A arquitectura usada na difusão da TDT em Portugal está ilustrada na Figura.

Arquitectura genérica da rede TDT

O centro de difusão digital começa por transmitir à rede os conteúdos, produzido pelos canais, já codificados segundo as normas de áudio e vídeo adoptadas. Os conteúdos são então transmitidos através de transmissores terrestres DVB-T pela atmosfera (e por satélite). Finalmente o utilizador final recebe na antena da sua habitação o sinal que é descodificado por um descodificador compatível com as normas utilizadas na codificação. Estes descodificadores podem estar incorporados nas televisões ou numa set-top-box (STB) independente.

TDT - Normas Utilizadas

DVB/DVB-T

O sistema digital adoptado em Portugal, assim como na maioria dos países europeus e alguns fora da Europa, é mundialmente conhecido por DVB (Digital Video Broadcasting) resultante do processo de normalização internacional desenvolvido no contexto do Projecto europeu DVB. Este sistema tem na sua base três normas principais que definem o meio de transmissão: satélite, cabo e terrestre. Genericamente falando trata-se de um sistema de transmissão de dados de alta velocidade com erros extremamente reduzidos.

Um sistema básico de televisão digital conforme as normas DVB está representado na Figura.

Sistema DVB para TV digital

Este sistema básico é constituído por codificadores de áudio e vídeo, multiplexagem e transmissão. Estes últimos constituem um fluxo de dados denominado Transport Stream (TS). Apenas um TS pode conter diversos programas de televisão [2]. A estrutura sintáctica e a semântica dos dados comprimidos de áudio, vídeo e TS são definidas num conjunto de normas conhecidas por MPEG-4 desenvolvidas pelo grupo MPEG [3]. No sistema DVB são especificados todos os elementos da cadeia ainda que nas partes de codificação e multiplexagem sejam adoptadas normas desenvolvidas por outro grupo (MPEG).

Focando-nos agora no padrão DVB-T, utilizado no caso em análise, este utiliza o sistema de modulação Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), figura 3, modulação esta que se baseia na divisão das frequências e sua multiplexagem de modo a poderem ser transmitidas em sub-portadores. Existem três opções de modulação: QPSK, 16-QAM e 64-QAM.

Sinal OFDM no tempo e na frequência

De forma a garantir que o conteúdo é recebido sem haver interferência entre sub-portadores é utilizado o princípio de ortogonalidade. Este princípio diz que para as sub-portadoras serem ortogonais têm de estar equi-espaçadas na frequência de modo a que as outras sub-portadoras sejam iguais a zero na posição central das outras sub-portadoras, como ilustrado na Figura.

Espectro de portadoras ortogonais adjacentes num sinal OFDM

MPEG-4

Como já referido, no sistema DVB adoptado em Portugal foram usadas normas MPEG-4 para o vídeo e áudio.

Vídeo

A norma adoptada para a codificação de vídeo denomina-se H.264/MPEG-4 Part 10 ou AVC (Advanced Video Coding). Esta norma foi adoptada em detrimento de uma norma MPEG-2 de vídeo visto ser 1.5-2 vezes mais eficiente a custo de uma complexidade 2-4 vezes superior. Esta complexidade advém de algumas técnicas de compressão mais complexas como Entropy encoding, blocos de menor dimensão e In-Loop deblocking, para além das técnicas já utilizadas pela norma MPEG-2: redundância temporal, redundância espacial e irrelevância.

O formato do vídeo, ilustrado na figura, consiste em sequências de vídeo inicializadas por headers e terminadas com códigos de terminação. Estas sequências são formadas por Groups Of Pictures (GOP) constituídos por cabeçalhos e uma ou mais imagens que permitem o acesso aleatório à sequência. Uma imagem é formada por três matrizes: uma representando a luminância (Y) e duas a crominância (Cb e Cr). Estas imagens contêm slices, definidas por um ou mais macroblocos seguidos, ordenados da esquerda para a direita e de cima para baixo. As slices são particularmente úteis na ocorrência de erros no bitstream, pois permitem ao decoder saltar para o princípio da próxima slice. Por sua vez os referidos macroblocos são a unidade básica de codificação no algoritmo MPEG. Cada um destes macroblocos é constituído por oito blocos que são a unidade mais pequena da codificação. Estes podem ser de três tipos: Y, Cr ou Cb, sendo a sua proporção num macrobloco de quatro blocos Y, dois Cr e dois Cb. Esta proporção deriva do facto de o ser humano ser menos sensível no que toca à crominância relativamente à luminância.

Estrutura do vídeo

A norma MPEG define ainda três tipos de imagens: Intra Pictures (I), Predicted Pictures (P) e Bidirectional Pictures (B). Para primeiro tipo as imagens são codificadas com base apenas na imagem em si, explorando apenas redundância espacial. Estas tramas I são muito importantes pois são pontos de acesso aleatório para o vídeo codificado muito úteis quer em caso de erros quer para funcionalidades tão simples como fastforward ou simplesmente mudar de canal. As tramas P são codificadas utilizando uma predição temporal relativamente às tramas I e P anteriores a ela, conseguindo assim uma maior compressão face às tramas I. Finalmente as tramas B exploram a referida predição tanto para o passado como para o futuro em relação a tramas I e P obtendo desta forma uma maior compressão comparativamente aos restantes tipos de tramas assim como mais tempo de computação. A figura abaixo facilmente elucida o funcionamento das tramas até aqui descritas.

Tipos de imagem da norma JPEG

Áudio

No que concerne a norma de áudio adoptada esta é designada por Advanced Audio Coding (AAC). Trata-se de um formato normalizado de compressão de áudio lossy. Comparativamente ao MP3 o AAC geralmente consegue a bit rates muito semelhantes uma melhor qualidade de som. Tanto o AAC como o MP3 seguem o tipo de codificação Layer-3: filtros de alta resolução, quantização não uniforme e codificação de Huffman; mas com recurso a novas técnicas o último consegue melhor qualidade a baixo débito binário.