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

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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. Přenos TV signálu • Typy TV vysílání: • LDTV – nízká rozlišovací schopnost • SDTV – standartní rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 864x625, poměr stran 4:3 • HDTV – vysoká rozlišovací schopnost, počet obrazových bodů 1920 x 1080, poměr stran 16:9

7. Přenos digitálního TV signálu • 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

8. Přenos digitálního TV signálu • 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 • 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“

9. Přenos TV signálu Problémy s přenosem analogové TV

10. Přenos TV signálu Srovnání kvality analogového a digitálního TV vysílání

11. Přenos TV signálu • Nekomprimovaný TV signál • Y – jasový signál • CB , CR – chrominační signál • Vzorkování TV signálu (ITU-R 601) • Jasový signál – vzorkovací kmitočet 13,5 MHz • Chrominační signál - vzorkovací kmitočet 6,75 MHz • 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

12. Digitální TV vysílání • DVB (Digital Video Brodcasting) – jde o mezinárodní konsorcium vytvořené TV společnostmi, výrobci a síťovými operátory celkem 260 členů z 35 států světa • DVB založeno 1993, vydává doporučení pro budování DVB • Typy DVB : • 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)

13. DVB-T přenos • Varianty systému DVB-T: • Podle počtu nosných COFDM • Systém 2k má 1705 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz • Systém 8k má 6817 nosných v kanálu 7 resp. 8 MHz • Dle způsobu modulace- QPSK, 16 QAM a 64 QAM • Varianty DVB-T: • Varianta C2 – současný přenos 4 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 64 QAM; mód 8k; D/T = ¼; 19,91 Mbit/s) • Varianta B2 – současný přenos 3 TV programů (RS kód 188, 204, 8; FEC 2/3; 16 QAM; mód 8k; D/T = ¼; 13,27 Mbit/s) • Varianta A2 - vhodná pro mobilní příjem ( QPSK; FEC 2/3; 6,6 Mbit/s)

14. DVB-T přenos Typy kódování dle Shannonova schématu Zdrojové kódování – převedení analogového obrazu a zvuku do digitální formy (nekompri-movaný 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 – zabezpečujekomprimovaný signál proti chybám Modulace – využívá se více nosných v systému OFDM s modulacemi m-QAM, QPSK a.p.

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

16. Standard MPEG • 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

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

18. Standard MPEG • 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 )

19. Standard MPEG Rozložení koeficientů u kosinové diskrétní transformace

20. Standard MPEG Komprimační a zabezpečovací obvody pro digitální TV vysílání

21. Standard MPEG • 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 1Mb/s • V roce 2003 dokončeny práce na MPEG-4 část 10, která využívá komprimační metody II. generace: • Waveletová transformace WT • Kódování dílčích pásem SBC (Sub Band Cosiny) • Vektorová transformace VQ

22. Standart MPEG • Kódování zvukových signálů v MPEG - 1 Blokové schéma digitálního zvukového přenosu v MPEG - 1

23. Standart MPEG • 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), MP3 (MPEG-1, vrstva 3) • Zvukový signál PCM používá vzorkování 48 kHz 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 = Q2 / 12

24. OFDM modulace

25. OFDM modulace • 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.

26. OFDM modulace Význam OFDM ochranných intervalů D při mnohonásobných odrazech

27. Příjem DVB - T • 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 skmitočtovými 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.

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

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

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

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

32. Digitální TV v domácnosti • 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)

33. Digitální Set Top Box • 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

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

35. Digitální Set Top Box • 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.

36. 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.

37. Příjem DVB - T • 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

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

39. Digitální Set Top Box Příklad jednoduchého řešení STB Technisat

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

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

42. Digitální Set Top Box

43. Digitální Set Top Box

44. Digitální Set Top Box

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