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DVB vs Digicipher II Introducción Los estándares más comunes para la distribución de señales de televisión vía satélite son el DVB (Radiodifusión de Video Digital, por sus siglas en ingles), utilizador por case todos los países del mundo, y el Digicipher, desarrollado por Motorola® y utilizado principalmente por Canadá, Estados Unidos y actualmente por PCTV (Productora y Comercializadora de Televisión) en México. Aun cuando ambos estándares están basados en el estándar MPEG2 para la compresión de video, utilizando distintas técnicas de codificación del canal (ver Figura 1). En particular, las técnicas de codificación del canal usadas por Digicipher son propietarias, por lo que no es posible utilizar equipos receptores distintos a los de Motorola o autorizados directamente por Motorola. Estándar MPEG2 [1] MPEG2 es un estándar internacional de compresión digital de audio y video con el que las señales utilizan menor ancho de banda que en su formato analógico. MPEG2 se ha adoptado como el estándar de compresión de televisión digital debido a su capacidad de transportar múltiples canales de televisión en el mismo ancho de banda de una señal analógica. El algoritmo MPEG2 permite tener altos niveles de compresión debido a que explota la redundancia espacial y temporal presente en las señales de video. La redundancia temporal se presenta en cuadros consecutivos de imágenes de la misma escena, siendo muy común que existan solo pequeñas diferencias entre ellos. La redundancia es espacial se presenta cuando alguna parte de la imagen dentro del mismo cuadro se duplica, con algunos pequeños cambios. Algunos cuadros de video tienen algo de redundancia espacial y poca o nula redundancia temporal. Debido a que cada cuadro tiene una compresión diferente, la longitud de los datos resultante es variable, pero la transmisión de estos datos deber ser a una tasa Al canal de Comunicación Mensaje a Transmitir Figura 1: Diagrama Genérico de un Transmisor Digital Codificación del Canal (Corrección de errores y acceso condicional) Modulación Codificación Dela fuente (Compresión)
1 Publicado en Mayo 2002
Claudia González Burguete
DVB vs Digicipher II
Introducción
Los estándares más comunes para la distribución de señales de televisión vía satélite son
el DVB (Radiodifusión de Video Digital, por sus siglas en ingles), utilizador por case todos
los países del mundo, y el Digicipher, desarrollado por Motorola® y utilizado
principalmente por Canadá, Estados Unidos y actualmente por PCTV (Productora y
Comercializadora de Televisión) en México. Aun cuando ambos estándares están basados
en el estándar MPEG2 para la compresión de video, utilizando distintas técnicas de
codificación del canal (ver Figura 1). En particular, las técnicas de codificación del canal
usadas por Digicipher son propietarias, por lo que no es posible utilizar equipos receptores
distintos a los de Motorola o autorizados directamente por Motorola.
Estándar MPEG2 [1]
MPEG2 es un estándar internacional de compresión digital de audio y video con el que las
señales utilizan menor ancho de banda que en su formato analógico. MPEG2 se ha
adoptado como el estándar de compresión de televisión digital debido a su capacidad de
transportar múltiples canales de televisión en el mismo ancho de banda de una señal
analógica.
El algoritmo MPEG2 permite tener altos niveles de compresión debido a que explota la
redundancia espacial y temporal presente en las señales de video. La redundancia
temporal se presenta en cuadros consecutivos de imágenes de la misma escena, siendo
muy común que existan solo pequeñas diferencias entre ellos. La redundancia es espacial
se presenta cuando alguna parte de la imagen dentro del mismo cuadro se duplica, con
algunos pequeños cambios.
Algunos cuadros de video tienen algo de redundancia espacial y poca o nula redundancia
temporal. Debido a que cada cuadro tiene una compresión diferente, la longitud de los
datos resultante es variable, pero la transmisión de estos datos deber ser a una tasa
Al canal de
Comunicación
Mensaje a
Transmitir
Figura 1: Diagrama Genérico de un Transmisor Digital
Codificación
del Canal
(Corrección de errores y
acceso condicional)
Modulación
Codificación
Dela fuente
(Compresión)
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constante, por lo que se pierde un poco el detalle. La compresión de los datos se hace
eliminando un poco de la información de la señal; la información es proporcional al detalle.
Si se quiere una menor compresión se obtiene un mayor detalle y viceversa. La operación
básica del codificador MPEG2 se muestra en la Figura 2:
Adicionalmente a la compresión de video, MPEG2 también permite la compresión de audio
y datos, considerando que cada uno tiene su propia tase de compresión y de transmisión.
Estándar DVB
DVB es un estándar de transmisión basado en la compresión y transmisión del estándar
MPEG2 en audio y video [2]. El DVB es un estándar desarrollado por iniciativa europea, se
utiliza en los cinco continentes y rápidamente se ha convertido en el estándar más
utilizado para la televisión y el radio digital.
El estándar DVB es una tecnología que se conoce como tecnología abierta o pública. Esto
implica que cada proveedor de esta tecnología le puede agregar funciones para hacerlo
más atractivo al comprador, pero todos los dispositivos DVB deben tener como mínimo
algunas características generales, para hacer a todos los dispositivos compatibles entre
si, sin importar la marca.
Las características mínimas requeridas en un receptor del estándar DVB son:
1. Utilizar el estándar MPEG2 en audio y video.
2. Transmisión en una vía (simplex) a una tasa constante.
3. Facilidades proporcionadas por la transmisión en MPEG2:
a. Guías de programación (con estilo de teletexto),
b. Especificación para acceso restringido,
c. Canal de retorno para servicios interactivos y
d. Diversos tipos de encriptado.
Video digital
comprimido
Figura 2: Operación Básica de un Codificador MPEG2 (Compresión de Video)
Eliminar la
redundancia
temporal
Digitalización
del video
analógico
Cuantización
de muestras Compresión
Eliminar la
redundancia
espacial
Control
de tasa
“Buffer” de
almacenamiento
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Los servicios de televisión vía satélite se ven afectados debido a las limitaciones de la
potencia, a la interferencia y al ruido, por lo tanto, estos factores se deben tomar en cuenta
al momento de considerar el diseño. Para obtener alta potencia se debe utilizar la
modulación QPSK (modulación de fase en cuadratura, por sus siglas en inglés) aunado a
los códigos convolucionales [3] y Reed-Solomon [4]. El proceso completo de codificaciones
se puede representar por la Figura 3.
El Sistema Digicipher
El Digicipher® es el sistema de distribución de video y audio propiedad de Motorola [5]. El
Digicipher® I (DC-I) fue el primer sistema disponible en compresión digital de video, pero
tenía el problema de no esta estandarizado y por ese motivo no era compatible con marcas
distintas a Motorola. El Digicipher® II (DC-II) está basado en el sistema de distribución de
MPEG2.
Actualmente, el 70% de los proveedores de señales en Estados Unidos lo utilizan para la
distribución de video hacia las cabeceras, así como también lo utilizan PCTV en México, y
se utiliza para procesar y descomprimir la señal el IRD (decodificador recepto integrado,
por sus siglas en ingles). PCTV cuenta actualmente con un codificador DC-I y dos
codificadores DC-II.
Un codificador DC-II tiene un diseño compacto, puede albergar tanto a los chasis de
sistemas con uno o varios canales. El chasis de un canal contiene todas las conexiones
necesarias de entradas y salidas para convertir la señal de entrada en una cadena de
datos con un formato MPEG2. El chasis de múltiples canales tiene una capacidad de
compresión de hasta ocho canales de forma simultánea en formato digital.
El controlador está situado en una computadora conectada al codificador vía ethernet, y
se utiliza para controlar los parámetros y monitorear el estado del codificador. El
controlador utiliza una interfaz gráfica para el usuario (GUI, por sus siglas en inglés) para
la comunicación con el sistema; adicionalmente a esto, puede aceptar comandos
externos. Las partes principales de un codificador DC-II se muestra en la Figura 4:
Video digital
comprimido
Señales de
Video Analógico
Figura 3: Codificación DVB
Entrelazador
Bloque de
8 Pixeles
Código
Convolucional
de ½ a 7/8
Modulación
QPSK
Codificador
Reed-Solomon
(204, 188,8)
Amplificador de
alta potencia
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El compresor de señales hace la compresión de audio y de video por separado. El módulo
DVC (compresor de video de definición estándar, por sus siglas en inglés) hace la
compresión de video utilizando el formato de MPEG2. El módulo DSE (servicio de
codificación en definición estándar, por sus siglas en inglés) hace la compresión de audio
en formato Dolby (AC3) y la compresión de datos (en caso de requerirlo).
El módulo de PM acepta los paquetes de video, audio y datos encriptados y construye la
parte final de transporte multicanalizado de MPEG2.
El DC-II utiliza Multicanalización estadística entre las cadenas de video en un codificador
MCPC (múltiples canales por portadora, por sus siglas en ingles) y de esta forma se
asegura una alta calidad y un video más consistente en un sistema con ancho de banda
fijo. Se pueden utilizar diferentes tipos de Multicanalización en un solo codificador. Por
ejemplo, si se tiene un codificador de seis canales, se puede operar un canal a 8 Mbps,
mientras que los otros cinco pueden estar juntos mediante una Multicanalización
estadística, compartiendo en ancho de banda sobrante.
Una diferencia importante entre el DC-II y el DVB radica en la compresión de audio. El
formato principal del DVB es Musicam, que es el nivel 2 de MPEG1, pero también soporta
el estándar AC3 de Dolby® (Dolby Digital). En cambio, el DC-II utiliza AC3 para todas sus
cadenas de audio.
Aun cuando los dos sistemas tienen la misma finalidad, las diferencias, especialmente en
el área del estándar de transmisión, previene que el DC-II reciba señales del DVB y
viceversa.
El transmisor digital está formado por tres partes principales: codificación de la fuente,
codificación del canal y modulación. Los bloques de la codificación de la fuente y la
modulación son iguales en el estándar DVB y en el sistema Digicipher, que son MPEG2 y
QPSK respectivamente. En la codificación del canal es en donde radica las diferencias
Compresor de
Señales
Satélite
Señales
Analógicas
Figura 4: Codificador DC-II
DVC
Conversor
de Señales
Multicanalización
por paquetes
(PM)
Encripción por
paquetes
(DES)
Modulación
QPSK
Amplificador
de alta
potencia
Codificador
Reed-
Solomon
Código
Convolucional
DSE
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entre el estándar DVB y el sistema Digicipher, y hace que estas dos tecnologías no sean
compatibles entre si. La Tabla 1 muestra un resumen de las principales diferencias entre
estos dos estándares:
Tabla 1: Cuadro Comparativo de DC-II y DVB
Características
Estándar DC-II
Estándar DVB
Formato de Transmisión
QPSK/BPSK[6] dual
QPSK
Aleatorizador
Entrelazado utilizando
truncamiento en el bit 216
de la secuencia polinomial
Antes de código RS se utiliza
un truncamiento en el bit 213
de la secuencia polinomial
Código RS (Reed-Solomon)
DC-II polinomial
DVB polinomial
Entrelazado
Convolucional I=12, J=19
Convolucional I=12, J=17
Código Convolucional
Longitud 7 (Viterbi Trellis [7]
de 64 estados)
Longitud 7 (Viterbi Trellis de
64 estados)
Multicanalización
MPEG-2 Estándar
MPEG-2 Estándar
Sistema de información
DC-II (parecido a ATSC [8])
DVB
Audio
Dolby Digital (AC3)
DVB
Video
Estándar MPEG2 4:2:0
(MP@ML [9])
Estándar MPEG2 4:2:0
(MP@ML)
Aunado a esta diferencia tecnológica, la mayor diferencia se da a la hora en que las
diferentes señales se están recibiendo. Las señales generadas en Estados Unidos y
Canadá tienen el formato DC-II y las señales generadas en otra parte del mundo vienen
en formato DVB. Esta situación hace una tanto complicado la adquisición de señales de
forma independiente, debido a esta situación PCTV es la proveedora de señales más
grande en México.
PCTV recibe tanto señales de Estados Unidos como del resto del mundo y cada una en sus
diferentes formatos. Una vez que las señales se han descomprimido de su formato
original, se adecuan al formato Digicipher para ser enviadas a todas las cabeceras de las
redes de cable que así lo deseen.
Hasta principios del 2002 PCTV contaba con un codificador DVB y todos los receptores de
las cabeceras eran de formato DVB. En abril de ese mismo año, PCTV reemplazo su
codificador DVB por un codificador DC-II y por esta razón también tuvo que reemplazar
todos los receptores de las cabeceras.
Debido a este cambio, la Industria de las Redes de Cable en México tuvo que desechar
todos sus equipos DVB y cambiar a equipos DC-II. Los distribuidores en México de equipo
DC-II son muy pocos. La tecnología DC-II, al ser propiedad de Motorola limita la oferta y
hace dependiente al cliente de una marca especifica.
Los equipos con formato DVB tienen mayor oferta debido a que este formato es utilizado
por la mayoría de los países del mundo. Esto hace que exista un mayor número de marcas
y distribuidores de esta tecnología y la decisión se basa en otras cuestiones diferentes a
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las tecnologías. PCTV, al reemplazar el formato DVB, que es más comercial que el DC-II,
limito a las empresas relacionadas con el cable las opciones a la hora de adquirir sus
equipos receptores. Con esta elección retraso, en algunos casos, el avance de las redes
de cable debido a la migración a DC-II.
Referencias
1. Puede encontrar más información sobre el estándar MPEG en nuestro articulo: “Compresión de
video con el estándar MPEG: conceptos básicos”, publicado en nuestro portal de Internet en julio
de 2002.
2. De hecho, no se trata de un solo estándar, sino de un conjunto de estándares. Para transmisión vía
satélite se ha definido el estándar DVB-S.
3. Son codificadores con memoria. El codificador convolucional acepta k símbolos binarios en su
entrada y produce n símbolos binarios de salida, donde los n símbolos de salida se ven afectados
por v+k símbolos de entrada. Se incorpora memoria porque v>0. La velocidad de codificación está
definida por R=k/n. los valores típicos de k y n varían desde 1 hasta 8, y los de v desde 2 hasta 60.
La variación de R es entre ¼ y 7/8. Un valor reducido de la velocidad de codificación R indica un
alto grado de redundancia, lo que proporciona un control de errores más efectivo a expensas de
incrementar el ancho de banda de la señal codificada.
4. Son codificadores sin memoria. El codificador Reed-Solomon es un código cíclico. Los códigos
cíclicos son códigos de bloques, de tal modo que se puede obtener otra palabra de código con
cualquier palabra de código, desplazando los bits de lado derecho y colocándolos del lado izquierdo.
Estos tipos de códigos tienen la ventaja de ser muy fáciles de cifrar desde la fuente del mensaje
por medio de registros de desplazamiento lineal baratos como retroalimentación.
5. Originalmente, la marca Digicipher era propiedad de General Instrument (GI), pero esta empresa
fue adquirida por Motorola en el 2000.
6. Modulación de Fase Binaria por sus siglas en inglés.
7. Decodificador Viterbi es un algoritmo diseñado para decodificar señales codificadas en Trellis. El
codificador Trellis es un método de corrección de errores (FEC, por sus siglas en inglés) utilizando
en algunos módems de alta velocidad en donde a cada elemento de la señal se le asigna un valor
en código binario representando la fase y la amplitud del elemento.
8. El ATSC (Comité de sistemas de Televisión Avanzada, por sus siglas en inglés) fue destinado para
reemplazar al actual estándar NTSC (Comité Nacional de sistemas de Televisión, por sus siglas en
inglés) como método de trasmisiones de televisión terrestre en los Estados Unidos, Canadá, Corea
del Sur y Taiwán. Al igual que el DC-II, el ATSC, utiliza las especificaciones de video de MPEG2.
9. Perfil Principal en el Nivel Principal (por sus siglas en inglés) es la sintaxis la compresión de video
de MPEG2.
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