Příloha D
Nová generace televizních a rozhlasových vysílacích sítí Ing. Dušan Líška, CSc.
Praha, leden 2007 _______________________________________________________________
Příloha D Prázdná strana
Příloha D
Nová generace televizních a rozhlasových vysílacích sítí 1. Stručná historie vývoje vysílacích sítí Analogové vysílací sítě pro šíření rozhlasových a televizních programů jsou v současné době již plně rozvinuty a v podstatě neposkytují žádné možnosti dalšího vývoje. Rozhlasové vysílání se dnes uskutečňuje zejména v pásmu FM, kde v každém regionu vysílají stereofonně desítky rozhlasových stanic. Kvalita tohoto vysílání je při dostatečném signálu velmi dobrá a tvoří pro posluchače určitý standard kvality. Pokračuje i monofonní vysílání AM na středních, dlouhých a krátkých vlnách, ale jeho význam oproti vysílání FM značně poklesl. Krátké vlny se využívají zejména pro zahraniční vysílání v různých jazykových mutacích podle cílových zemí tohoto vysílání. Kvalita je zejména díky únikům problematická a ve srovnání s vysíláním FM podstatně horší. Televizní programy se vysílají na kmitočtech přidělených kmitočtovou konferencí Stockholm 1961. První televizní vysílací sítě byly budovány v I. a III. pásmu (VHF), později vznikly sítě ve IV. a V. pásmu (UHF). Vysílací standardy vznikaly již v období černobílé televize v rámci mezinárodní organizace CCIR (dnes ITU-R), a protože pozdější systémy barevné televize zachovávají vysílání jasového signálu v nezměněné formě, používá se původní označení černobílých standardů podle abecedy dodnes. V Evropě je nejrozšířenější soustava B/G PAL (625 řádků, 50 půlsnímků), standard B pro pásmo VHF má šířku kmitočtového kanálu 7 MHz, standard G pro pásmo UHF 8 MHz, odstup nosných zvuku a obrazu je 5,5 MHz. Zvukový doprovod se vysílá buď stereofonně v analogovém systému FM-FM nebo v digitálním zvukovém systému NICAM. Nosná vlna NICAM má odstup 5,85 MHz. Země bývalého východního bloku (byly sdružené v organizaci OIRT) používají soustavu D/K (VHF/UHF) s jednotnou šířkou pásma 8 MHz a odstupem zvukové nosné 6,5 MHz, v případě stereofonního zvuku má druhá zvuková nosná odstup 6,26 MHz. Většina z těchto zemí včetně ČR přešla na soustavu PAL, v zemích bývalého Sovětského svazu (kromě baltských) zůstalo vysílání v soustavě SECAM. Pro úplnost je nutno uvést ještě soustavu I/PAL používanou ve Velké Británii a Irsku se šířkou kanálu 8 MHz a odstupem zvuku 6 MHz. Belgický systém H má hlavní parametry totožné se systémem G. Zcela odlišný je však systém L/SECAM používaný ve Francii a Lucembursku. K výčtu televizních vysílacích systémů patří velmi rozšířený americký systém M/NTSC (525 řádků, 60 půlsnímků), se šířkou kanálu 6 MHz a odstupem zvukové nosné 4,5 MHz. Používá se kromě USA i v Kanadě, Japonsku a řadě dalších zemí. Analogové rozhlasové a televizní vysílání pokrývá všechna k tomu určená kmitočtová pásma. Pro digitální vysílání lze tedy využívat pouze zbytky neobsazených kanálů a také sousední kanály vysílačů, které se z důvodů nepřípustného rušení v analogovém vysílání nesmí obsazovat (tzv. tabu kanály), mohou ale být obsazeny digitálním vysíláním. To je důvod, proč se digitální vysílání v první fázi zavádění potýká s nedostatkem vysílacích kmitočtů. V České republice byly takto vytvořeny tři digitální sítě (multiplexy) DVB-T označené A, B a C s pokrytím zhruba 70 %, 35 % a 50 % obyvatelstva. Další podstatný rozvoj digitálního vysílání není možný bez postupného vypínání analogového televizního vysílání. Přerozdělení kmitočtů pro digitální vysílání se bude postupně uskutečňovat na základě výsledků Regionální radiokomunikační konference RRC 04/06, jejíž druhá část skončila v Ženevě v polovině června 2006. Její význam je srovnatelný s konferencí Stockholm 1961, výsledky vstoupí v platnost od 1. července 2007. 1-360-2765 - Etapa č. 2
3/18
leden 2007
Příloha D Česká republika na konferenci úspěšně uplatnila všechny předložené požadavky. Po vypnutí analogového televizního vysílání, které se v ČR zatím plánuje do 10.10.2010, by mělo být v každém ze 14 regionů k dispozici v pásmu UHF celkem 7 kmitočtových vrstev, z nichž bude možno sestavovat digitální sítě DVB-T (SD i HDTV) a mobilní sítě DVB-H. V pásmu VHF bude podobně v regionech k dispozici jedna vrstva kmitočtů pro DVB-T nebo DVB-H a dvě kmitočtové vrstvy pro sítě digitálního rozhlasu T-DAB. V první etapě počítá návrh Technického plánu přechodu ČTÚ s definitivními čtyřmi sítěmi DVB-T do roku 2009 (z nich jedna bude veřejnoprávní). Tak by mohla být v ČR kolem roku 2008 k dispozici i jedna síť pro DVB-H, kterou by využívali všichni operátoři. Bližší podrobnosti jsou uvedeny v návrhu Technického plánu přechodu, který ČTÚ zveřejnil k připomínkám v říjnu 2006. 2. Základní principy digitálních zemských TV a R systémů Historicky prvním digitálním systémem byl systém digitálního rozhlasu T-DAB (Terrestrial Digital Audio Broadcasting), který byl vyvinut v rámci projektu Eureka 147 hlavně spoluprací francouzského institutu CCETT a německého IRT a v podstatě dokončen již v roce 1995. V tomto systému byla poprvé použita zcela revoluční modulační technika – ortogonálně frekvenčně dělený multiplex OFDM (Ortogonal Frequency Divided Multiplex), který je aplikován téměř ve všech současných digitálních TV a R zemských vysílacích systémech. Princip OFDM je založen na digitální modulaci stovek až tisíců dílčích nosných vln (subnosných), které rovnoměrně vyplňují celý přenosový kmitočtový kanál. V podstatě se jedná o přechod ze sériového přenosu obrazových a zvukových informací na paralelní přenos současně na všech dílčích nosných a tím velmi významné zpomalení přenosu. Zpomalení přenosu umožňuje zcela vyloučit z procesu dekódování první část přenosu každého bitu – tzv. ochranný (guard) interval a tím zcela odstranit vliv odrazů. V důsledku odstranění nepříznivých vlivů odrazů lze konstruovat jednofrekvenční sítě SFN (Single Frequency Networks), ve kterých je určitá oblast pokryta vysíláním několika vysílačů vysílajících stejný programový obsah na stejném kmitočtovém kanálu. Signály z jednotlivých vysílačů, stejně jako odražené signály, se ve výsledku podporují, což je výhodné pro dekódování. Aby se dalo vyloučit kolísání amplitudy a fáze jednotlivých dílčích nosných v důsledku součtu časově posunutých sinusových průběhů, část dílčích nosných (obvykle více než 10 %) se nemoduluje a slouží jako reference k vyrovnání útlumových a fázových charakteristik přenosu – tzv. ekvalizace kanálu. Důležitou vlastností systému OFDM je rovnoměrné vyplnění celého přenosového kanálu dílčími nosnými stejné amplitudy, které připomíná spektrum bílého šumu. V časové oblasti tak signál OFDM také odpovídá svým tvarem šumu, je to však na rozdíl od zcela náhodného průběhu šumu přesně matematicky definovaný tzv. pseudonáhodný proces, který po dekódování vytvoří původní signál. Důsledkem uvedené vlastnosti signálu OFDM je i skutečnost, že rušení digitálním signálem OFDM se projevuje v rušeném kanálu pouze zvýšenou úrovní šumu. Připomeňme, že u analogového televizního vysílání je energie soustředěna nerovnoměrně zejména na kmitočtech nosné vlny obrazu a zvuku a na kmitočtu barvonosné vlny. Nezbytnou součástí každého digitálního přenosu je protichybové zabezpečení. Některé chyby (např. v synchronizaci) by totiž digitální přenos zcela znehodnotily. V případě, že se při modulační technice OFDM některé nosné dostanou na anténu z různých směrů v protifázi a mají přitom přibližně stejnou amplitudu, vyruší se, takže přenášená informace by se nenávratně ztratila, ale protichybové zabezpečení chybějící informace doplní - dopočítá. Proto
1-360-2765 - Etapa č. 2
4/18
leden 2007
Příloha D je pro systém OFDM protichybové zabezpečení zcela zásadní a často se používá označení COFDM (Coded OFDM). Velikost ochranného intervalu určuje rozlohu jednofrekvenční sítě SFN: rozdíl zpoždění signálů z různých vysílačů SFN musí být v místě příjmu menší než je ochranný interval, protože každý signál, který padne mimo ochranný interval působí v jednofrekvenční síti jako rušení. Všechny vysílače v jednofrekvenční síti musí být synchronizovány přes GPS s multiplexerem, který vytváří vysílaný soubor audiovizuálních programů a dat – tzv. multiplex. Při poruše synchronizace některého vysílače sítě SFN musí být tento vysílač co nejdříve vypnut, protože působí v síti jako zdroj silného rušení. Zdrojové kódování zahrnuje kódování obrazu, kódování zvuku, programový multiplex a transportní multiplex. Kódování vychází ze standardu MPEG 2 a je v podstatě stejné pro všechny základní typy šíření digitálního signálu: satelitní DVB-S, kabelové DVB-C, terestriální DVB-T a také pro systém T-DAB. Kodéry podstatně redukují přenosovou rychlost obrazového signálu z hodnoty 270 Mbit/s ve studiu na zhruba 3 Mbit/s. Stereofonní zvukový signál se redukuje ze studiové hodnoty 3 Mbit/s na hodnotu řádově 256 kbit/s. Programový multiplex zajišťuje časové proložení dílčích složek jednoho televizního programu (obraz, zvuk, teletext a další data) do výsledného přenosového toku daného programu. Transportní multiplex vytváří jediný transportní tok různých televizních i rozhlasových programů a doplňkových dat, který se společně přes distribuční a vysílací sítě dopravuje k divákům. Pokud jsou v multiplexu placené programy, musí se zajistit skramblování signálu a pravidelně zařazovat do výsledného přenosového toku zašifrovaný tajný klíč (mění se přibližně každých 10 s) a oprávnění (mění se zhruba každý měsíc jako ochrana proti hackerům) pro platící diváky. Správu placených programů zajišťuje systém podmíněného přístupu CA (Conditional Access). Protichybové zabezpečení je velmi propracované v systémech DVB, kde zahrnuje čtyři samostatné bloky: vnější kodér RS (Reed-Solomon), vnější prokládání (outer interleaving), vnitřní konvoluční kodér a vnitřní prokládání (inner interleaving). RS kodér přidává k transportnímu paketu MPEG 2 o délce 188 bajtů 16 ochranných bajtů, které umožňují automaticky opravit v každém paketu až 8 chybných bajtů. Vnější prokládání přeskupí sousední bajty tak, že z dvanácti za sebou vysílaných bajtů je každý z jiného paketu. Vnější prokládání tak umožňuje korigovat i shluky chyb postihující až 96 sousedních bajtů. Vnitřní konvoluční kodér používá v systémech DVB standardizované kódové poměry 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 a 7/8. Čitatel zlomku udává počet informačních bitů, jmenovatel celkový počet včetně zabezpečovacích bitů. Kódové poměry 1/2 a 2/3 jsou nejrobustnější za cenu nejnižšího užitečného bitového toku. Vnitřní prokládání přeskupuje sousední bity podobně jako vnější prokládání bajty. Důležitou číselnou charakteristikou digitálního vysílání je chybovost – je to zlomek daný počtem chybně přenesených bitů (čitatel) k celkovému počtu přenesených bitů (jmenovatel). Podmínkou téměř bezchybného televizního přenosu DVB-T (tj. méně než jedna chyba za hodinu) je chybovost menší než 2.10-4 měřená za konvolučním (Vitterbiho) dekodérem přijímače. Při přenosové rychlosti kolem 20 Mbit/s tak protichybové zabezpečení dokáže realizovat téměř bezchybný přenos i při chybovosti na vstupu dekodéru přijímače odpovídající 400 tisíci chybám za sekundu. Jednotlivé způsoby šíření digitálních signálů se liší zejména ve způsobu modulace vysílaných signálů. Používá se digitální čtyřstavová modulace QPSK a kvadraturní amplitudové modulace 16QAM, 64QAM, 256QAM. Kabelová televize DVB-C používá vícestavovou modulaci jediné nosné vlny (64QAM, 256QAM), družicová televize DVB-S modulaci QPSK, zemská televize DVB-T modulační techniku OFDM.
1-360-2765 - Etapa č. 2
5/18
leden 2007
Příloha D 2.1 Přehled zemských digitálních televizních a rozhlasových systémů Již zmíněný digitální rozhlasový systém T-DAB umožňuje vysílat v tzv. frekvenčním bloku (ensamble) o šířce pásma 1,536 MHz celkový hrubý datový tok s přenosovou rychlostí zhruba 2,4 Mbit/s. V závislosti na stupni ochrany dat tomu odpovídá čistá přenosová rychlost 0,6 až 1,8 Mbit/s. V jednom frekvenčním bloku lze přenášet 6 stereofonních rozhlasových programů kódovaných přenosovou rychlostí 192 kbit/s a další s programem související data PAD (Programme Associated Data) nebo zcela nezávislá data NPAD (Non PAD). V datovém toku lze přenášet až 64 dílčích složek (rozhlasových programů nebo dat), z nichž každá může mít jiné protichybové zabezpečení. Jednotlivé subnosné OFDM jsou modulovány diferenční čtyřstavovou modulací DQPSK. Vysílání T-DAB se realizuje buď v některém z televizních kanálů ve III. televizním pásmu nebo v pásmu L - 1,5 GHz. Do jednoho televizního kanálu o šíři 7 MHz lze umístit čtyři bloky T-DAB označované A, B, C a D v kmitočtovém rastru 1,75 MHz, v pásmu L je k dispozici celkem 16 bloků LA až LP. Ke splnění různých požadavků jsou k dispozici čtyři módy lišící se počtem subnosných – 1536, 768, 384, 192. Protichybové zabezpečení T-DAB neobsahuje Reed-Solomonovo kódování, ale oproti DVB-T má k dispozici větší počet kódovacích poměrů: 1/4, 3/8, 4/9, 1/2, 4/7, 4/6, 3/4 a 4/5. Po počátečním rozpačitém rozvoji T-DAB způsobeném zejména nedostatkem a vysokou cenou přijímačů, se postupně rozšiřuje pokrytí i sortiment přijímačů DAB. Na světě může kolem 500 milionů potenciálních posluchačů přijímat kolem 1000 různých programů TDAB. V současné době je na trhu kolem 250 typů přijímačů T-DAB s cenou od 60 EUR. Vysílání T-DAB se trvale v poslední době rozvíjí zejména v Západní Evropě. Velká Británie a Německo dosáhly pokrytí signálem T-DAB kolem 85 % obyvatelstva, Belgie a Dánsko kolem 98 %, Portugalsko 75 %, Holandsko a Norsko 70 %, Itálie 65 %, Švýcarsko 60 %, Španělsko 50 %, Finsko 40 %, Švédsko 35 %, Francie 25 %. Ve Velké Británii se v roce 2009 očekává celkem 20 milionů přijímačů, přijímač T-DAB tedy bude vlastnit 40 % domácností, v celé Evropě se předpokládá až 60 milionů přijímačů do roku 2010. Přesto nelze jednoznačně předpovídat další vývoj, optimální způsob digitálního šíření rozhlasového vysílání se pořád hledá. V ČR zahájily České radiokomunikace experimentální vysílání T-DAB v květnu 1999, experiment skončil v roce 2000 bez velkého zájmu rozhlasových společností. V listopadu 2005 se v Praze uskutečnilo valné shromáždění WorldDAB Fóra, v době valného shromáždění bylo okolí Prahy pokryto experimentálním vysíláním T-DAB. Vysílalo se v bloku 10A ze Strahova výkonem 600 W ERP pět programů s přenosovými rychlostmi 128 až 224 kbit/s. Po dva dny trvání shromáždění se v okolí Slovanského ostrova experimentálně vysílalo také v systému T-DMB. Nejrozšířenější je digitální televizní systém DVB-T. Protichybové zabezpečení je kompletní a spolu s odolností OFDM proti vícecestnému šíření umožňuje při dostatečné úrovni signálu v místě příjmu i mobilní a také přenosný příjem, který je důležitý pro druhý a další televizní přijímač v domácnosti. Počet nosných OFDM se v systémech DVB-T a DVBH označuje teoretickou hodnotou 2k (skutečný počet je 1705, z nichž je 1512 aktivních a zbytek jsou referenční), 4k (3409/3024 nosných) a 8k (6817/6048 nosných). Ochranný (guard) interval může mít relativní hodnotu 1/4, 1/8, 1/16 a 1/32 symbolu OFDM a spolu s počtem nosných určuje maximální velikost jednofrekvenční sítě SFN. V módu 8k a při ochranném intervalu 1/4 nesmí rozdíl trajektorií signálů od různých vysílačů k přijímači být větší než 67 km. V módu 4k jsou odpovídající rozdíly trajektorií poloviční, v módu 2k čtvrtinové. V přenosovém kanálu 8 MHz lze díky variabilitě systému přenášet užitečné datové toky rychlostí 5 až 32 Mbit/s v závislosti na použitém modulačním systému subnosných QPSK, 16QAM nebo 64QAM, na délce ochranného intervalu a na kódovém poměru konvolučního 1-360-2765 - Etapa č. 2
6/18
leden 2007
Příloha D kódování. Systém lze adaptovat i na přenosové kanály o šíři 7 MHz (systém B/PAL; Austrálie) nebo 6 MHz (Amerika, Japonsko). K modulaci velkého množství dílčích subnostných se s výhodou používá algoritmus inverzní rychlé Fourierovy transformace (IFFT), v dekodéru se využívá algoritmus přímé FFT. Pravidelné vysílání digitální terestriální televize DVB-T se v Evropě rozvíjí od roku 1998, kdy zahájila vysílání Velká Británie. Postupně se přidalo Švédsko, Španělsko, Finsko, Švýcarsko, Německo, Holandsko, Belgie, Itálie, Malta a Francie. Je velmi potěšitelné, že 12. října 2005 se mezi tyto země zařadila jako dvanáctá v Evropě i Česká republika následovaná v roce 2006 Dánskem, Lucemburskem, Litvou, Řeckem, Rakouskem a Estonskem. V České republice bylo zahájeno exprimentální vysílání DVB-T již v květnu 2000. V červenci 2004 obdržely telekomunikační licence od ČTÚ společnosti Radiokomunikace na multiplex A, Czech Digital Group na multiplex B a Český Telecom na multiplex C. Multiplex A zahájil zmíněné pravidelné vysílání s televizními programy ČT1, ČT2, ČT24, ČT4 Sport, TV Nova a rozhlasovými programy Českého rozhlasu a Frekvence 1. Vysílá se v módu 8k, s modulačním systémem 64QAM, s ochranným intervalem 1/8, s kódovým poměrem 2/3 a s celkovou užitečnou bitovou rychlostí 22,12 Mbit/s. Začátkem dubna 2006 udělila Rada pro rozhlasové a televizní vysílání 6 licencí pro vysílání v multiplexech B a C, takže v multiplexu B měly být zatím televizní programy Prima TV, Televize Z1, TV Pohoda a Televize RTA, v multiplexu C programy Televize Óčko, Febio TV a TV Barrandov. Situaci zkomplikovalo rozhodnutí Městského soudu v Praze, které zrušilo udělení uvedených 6 licencí, a podaná kasační odvolání proti tomuto rozhodnutí. Celoplošné pokrytí České republiky mají podle návrhu Technického plánu přechodu do roku 2008 zajistit vysílací sítě z transformovaných původních multiplexů s novým označením síť 2 (původně A), 3 (B) a 4 (C). Vysílací síť 1 bude veřejnoprávní a bude vybudována podle technických možností v návaznosti na uvedené tři sítě. V květnu 2005 doporučila Evropská komise členským zemím ukončit analogové televizní terestriální vysílání nejpozději v roce 2012. Plány na vypnutí analogového vysílání ASO (Analogue Switch-off) se průběžně aktualizují a do jisté míry závisíi an politické situaci v dané zemi. V roce 2006 začaly s vypínáním Lucembursko a Holandsko, v roce 2007 Itálie a Finsko, 2008 Norsko, Švédsko a Švýcarsko, 2009 Dánsko, 2010 Španělsko, Rakousko, Německo, Malta, 2011 Francie, 2012 VB, Řecko, Belgie, datum ASO není zatím určen v Irsku a Portugalsku. Mezi další faktory, které mohou ovlivnit termín vypnutí patří saturace obyvatelstva set-top boxy (STB), ale také konání význačné mezinárodní události (např. olympijské her), pro kterou je plné pokrytí televizním vysíláním pro diváky nezbytné. Americký digitální terestriální systém ATSC (Advanced Television Steering Committee) používá osmistavovou amplitudovou modulaci jediné nosné s potlačeným postranním pásmem 8VSB, kódový poměr 2/3 a konstantní užitečnou přenosovou rychlost 19,3 Mbit/s v kanálu 6 MHz. Celý datový tok se využívá na kódování jednoho programu „near“ HDTV. Systém ATSC není vhodný na přenosný a mobilní příjem ani na vytváření jednofrekvenčních sítí. Analogové vysílání NTSC se má v USA vypnout 17. 2. 2009, přičemž velké vysílače se mají vypnout již v prosinci 2008. Japonský systém ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting – Terrestrial) používá modulační techniku OFDM a je ještě variabilnější než DVB-T. Přenosový kanál o šířce 6 MHz je rozdělen na 13 segmentů po 433 kHz, každý segment může být modulován samostatně. Jednotlivé segmenty lze kombinovat pro vysílání jednosegmentové (rozhlas nebo televizní vysílání pro mobily), vícesegmentové datové (3 segmenty), SDTV (stacionární či mobilní – 4 a 5 segmentů) nebo HDTV (všech 13 segmentů). Digitální rozhlasový systém DRM (Digital Radio Mondial) je určen pro digitální vysílání v pásmech AM do 30 MHz, se šířkou kanálu 9 nebo 10 kHz (kvalita srovnatelná 1-360-2765 - Etapa č. 2
7/18
leden 2007
Příloha D s mono FM), příp. 18 nebo 20 kHz (kvalita je srovnatelná nebo vyšší než dosažitelná špičková kvalita stereofonního vysílání FM). Dosažitelná přenosová rychlost v kanálu 9 kHz je kolem 24 kbit/s a při zdrojovém kódování zvuku MPEG 4 AAC (Advanced Audio Coding) v kombinaci s technikou SBR (Spectral Band Replication) postačuje k velmi kvalitnímu kódování monofonního zvuku, ale navíc bez šumu a úniků. Standardizace systému DRM proběhla v roce 2001, v roce 2002 se uskutečnily pilotní projekty a v červnu 2003 při příležitosti kongresu WRC 2003 bylo zahájeno pravidelné vysílání DRM. Systém DRM je založen na digitální modulaci COFDM se čtyřmi módy A, B, C, D lišícími se robustností, délkou ochranného intervalu a datovým tokem. V kanálu 9 kHz se mění počet subnosných od 216 do 84, subnosné jsou modulovány modulací 16QAM nebo 64QAM. Hlavní předností DRM je velký dosah a pokrytí s nízkým počtem vysílačů při velmi dobré kvalitě přijímaného rozhlasového programu. Kromě využití v pásmu dlouhých, středních a krátkých vln se nejnověji počítá s využitím systému DRM i v pásmu FM. K výčtu terestriálních digitálních signálů patří ještě systémy televizního vysílání pro mobily DVB-H, T-DMB a MediaFLO, ty budou podrobněji popsány v následujících odstavcích. 2.2 Konvergenční trendy v TV a R sítích Donedávna byly televizní, rozhlasové a telekomunikační sítě oddělené. V souvislosti s rozvojem digitální techniky a s tím souvisejícím rozvojem digitální televize, rozšířené mobilní telefonie, výpočetní techniky a vysokorychlostního Internetu dostupného v domácnostech se to všechno změnilo. Nastoupila doba konvergence těchto dříve samostatných oborů. Všechny typy uvedených sítí umožňují podle stupně rozvoje a ekonomické výhodnosti poskytování určitých typů služeb. S rozvojem jejich výkonnosti vzniká možnost jejich využití pro poskytování dalších nových služeb a také pro využití kombinací různých typů služeb. Přitom je zřejmé, že se nejedná o konkurenci mezi např. digitální televizí a mobilními telekomunikačními standardy GPRS nebo UMTS, ale o využití jejich předností v tom, kde jsou nejsilnější. Typickým příkladem může být interaktivita při digitálním multimediálním vysílání, kdy lze vytvářet hybridní sítě, které poskytují uživatelům vyšší typ služeb. Televizní a rozhlasové vysílací sítě jsou přitom výhodně využity k velkoplošnému vysokokapacitnímu jednosměrnému šíření programů, maloplošné mobilní telekomunikační buňkové sítě zajišťují interaktivní obousměrný provoz. V celosvětovém měřítku hraje v oblasti digitálního televizního vysílání hlavní roli konsorcium DVB (Digital Video Broadcasting), které od svého založení v roce 1993 připravilo přes 60 standardů pro všechny způsoby digitálního šíření multimediálního obsahu k televizním divákům. Standardy se trvale modifikují a doplňují, vydává je ETSI ve spolupráci s EBU. Pro interaktivitu má stěžejní význam platforma multimediálních domácích zařízení MHP (Multimedia Home Platform), která také vznikla na půdě DVB, ale vzhledem k velkému objemu a specifičnosti problematiky se do jisté míry osamostatnila. MHP je otevřený standard pro programování aplikací API (Application Programming Interface) založený na jazyku Java (DVB-J), který definuje obecné rozhraní mezi interaktivními digitálními aplikacemi a terminály, na kterých se tyto aplikace realizují. MHP má tři základní profily: 1. Rozšířené televizní vysílání (Enhanced Broadcast) se týká set-top boxů bez zpětného kanálu, s pasivní interaktivitou (všechny informace se dostávají k divákovi přes vysílací kanál). Profil je plně definován ve specifikaci MHP 1.0. Obsahuje aplikace Java VM (Virtual Machine), DVB-J API a transportní protokoly pro vysílání.
1-360-2765 - Etapa č. 2
8/18
leden 2007
Příloha D 2. Interaktivní televize (Interactive TV) – profil je také definován ve specifikaci MHP 1.0, ale set-top boxy umožňují vyšší stupeň interaktivity a zahrnují zpětný kanál. Obsahuje rozšířené aplikace DVB-J API pro interaktivitu a interaktivní transportní protokoly IP. 3. Přístup k Internetu (Internet Access) – profil je zaměřen na set-top boxy s vysokým výpočetním výkonem a velkou pamětí s nejvyšším stupněm interaktivity. Je definován ve specifikaci MHP 1.1. Obsahuje Java API pro přístup k Internetu, transportní protokoly pro vysílání IP, DVB-HTML a další. Platforma MHP byla původně navržena pro DVB, ale později vznikl globální rámec GEM (Globaly Executable MHP), který umožňuje i jiným organizacím definovat specifikace MHP. Kabelový průmysl v USA přijal specifikaci OCAP (Open Cable Application Platform), v oblasti terestriálního vysílání pracují americké Cablelabs a ATSC společně na definici specifikací ACAP založených na GEM. Velmi silný zájem o ACAP projevila Jižní Korea. V dubnu 2005 byly publikovány specifikace DVB na interaktivní osobní videorekordéry PVR (Personal Digital Recorder). Specifikace MHP-PVR budou doplňovat verze standardu MHP 1.0.3 a vyšší. Pro tyto verze je připravena i zkouška technické způsobilosti pro zajištění kompatibility zařízení (conformance test). Interaktivní služby se objevily prakticky současně se zaváděním vysílání DVB-T. V pionýrských zemích digitálního televizního vysílání (např. ve Velké Británii) vznikly interaktivní platformy OpenTV (CanalPlus), MediaHigway (Thomson Multimedia, Sun Microsystems) a MHEG 5. Postupně byla v konsorciu DVB vypracována platforma MHP, která je dnes již prakticky jediným perspektivním standardem pro interaktivní služby v DVB. Jako první země se pro využití MHP v terestriálním televizním vysílání rozhodlo Finsko v roce 2001, muselo však řešit problémy s nedostatkem set-top boxů MHP. Nyní je penetrace STB kolem 40 % a rychle roste, protože se blíží plánovaný termín ukončení analogového vysílání v roce 2007. Velmi razantně zavádí MHP Itálie, kde byly po zahájení pravidelného vysílání DVB-T v roce 2005 set-top boxy MHP dotovány vládou a prodalo se jich již přes 3 miliony kusů. To je příznivé i pro další země, protože základem úspěchu je rozvinutý trh s přijímači. V první etapě zavádění DVB-T řada expertů považovala interaktivitu za hlavního „tahouna“ digitalizace televizního vysílání, později se na základě zkušeností prosadil střízlivější názor, kdy je interaktivita hodnocena jako samozřejmý doplněk digitálního vysílání a prostředek zajišťující přidanou hodnotu pro toto vysílání. Nejdůležitější interaktivní aplikací je elektronický programový průvodce (Electronic Programme Guide, EPG), který musí povinně zobrazit každý set-top box. Základní EPG vychází z informací přenášených v tabulkách EIT (Event Information Table) v rámci informací o programech a službách SI (Service Information). Způsob zobrazení těchto informací navrhuje výrobce set-top boxu, data jsou funkční, bez grafiky a multimédií, usnadňují divákovi výběr z poskytovaných programů. V rámci MHP lze vytvářet komfortnější EPG, které ale musí být uživatelsky jednoduché, nápadité, atraktivní a užitečné. V tomto případě navrhuje způsob zobrazení EPG na obrazovce diváka poskytovatel programu, obvykle obsahuje i grafiku a multimediální obsah. Další aplikace MHP mohou být rozmanité, s lokální interaktivitou nebo s využitím zpětného kanálu. Obvykle se uvažují tyto možnosti: • superteletext s možností využití grafiky, • zpravodajské informace, informace o počasí, výsledky sportovních utkání, • dopravní informace, • elektronické bankovnictví, • nákupy na základě katalogů a interaktivní reklamy, obchod s nemovitostmi, • sázení na výsledky sportovních utkání, sázení v průběhu přímého přenosu, 1-360-2765 - Etapa č. 2
9/18
leden 2007
Příloha D • • • • • •
různé typy hlasování a anket, kvízy, loterie, e-goverment, komunikace se státní správou, e-learning, vzdělávání, TV mail a TV prohlížeč, hry s lokální interaktivitou, příp. on-line, placená televize, Pay per View, VoD.
Důležitá je podpora pro vytváření aplikací MHP. Dnes již jsou k dispozici programovací nástroje (např. finské společnosti Sofia Digital, společnosti Thales Broadcast and Multimedia apod.), které umožňují vytvářet a testovat aplikace MHP bez podrobné znalosti použitých technických prostředků. Lze pak např. snadno převádět služby, které jsou k dispozici na webu, do prostředí MHP. Na druhé straně je nutné si uvědomit, že interaktivní aplikace vyžadují určitý datový tok v přenášeném multiplexu. Nejjednodušší aplikace lze realizovat s datovým tokem o rychlosti kolem 100 kbit/s pro jednu nenáročnou aplikaci. Při více aplikacích MHP a s jejich stoupající složitostí se potřebný datový tok zvyšuje na úkor přenášených televizních programů. Ve Finsku je ve veřejnoprávním multiplexu vyhrazena aplikacím MHP kapacita 3,5 Mbit/s. V současné době pracují set-top boxy MHP s profilem 1.0.2 umožňujícím práci se zpětným kanálem a počáteční potíže způsobené nedostatečně zajištěnou kompatibilitou jsou již většinou odstraněny. V roce 2006 byl oficiálně zaveden profil MHP 1.1, který usnadňuje tvorbu dalších interaktivních aplikací. Úsporu datového toku pro interaktivní aplikace umožní zvětšení pamětí v set-top boxech a model, kdy jsou aplikace uloženy v paměti STB a není je nutné permanentně přenášet v datovém toku multiplexu. Počítá se také s možností stažení aplikací do STB přes obousměrný zpětný kanál, což také zmenší nároky na datový tok aplikací ve vysílaném multiplexu. Pro realizaci zpětných kanálů mohou sloužit prakticky všechny typy telekomunikačních přípojek, tj. pevné přípojky, mobilní přípojky GSM, GPRS, ADSL, UMTS atd. Výhodné je širokopásmové obousměrné spojení přes kabelovou televizi, které může snadno realizovat výběr pořadů podle výběru zákazníka (Video on Demand, VoD). Byl vyvinut i speciální televizní zpětný kanál, kdy set-top box obsahuje vysílač zpětného kanálu na bázi OFDM a jednotlivé subnosné jsou přidělovány podle potřeb na určitou dobu jednotlivým zákazníkům. Zdá se ale, že tento způsob nebude moci konkurovat zejména mobilním telekomunikačním kanálům. 2.3 Další vývoj kompresních systémů Jak již bylo uvedeno, je pro kódování obrazu v DVB-T základním standardem MPEG 2 (ISO/IEC 13818), který byl dokončen v roce 1994 a jeho účinnost se s rozvojem techniky v průběhu 10 let bez změny dekodéru prakticky zdvojnásobila. To bylo umožněno obecně zavedenou koncepcí standardů MPEG, které definují pouze syntaxi datového toku a vlastnosti přijímače, takže umožňují s rozvojem techniky zvyšovat efektivitu kodérů bez změny dekodérů . V pořadí další standard MPEG 4 (ISO/IEC 14496) byl dokončen v roce 1999 a protože kódování obrazu ve standardech MPEG se obecně popisuje v kapitole (Part) 2, označuje se jako MPEG 4 Part 2. Tento standard používá objektové kódování, principiálně se liší od kódování obrazu MPEG 2, ale jeho účinnost je pouze o zhruba 20 % vyšší. Tato skutečnost spolu s nevyřešenými relativně vysokými licenčními poplatky způsobila, že MPEG 4 Part 2 se v digitálním vysílání zatím nevyužívá. Jako velmi perspektivní se jeví kompresní metoda, pro kterou se ustálilo označení MPEG 4 AVC (Advanced Video Coding). V terminologii ITU-T má označení H 264 a do 1-360-2765 - Etapa č. 2
10/18
leden 2007
Příloha D struktury standardů MPEG byl zařazen až dodatečně v roce 2003 jako MPEG 4 Part 10. Je principiálně bližší k MPEG 2 než standard MPEG 4 Part 2 a má dosáhnout v průběhu roku 2007 oproti MPEG 2 zhruba dvojnásobné účinnosti. Velmi důležité je použití adaptivního deblokovacího filtru, který potlačuje viditelnost bloků často degradující kvalitu obrazu MPEG 2. MPEG 4 AVC byl v září 2004 adaptován do specifikací DVB. Na podobných principech je založen i kompresní systém WM 9 (Windows Media Serie 9) vyvinutý společnostmi Microsoft a Tandberg. Jeho účinnost je téměř srovnatelná s MPEG 4 AVC, je však o něco jednodušší. Mezinárodní organizace SMPTE ho standardizovala pod označením VC 1. Další standard MPEG 7 neredukuje datový tok, ale umožňuje algoritmizovaný popis audiovizuálního obsahu, standard MPEG 21 zahrnuje metadata a ochranu autorských práv. Vývoj metod kódování se samozřejmě nezastavil, např. kompresní systém DIRAC vyvinutý společností BBC má účinnost srovnatelnou s MPEG 4 AVC, byl však vyvíjen s velkým důrazem na jednoduchost a snadnou implementaci. DIRAC je otevřený systém bez licenčních poplatků, předpokládá se jeho další budoucí zdokonalování. Byly již zahájeny práce na vývoji dalšího konkrétního standardu H 265. Televizní a rozhlasové vysílání používá ke kódování zvuku standard MPEG úroveň 2 (MPEG Layer 2). MPEG 2 oproti MPEG 1 může přenášet i kruhový (surround) zvuk 5.1, z důvodu slučitelnosti se při přenosu vytvářejí stereofonní signály L a R. Standardy DVB umožňují kódování zvuku i v systému Dolby AC 3 Audio (využívá např. Austrálie). Kromě toho lze při kódování zvuku MPEG 2 nebo MPEG 4 použít techniku AAC (Advanced Audio Coding). Jak již bylo uvedeno, digitální rozhlas DRM (Digital Radio Mondial) používá MPEG 4 AAC v kombinaci s technikou SBR (Spectral Band Replication). Tento systém byl v listopadu 2004 adoptován konsorciem DVB pod názvem HE-AAC (High Efficiency AAC). Aktuální a často diskutovaná je otázka správné aplikace nových kompresních systémů. U nově vyvinutých neslučitelných systémů televizního vysílání je využití nových kompresních systémů přirozené. Se standardem MPEG 4 AVC se počítá pro kódování obrazu v televizi pro mobily DVB-H, T-DMB i MediaFLO a bude s největší pravděpodobností využit i pro vysílání s vysokou rozlišovací schopností HDTV, zejména v novém neslučitelném satelitním standardu DVB-S2. Signály HDTV lze ovšem kódovat i ve standardu MPEG 2 (USA, Austrálie), ale potřebné datové toky jsou vyšší. Jiná situace je v již zavedeném systému DVB-T, kde se ve všech zemích s pravidelným digitálním terestriálním vysíláním obraz kóduje ve standardu MPEG 2. Určitou výjimkou je Francie, která volné programy kóduje v MPEG 2, ale placené digitální televizní vysílání bude podle vládního usnesení používat MPEG 4 AVC, a také Norsko a Estonsko, kde se také při zavedení pravidelného vysílání DVB-T počítá se standardem MPEG 4 AVC. Vyšší efektivita kódování je vykoupena složitostí kodérů i dekodérů, (kodér MPEG 4 AVC je asi 8x složitější než kodér MPEG 2, dekodér asi 4x složitější) a tomu odpovídá i vyšší počáteční cena set-top boxů. Při experimentálním vysílání HDTV z mistrovství světa ve fotbale v Německu se také ukázalo, že často uváděné dvojnásobné účinnosti MPEG 4 AVC bude dosaženo až v průběhu roku 2007, první implementace takovou efektivitu zatím neprokázaly. Kromě toho se musí brát v úvahu problematika licencí v souvislosti s MPEG 4 AVC – zejména zavedení uživatelských poplatků, které budou ovlivňovat televizní společnosti hlavně v první fázi zavádění. Hlavní výhodou DVB-T v kombinaci s MPEG 2 je nízká cena set-top boxů, která má na trhu ohromný vliv na atraktivnost všech nabízených programů i na ochotu obyvatelstva přejít na digitální vysílání. Důležitý je také velmi rozvinutý trh set-top boxů, konkurence výrobců a snadná možnost záznamu na pevné disky (DVD). Syntaxe datového toku a multiplex MPEG 2 navíc umožňuje přenášet libovolná data, tedy i programy kódované v MPEG 4 AVC nebo v jiných budoucích standardech kódování. Vzhledem k neustále se zvyšujícímu výkonu 1-360-2765 - Etapa č. 2
11/18
leden 2007
Příloha D integrovaných obvodů se počítá s tím, že set-top boxy budou postupně podle potřeby doplňovány dekodéry nových standardů, ale základem zůstane ještě dlouho MPEG 2. První kombinované integrované obvody tohoto typu již byly vyvinuty. To je perspektivní cesta a bude se řešit společně ve všech zemích, které již pravidelné digitální vysílání zavedly. 3. Mobilní digitální vysílání Příjem televizního signálu v mobilních prostředcích je v současné době v popředí zájmu televizních i telekomunikačních společností. Systém DVB-T nebyl původně určen k mobilnímu příjmu, experimenty ale ukázaly, že ho lze prakticky využít k mobilnímu příjmu, zejména při použití vysílacího módu 2k. Možnost tzv. diverzitního příjmu se dvěma anténami usnadňuje mobilní příjem i v módu 8k. Pro maximální rychlost při mobilním příjmu platí, že je nepřímo úměrná střednímu kmitočtu vysílaného signálu a přímo úměrná Dopplerovu kmitočtu, jehož hodnota závisí na konstrukci přijímače, na robustnosti vysílaného módu DVB-T, na profilu terénu a ne příliš výrazně i na délce ochranného intervalu. Pro systém 2k je přitom za stejných podmínek Dopplerův kmitočet čtyřikrát vyšší než pro systém 8k. Pro mobilní příjem jsou tedy výhodné zejména kmitočtové kanály pásma VHF a kanály v dolní části pásma UHF. Vzhledem k požadované robustnosti jsou pro mobilní příjem výhodnější nižší kódové poměry 1/2, 2/3, příp. 3/4 a robustnější modulační schémata QPSK a 16QAM. Běžným hodnotám Dopplerova kmitočtu odpovídají v módu 8k na 21. kanálu rychlosti 73 až 146 km/hod, na 60. kanálu rychlosti 44 až 88 km/hod., v módu 2k jsou rychlosti čtyřikrát vyšší. I když jsou uvedené hodnoty jen orientační, je z nich zřejmé, že rychlosti pro mód 8k jsou příliš nízké. Řešením je využití diverzitního příjmu, tj. přijímače se dvěmi anténami umístěnými v určité vzdálenosti na dopravním prostředku. Při diverzitním příjmu se signály z obou antén kombinují a podmínky příjmu se podstatně zlepší: rychlost pohybu, ale i přípustná efektivní hodnota šumu se prakticky zdvojnásobí. V současné době lze kompletní demodulátor COFDM 2k/8k umístit na jeden čip, pro diverzitní příjem se pak použijí dva tunery a dva čipy, jejichž výstupy se kombinují. Experimenty potvrdily, že diverzitní přijímač zlepšuje nejen mobilní, ale i přenosný příjem v budovách; např. použití diverzitního příjmu zlepšilo vnitřní pokrytí experimentálně měřeného bytu ze 67 % na 95 %. 3.1 Systém DVB-H Systém DVB-H (Digital Video Broadcasting – Handheld) reprezentuje nejnovější směr vývoje digitální televize navržený konsorciem DVB a standardizovaný v ETSI. Je zaměřen na možnost příjmu digitální televize bateriovým přijímačem typu mobilního telefonu nebo příručního osobního počítače PDA (Personal Digital Assistent). Hlavním důvodem pro vývoj systému DVB-H byla životnost baterií, která je rozhodující pro příjem televizního vysílání na mobilních terminálech. Minimálním požadavkem je televizní příjem na jedno nabití baterií alespoň jeden, ale raději více dní. Spotřeba přijímačů DVB-T je však příliš vysoká a splnění tohoto požadavku ani perspektivně neumožňuje. V systému DVB-H se tento problém se řeší časovým segmentováním (Time slicing), kdy je mobilní přijímač plně funkční pouze po dobu příjmu právě sledovaného televizního programu a v době přenosu jiných programů daného multiplexu jsou nefunkční obvody vypnuty. Při přenosu deseti a více televizních programů v multiplexu DVB-H může úspora energie baterie dosáhnout např. až 90 %. Standard DVB-H doplňuje módy 2k a 8k o kompromisní mód 4k, který zvyšuje rychlost pohybujícího se přijímače na dvojnásobek oproti módu 8k a přitom umožňuje realizovat 1-360-2765 - Etapa č. 2
12/18
leden 2007
Příloha D jednofrekvenční sítě SFN dvojnásobných rozměrů vzhledem k módu 2k. Standard lze používat v kanálech o šířce 8, 7, 6 a 5 MHz. K zvýšení odolnosti příjmu na malou anténu mobilu při vysokých rychlostech lze v systému DVB-H použít přídavné protichybové zabezpečení MPE-FEC (MultiProtocol Encapsulation - FEC), které je zhruba ekvivalentní diverzitnímu příjmu na dvě antény. Pro zdrojové kódování se počítá se standardem MPEG 4 AVC, který umožňuje při poloviční rozlišovací schopnosti ve vertikálním i horizontálním směru (360x288 pixelů) zakódovat jeden televizní program do datového toku o rychlosti menší než 400 kbit/s, uvažuje se i o přenosové rychlosti 200 kbit/s. Aby v mobilním telefonu nemohlo docházet k interferencím s vysíláním GSM, je nutno při vysílání DVB-H v pásmu UHF použít kmitočty nižší než 702 MHz, tj. 21. až 49. kanál. Vysílání DVB-H lze uskutečnit v samostatném multiplexu (což je z hlediska využití systému nejúčinnější) nebo ve společném multiplexu DVB-T, kdy je datový tok pevně rozdělen na část DVB-T a DVB-H a přenáší se distribuční sítí ke všem vysílačům jednofrekvenční sítě SFN. Při tomto způsobu musí být nutně parametry vysílání stejné (mód vysílání 8k nebo 2k, modulační schéma QPSK, 16QAM nebo 64QAM, stejný kódový poměr konvolučního kódování i stejný ochranný interval). Další možností je využití hierarchické modulace, kdy se vytvoří dva nezávislé datové toky pro DVB-T a DVB-H a každý z nich se dopraví distribuční sítí k vysílačům SFN. V modulátoru pak dochází k hierarchické modulaci: datový tok DVB-H má vysokou prioritu HP a je modulován modulací QPSK s robustním kódovacím poměrem (např. 1/2), datový tok DVB-T má nízkou prioritu LP, je modulován modulací 16QAM s méně robustním kódovacím poměrem (např. 5/6). I v tomto případě musí být mód vysílání 8k nebo 2k i ochranný interval stejný. Vysílání DVB-H je velmi aktuální v Evropě i v celém světě. V posledním období proběhla celá řada ověřování systému s pozitivními výsledky (Oxford VB, Itálie, Finsko, Německo, Francie atd.), k dispozici jsou mobilní přijímače Nokia, Motorola, Siemens/BenQ, Samsung, LG Electronica a Sagem. Výsledky pokusů ukazují, že standard DVB-H v mnoha směrech splňuje a dokonce překračuje původní předpoklady a v oblasti vysílání pro mobily bude s největší pravděpodobností nejperspektivnějším systémem. Velmi se osvědčuje přídavné nepovinné protichybové zabezpečení MPE-FEC. Při zkouškách fungovaly všechny typy kodérů (MPEG 4 AVC, VC 1, MPEG 4 Part 2). Pokusy ukázaly, že určitým problémem je pokrytí uvnitř budov, pro které je výhodné více vysílačů v síti SFN, které dodávají signál z různých směrů. Ukázalo se také, že příjem na mobilní telefon uvnitř pohybujícího se automobilu je vzhledem k nedokonalé vestavěné anténě problematický; lepší a snadné řešení spočívá v připojení mobilního telefonu na externí automobilovou anténu, se kterou je příjem zcela bezproblémový i při vysokých rychlostech. Velkou předností systému DVB-H je možnost využít statistický multiplex. Již byl předveden statistický multiplex s 33 programy, takže průměrná přenosová rychlost na jeden program byla kolem 250 kbit/s. 1. června 2006 bylo v Itálii zahájeno komerční vysílání DVB-H, televizní vysílání může na svém mobilním terminálu sledovat 65 % Italů, kteří za tuto službu platí. Mezi země, které zahájily experimentální vysílání DVB-H se v říjnu 2005 zařadila i Česká republika, když na veletrhu INVEX v Brně představily Radiokomunikace ve spolupráci se společností T-Mobile pod názvem Televize v kapse první českou televizi v mobilním telefonu založenou na systému DVB-H. Návštěvníci Invexu mohli shlédnout čtyři televizní programy na mobilním telefonu. V rámci experimentálního vysílání DVB-H v Praze v červnu 2006 si mohli uživatelé kromě sledování pěti programů televize vyzkoušet i některé interaktivní služby, jako je např. 1-360-2765 - Etapa č. 2
13/18
leden 2007
Příloha D hlasování pro oblíbený klip. Experiment probíhal na základě krátkodobé licence a oprávnění k využití přiděleného kmitočtového kanálu. Později bylo vysílání doplněno o další interaktivní služby, včetně podmíněného přístupu se SIM kartou T-Mobile, která umožnila v mobilních telefonech příjem placených programů. Uživatelé mobilních telefonů si tak vedle neplaceného obsahu mohli objednat speciální programy, či „zakoupit“ práva ke sledování přenosů, např. ze sportovních zápasů či koncertů. Plnohodnotný zkušební provoz mobilního příjmu obrazových programů společností TMobile ve spolupráci se společností Radiokomunikace a.s. proběhl v Praze z vysílače Strahov na 29. kanálu od 24.10.2006 do 2.12.2006 s mobilními telefony Motorola se schopností příjmu signálů DVB-H. Zkoušel se také systém zabezpečení a šifrování jednotlivých obrazových programů včetně zabezpečeného přístupu pro dva druhy předplatného, a to na jeden měsíc a na 24 hodin. Technika DVB-H je náročná na kvalitu pokrytí digitálním signálem, protože vyžaduje robustnější pokrytí při nižším datovém toku, ale nabízí nejlepší parametry pro přenos multimediálního obsahu v porovnání s ostatními systémy. DVB-H je součástí koncepce rozvoje digitálního vysílání v ČR, Český telekomunikační úřad plánuje připravit sadu kmitočtů pro síť DVB-H. Předpokládá se, že pro televizní vysílání pro mobilní telefony bude vyčleněn jeden multiplex, který by sdíleli všichni provozovatelé. 3.2 Digitální multimediální vysílání DMB Multimediální služby pro mobilní příjem může teoreticky poskytovat i systém digitálního rozhlasu DAB. Protože DAB byl od začátku navrhován pro mobilní příjem s jednou anténou, má řadu předností: časové prokládání zvyšuje odolnost proti impulsnímu šumu, nerovnoměrné protichybové zabezpečení umožňuje lépe zabezpečit systémové složky signálu s vyšší prioritou. Na druhou stranu nemá vnější Reed-Solomonovo kódování. Na bázi systému DAB byl vyvinut nový korejský multimediální systém DMB (Digital Multimedia Broadcasting). Je založen na využití předností systémů DVB-T i DAB. Hlavní výhodou DMB je podle jeho zastánců relativně levná implementace do stávajících sítí T-DAB a také poněkud příznivější situace z hlediska dostupnosti kmitočtového spektra. V systému DMB je zdrojové kódování obrazu založeno na MPEG 4 AVC, kódování zvuku na MPEG 4 BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding), multiplexování na standardu MPEG 2 TS (Transport Stream). Následuje protichybové zabezpečení Reed-Solomonovým kódem RS (204,188) a konvoluční prokládání převzaté ze systému DVB-T. Transportní tok se pak vloží do multiplexu DAB a v systému DAB se vysílá. DMB-T užívá vysílací sítě v III. TV pásmu a v pásmu L, DMB-S družicové sítě v pásmu L. Experimenty DMB-S a DMB-T proběhly v roce 2005 v Koreji. Systém DMB podporují společnosti Samsung a LG. Vzhledem k šířce pásma cca 1,7 MHz pro jeden blok T-DAB, nelze v multiplexu DMB efektivně uplatnit statistický multiplex. Standard DMB byl již schválen ETSI a kromě pokusů v Koreji se uskutečnily pilotní projekty v Bavorsku i v dalších německých městech pokrývající mistrovství světa ve fotbale v květnu a červnu 2006. Toto mistrovství bylo samozřejmě přenášeno také systémem DVB-H. Vyhodnocení a porovnání úspěšnosti obou systémů při této významné sportovní akci bude možné provést až s větším časovým odstupem. 3.3 Systém MediaFLO Americký systém MediaFLO (Forward Link Only) je velmi ambiciózní systém multimediálního vysílání pro mobilní terminály. Systém je doposud v počátečním stadiu vývoje a jeho využití v Evropě v dohledné době je nepravděpodobné, přesto si zaslouží podrobnější popis, i když bude prozatím založen pouze na údajích zveřejněných na webových stránkách tvůrce systému – telekomunikační společnosti Qualcom. 1-360-2765 - Etapa č. 2
14/18
leden 2007
Příloha D Systém MediaFLO převzal většinu principů ze systémů DVB-T a DVB-H, některé zmodernizoval a podle tvrzení tvůrců systému se jim podařilo vytvořit nejlepší systém pro příjem multimediálního obsahu na mobilních terminálech. Kromě celostátních a regionálních programů přenášených v multiplexu v reálném čase s rozlišením 240x320 aktivních pixelů a snímkovým kmitočtem až 30 snímků/s umožňuje systém přenos dalších celostátních a regionálních programů mimo reálný čas s délkou trvání každého až 20 minut denně, které umožňují bezprostřední přístup k hudebním klipům, počasí, zpravodajství, webovým stránkám s dopravními, finančními a dalšími informacemi. Důležitý je také čas sledování těchto programů, srovnatelný s délkou běžné mobilní komunikace, příp. delší. Uživatel má tedy kromě kvalitního videa, audia a dat IP také přístup k interaktivním službám, např. stahování klipů, vyzváněcích tónů ale také videa na přání. Systém MediaFLO je sestaven ze čtyř subsystémů: síťové operační centrum (složené z celostátního centra a jednoho nebo více regionálních center) zajišťuje jednak distribuci obsahu, jednak distribuci kryptovacích klíčů a obsluhu systému předplatného; vysílače distribuují multiplex k mobilním přijímačům; sítě 3G patří síťovým operátorům a podporují interaktivní služby, umožňují komunikaci se síťovým operačním centrem potřebnou k zajištění předplatného a k distribuci přístupových klíčů k předplaceným programům; přijímače mohou přijímat distribuovaný multimediální obsah, předplacené programy a programového průvodce, přitom primárně plní i funkce mobilního telefonu, adresáře, internetového portálu, hrací konzole apod. s optimálním systémem řízení spotřeby napájecí baterie. K úspoře spotřeby baterie se používá časové multiplexování programů TDM (Time Division Multiplexing), což je obdoba časového segmentování v systému DVB-H. Modulační systém OFDM je navržen pro 4k dílčích subnosných s modulací QPSK, 16QAM nebo s využitím hierarchické modulace, kdy je nerovnoměrné modulační schéma 16QAM rozděleno na dvě schémata QPSK, z nichž jedno je využito k robustnímu kódování základní úrovně signálu a druhé k méně odolnému kódování rozšiřující vrstvy signálu. Základní úroveň má větší pokrytí a umožňuje šířit televizní programy se snímkovým kmitočtem 15 snímků/s, při dobrých příjmových podmínkách doplní rozšiřující vrstva kvalitu signálu na 30 snímků/s. Počítá se i s využitím statistického multiplexu. Zdrojové kódování zahrnuje systém MPEG 4 AVC pro kódování obrazu, MPEG 4 HE-AAC pro kódování zvuku, lze přenášet i datové toky IP. V protichybovém zabezpečení je nahrazeno vnitřní konvoluční kódování modernějším turbo kódováním se zabezpečením cyklickým redundantním kódem CRC. Zůstává vnější Reed-Solomonovo kódování i prokládání; v případě, že CRC hlásí bezchybný příjem, dekodér vynechává RS korekci. Systém MediaFLO umožňuje vysílání v přenosových kanálech 5, 6, 7 a 8 MHz, počítá s mobilním příjmem při rychlostech nad 200 km/hod. a s přenosem až 20 televizních programů po 300 kbit/s v pásmu 6 MHz. 3.4 Porovnání základních vlastností mobilních systémů Dalším systémem, který umožňuje televizní příjem na mobilu je japonský systém digitálního terestriálního vysílání ISDB-T, který pro tento účel využívá jeden ze 13 kmitočtových segmentů OFDM, na které je rozdělen přenosový kanál 6 MHz. Základní parametry standardů DVB-H, DMB-T, ISDB-T a MediaFLO jsou uvedeny v tabulce 3.1.
1-360-2765 - Etapa č. 2
15/18
leden 2007
Příloha D DVB-H
DMB-T
ISDB-T
MediaFLO
Kódování obrazu
MPEG 4 AVC (VC 1)
MPEG 4 AVC
MPEG 4 AVC
MPEG 4 AVC
Kódování zvuku
HE-AAC
BSAC
AAC
HE-AAC
Transportní tok
IP
MPEG 2 TS
MPEG 2 TS
IP
Modulace
COFDM (QPSK, 16QAM)
COFDM (DQPSK)
COFDM (QPSK, 16QAM)
COFDM (QPSK, 16QAM)
Šířka vf kanálu
8/7/6/5 MHz
1,5 MHz
433 kHz
8/7/6/5 MHz
Kapacita kanálu
3,74 Mbit/s (QPSK 1/2)
9,95 Mbit/s (16QAM 2/3)
1,15 Mbit/s (DQPSK 1/2)
312 kbit/s (QPSK 1/2)
cca 6,4 Mbit/s* (16QAM 1/2)*
Počet programů
14x256 kbit/s
38x256 kbit/s
4x256 kbit/s
1x256 kbit/s
25x256 kbit/s*
Zmenšená šířka pásma
Zmenšená šířka pásma
Časový multiplex TDM
Časové segmentování
Redukce výkonu * odhadnuté hodnoty
Tabulka 3.1 Porovnání základních parametrů mobilních standardů Z hlediska interaktivity je výhodné, že zpětný kanál je přímo součástí mobilního telefonu. Televizní příjem na mobilním telefonu je tak velmi názorným příkladem konvergence telekomunikačních a vysílacích služeb. Je však nutno mít na paměti, že kapacita interaktivních služeb v podstatě nezávisí na použitém kompresním standardu a tedy v systému DVB-H zabírá relativně podstatně vyšší část datového toku multiplexu. Z tohoto hlediska je situace ještě horší v systému DMB-T. Tento problém bude nutno řešit, takže nebude možné mechanicky přebírat interaktivní aplikace ze systému DVB-T. Kromě výše uvedených základních systémů televizního vysílání na mobil se objevují další systémy, založené na např. na využití protokolu IP ve vysílání DAB (DAB-IP, BT Movio, DXB), na satelitním vysílání s terestriálními opakovači DVB-SPP (Satellite Services to Portable Devices), nebo na telekomunikačním systému UMTS/MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service). 4. Budoucnost televizního terestriálního vysílání Zcela zásadní otázkou pro budoucnost digitálního televizního terestriálního vysílání je při nedostatku kmitočtového spektra způsob jeho optimálního využití. Když byl systém DVBT v devadesátých létech vyvinut, evropská veřejnost požadovala více programů standardní kvality SDTV sledovaných na klasickém televizoru v obývacím pokoji nebo na přenosném televizoru. Tento požadavek DVB-T bezvýhradně splňuje. V současné době zahajuje i v Evropě družicové vysílání HDTV a kromě toho se objevují cenově dostupnější velkoplošné ploché displeje. Pokud se pozoruje samotné vysílání SDTV s přenosovou rychlostí kolem 8 Mbit/s na přiměřeně velkém displeji, je kvalita hodnocena velmi vysoko. Při současném pozorování stejného programu v kvalitě HDTV a SDTV se však hodnocení kvality SDTV velmi brzy snižuje a časem bude SDTV pro sledování v obývacím pokoji na velkoplošných displejích nedostatečná. Takže časem všechny televizní společnosti přejdou na HDTV, tak jako kdysi přešly na barevné vysílání. Je nutno přitom vyřešit vyšší nároky HDTV na datové toky. Jedna cesta spočívá ve využití kompresního systému MPEG 4 AVC, který umožní přenášet v multiplexu v budoucnosti nejspíše dva signály HDTV velmi vysoké kvality. Podle zkušeností z MS v Německu byl ale zatím datový tok s rychlostí kolem 10 Mbit/s z hlediska kvality nedostatečný. Při družicovém
1-360-2765 - Etapa č. 2
16/18
leden 2007
Příloha D vysílání HDTV se počítá s novým systémem DVB-S2, který je asi o 30 % efektivnější než DVB-S, ale bohužel neslučitelný. Na druhé straně se digitální terestriální vysílání DTT rozvíjí i směrem k mobilnímu příjmu na malých displejích o velikosti 2“ až 3“. Technika DVB-H je světovým šlágrem a výzkumy trhu potvrzují, že veřejnost je na ni připravena, chce ji užívat a platit za ni. Problém je v tom, že i DVB-H se přenáší ve stejné části spektra jako DVB-T, ať již v kvalitě SDTV nebo HDTV. Pro mobilní terminály je vzhledem k pozorovací vzdálenosti a pozorovacímu úhlu postačující kvalita LDTV (Low Definition TV) s poloviční rozlišovací schopností. Pro země hodlající zavést vysílání DVB-T existuje tedy celá řada možností. Každá země musí adaptovat vlastní obchodní model – klíčem je myšlenka kooperace mezi všemi sektory průmyslu. Austrálie zvolila pro DVB-T vysílání HDTV s MPEG 2, Singapur zvolil mobilní příjem podobně jako Taiwan. Německo vidí dobrou možnost prodeje DVB-T v přístupnosti programů v interiérech a při přenosném příjmu místo střešních antén, tj. menší datové toky, ale robustnější vysílání s vyšším protichybovým zabezpečením. Aby byla DTT úspěšná, musí na ní být něco atraktivního pro všechny: pro televizní společnosti, operátory sítě, maloobchod a také pro regulátory. Také interaktivní televize byla dlouho hodnocena jako důležitá část každé digitální televizní nabídky. Proto konsorcium DVB vyvinulo specifikace MHP jako základní kámen všech interaktivních televizních systémů založených na programovacím jazyku Java. Platforma MHP přitom ještě není pro MPEG 4 AVC zcela připravena. Vysílání pro mobilní terminály zajišťuje řadu možností pro ty, co uvažují o zavedení DTT. Diváci používající mobilní terminály k příjmu televize budou tvořit atraktivní nový trh pro televizní společnosti a také pro telekomunikační společnosti nedočkavé využít situace k zvýšení svých příjmů. Ústřední otázkou zůstává obchodní model: Korejské a japonské modely jsou založeny na neplaceném vysílání s příjmy plynoucími z využití reklamního vysílání a přídavných datových služeb. V Evropě jsou pochyby o životnosti takového modelu: může program navržený pro 28“ displej formátu 16:9 v obývacím pokoji zaujmout na mobilu s displejem 2“? Obecně vzato, programy pro mobilní terminály by se měly lišit i obsahově a provedením jak od HDTV tak i od SDTV. Budou zákazníci sledovat na mobilním terminálu reklamu – není jednodušší při reklamě strčit mobilní terminál do kapsy? Výsledky prvních pokusů DVB-H ukazují, že pro mnoho diváků s malou tolerancí k reklamám nejlépe vyhovuje model placené televize a že nejatraktivnějším obsahem jsou aktuální regionální události a sportovní přenosy. Málokdo počítá s tím, že by na mobilním terminálu pozoroval celovečerní inscenaci. Uvedené problémy nazývá David Wood z EBU „krizí identity“ digitální terestriální televize.
1-360-2765 - Etapa č. 2
17/18
leden 2007
Příloha D Literatura [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]
IBC 2005. Prezentace a sborník z konference. Amsterdam, 2005 Líška D.: Mobilní digitální vysílání. Telekomunikace č. 7-8/2005 Walner S.: Mobile TV Network Structure. Prezentace Harris, IBC 2005 Kornfeld M., Reimers U.: DVB-H – the emerging standard for mobile data communication. EBU Technical Review, January 2005 Faria G., Henriksson J. A., Stare E., Talmola P.: DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices. Proceedings of The IEEE, No. 1, January 2006 Weck Ch., Wilson E.: Broadcasting to Handhelds –an overview of systems and services. EBU Technical Review, January 2006 Líška D.: Charakteristické vlastnosti standardů DVB aneb cesta do hlubin DVB. Technologies&Prosperity, Praha, listopad 2005 Líška D.: Digitální vysílání ve světle konference IBC 2005. Telekomunikace č. 12/2005 DigiTAG.: Television on handheld receiver –broadcasting with DVB-H.Geneva, 2005 DVB.: System Comparison T-DMB vs. DVB-H. DVB Technical Module 2006-07-25 Qualcomm.: MediaFLO. FLO Technology Overview. September 2005 Duchač J.: Příprava nového digitálního plánu DVB-T pro ČR. Telekomunikace č. 5/2005 Roztočil M.: První digitální vysílací síť DVB-T v České republice zahájila komerční provoz. Telekomunikace č. 4/2006 Gregor T.: Interaktivní TV z pohledu Českého Telecomu. Telekomunikace č. 4/2006 Zíta A.: Interaktivní aplikace v DVB-T. Telekomunikace č. 2/2006 www stránky DVB, DigiTag, WorldDAB Forum, ČTÚ, RRTV, ČRa, ČT, ČRo, Česká média a další
1-360-2765 - Etapa č. 2
18/18
leden 2007
