Digitální televizní příjem DVB T Ing Vítězslav

Digitální televizní příjem DVB – T Ing. Vítězslav Jeřábek, CSc 2008 jerabek@fel. cvut. cz

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex České televize bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex České Radiokomunikace bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex Czech Digital Group bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Digitální TV vysílání v ČR Mapa termínu digitalizace v ČR multiplex Telefonica bílá – termíny zahájení vysílání, černá – konec a doba souběhu ČT 1, ČT 2 v měsících

Přenos TV signálu q Typy TV vysílání: LDTV – nízká rozlišovací schopnost § SDTV – standartní rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 864 x 625, poměr stran 4: 3 § HDTV – vysoká rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 1920 x 1080, poměr stran 16: 9 §

Přenos digitálního TV signálu q Základní charakteristiky digitálního přenosu TV signálu § § § § Vysílání více programů v jednom TV kanálu SDTV Několik zvukových doprovodů Současný přenos dalších programů – rádio, služby a. p. Pružná volba kvality obrazu a zvuku až po HDTV Možnost zavedení podmíněného přístupu CA Vysoká kvalita příjmu TV i v složitých příjmových podmínkách Možnost budování jednokmitočtových sítí SFN Na pokrytí území stačí vysílač s menším výkonem než u analogových vysílačů

Přenos digitálního TV signálu q Výhody digitálního TV příjmu § Zvýšení počtu programů § Zvýšení kvality TV programů § Možnost poskytování doplňkových služeb § Možnost vnitřního přenosného příjmu § Ušetření nákladů za vysílání § Optimální vzužití kmitočtového spektra s SFN q Nevýhody digitálního TV příjmu § Nutnost investice do set-top boxů ( STB) a přestavbu společných § § TV antén (STA) Nutnost investice do vybavení TV studií a TV sítí Při příjmu nekvalitního signálu dochází k mrznutí, kostičkování a příp. k úplnému výpadku příjmu „Cliff efekt“

Přenos TV signálu Problémy s přenosem analogové TV

Přenos TV signálu Srovnání kvality analogového a digitálního TV vysílání

Přenos TV signálu q Nekomprimovaný TV signál § Y – jasový signál § CB , CR – chrominační signál q Vzorkování TV signálu (ITU-R 601) § Jasový signál – vzorkovací kmitočet 13, 5 MHz § Chrominační signál - vzorkovací kmitočet 6, 75 MHz q Číslicové formáty TV signálu Základní studiový RGB formát – 4: 4: 4 § Složkové kódování Y, CB , CR – 4: 2: 2 § Komprimovaný TV signál Y, CB , CR – 4: 2: 0 Chrominační složky se střídají ob řádek, používá se pro DVB-T přenosy §

Digitální TV vysílání q DVB (Digital Video Brodcasting) – jde o mezinárodní q Typy DVB : konsorcium vytvořené TV společnostmi, výrobci a síťovými operátory celkem 260 členů z 35 států světa q DVB založeno 1993, vydává doporučení pro budování DVB-S družicové digitální video vysílání § DVB-C kabelové digitální video vysílání § DVB-T pozemské digitální video vysílání § DVB-H (handheld) kapesní digitální video vysílání (mobilní TF) §

DVB-T přenos q Varianty § systému DVB-T: Podle počtu nosných COFDM Systém 2 k má 1705 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz v Systém 8 k má 6817 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz v Dle způsobu modulace - QPSK, 16 QAM a 64 QAM § Varianty DVB-T: § Varianta C 2 – současný přenos 4 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 64 QAM; mód 8 k; D/T = ¼; 19, 91 Mbit/s) v Varianta B 2 – současný přenos 3 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 16 QAM; mód 8 k; D/T = ¼; 13, 27 Mbit/s) v Varianta A 2 - vhodná pro mobilní příjem ( QPSK; FEC 2/3; 6, 6 Mbit/s) v

DVB-T přenos q Typy kódování dle Shannonova schématu § Zdrojové kódování – převedení analogového § § obrazu a zvuku do digitální formy (nekomprimovaný formát ITU R-601) využitím DPCM a komprimace využitím standartu MPEG tak, aby bylo možno signál přenášet v analogovém TV kanálu PAL, SECAM, NTSC Kanálové kódování – zabezpečuje komprimovaný signál proti chybám Modulace – využívá se více nosných v systému OFDM s modulacemi m-QAM, QPSK a. p.

DVB–T přenos Vysílač pro multiplexování a komprimované zpracování digitálního TV

Standard MPEG q Zdrojové kódování obrazu - přenosový standard vyvinutý skupinou ISO/IEC Moving Picture Experts Group – MPEG – umožňující číslicový signál komprimovat z 270 Mbitů/s na 4 – 15 Mbitů/s Kódování s kompresí MPEG-2

Standard MPEG Typy komprimačních metod obrazu v MPEG-2 § Zdrojové kódování: q Diferenční impulsní kódové modulace DPCM – na místo PCM (kódování amplitud) převádíme na kód pouze jejich změny v Kosinová transformace – nahrazujeme prostorové rozložení kódovaných hodnot spektrem jeho frekvenčních složek s amplitudami (transformačními koeficienty ) v Entropické kódování- kódování s proměnnou délkou slova VLC např. Huffmanův kód, u často přenášených vzorků je krátká a naopak v § Kanálové kódování : v Protichybové zabezpečení FEC- skupinové chyby Reed Solomonův blokový kód, vnitřní bitové chyby konvoluční kód

Standard MPEG q Prediktor DPCM - porovnává hodnotu aktuálního vzorku s hodnotou předpověděnou, získanou v dřívějším cyklu Prediktor DPCM u soustav MPEG ( SD – akuální vzorek, SP – předpověděný vzorek, D – rozdíl )

Standard MPEG Rozložení koeficientů u kosinové diskrétní transformace

Standard MPEG Komprimační a zabezpečovací obvody pro digitální TV vysílání

Standard MPEG q Standart MPEG-4 Poprvé vytvořen a publikován v roce 1998 § Zásadně vylepšuje kompresní metody I. generace pro MPEG-2 z hlediska kompresní účinnosti a flexibility. Předpokládá se pro SDTV bitový tok 1 Mb/s § V roce 2003 dokončeny práce na MPEG-4 část 10, která využívá komprimační metody II. generace: § Waveletová transformace WT v Kódování dílčích pásem SBC (Sub Band Cosiny) v Vektorová transformace VQ v

Standart MPEG q Kódování zvukových signálů v MPEG - 1 Blokové schéma digitálního zvukového přenosu v MPEG - 1

Standart MPEG q Využitá zvuková kódování ve standartu MPEG Základní kódování pro DVB-T je MPEG-1, vrstva 1 a 2 § Nová využívaná kódování MPEG-4 dle H. 264, AAC ( Advance Audio Coding), MP 3 (MPEG-1, vrstva 3) § Zvukový signál PCM používá vzorkování 48 k. Hz s 16 bitovým kódováním celkem 768 kb/s § Dynamická změna intervalu kvantizačních stupňů Q pro snížení bitové rychlosti v závislosti na síle signálu až na 200 kb/s. Kvantizační šum je maskován signálem, kde N je šumový výkon § N = Q 2 / 12

OFDM modulace

OFDM modulace q Další vlastnosti OFDM modulace: § Nosné jsou ortogonálně rozděleny po šířce kanálu § Kromě přenášených dat rámec obsahuje spojité a rozptýlené pilotní buňky, které zajišťují synchronizaci rámců, kmitočtu, času a. p.

OFDM modulace Význam OFDM ochranných intervalů D při mnohonásobných odrazech

Příjem DVB - T q Řešení TV rozvodů pro příjem DVB-T Přímý rozvod televizních kanálů s digitálními multiplexy – nejjednodušší varianta, dobrý stav rozvodu STA z hlediska šířky pásma (K>60) a vyzařování. Každý úč. má STB. § Rozvod televizních kanálů s kmitočtovými měniči – lze využít stávajících rozvodů STA, nutno využít 4. TV pásma. 3. pásmo obsazeno a STB neumí S kanály a některé ani VHF D/K. Každý úč. má STB. § Převod DVB-T signálů na analogové D/A měniči – lze využít stávajících rozvodů STA. Vyšší cena modulů. Na každý TV program jeden modul. Úč. nemusí mít STB. § Převod DVB-T na DVB-C – ekonomicky náročné řešení, spíše pro velké rozvody TKR. §

Příjem DVB - T Podmínky příjmu DVB-T signálů na sídlištích

Příjem DVB - T Skupinový digitální pozemní a satelitní přijímač GRUNDIG STC 1200

Příjem DVB - T Blokové schéma skupinového digitálního pozemního a satelitního přijímače

Digitální TV v domácnosti Individuální pozemní DVB-T příjem přes set-top-box

Digitální TV v domácnosti q Digitální přijímač Set Top Box (STB) STB je samostatný přijímač digitálního pozemského (terestriálního) vysílání ve spojení s běžným TV přijímačem a venkovní nebo pokojovou anténou § STB konvertuje digitální TV signál na analogový, který lze přijímat běžným televizním přijímačem (TVP) § Uživatelské vybavení STB – vstupní F nebo IEC konektor pro připojení antény, výstupní SCART, S-VHS, IEC konektor pro připojení TVP, dálkový ovladač, štěrbinu pro kartu s podmíněným přístupem (pouze vyšší modely) §

Digitální Set Top Box q Základní § § § § funkce STB: Příjem volně vysílaných TV a R programů DVB-T vysílaných v pásmech VHF a UHF Příjem elektronického programového průvodce a teletextu Programové vybavení s obrazovkovým menu pro nastavení funkcí Funkce automatického vyhledávání multiplexů DVB-T a detekce programů Zobrazení jednoduché informace o síle a kvalitě signálu Rodičovský zámek, funkce časovače s automatickým vypnutím Reset do výrobního nastavení

Digitální Set Top Box Blokové schéma Set Top Boxu propřipojeného k TVP

Digitální Set Top Box q Bloky § § § Set Top Boxu – funkce Tuner – vybírá jeden TV kanál o šířce 7 nebo 8 MHz, konvertuje vf. signál do základního pásma COFDM demodulátor – čip obsahující FFT, demodulátory QAM, QPSK, Viterbiho a RS dekodér. Na výstupu je MPEG-2. Descrembler – obvod pro zabránění neautorizovanému přístupu k sledování placené TV Demultiplexor- rozděluje obrazové, zvukové a datové toky Dekodér MPEG – obsahuje tři dekodéry (video, audio a datový) Mikroprocesor – řídí procesy dekódování datových toků, zpracování servisních informací a uživatelského rozhraní. Často se slučuje s dekodérem MPEG-2.

Digitální Set Top Box Blokové schéma Set Top Boxu pro interaktivní komunikaci přes MHP (Multimedia Home Platform). Na přijímací straně se předpokládá použití obrazovky a ovladače nebo bezdrátové klávesnice.

Příjem DVB - T q Antény pro příjem DVB-T: Pokojové antény – pouze místa se silným signálem. Pole značně nehomogení, proto všesměrová anténa – jednoduchý dipól nebo prutová anténa (H-polarizace) § Širokopásmová anténa reflektorová stěna – je vhodná pro příjem DVB-T, má dobrou směrovost a ziskovou frekvenční charakteristiku § Směrová anténa Yagi- jde o směrovou anténu s vysokým ziskem. Je vhodná pro dálkový příjem, nebo v místech s více vysílači §

Příjem DVB - T Efekt impulsního rušení na dekódování obrazu Graf závislosti citlivosti DVB-T na rušivé impulsy pro 2 k a 8 k

Digitální Set Top Box Příklad jednoduchého řešení STB Technisat

Digitální Set Top Box Přijímač DVB-T velikosti USB klíče s přídavnou anténou do PC a jeho blokové schéma

Digitální Set Top Box Blokové schéma zapojení PCI karty pro příjem DVB-T

Digitální Set Top Box

Digitální TV v domácnosti Příjem různých typů TV digitálních signálů na Integrovaný digitální televizor