O que é Analógico? O que é Digital?

Republicação da série de estréia de nosso blog, lá pelos idos anos 2005.

Agradecemos ao HT-Fórum, pela conservação destas postagens em seus arquivos.



NOVELA DIGITAL - Prólogo



Qual o significado da palavra "analógico"?

Qual o significado da palavra "digital"?



Em tecnologia, é a forma de como uma grandeza física varia em função de outra.

Quando a variação de uma grandeza acontece de forma "suave" ou "contínua", dizemos que ela é "analógica".

Quando essa variação acontece de forma "abrupta" ou "discreta", dizemos que ela é "digital".

Um exemplo bem simples para entender esses conceitos é imaginar a forma de como vencer obstáculos em terrenos acidentados.

Digamos que existam dois terrenos planos com uma diferença de altura de 10 metros entre eles.

Uma forma de permitir a passagem de um pedestre de um terreno para o outro é construir uma rampa. A outra é através de uma escada.

Ao deslocar-se de um terreno mais baixo para o mais alto através de uma rampa, o pedestre faz uma caminhada suave, desde que a rampa seja longa.

Ao deslocar-se através de uma escada, o pedestre ganha altura através de pequenos lances.

No primeiro caso, não é possível determinar com precisão a altura em que o pedestre está a cada momento do deslocamento. A forma de expressar de tal situação é meio vaga, ou "analógica".

No segundo caso, sabendo-se qual é o desnível do terreno e o número exato de degraus, é possível dizer com boa precisão a altura em que o pedestre se encontra. É possível expressar tal situação de forma númerica, ou "digital".

Adendo:

Uma definição de Allan Turing sobre o que é digital:

Digital é tudo aquilo que pode ser contado.

Definição de gênio...



Novela Digital - Primeiro Capítulo

O que diferencia a TV digital da TV analógica?

O funcionamento da TV analógica depende da óptica, eletricidade e lógica fixa. O funcionamento da TV digital depende da óptica, eletricidade, lógica flexível, matemática e estatística. A TV analógica, nos primórdios (anos 40-60), somente transmitia imagens. Com o tempo, passou a transmitir outras mensagens.

A "gestação" da TV digital vem acontecendo no "ventre" da TV analógica.

A primeira aplicação de TV digital aconteceu na década de 1970, quando as emissoras passaram a transmitir a hora certa para sincronizar a rede de repetidoras.

Uma importante aplicação das técnicas digitais é a aplicação da "legenda oculta" (close caption), introduzida na década de 1980, pois permitiu aos deficientes auditivos acompanharem os noticiários através de um texto auxiliar.

Na ponta do telespectador, as técnicas digitais vem sendo aplicadas no receptor de TV, tais como: controle remoto infra-vermelho, decodificador de legenda oculta, memória de canais prediletos, anotador de recados, etc.

Uma aplicação muito interessante, bem explorada no Reino Unido pela BBC, é o teletexto. Conhecido como CEEFAX, este sistema envia, através da TV analógica, páginas e páginas de textos sobre os mais diversos assuntos, tais como: metereologia, utilidade pública, notícias, e alguns joguinhos.

A principal função, a transmissão de imagens em tempo real, continuou sendo realizada apenas pelas técnicas analógicas até a década de 1990.



Novela Digital - Capítulo Dois

Antes de se pensar em televisão digital, era preciso encontrar meios para converter as imagens em dados digitais, isto é, códigos numéricos.

Somente após vencer esse desafio, seria possível pensar na transmissão das imagens digitalizadas.

O primeira beneficiária do desenvolvimento das técnicas de digitalização de imagens foi a indústria gráfica (as revistas e os jornais).

As técnicas estavam no ínicio. Somente através de programas e computadores poderosos (e caros) era possível fazer alguma coisa.

As reproduções de imagens eram ruins, se comparadas ao método tradicional foto-químico-mecânico.

Os contornos das figuras eram serrilhados em zigue-zague e a quantidade de cores limitadas. No entanto, era possível escolher uma infinidade de estilos de letra, tamanhos e formas de composição.

Uma Curiosidade

A imagem que se forma nas máquinas fotográficas "digitais" são analógicas.

A câmara fotográfica digital opera pelo efeito foto-elétrico e reage linearmente à luz, isto é, desenvolve tensões elétricas proporcionais à intensidade luminosa.

Só após a captura a "imagem elétrica" é digitalizada, isto é, transformada em códigos numéricos.

A imagem que se forma no filme de uma "câmara analógica" é digital, pois ela é formada pela "densidade de grânulos de prata e é proporcional à luz incidente. Esses grãos sensibilizados formam unidades discretas, se vistos num microscópio, podem ser contados (quantizados) com facilidade.

Logo, a  tradicional técnica de registro de imagens foto-química é totalmente digital!



Novela Digital - Capitulo Três

A potência dos computadores gráficos não parava de aumentar. A cada geração, conquistavam-se mais velocidade de processamento e mais espaço para a memória.

Na década de 1980 havia chegada a hora da digitalização de filmes de cinema. Nas filmagens, os resultados de uma tomada de imagens podiam ser observados na hora. E melhor: era possível produzir efeitos especiais como nunca antes.

Os fãs de Michael Jackson devem relembrar-se do video-clip "Thriller", no qual ocorre a transfiguração do astro da "música pop" em lobisomem.

E a televisão? Bem, a digitalização de imagens trouxe um sério problema para a transmissão de televisão: a conversão de imagens em dados provocava uma tremenda inflação de informações.

Como o problema da inflação de dados seria resolvida?

Aguardem o próximo capítulo...



Novela Digital - Capítulo Quatro



- Como embarcar um elefante num fusca?

- Como acomodar as informações das imagens digitalizadas num canal de TV analógico?

Os cientistas tinham de resolver o segundo problema, embora houvesse alguma semelhança como primeiro.

As ondas de rádio, nas quais seriam transportadas as imagens digitalizadas são, por natureza, analógicas.

Era preciso aumentar a capacidade de transmissão numérica das transmissões analógicas. Nesse ponto ocorre a primeira grande cisão entre as pesquisas americanas e européias.

- Os americanos optaram pela modulação das ondas de rádio em amplitude (AM).

Nessa técnica, uma onda pode assumir oito níveis de amplitude discretos, logo, pode transportar a cada momento um valor numérico dentro de uma escadinha de oito degraus (zero-um-dois-tres-quatro-cinco-seis-sete).

- Os europeus optaram pela modulação das ondas de rádio em frequência (FM).

Nessa técnica, uma onda de rádio pode transportar, a cada momento, um valor numérico compreendido entre zero e 63, coordenado numa "tabela de lugares geométricos" de oito linhas por oito colunas.

O sistema americano de modulação veio a ser conhecido como 8-VSB (Eight [symbol] Vestigial Side Band - uma modalidade de transmissão AM com uma faixa lateral comprimida, herdada do velho sistema analógico NTSC)

O sistema europeu (no qual derivou o sitema japonês e brasileiro) veio a ser conhecido como COFDM (Coordenated Ortogonal Frequency Division Multiplex - Multiplexação por Divisão de Frequência em Coordenadas Ortogonais).

Ambos "nasceram" com vantagens e desvantagens "complementares":

- O sistema americano é, por natureza, menos sensível às interferências de descargas elétricas (faíscas de raios, velas de ignição de veículos e motorzinhos de liquidificador). No domínio da televisão analógica, essa interferência pode ser percebida pelo aparecimento de "traços e pipoquinhas" na imagem;

- O sistema europeu é, por natureza, menos sensível aos efeitos de ondas rebatidas (pelo relevo ou edificações). No domínio da televisão analógica, a ocorrência dessas reflexões provocam o aparecimento de "fantasmas" ao lado direito das imagens recebidas.

O que um tinha de bom, o outro tinha de ruim...

Afortunadamente desde o início dos testes de transmissão, ambos os sistemas vêm melhorando o desempenho, através de ajustes na estrutura lógica-estatística-matemática.

Bem, a ampliação da capacidade de transporte de dados pelas ondas de rádio foi suficiente para embarcar o elefante no fusca?

Ainda não.  Mas meio caminho estava andado.

A capacidade de transporte de um canal de televisão ainda não era suficiente para transmitir esse excesso de informação.

Mas sobrava um prêmio de consolação: a produção de TV nos estúdios podia ser digitalizada.

Durante a década de 1980 começou a digitalização dos estúdios de televisão. Das prosaicas superposições de duas imagens e os efeitos em "chroma-key" da era analógica (recortes de imagens sobre fundo azul), era então possível produzir efeitos especiais fantásticos, vistos principalmente nas reportagens de carnaval. Já era possível "dar um nó" nas imagens.

O problema da inflação de informações na TV digital seria resolvido somente na década de 1990.

Aguardem o próximo capítulo...



Escrito por negrjp às 17h04[   ] [ envie esta mensagem ] [ link ]






Novela Digital - Capítulo 5

Como embarcar um elefante num fusca? II

O elefante, ou melhor, o problema da inflação de dados, foi parcialmente resolvido com a expansão da capacidade de transmissão de símbolos numéricos das ondas de rádio.

Infelizmente, isso provocou a ruptura entre as pesquisas americanas e européias, que resolveram o problema por caminhos diferentes. A esperança de se obter um único padrão de televisão digital mundial foi perdida.

Deixemos esse problema para mais adiante e vamos acompanhar o que foi feito para resolver o problema da inflação de dados.

Vamos recorrer ao que acontece com o cinema para entender a solução do problema.

Para se capturar o movimento de uma cena (por exemplo, um cavalo correndo), uma máquina fotográfica precisa fazer uma foto a cada 1/24 segundo, ou seja, a cada segundo são feitos 24 disparos. Obviamente, cada chapa congela posição em que o cavalo se encontrava no momento do disparo. No entanto, ao reproduzir as fotos na mesma velocidade que foram capturadas, a ilusão de movimento é restituída.

Ao se observar a olho nu as fotos da sequência filmada, percebe-se que há muito pouca diferença entre um quadro e outro, como também são pequenas as diferenças de tons no corpo do cavalo ou do céu, etc.

O principal trunfo da TV digital, devido a disponibilidade de circuitos de memória é a eliminação da transmissão daquilo que não se altera (redundâncias).

O que acontece é que após a captura de uma certa imagem, ou "formação" da imagem, o trabalho da TV digital resume-se na "manutenção" da cena memorizada, isto é, transmitir apenas que muda de uma cena para outra.

Este truque permitiu uma drástica redução de dados a serem transmitidos. Todos ficaram surpresos ao perceberem que um canal analógico de TV poderia transportar quatro programas digitais ao mesmo tempo, em qualidade de imagem convencional, ou então, um único programa cuja qualidade de imagem rivaliza-se à do cinema, permitindo a exibição de cenas de TV em telas gigantes sem o aparecimento de falhas.



Essa técnica de compressão permitiu o advento do DVD e da DTH (Direct to Home Television), TV digtal via satélite.



Novela Digital - Capítulo 6

O Elefante no Fusca III

Com todos os artíficios apresentados nos capítulos anteriores, finalmente já era possível embarcar o elefante no fusca. Mas ainda era preciso saber para que lado ia o fusca.

Foi criada a técnica de previsão do movimento da imagem. E o problema se acabou. (Não sei se o drible de um jogador de futebol pode enganar essa técnica de previsão de movimento...) .

Como pôde ser notado, as técnicas que permitiram a digitalização de imagens, usam e abusam dos recursos da matemática e estatística. Essas técnicas são conhecidas como técnicas de compressão de dados: MPEG II, MPEG IV, JPEG, etc.

Quando quatro programas diferentes são embutidos em um único canal, o aproveitamento das técnicas de compressão é levado ao máximo.

Outra questão em jogo são os anúncios comerciais. Eles precisam ser "escalonados" pelas emissoras, a fim de evitar "congestionamento de dados, pois nesses tipos de mensagens há uma troca muito rápida de cenas e "surtos" na produção de dados.

Todos esses benefícios sacrificaram um recurso da TV analógica: o "zapping". (Alguém se lembra disso?) .

A mudança rápida de canais só é possível quando toda a imagem é renovada a cada 1/30 de segundo. Como na TV digital, a imagem precisa ser "formada" para depois ser "mudada", o "zapping" inviabilizou-se.



Novela Digital - Capítulo 7

O sistema digital de televisão via satélite consolidava-se pelo mundo afora. Esse sistema, adotado pela maioria de países do mundo era o Europeu DVB-S (Introduzido no Brasil em 1996, através da Globo e Abril.

A TV digital via cabo tem dois grandes concorrentes, em versões dos padrões americano e europeu.

Esses sistemas permitem multiprogramação, interatividade (por terem canais de retorno em tempo real) e alta definição.

A principal vantagem da TV a cabo é o assinante quem decide por qual tipo de serviço vai pagar.

A transição de sistemas também é decidida pelo assinante, que conta inclusive com a opção dos velhos sistemas analógicos, pois todos eles convivem pacificamente na transmissão via cabo.

A TV digital via cabo começava a engatinhar no Brasil.

Quanto à televisão terrestre, nem tudo são flores...



Novela Digital - Capítulo 8

Após 8 anos de lançamento do sistema ATSC (versão terrestre) nos EUA, a TV digital estava presente em 1 milhão dos 20 milhões de lares cobertos por esse serviço.

Os radiodifusores americanos não estavam satisfeitos com os resultados obtidos, pois o desejo deles é que a TV aberta amplie a sua fatia de participação no mercado e que o serviço volte a ser um sério concorrente da TV a cabo e satélite.

Agora, já no fim da transição, marcada para o ano que vem (2008), alguns preveem uma conclusão "catastrófica". A transição vai acontecer "na marra".

Os gigantes da informática compraram os canais analógicos para uso em banda larga. Os radiodifusores reclamam sobre os riscos de interferências, muita gente vai migrar para cabo ou satélite. Nove milhões pessoas ainda dependem do serviço de TV analógica terrestre.

Há uma grande ameaça da TV aberta desaparecer nos EUA.

Nota do Blogueiro: Nada como o tempo para acomodar as coisas. A catástrofe não aconteceu, ao menos por enquanto.

Nos EUA, a digitalização revigorou a TV aberta.





Novela Digital - Capítulo 9



Os maus resultados obtidos nas primeiras experiências da Televisão Digital Terrestre, devido à baixa penetração nos EUA e algumas falências na Inglaterra e Espanha, deram origem a mais duas "tentativas" híbridas.

Uma delas é o sistema Indiano "Telisar", que permite a transmissão silmultânea de dois programas de televisão em um único canal analógico NTSC.

O outro sistema é o norte-americano "dNTSC", criado pela Dotcast, que permite o serviço de televisão sob encomenda dentro de um canal analógico NTSC.

Ambos modelos foram apresentados na feira da NAB- Associação de Radiodifusores Americanos em 2002.

O sistema indiano não foi reconhecido pela União Internacional de Telecomunicações.

O sistema americano recebeu a autorização de funcionamento nos EUA pela FCC - Comissão Federal de Telecomunicações.

A Disney testou o sistema dNTSC durante dois anos em três cidades dos EUA. A Disney oferecia cem títulos de filmes de cinema por semana, graváveis em um equipamento especial, nas casas dos assinantes.

Embora os sistemas híbridos, americano e indiano, fossem limitados em relação à cobertura e capacidade de transporte dos sistemas "totalmente digitais", tinham a vantagem de evitar a duplicação dos sistemas de trasmissão (Estúdios, Canais, Transmissores, Repetidores).

Essas operações em duplicidade, conhecidas como "simulcast", são muito caras e forçam as emissoras apressarem o "apagão" da televisão analógica.

Isso pode levar aos telespectadores a necessidade inadiável de compra de conversores para que seus aparelhos analógicos continuem funcionando.

Particularmente, torci muito pelo sucesso do modelo dNTSC que atualmente sobrevive apenas na TV a cabo.

Nenhum modelo de TV totalmente digital atingiu o limite da técnica, vão passar por muitas revisões.

O modelo hibrido é um excelente laboratório de desenvolvimento e não devia ser desprezado.



Novela Digital - Último Capítulo?



Enquanto o Brasil pesquisa o modelo ideal de TV digital terretre, a fim de contemplar o telespectador com alguma forma de interatividade, os concorrentes mundiais de TV terreste, a cabo e satélite se digladiam.

Para complicar o quadro, surge agora mais uma personagem nessa interminável novela.

As velhas operadoras de telefone, que apanharam tanto para acompanhar o desenvolvimento das técnicas de comunicação digital, estão estreando um serviço de IP-TV nos EUA, Itália e Suíça nas suas (ociosas) linhas de comunicação em banda larga.

Curiosamente, esse novo serviço está sendo implementado ém áreas em que participação da TV a cabo convencional é muito baixa...

A IP-TV é a TV em protocolo internet, padrão mundial único (até que enfim!), permite ao assinante a assistir vários canais de TV em tempo real além de gravar programas e filmes "a la carte".

A interatividade é total e o assinante paga apenas pelo que usa.

Cogita-se adotar esse padrão em transmissões terrestres, o que permitiria alocar 20 canais de TV em um único canal convencional. No entanto, a técnologia para esse serviço ainda não está madura. (Nota: em 2005)

O grande desafio é reduzir alto custo dos receptores, pois tornam-se complicados como os computadores.

Um padrão de IP-TV universal, produzido em escala mundial, venceria esse desafio? (*1)

(*1)
Quase vinte anos depois dessa postagem , podemos dizer que a IPTV venceu   !