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UHDTV – Sistema de TV de Ultra-Alta Definição – 4ª Parte

*Alberto Deodato Seda Paduan

Sistema de transmissão do uHDTV
Nas quatro partes anteriores dessa série de matérias, tivemos a oportunidade de conhecer um pouco o sistema de TV em Ultra Alta Definição (UHDTV) quando falamos sobre vídeo, áudio e métodos de codificação e decodificação dos sinais. Podemos, portanto, avaliar a dimensão do desafio que os cientistas japoneses da radiodifusão do NHK STRL (NHK Science and Technical Research Laboratories), juntamente com seus parceiros ingleses (BBC R&I – British Broadcasting Corporation Research & Innovation) e italianos (RAI CRIT – Radio Televisione Italiana Centro Ricerche e Innovazione Tecnologica), têm pela frente para fazer com que toda essa tecnologia chegue aos lares dos telespectadores, o que foi prometido, a princípio, para até 2025, mas que já se fala em antecipação, graças aos relevantes avanços tecnológicos alcançados.

Como já pudemos perceber, o SHV é um sinal que envolve números que, à primeira vista, parecem errados, pois nem sequer estão próximos dos valores que estamos acostumados a lidar quando tratamos de radiodifusão, mesmo sendo HDTV.

A transmissão do UHDTV não deixa por menos e também envolve grandes valores. Até a presente data, apenas duas faixas de frequência de satélites apresentaram características que as habilitam a serem experimentadas para uso na radiodifusão do SHV: uma de 12 GHz e outra de 21 GHz.

Para a banda de 12 GHz, a NHK testou os esquemas de modulação multiníveis 16APSK e 32APSK como meio de transmitir sinais de alto bit-rate numa largura de banda limitada. No caso do 32APSK, foi possível a transmissão de sinais SHV comprimidos a 120 Mbps ocupando uma faixa de freqüência de 34,5 MHz.

Para a transmissão simultânea de múltiplos programas Super-Hi Vision diretamente para as residências, o sistema de radiodifusão por satélites na faixa de 21 GHz se mostrou mais promissor, embora seu comprimento de onda esteja bem mais sujeito às atenuações provocadas por chuvas do que o de 12 GHz.

Os primeiros testes “silenciosos”, ou seja, em laboratório, sem a emissão para o ar, foram realizados em 2008 utilizando um protótipo de modulador de banda larga de 300 MHz com capacidade para transmitir a multiprogramação SHV codificada num sinal de 500 Mbps, ocupando uma alocação de frequência de 600 MHz situada entre 21,4 e 22 GHz (banda Ka), com multiplexação por divisão de tempo em uma única portadora (1). A esse protótipo de modulador foi adicionada uma nova função de correção de erro usando um código de cheque de paridade de baixa densidade (LDPC).

Nesses testes foi utilizado um simulador de transponder de satélite de radiodifusão constituído por um mini Travelling Wave Tube (TWT)* que amplificou o sinal após sua codificação, modulação e upconversão para 21 GHz. O sinal modulado foi transmitido por meio de uma antena Horn e recebido por uma antena parabólica doméstica normal, de 45 cm de diâmetro (veja esquema na figura 1).

Os resultados desses testes foram altamente satisfatórios e animadores, embora tenham apontado algumas pequenas arestas a aparar.

Para contornar o problema da atenuação do sinal provocado por chuvas em transmissões utilizando a banda de 21 GHz, os cientistas da NHK apontam três métodos a serem utilizados analisando-os em termos de custo, dimensões, requisitos de potência e estimativa de relação de tempo de serviço. O “campo de testes” considerado é a área territorial do Japão.

O primeiro método contempla um arranjo faseado de antenas que pode ser usado para controlar o padrão de emissão do sinal. Enquanto o tempo estiver limpo, todas as áreas recebem um sinal uniforme, mas assim que começa a chover, o padrão é ajustado para amplificar o sinal nas áreas em que ocorrem as precipitações.

O segundo consiste em uma antena multi-horn que possa cobrir o Japão com oito feixes, possibilitando o ajuste da potência aplicada a cada feixe por meio de amplificadores multi portas, de forma que a potência para os feixes que cobrem regiões com chuva possa ser seletiva e convenientemente aumentada.

O terceiro método utiliza uma antenaespelho, com uma superfície refletiva modificada de modo a poder ser usada para formar um padrão de emissão que forneça um ganho relativamente maior para as partes sul-oeste do Japão, onde a incidência média de chuvas é maior, conseguindo assim uma relação de serviço uniforme no decorrer do ano para todo o país. (2)

A RAI, parceira italiana da NHK nesse projeto, já estuda uma combinação das técnicas de modulação SVC (Scalable Video Coding) e VCM (Variable Coding and Modulation) para resolver esses efeitos de atenuação. Essa alternativa já havia sido proposta nos anos 90 para a radiodifusão de TV digital em canais terrestres e de satélite, mas foi recusada por alguns motivos sendo o principal a sua complexidade. Durante o IBC (International Broadcasting Convention) de setembro de 2008 em Amsterdã, foi realizada a primeira transmissão internacional de programa em SHV, envolvendo diretamente a NHK, a BBC e a RAI, com suporte da EBU e o apoio da Eutelsat que, em parceria com a RAI, forneceu o material em SHV via satélite a partir de Turim. A Siemens, juntamente com a Cable & Wireless, providenciou a ultra rede IP de radiodifusão para levar o sinal de Londres até Amsterdã e a SIS participou com a captura do vídeo e do áudio em Londres. Assim, de Londres, por meio da rede IP, foi enviado um sinal ao vivo para Amsterdã. De Turim chegou, via satélite, uma programação pré-gravada.

O sistema de modulação utilizado foi o DVB-S2, cuja eficiência de canal, segundo os especialistas, estava “muito próxima do limite teórico”. A codificação utilizada para o vídeo foi o H.264 e para o áudio o AAC.

O sinal codificado de 140 Mbit/s foi dividido em dois Transport Stream de 70 Mbit/s cada e enviados para dois transponders de satélite, utilizando a modulação 8PSK 5/6. A figura 2 ilustra essa configuração.

De Londres, o sinal de vídeo SHV de 24 Gbit/s foi comprimido para cerca de 600 Mbit/s por meio do MPEG-2. Então, esse vídeo comprimido e o áudio de 22.2 multicanais não comprimido foram multiplexados em um Transport Stream MPEG- 2 e enviados por meio da ultra rede IP de radiodifusão para Amsterdã. Veja a figura 3.

Em Amsterdã, os sinais provenientes do satélite e da fibra ótica foram recebidos e decodificados para então serem exibidos para a imprensa mundial que foi acomodada em um teatro especialmente construído para esse fim, dentro do RAI Centre (Centro de Convenções do IBC). Diga-se de passagem, acomodada é o modo de dizer, pois a organização do evento não esperava que a curiosidade mundial sobre o assunto fosse tão grande e previu 50 assentos no teatro. Acontece que compareceram ao evento cerca de 100 repórteres e jornalistas e cada um se “acomodou” como pode. Eu fui um deles, credenciado pela Revista da SET.

Uma das intenções desse evento foi demonstrar à comunidade científica (e comprovar) que é perfeitamente possível a transmissão internacional ao vivo de imagens SHV e sons de altíssima qualidade qualidade utilizando para isso redes públicas de telecomunicações. Nesse caso, o sinal trafegou por duas redes públicas e uma de radiodifusão, além de duas redes privadas, uma em cada extremidade do link. Também foi confirmada a possibilidade da radiodifusão de sinais Super- Hi Vision por meio da banda de 21 GHz de satélite.

O próximo passo agendado pela NHK para breve (que, aliás, havia sido marcado para ocorrer em 2009) é uma transmissão experimental utilizando o WINDS (Wideband InterNetworking engineering test and Demonstration Satellite), um satélite que foi lançado no Japão em fevereiro de 2008 especificamente para realização de testes de engenharia e demonstrações.

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* O Travelling Wave Tube é um amplificador de microondas de baixo ruído, ampla largura de banda e ganho acima de 40 dB. Sua faixa de operação está entre 300 MHz a 50 GHz. Sua aplicação vai de radiodifusão a radar e transponder de satélites.
Existem dois tipos básicos de TWT. O modelo utilizado em radiodifusão desenvolve potência da ordem de 2,5 kW. O outro, utilizado para amplificações de RF de faixas mais estreitas, pode chegar a 15 kW.

Referências
(1) Hisashi Sujikai,Yoichi Suzuki, Shoji Tanaka e Kazuyoshi Shogen – Super Hi-Vision Transmission Experiment in the 21 GHz band – NAB 2008
(2) NHK STRL Annual Report 2008 – Research Results 1 – p. 07. 1-Research on Enhanced Reality and Spatial Reproduction Media – Outline 1.1.3-Super Hi-vision transmission via satellitehttp://www.nhk.or.jp/strl/results/annual2008/ en/frm-set-r112.html
(3) Alberto Morello and Vittoria Mignone (RAI Research and Innovation Centre); Kazuyoshi Shogen and Hisashi Sujikai (NHK Science & Technical Research Laboratories) The Super Hi-Vision demos at IBC- 2008 – Delivery perspectives – pp, 35-44” EBU Technical Review, January 2009. http://tech.ebu.ch/docs/techreview/ trev_2009-SE.pdf
(4) John Zubrzycki and Thomas Davies (BBC R&D); Peter-Calvert Smith (Siemens IT Solutions and Services); Paul Styles (Cable&Wireless); Bill Whiston (SIS LIVE); Yukihiro Nishida and Masaru Kanazawa (NHK STRL) – “The London-Amsterdam live contribution link”- pp, 17-34” EBU Technical Review, January 2009. http://tech.ebu.ch/docs/techreview/ trev_2009-SE.pdf

*Alberto é supervisor de projetos da TV Cultura de São Paulo e Diretor da AdesedA-Consultoria, Projetos e Instalações – adeseda@uol.com.br
Revista da SET
 ANO XXI – N.112 – JAN/FEV 2010