En esta entrada vamos a diseccionar a fondo la señal de televisión digital. Seguiremos la pista de todos los procesos por los que pasa la transmisión para descubrir finalmente el «ladrillo» del que está formado todo lo que vemos en la televisión, la unidad básica de transporte digital, los paquetes MPEG-2 Transport Stream.
La Creación del MPEG-2 Transport Stream
Empecemos por el principio, un plató de televisión. Las señal de banda base de vídeo y audio captadas por cámaras y micrófonos son digitalizadas. Para poder enviar esta señal digitalizada, previamente ha de comprimirse, ya que la señal digital original ocuparía un ancho de banda enorme. Hay varios codecs de compresión para audio y vídeo (los codecs de la familia MPEG son los más utilizados. No confudir los codecs de compresión de audio y vídeo con el protocolo de comunicación que veremos más adelante, son cosas distintas aunque han sido creados por el mismo grupo de expertos).
Una vez comprimidos se empiezan a aplicar los criterios del protocolo de comunicación basado en el estándar descrito por el grupo MPEG (Moving Pictures Expert Group) en la serie de normas ISO/IEC 13818 y que es la base de la transmisión digital para la mayoría de los estándares digitales, entre ellos todos los de la familia DVB (DVB-T, DVB-S, DVB-C).
Proceso de Creación de MPEG2 Transport Stream y Program Stream
Tenemos un flujo de datos digitales comprimidos que de acuerdo a la descripción dada por la norma llamaremos corriente elemental (ES = elementary stream). Existe un elementary stream para cada tipo de datos: audio, vídeo y datos adicionales. A continuación, cada corriente de datos se van encapsulando en paquetes de bytes, dando lugar a los PES (Packetized Elementary Streams; corrientes elementales por paquetes). Por último, cada una de las corrientes elementales paquetizadas se unen en una única secuencia de paquetes, utilizando la técnica de la multiplexación. Esta secuencia de paquetes de audio, vídeo y datos es el MPEG-2 Transport Stream (trama de transporte en castellano, para simplificar le llamaremos TS a partir de ahora).
El Transport Stream es una secuencia de paquetes MPEG-2
El TS está diseñado especialmente para su transmisión en entornos con gran exposición a ruido e interferencias varias, tales como las transmisiones por vía terrestre, satélite o cable, por lo que han de tener mayor robustez. En cambio, si estos datos estuvieran destinados al almacenamiento, se les aplicaría una técnica diferente y daría lugar al Program Stream (trama de programa en castellano, para simplificar le llamaremos PS a partir de ahora), que se utilizan para el almacenamiento en DVD u otros medios de soporte digital. Una de las características diferenciales del TS con respecto al PS es la adición de marcas de tiempo para sincronizar los paquetes enviados, ya que al ser transmitidos por un medio inestable, pueden llegar en diferentes momentos al receptor.
Durante la multiplexación, los paquetes MPEG del TS que se crean son de longitud constante, concretamente de 188 bytes. De ellos 4 bytes (32 bits) se destinan a la cabecera del paquete con información de lo que transporta. Los 184 bytes restantes se dedican a la carga útil (payload) de audio, vídeo o datos del servicio.
Proceso de Multiplexación
La complejidad de este tipo de transmisión, que puede incluir varios servicios con diferentes tiempos de sincronización, datos para la posterior identificación y corrección de errores, etc. obliga a incluir información adicional a la propia carga útil. Por ello se introducen en el TS paquetes con tablas de información, las tablas PSI (Program Specific Information) y las tablas SI (Service Information).
Estructura de paquete MPEG-2
El último paso consiste en aplicar la técnica de modulación digital acorde al medio de transmisión (terrestre, satélite, cable) para transmitir el TS. La modulación consiste en hacer viajar la señal con información (en este caso el TS) dentro de una señal que se le denomina señal portadora. La portadora es más fácil de ser transmitida por el medio debido a su frecuencia más elevada. Una vez que la señal ha sido modulada viaja por el medio de transmisión usando un canal múltiple digital, “multiplex” o «mux» que es una banda del espectro radioeléctrico, normalmente con un ancho de 8 MHz. Por este múltiple pueden transmitirse varios servicios en función de la tasa de bits que cada uno ocupe, sin sobrepasar el ancho de banda proporcionado.
Una vez llega a su destino, el receptor realiza el proceso inverso: demodulación, demultiplexación, corrección de errores, sincronización de paquetes y descompresión de audio, vídeo y datos adicionales. Y el resultado lo podemos ver en la pantalla de nuestro televisor.
El Análisis del MPEG-2 Transport Stream
Ya hemos visto la complejidad del proceso para enviar la información a nuestros hogares. Ahora haremos una estudio a fondo de los TS para saber que contiene y para qué nos puede servir esa información. Para ello utilizaremos el HDRANGER2, un equipo que dispone de una utilidad especial para diseccionar el TS.
Análisis de las Tablas del TS
El equipo dispone de esta función que muestra las tablas del TS a medida que se van capturando. El sistema estructura las tablas en forma de diagrama de árbol para facilitar la navegación mediante el joystick. De esta forma se pueden analizar las tablas y ver el detalle de lo que se está transmitiendo y si la información está correctamente encapsulada.
Análisis de las tablas del transport stream en el medidor de campo HD RANGER 2
A continuación se da una breve explicación de las tablas principales que pueden aparecer en la detección del TS. Para más detalles podeis consultar la norma técnica ETSI TR 101 211.
Tablas PSI (Program Specific Information): Son las tablas genéricas definidas por el estándar MPEG-2 a nivel mundial que siguen todos los estándares existentes de transmisión digital. Son las siguientes:
- PAT (Program Association Table): Tabla maestra que indica al receptor todos los servicios encontrados en el TS que se están transmitiendo. Además apunta en qué tabla PMT está definido cada uno de los servicios.
- PMT (Program Map Table): Tabla donde se identifican todos los componentes contenidos en el servicio (vídeo, audio y/o datos).
- NIT (Network Information Table): Tabla opcional con los TS y los múltiples de una red determinada. El estándar de televisión utilizado (en este caso DVB) define en detalle esta tabla.
- CAT (Conditional Access Table): Tabla que controla la encriptación del servicio.
Tablas SI (Service Information): Son las tablas definidas por el estándar usado en el área o país (en este caso DVB). Son unas tablas más detalladas e implican un nivel de información superior a las tablas PSI. Las tablas SI más importantes son:
- NIT (Network Information Table): Tabla maestra usada por la red de transmisión para la gestión de los servicios que está transmitiendo. En ella se describe cómo sintonizar todos los servicios que forman parte de la misma red. Además proporciona información del nombre de la red, de la frecuencia de transmisión y de los TS que conforman el canal. En el caso de un satélite, da información de todos sus canales. También aparece el descriptor con el LCN que proporciona información de ordenación de los servicios enviados.
- BAT (Bouquet Association Table): Tabla que contiene la información requerida para agrupar un determinado número de servicios por razones comerciales o de contenido (paquetes de servicios de una determinada plataforma de distribución, paquetes de servicios de un determinado género cinematográfico, etc.).
- SDT (Service Description Table): Tabla de descripción de cada servicio que proporciona el nombre del servicio y otras características: cabeceras y detalles de los servicios, si está encriptado o no, si es radio o tv, el proveedor, etc.
- EIT (Event Information Table): Tabla que proporciona información sobre eventos (el programa o programas que se están retransmitiendo) en un determinado servicio. Es la base para construir un EPG (Electronic Program Name), la guía de programación que aparece en el televisor.
- TDT (Time and Date Table): Tabla que proporciona el UTC (Universal Time Coordinated) codificado como MJD (Modified Julian Date) es decir, el tiempo y la fecha del instante actual a nivel universal.
- TOT (Time Offset Table): Tabla que define el diferencial de tiempo con respecto al UTC para el cálculo del tiempo local. También proporciona información de los cambios horarios estacionales.
Análisis del Bitrate del TS
El bitrate es la tasa de bits consumido por la señal de transmisión. El análisis del bitrate permite comparar entre servicios de televisión y ver el bitrate consumido por cada uno de ellos. Al ser dinámico se puede observar la variación que puede producirse al variar el tipo de transmisión. Otra utilidad puede ser la de identificar la parte de paquetes nulos y por tanto conocer la cantidad de carga aún asumible por el transmisor.
Análisis del bitrate de un transport stream en el medidor de campo HD RANGER 2
Análisis de las Alarmas del TS
El análisis de las alarmas permite conocer cualquier posible fallo en la capa de Transport Stream de acuerdo con los tres niveles de prioridad descritos en la norma TR 101 290 por el grupo DVB.
Monitorización del transport stream y gestión de alarmas según TR 101 290
en el medidor de campo HD RANGER 2
Niveles de Prioridad:
- Prioridad 1: Parámetros de nivel Máximo de seguridad. Son parámetros que hacen al TS vulnerable e impiden que se puedan recibir si falla alguno de ellos
- Prioridad 2: Parámetros de nivel Medio de seguridad. La alarma en alguno de estos parámetros no impide la recepción pero es indicativo de un posible problema.
- Prioridad 3: Parámetros de nivel Bajo de seguridad. Son parámetros que no dañan la transmisión pero afectan a funciones complementarias.
Conclusión
Con esto hemos llegado al final. Aunque nos hemos centrado en la transmisión terrestre, los MPEG-2 TS se utilizan para muchos otros tipos de transmisión digital: satélite, cable, IPTV, etc. Al saber de ellos hemos aprendido los fundamentos, los ladrillos básicos con los que se construye la transmisión digital.
El Blog de Promax 