Radioelektronické semináře 2010
Digitální televize DVB: Standardy druhé generace a rozvoj služeb HDTV
Tomáš Kratochvíl Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně
Program semináře Přenosový řetězec digitální televize DVB (první a druhé generace) Transportní tok MPEG-2 TS a statistická multiplexace programů Kvalita obrazu při přenosu digitální televize MPEG-2 vs. H.264 AVC Charakteristika přenosu DVB-S/C/T (první generace) Charakteristika přenosu DVB-S2/C2/T2 a DVB-H/SH (druhá generace) Současný stav standardizace DVB a druhé generace Stav vysílání DVB-T v České republice (multiplexy 1 – 4) Výhledy rozšíření služeb HDTV
24. března 2010
[email protected]
strana 2
Přenosový řetězec DVB
MPEG-2 TS
24. března 2010
[email protected]
strana 3
Statistická multiplexace MPEG-2 TS
24. března 2010
[email protected]
strana 4
Monitorování protokolu MPEG-2 TS
24. března 2010
[email protected]
strana 5
Kvalita obrazu digitální televize
1/5
Nepříznivé podmínky při příjmu ATV (snižující se C/N, zvyšující se šum)
Nepříznivé podmínky při příjmu DTV (snižující se C/N, zvyšující se BER)
24. března 2010
[email protected]
strana 6
Kvalita obrazu digitální televize
2/5
Blockiness Cliff-off
↑ Chybovost BER ↑
24. března 2010
[email protected]
strana 7
Kvalita obrazu digitální televize
3/5
Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009 Ref: Kratochvíl, T. Slanina, M. Digital Video, Edited by: Floriano De Rango, ISBN 978-953-7619-70-1, 2010, INTECH
Metrika DVQL a) reference, b) blockiness a cliff-off v obraze
24. března 2010
[email protected]
strana 8
Kvalita obrazu digitální televize
4/5
Programy
ČT1
ČT2
ČT4
ČT24
DVQL-W [%]
81,82
79,36
74,26
78,36
DR [Mbit/s]
4,14
3,93
4,61
2,82
DVQL-W [ % ]
Zdroj: Měření ÚREL 2008 DVB-T MPEG-2
Závislost Data Rate v čase
90 85
čt1
80
čt2
75
čt4 čt24
70 65 60 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 t[h]
24. března 2010
[email protected]
strana 9
Kvalita obrazu digitální televize
5/5
Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009 Ref: Kratochvíl, T. Slanina, M. Digital Video, Edited by: Floriano De Rango, ISBN 978-953-7619-70-1, 2010, INTECH
Obrazové artefakty a) MPEG-2, b) H.264 AVC (MPEG-4 Part 10)
24. března 2010
[email protected]
strana 10
Charakteristika přenosu DVB-S
1/2
DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite) – od roku 1993 Standard ETSI - EN 300 421 V1.1.2 (08/97) Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) FEC zabezpečení (RS + vnitřní prokladač + konvoluční kód) Modulace QPSK (4 stavy nosné, kompenzace nelinearity) CS Link: 12 525 MHz, CR = 3/4, SR = 27,5 MS/s, cca 6 programů Šířka kanálu typického transpondéru B = 36 MHz C/N > 6,8 dB (CR = 3/4) pro BER po RS dekódování < 1.10-11 (QEF) MPEG-2 TS: DR = 38,01 Mbit/s (50,69 Mbit/s včetně FEC)
24. března 2010
[email protected]
strana 11
Charakteristika přenosu DVB-S
2/2
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
24. března 2010
[email protected]
strana 12
Charakteristika přenosu DVB-S2
1/4
DVB-S2 (Digital Video Broadcasting – Satellite 2nd) – od roku 2005 Standard ETSI - EN 302 307 V1.2.1 (08/09) Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications Zvýšení přenosové účinnosti za stejných přenosových podmínek v režimu širokopásmového satelitního televizního vysílání o cca 30%. H.264 AVC HDTV (720p, 1080i) – 4 HDTV kanály v transpondéru LDCP (Low-Density Parity Check) + BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem) Další modulačních metody 8-PSK, 16-APSK a 32-APSK Hierarchická modulace, IP přenosy, Adaptive Coding and Modulation 24. března 2010
[email protected]
strana 13
Charakteristika přenosu DVB-S2
2/4
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
24. března 2010
[email protected]
strana 14
Charakteristika přenosu DVB-S2
3/4
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
24. března 2010
[email protected]
strana 15
Charakteristika přenosu DVB-S2
4/4
Zdroj: DVB-S2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2010 a EBU Technical Review 10/2004
24. března 2010
[email protected]
strana 16
Obrazové formáty
1/3 LCD Full HD
1080
1080i/p LCD HD Ready
768 720 575 480
720p 575i/p PAL 480i/p NTSC
0
24. března 2010
720
1280 1366
[email protected]
1920
strana 17
Obrazové formáty
2/3
Zdroj: Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/HDTV, 2010
24. března 2010
[email protected]
strana 18
Obrazové formáty
3/3
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
ITU-R.BT709
24. března 2010
[email protected]
strana 19
HDTV česky ze satelitu (DVB-S/S2) Zdroj: Přehledy programů v HDTV, www.parabola.cz, 03/2010
Nova HD – (7 až 10) Mbit/s CBR
? 24. března 2010
[email protected]
strana 20
Charakteristika přenosu DVB-C
1/2
DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable) – od roku 1994 Standard ETSI - EN 300 429 V1.2.1 (04/98) Framing structure, channel coding and modulation for cable systems Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) FEC zabezpečení (RS + vnitřní prokladač) Modulace 64-QAM (64 stavů nosné na koaxiálním kabelu 75 Ω) UPC: S kanály do cca 300 MHz, SR = 6,9 MS/s, cca 6 programů Šířka televizního kanálu B = 8 MHz, standardní TV rastr CCIR D/K C/N > 26 dB (pro 64QAM) pro BER po RS dekódování < 1.10-11 (QEF) MPEG-2 TS: DR = 38,15 Mbit/s (41,40 Mbit/s včetně FEC)
24. března 2010
[email protected]
strana 21
Charakteristika přenosu DVB-C
2/2
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
24. března 2010
[email protected]
strana 22
Charakteristika přenosu DVB-C2
1/3
DVB-C2 (Digital Video Broadcasting – Cable 2nd) – od roku 2010 Standard ETSI – zatím není, DVB BlueBook A138 (03/10) DVB-C2 je primárně určeno pro vysílání ve vysokém rozlišení HDTV, H.264 AVC a pro službu Video-on-Demand (domácí videotéka) Doporučena modulace 256-QAM v TV kanálech do 862 MHz Šíření v sítích Hybrid Fibre-Coaxial (HFC), které jsou optimalizované pro vyšší schémata modulace než DVB-C s vysíláním ve standardním rozlišení obrazu SDTV a MPEG-2 Spektrální účinnost je vyšší o cca 30% (v HFC sítích až 60%) Uvažovány jsou kanály s šířkou pásma až 32 MHz.
24. března 2010
[email protected]
strana 23
Charakteristika přenosu DVB-C2
2/3
Zdroj: DVB-C2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009
http://www.dvb.org/technology/dvbc2/
24. března 2010
[email protected]
strana 24
Charakteristika přenosu DVB-C2
3/3
Zdroj: DVB-C2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009
24. března 2010
[email protected]
strana 25
Charakteristika přenosu DVB-T
1/5
DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) – od roku 1997 Standard ETSI - EN 300 744 V1.6.1 (01/09) Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television Průvodce měřením - ETSI TR 101 290 v1.2.1 (2001-05) Multiplex COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) s několika tisíci subnosnými kmitočty v přenosovém kanále Subnosné kmitočty – nulové, datové, pilotní s pevnou pozicí, pilotní s rozptýlenou pozicí, signalizace parametrů přenosu TPS (Transmission Parameter Signaling) pro přijímač (set-top box) Potlačení vlivu vícecestného šíření a příjmu zpožděných signálů, selektivních úniků a úzkopásmového nebo širokopásmového rušení Ochranný interval (Guard Interval) umožňuje standardu DVB-T/H provoz v jednofrekvenční síti SFN (Single Frequency Network) 24. března 2010
[email protected]
strana 26
Charakteristika přenosu DVB-T
2/5
Kombinace systémových parametrů vysílání DVB-T umožňuje optimalizovat nastavení sítě SFN podle požadavků na vysílání: 3 vnitřní modulace datových nosných (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) 5 poměrů konvolučního zabezpečení FEC (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) 4 délky ochranného intervalu (1/32, 1/16, 1/8, 1/4) 2 módy počtu nosných - 2k (1705) nebo 8k (6817) 3 šířky televizního kanálu (8, 7, 6) MHz 3 módy hierarchické modulace s parametrem α (1, 2, 4) - není Možnost přizpůsobení systémových parametrů přenosu DVB-T/H pro statický, přenosný a mobilní příjem s Dopplerovým posuvem Pozn.: Vysílání MUX1 a DVB-T podle TPP (Technický plán přechodu na DTV) 24. března 2010
[email protected]
strana 27
Charakteristika přenosu DVB-T
3/5
Zdroj: Fischer, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology. A Practical Eng. Guide (2ed), Springer 2008
24. března 2010
[email protected]
strana 28
Charakteristika přenosu DVB-T
4/5
Zdroj: ETSI EN 300 744 (DVB-T), 2004
24. března 2010
[email protected]
strana 29
Charakteristika přenosu DVB-T
5/5
Zdroj: Měření ÚREL, 2008 a 2009
AWGN 30dB
F1 -RICEAN 30dB
P1 - RAYLEIGH 30dB
VU30 30dB HM=1
VU30 30dB HM=2
VU30 30dB HM=4
24. března 2010
[email protected]
strana 30
Charakteristika přenosu DVB-T2
1/5
DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial 2nd) – od roku 2009 Standard ETSI - EN 302 755 V1.1.1 (09/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) COFDM s modulací 256-QAM (ne 128 QAM) LDPC a BCH kódy (stejné s DVB-S2) 3 nové módy OFDM - 1k, 16k a 32k (délka symbolu v 32k je 4ms) 3 nové délky ochranného intervalu GI - 1/128, 19/256, 19/128 Mód 32k má délku symbolu 4ms a maximální GI 1/8 Menší počet pilotních nosných (jen v 8 rámcích) Šířka kanálu 1.7, 5, 6, 7, 8 a 10 MHz 24. března 2010
[email protected]
strana 31
Charakteristika přenosu DVB-T2
2/5
Možnost přenášet více transportních toků v jednom televizním kanále – PLPs (Physical Layer Pipes), Kombinace služeb pro pevný (např. 256-QAM, CR 3/5), přenosný (např. 16-QAM, CR 4/5) a mobilní (např. QPSK, CR 3/4) příjem Vše v jednom přenosovém kanále - signalizace v každém fyzickém rámci a nutné monitorování a měření přes jednotlivé PLP! Použití MISO (Multiple-Inputs Single-Output) a Alamouti kódování Diverzitní příjem pro zlepšení pokrytí v malých sítích SFN Aplikace redukce PAPR (Peak to Average Power Reduction) Rotated Constellation – nová technika přenosu I/Q složek, redukce Future Extension Frames – vyhrazeny pro další (budoucí) služby 24. března 2010
[email protected]
strana 32
Charakteristika přenosu DVB-T2
3/5
Zdroj: DVB-T2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009
http://www.dvb.org/technology/dvbt2/
24. března 2010
[email protected]
strana 33
Charakteristika přenosu DVB-T2
4/5
Zdroj: “Discover DVB-T2” Seminar Tour, Rohde&Schwarz, 2009
24. března 2010
[email protected]
strana 34
Charakteristika přenosu DVB-T2
5/5
Zdroj: “Discover DVB-T2” Seminar Tour, Rohde&Schwarz, 2009
MISO
DVB-T SFN
DVB-T2 MISO
24. března 2010
[email protected]
strana 35
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB
1/4
Interaktivní aplikace MHP (Multimedia Home Platform) – statisticky multiplexovaná data ve formě datových objektů, objektový karusel Datové vysílání IPDC (Internet Protocol Datacasting) – IP přenosy, signalizace servisních informací k programům PSI/SI, průvodce ESG (Electronic Service Guide), CDP (Content Delivery Protocol) apod. 24. března 2010
[email protected]
strana 36
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB
2/4
Zdroj: www.dvb.org, 2009
Test UK: MFN DVB-T (64-QAM, 2k, 2/3, GI 1/32) a ekvivalentní DVB-T2 (256-QAM, 32k, 3/5, GI 1/128) ukazuje nárůst přenosové rychlosti z 24,13 Mbit/s na 35,4 Mbit/s (+46.5%) pro Gaussův kanál Test Itálie: SFN DVB-T (64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4) a ekvivalentní DVB-T2 (256-QAM, 32k, 3/5, GI 1/16) ukazuje nárůst přenosové rychlosti z 19,91 Mbit/s na 33,3 Mbit/s (+67%) pro Gaussův kanál ČR: České radiokomunikace - testy DVB-T2 v roce 2010, start 2013 DVB-T se stalo prostředkem k digitalizaci a ASO (Analogue Switch Off) DVB-T2 přináší nové možnosti modulace, kódování a dekódování MPEG-4 AVC a HDTV, vícekanálový zvuk a datové přenosy ? 24. března 2010
[email protected]
strana 37
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB
3/4
Zdroj: www.dvb.org, 2009
24. března 2010
[email protected]
strana 38
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB
4/4
Zdroj: ST 3/2009 Kratochvíl, T. Standardy DVB pro zemské digitální televizní vysílání a mobilní televizi
24. března 2010
[email protected]
strana 39
Standardizace DVB druhé generace
1/5
DVB-S2 (Digital Video Broadcasting – Satellite 2nd) DVB Fact Sheet - July 2009 2nd Generation Satellite - The most advanced Satellite Broadcasting system in the world EN 302 307 V1.2.1 (08/09) Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications TR 102 376 V1.1.1 (02/05) User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications TS 102 441 V1.1.1 (10/05) DVB-S2 Adaptive Coding and Modulation for Broadband Hybrid Satellite Dialup Applications
24. března 2010
[email protected]
strana 40
Standardizace DVB druhé generace
2/5
DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Terrestrial 2nd) DVB Fact Sheet - March 2010 2nd Generation Terrestrial The World’s Most Advanced Digital Terrestrial TV System EN 302 755 V1.1.1 (09/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) DVB BlueBook A122 (12/09) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) (dEN302 755 V1.2.1) DVB BlueBook A133 (12/09) Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) (draft TR 102 831 V1.1.1) TS 102 773 V1.1.1 (09/09) Modulator Interface (T2-MI) for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2) 24. března 2010
[email protected]
strana 41
Standardizace DVB druhé generace
3/5
DVB-C2 (Digital Video Broadcasting – Cable 2nd) DVB Fact Sheet - March 2010 2nd Generation Cable - The World’s Most Advanced Digital Cable TV System DVB BlueBook A138 (03/10) Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital transmission system for cable systems (DVB-C2) DVB BlueBook A147 (03/10) DVB-C2 Implementation Guidelines
24. března 2010
[email protected]
strana 42
Standardizace DVB druhé generace
4/5
DVB-H (Digital Video Broadcasting –Handheld) DVB Fact Sheet – April 2009 Broadcasting to Handhelds - Digital Terrestrial Mobile TV EN 302 304 V1.1.1 (11/04) Transmission system for handheld terminals TR 102 377 V1.4.1 (06/09) Implementation guidelines for DVB handheld services TR 102 401 V1.1.1 (05/05) DVB-H Validation Task Force report
24. března 2010
[email protected]
strana 43
Standardizace DVB druhé generace
5/5
DVB-SH (Digital Video Broadcasting – Satellite Handheld) DVB Fact Sheet - July 2009 Satellite Services to Handhelds - Mobile TV over advanced Hybrid Satellite/Terrestrial Networks TS 102 585 V1.1.2 (04/08) System Specifications for Satellite services to Handheld devices (SH) below 3 GHz EN 302 583 V1.1.1 (03/08) Framing Structure, channel coding and modulation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3 GHz DVB BlueBook A111 (12/09) Framing Structure, channel coding and modulation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3 GHz (draft EN 302 583 v.1.2.1) TS 102 584 V1.1.1 (12/08) Guidelines for Implementation for Satellite Services to Handheld devices (SH) below 3GHz DVB BlueBook A131 (11/08) MPE-IFEC (draft TS 102 772 V1.1.1) 24. března 2010
[email protected]
strana 44
Současný stav vysílání DVB-T Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010
1/4
64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4
Multiplex 1
8 MHz, 19,1 MBit/s 29 vysílačů
24. března 2010
[email protected]
strana 45
Současný stav vysílání DVB-T Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010
2/4
64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4
Multiplex 2
8 MHz, 19,1 MBit/s 19 vysílačů
24. března 2010
[email protected]
strana 46
Současný stav vysílání DVB-T Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010
Multiplex 3
3/4
64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4 (1/16) 8 MHz, 19,1 (23,42) MBit/s 12 vysílačů
24. března 2010
[email protected]
strana 47
Současný stav vysílání DVB-T (MUX4) Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010
Multiplex 4
4/4
64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/8 8 MHz, 22,17 MBit/s 3 vysílače
Nova HD – (5 až 6) Mbit/s CBR 24. března 2010
[email protected]
strana 48
Reference a informační zdroje k DVB Reimers, U. DVB: The Family of International Standards for Digital Video Broadcasting (2nd edition). 408 p. Springer, 2005 (85 EUR) Fisher, W. Digital Video and Audio Broadcasting Technology: A Practical Engineering Guide (2nd edition). 586 p. Springer, 2008 (100 EUR) Legíň, M. Televizní technika DVB-T. 288 s. BEN, 2006 (299 Kč) Bednář, J. a Gregora, P. Příjem DVB-T. 136 s. BEN, 2007 (199 Kč) www.dvb.org – homepage DVB, Fact Sheets DVB, magazine DVB Scene www.dvb-h.org – homepage Mobile TV a standardy DVB-H/SH www.digizone.cz – programová nabídka v ČR, mapy pokrytí a vysílače www.digict.cz – informační server k digitalizaci televizního vysílání v ČR www.cra.cz – České radiokomunikace, vysílače DVB-T a test DVB-H/T2 24. března 2010
[email protected]
strana 49
Kontakt doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D.
[email protected] Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Purkyňova 118, 612 00 Brno Tel: 541 149 113 Fax: 541 149 244
24. března 2010
[email protected]
strana 50
