptor. Genéricamente, el transmisor en la Cabeza o CRC (Centro de
Recepción y Control) es parte de un transductor que convierte información electrónica de radiofrecuencia, en
información óptica que pueda viajar por la fibra hasta el extremo receptor
donde se encuentra el transductor inverso, es decir, el que convierte la
información óptica a la información electrónica de radiofrecuencia.
Original.
En otras palabras, en el caso del servicio de TVC, los 60 u 80 canales de
TV que entrega la Red Combinadora constituyen la información electrónica de
radiofrecuencia original que modula la intensidad de la luz coherente emitida
por el LASER (light amplification by stimulating emisión
of radiation) Después de viajar por la fibra óptica se llega al receptor, el
correspondiente transductor que convierte la señal óptica en señal de
radiofrecuencia, usualmente por medio de diodos PIN
(positive-intrinsic-negative) fotodetectores.
En el campo de la TV por Cable se utilizan enlaces de fibra óptica para
enviar señales analógica de TV en el formato convencional que modulan la
intensidad (AM o modulación de amplitud) de la señal óptica, lo cual tiene
repercusiones económicas muy sobresalientes ya que, de usarse transmisión
digital, se tendrían altos costos por las conversiones analógica-digital-óptica,
en el transmisor y luego óptica-digital-analógica en el receptor. Lo anterior
implica alta linealidad en el LASER empleado. Tambíen hay requerimientos
particulares para el tipo de fibra y receptores utilizados.
Los tipos de LASER usuales, en la actualidad (febrero de 1994),
comprenden, el Fabry-Perot y el DFB (distribured feed back), directamente
modulados. Hay tendencias hacia otros tipos de LASER, de constituciones diversas
y externamente modulados.
En cuanto a los tipos de fibra, esencialmente de cristal o dióxido de
silicio, que pueden ser unimodales (un solo rayo de luz), o multimodales (muchos
rayos de luz), son indicadas las primeras (unimodales), por el grado de calidad
que se requiere en TV por Cable.
Al expresar la región del espectro en que se opera, no se nombran rangos
de frecuencia, sino “ventanas” de las longitudes de onda, y las unidades
empleadas son los Nanómetros (un nanómetro, nm, es igual a la milésima parte
de una micra, es decir, es la milésima parte de una millonésima de un metro).
En TV por Cable actualmente se opera en la región de los 1310 nm. Mucho equipo
disponible ahora puede operar, alternativamente, también en 1550 nm, llamada
ahora la ventana del futuro, en la que, fundamentalmente, se tienen muy bajas
atenuaciones.
Simplificadamente puede decirse que las fibras ópticas están formadas
por dos conductores concéntricos (coaxiales, por tener el mismo eje
longitudinal) de cristal llamados Núcleo o Centro (Core), y cubierta o
vestidura (clad), fabricados con índices de refracción diferentes, de tal modo
que, en el interior de la fibra, pueda tenerse una Reflexión Total, que es el
principio básico de operación de la fibra.
El diámetro de la fibra en sí, es del orden de unas 150 a 250 micras;
se fabrican carretes de cable de fibras, que van súper protegidas, de las
longitudes que el cliente desee. La atenuación de la fibra es del orden de 0.3
dB/Km.
A continuación se explicará brevemente un sistema de TV por cable
implementación con equipos ópticos, se describe el transmisor Jerrold AM-550
AT, cable ORF-(2 a 8)-FMS de Comm/Scope y el receptor Starlite AM-550R también
de Jerrold:
El transmisor STARLITE AM-550 AT opera en 1310 nm. Usa un LASER DFB de
alta linealidad, con un Aislador interno para lograr un mínimo excepcional de
ruido. Se pueden transmitir hasta 80 canales de TV sobre una o dos fibras.
Asimismo, pueden tenerse dos LASERs independientes, o uno en operación y el
otro de reserva o redundante. El sistema está alimentado por una fuente de
alimentación de alta eficiencia, regulada, tipo switcheo, y totalmente
protegida contra sobrevoltages y sobrecorrientes. Como opción, el chasis puede
acomodar también un módulo para monitoreo y otro para la recepción del
retorno óptico, si fuera el caso. La potencia de transmisión es de 4.5 a 6.0
mW (6.5 a 7.8dBm). LA señal de entrada es de 25 a 35 dBmV por canal, para 40
canales. La impedancia de entrada es de 75 Ohms. Un mínimo de 16 dB como pérdida
del retorno en la entrada. El índice
óptico de modulación es de 5.5% por canal (nominal a 40 canales). El ancho de
banda de modulación es desde 53 hasta 552 MHz, opera a 115 volts AC@60Hz,
consume 75 Watts, como máximo y puede operar en un rango de temperaturas de 0 a
50 grados centígrados.
Por otra parte, la empresa Comm/Scope ha diseñado un cable de fibras ópticas
dedicado a cumplir con las demandas de la industria de la TV por Cable. Dicho
cable tiene el no. De parte ORF-nnn-FMS (se reemplaza nnn con el número de
fibras).
En las arquitecturas de Sistemas de TV por Cable que ya incorporan fibras
ópticas, sólo se requieren de 2 a 8 fibras en cada nodo.
No
es costeable usar cables de la industria telefónica, porque se colocan esas 2 a
8 fibras en cables diseñados para 24, 36 ó 48 fibras por cable. Con el cable
de que se trata se tienen ahorros considerables en TVC.
El
cable ORF-(2 a 8)-FMS tiene un diámetro exterior de 8.8 mm; pesa 86 kg/Km y es
del tipo ARMOR (superprotegido). Es del tipo unimodal, a 1310/1550 nm y tiene
una atenuación máxima de 0.35/0.25 dB/Km.
El
receptor STARLITE AM-550R es un módulo compatible con las estaciones Troncales
Starline X y SX de Jerrold. Esto significa que este receptor se enchufa como un
módulo troncal en la caja correspondiente de una estación troncal convencional
y entrega, después de la conversión óptico/electrónica, niveles típicos en
troncal para alimentar la planta coaxial. Las principales especificaciones del módulo
receptor incluyen: 2 detectores ópticos (uno por cada fibra). Longitud de onda
1310 nm +/- 20 nm. El nivel óptico de entrada es de 0 a –9 dBm. Se energiza
con los 24 V DC de la caja troncal. Consume 22 Watts. La pérdida
del retorno es de 16dB y puede operar desde –40 hasta 60°C.
Febrero
de 1994
La
tecnología digital está reemplazando a la analógica. Se analizan en que
puntos va predominando la señal digital.
En
la terminal del suscriptor:
Están
cambiando las funciones de la conocida “caja encima del televisor”
(decodificador). Las primeras cajas eran, primero convertidores de frecuencia y
sintonizadores. Luego se les agregó la capacidad de “adresar” y codificar.
Pero la nueva caja es una verdadera estación digital, que tiene que ver con
muchas funciones, como: seguridad (codificación/decodificación); Menús (guías
para la navegación); monitoreo de la señal digital (cuidando la integridad de
la señal y el nivel de errores); interfaz para el mantenimiento centralizado;
corrección de errores en la señal; interfaz con otros sistemas (telefonía,
cajas para juegos, computadoras, etc.)
En
la acometida:
Los
cambios demográficos de los clientes están creando retos como el del
“trabajo en el hogar”, que harán que el suscriptor tenga que usar nuestro
cable más como una conexión a su computadora, que como un sistema distribuidor
de señales de televisión. Esto significa que lo que se tiene instalado está
madurando para convertirse pronto en una espina dorsal de una LAN (red de área
local) con base en la casa. Los multiderivadores o taps son los puntos de
partida para interfaces de red hacia terminales de computadora, artefactos del
hogar, dispositivos de seguridad en la casa e inclusive otros servicios no-eléctricos.
En
troncal y distribución:
Dentro
del cable analógico se ha incluido ya, poco a poco, troncales de fibra óptica,
para tener más confiabilidad e inmunidad contra el ruido. Cable digital
compensará más aún la inversión en fibra y dará más ventajas. Se hacen
posibles tramos más largos sin repetidores, porque las señales digitales
pueden re-crearse y no simplemente amplificarse. Por lo que, menos repetidores
significa menos mantenimiento.
Los
formatos de la señal digital significan que es más fácil interconectarse con
proveedores de otros servicios. Existen múltiples “jerarquías” de señales
usadas por computadoras y telefonía, que en el cable pueden fusionarse una vez
que el formato de la señal se vuelve digital. Las tecnologías de multiplexión
digital permiten la fácil incorporación o carga y descarga de “canales”
individuales. Este tipo de servicio ya no queda limitado a una cabeza completa.
El
ser capaz de cambiar los contenidos del ancho de banda tiene beneficios en el
mundo tradicional del entretenimiento y
más resultarán al considerar las implicaciones con nuevos servicios. Al usar
sistemas digitales de conexiones cruzadas, las interconexiones de computadora
telefonía pueden hacerse a nivel troncal, como en la cabeza. Esta tecnología
de compatibilidad de niveles descentraliza la inserción de contenido y de
servicio. Esto significa que resultan muchas más las alternativas del
consumidor y que el operador de cable tiene el potencial de más alternativas de
ingresos a menores costos.
En
la cabeza:
Se
necesita más de todo. Esto ha cambiado el formato preferido de las señales de
televisión. Pero, más de qué? Se puede comenzar mencionando la capacidad de
canales. Analógicamente, es decir, con tecnología analógica, se pierden 6 MHz
por canal, usando la norma NTSC (comité nacional para el sistema de televisión),
suministrando hasta 80 canales de programación analógica en un Sistema de 550
MHz- y esto es la parta alta de la capacidad en ancho de banda. Más canales
para nichos de mercado. Más servicios, como compras desde casa, juegos y TV
interactiva en general. Lo analógico tiene un límite en ancho de banda. Lo
digital, con compresión, incrementa tal capacidad.
Aparte
de la capacidad, la digitalización es estimulada por los proveedores de
contenido. El desarrollo de la programación y las ediciones, desde el
entretenimiento hasta la publicidad, se logran fácilmente con la tecnología
digital. Lo análogo requiere re-tomas completas de escenas y fuerza, o forza,
al personal creativo y de producción a estar “in situ” (en el sitio), o,
cuando menos, geográficamente cerca de las facilidades de producción.
La
producción digital es indulgente. Los errores en multimedia pueden corregirse
por medio de “corte y empaste”, justo como simples errores de texto. Los
problemas de calidad pueden eliminarse en una computadora terminal de 50 mil dólares
(y constantemente cada vez más barata), en lugar de hacerlo a base de un lote
multimillonario de producción. La comunidad creativa que escribe, edita e
inserta efectos especiales no necesita localizarse físicamente en ciudades de
alto costo de producción. El contenido digitalmente codificado puede
transportarse fácilmente por un medio de comunicación, de una ciudad a otra.
Servicios
como juegos de video, compras, telefonía, recuperación de información y
procesamiento transaccional, seguramente residirá en video-servidores digitales
dispersos por el mundo. Además de la calidad suministrada por esta tecnología,
el enrutado de la información a esta escala y a esta velocidad, solamente es
posible con la tecnología digital. Un ejemplo es la capacidad multimedia, hecha
posible con un medio de banda amplia y con ATM (modo asíncrono de
transferencia).
Ya
están contados los días de las pilas o montones de Videocaseteras en las
cabezas. La piedra del escándalo que constituían los altos costos de
almacenamiento digital, está rápidamente desapareciendo y nadie querrá tratar
con cintas de cambio mecánico, cuando una terminal digital puede programar un día
completo y hasta una semana de publicidad o programación específica; tiene
mucho sentido la inserción de anuncios digitales. La distribución es mucho más
fácil. Los cambios son mucho más simples.
Desde
luego que la codificación de señal ya se hace en un sistema analógico, pero
es relativamente fácil de “tronar” o comprometer. Por otro lado, la
codificación digital ha tenido por años el beneficio de la tecnología de la
encripción proviniente directa de aplicaciones gubernamentales de
alta-seguridad. Tan pronto como la señal de cable sea digital, se tendrán las
ventajas de los sistemas de seguridad que van más allá de aplicaciones en el
entretenimiento. De hecho se dice que habrá una mejor posición al suministrar
una telefonía más segura de la que se dispone en un par torcido.
Julio
de 1996
*************************************à
Transmisiones
digitales VS transmisiones analógicas
Los circuitos analógicos requieren una correspondencia precisa entre la
entrada y salida, pero a velocidades relativamente bajas. En cambio, los
circuitos digitales permiten una correspondencia muy floja entre salida y
entrada, pero deben operar a velocidades mucho más altas. Forma fácil de
construir circuitos integrados baratos: más baja precisión, pero más alta
velocidad.
Los datos analógicos pueden almacenarse en dispositivos de carga
acoplada, pero difícilmente por largo períodos de tiempo, porque el nivel de
voltaje debe ser preciso. En cambio, se pueden almacenar datos digitales sin degradación
y por largos períodos, porque, en este caso, se almacenan uno de los dos
niveles de carga, que representan el lógico UNO o el lógico CERO, datos
digitales compuestos de sólo esos dos estados.
Cuando se recuperan los datos, se necesita sólo distinguir entre estos
dos niveles. Pero se debe almacenar muchísimas piezas de información (bits o
binary digit) para representar los que se ha almacenado en sólo una pieza de
información analógica. Sin embargo, se puede almacenar muchísima información
digital más fácilmente que una sola pieza de información analógica.
Sin embargo, el mundo es analógico y, por ello se comienza por convertir
información de forma analógica, a digital. Se usa un convertidor A/D. Antes,
se debe muestrear la señal. Es, en efecto, el congelamiento de la señal en un
valor particular y mantenerlo ahí hasta el siguiente tiempo de muestreo.
(Las imágenes de TV se dividen o descomponen en cuadros. Un cuadro es
una muestra de una imagen completa, tomada 30 veces en un segundo, en el sistema
NTSC. Cada cuadro completo esta compuesto por dos campos. Dos campos hacen un
cuadro. Se tienen 30 cuadros por segundo, o 60 campos por segundo)
Se puede mencionar la diferencia entre señales digitales y analógicas
CAPITULO
8.- Prototipo de una plataforma
digital.
LINKS DE INTERES
http://www.oocities.org/tecnocommx/Paginas/Capitulo_2.htm
http://centros5.pntic.mec.es/cpr.de.aranjuez/foro/tecno/informatica.html
http://www.tiramillas.net/videojuegos/guiautil/formatosvideo/digitalizacion.html
http://links.epanorama.net/links/video.html
http://www.inforamp.net/~poynton/PDFs/TIDV/Basic_principles.pdf
(IMPRIMIR)
VIDEO
http://www.cybercollege.com/span/tvp016.htm
(Manteniendo la calidad del video)
http://www.video-computer.com/video.htm
TELECOMUNICACIONES