Digitální televize (DVB )

Transkript

1 Digitální televize (DVB ) DVB (Digital Video Broadcasting), Současná televizní technika a videotechnika

2

3 Učební otázky a. Digitální videosignál co je to a jak vzniká? b. Digitální televize výhody a nevýhody. c. Současný stav digitální televize ve světě. d. Digitalizace doporučení ITU-R. e. Standardy digitální televize DVB-S, DVB-C a DVB-T. f. Stav DVB-T v Evropě a v České republice. g. Co nového digitální televize přinese divákovi?

4 Proč digitální, KDYŽ??? 1. Drtivá většina dějů v přírodě i v živých organismech je spojitá (analogová). 2. Přesto se lidé již řadu let snaží všechny procesy a signály diskretizovat a digitalizovat? 3. Digitalizovaný signál také obsahuje oproti původnímu spojitému signálu další systémová zkreslení a v televizní technice je třeba jej navíc před zobrazením vracet zpět do spojitého formy. To vše tedy musí mít nějaký důvod..

5 TV přenosová soustava

6 Opakování -zpracování barev Získání kompletní barevné informace pomocí čtyř buněk. snímačem CCD Jednotlivé CCD buňky(elementární snímací prvky(tzv.pixely) reagují na intenzitu světla, nikoli na jeho barvu. Potom by ale výsledný obraz byl černobílý, nikoli barevný a protože reagují přímo úměrně intenzitě světla a šlo by o analogové nikoli digitální snímání. Ve vlastní buňce je totiž snímání analogové, dává tedy spojitou veličinu a k digitalizaci dochází později. Proto je před každou světlocitlivou buňku předřazen barevný filtr jedné ze základních barev (zelená, modrá, červená). Buňka reaguje jen na barvu, která prochází jejím filtrem, zatímco další dvě jsou odfiltrovány. Barevnou informaci získáme tedy sloučením signálů ze sousedících buněk. Zpravidla se využívá čtyř buněk (někdy tří), přičemž zelená je zastoupena 2x (RGBG mikrofiltr). Zelená barva se totiž nejvíce podílí na našem vnímání obrazu. Jedna buňka ovlivňuje výslednou podobu tolika barevných pixelů, do kolika je započítána.

7

8

9 Digitální televizní vysílání Jedná se o digitální zpusob prenosu TV vysílání, který prostrednictvím tzv. multiplexu umožnuje prenášet nekolik TV programu v norme MPEG-2 ci H.264/MPEG-4, porady vybraných rozhlasových stanic + další služby (efektivnejší využití prenosového pásma). Digitální TV signál je pri prenosu mnohem méne náchylný na rušení vyšší kvalita obrazu a zvukového doprovodu. V Evrope byl vytvoren standard pro digitální televizní vysílaní DVB (Digital Video Broadcasting), jenž obsahuje následující specifikace:

10 Digitální vysílací síť DVB-T ČR "A"

11 Digitální televizní standarty

12 Co je to a jak se vytváří ze spojitého signálu signál digitální? a) časový průběh původního spojitého signálu, b) signál vzorkovaný v čase s periodou danou Shannon-Kotelnikovovým zákonem f vz 2 f max c) odpovídající digitální signál sekvence nul a jedniček vyjadřující v tzv. binárním kódu velikost jednotlivých vzorků DIGITÁLNÍ TELEVIZE DVB (Digital Video Broadcasting)

13 Představa digitalizace signálu Digitalizaci si můžeme představit tak, že rozdíl mezi minimálním a maximálním výstupním napětím rozdělíme na určitý počet dílů. Potom jakoukoli hodnotu intenzity světla na úrovní, která odpovídá rozmezí hodnot uvnitř dílu, reprezentuje hodnota přidělená tomuto dílu. Ta je na výstupu prezentována číslem ve dvojkové soustavě, se kterou pracují všechna digitální zařízení.

14 Představa digitalizace signálu purdue.edu/animations/convert%2520analog%2520to%2520digital.html&prev=/search%3f q%3deducypedia%26hl%3dcs%26rlz%3d1t4gglj_encz221cz222&rurl=translate. google.cz&usg=alkjrhhzcrganzqkglv0b866tdt7otyjcq

15 Princip zpracování zvuku v MPEG 1

16 Představa digitalizace video signálu

17 Princip vícekanálového zvuku

18 Princip vzniku multiplexního kanálu Co je statistický multiplex? Statistický multiplex je technologie, která nabízí optimální přizpůsobování kvality vysílaného programu jeho nárokům. Jednoduše řešeno, pořad, který momentálně potřebuje, díky složitosti obrazové scény velké rozlišení, si půjčí potřebnou šíři kanálu od programu jiného, kde jsou momentálně nízké nároky na zpracování obrazu. Statistický multiplex je jedním z důvodů zpoždění digitálního vysílání oproti analogovému, protože před odesláním signálu je nutné nejdříve spočítat šířku pásma, která bude jednotlivým programům přidělena.

19 MUX (multiplexing) / demux (demultiplexing) Je proces spojování/rozdělování video a audio stopy do jednoho souboru/do více souborů; Na jednom kanále se místo jedné televizní stanice vysílá tzv. multiplex, který může obsahovat hned několik televizních stanic, rozhlasových stanic a doplňkových služeb, ke kterým patří zejména EPG (Electronic Program Guide, Elektronický programový průvodce), superteletext, popř. další interaktivní služby (on-line nákupy, hlasování, e- mail, jednoduché hry). Pro ukládání českých znaků v EPG a titulcích se používá znaková sada ISO/IEC 6937

20 Sestava obecného spoje pro jednosměrný přenos zpráv

21 Obecný model přenosu digitální televize

22 Vývoj MPEG Tento diagram ukazuje, že původní MPEG specifikace (MPEG-1) vyvinuté v roce 1991 nabídly střední kvalitu digitálního videa a zvuku(až 1,2 Mbit/s), a to především pro CD ROM. V roce 1995, byla MPEG-2 použita pro satelitní a kabelové digitální televize, spolu s distribucí DVD. Specifikace MPEG se pak vyvinula do MPEG-4, která v roce 1999 umožnila multimediální distribuce přes internet. Tento příklad ukazuje, že práce pokračuje s MPEG-7 pro objektově založené multimediální aplikace (.. MPEG-21)

23 Kompresní algoritmy MPEG - První nevýhodu beze zbytku odstranily moderní rychlé kompresní algoritmy (JPEG, MPEG 1,2,4,7 a další) používané dnes v digitální televizi, fotografii, při videokonferencích apod., které umožnily snížení objemu digitálních dat statických obrazů a přenosoé rychlosti u dynamicky proměnných obrazů až 300 x bez pozorovatelného snížení kvality obrazu!!. Tento zázrak umožnily tři podstatné vlastnosti obrazu (obrazového signálu) a to: - redundance obrazové informace nadbytečnost obrazové informace např. statický snímek je opakovaně přenášen 25x za sekundu, - irelevance obrazové informace nepodstatnost obrazové informace např. v obraze jsou přenášeny i detaily, které divák nemůže, vzhle dem k vlastnostem zraku, vůbec rozlišit, - korelace obrazu okolní obrazové prvky obrazu v obou směrech roz kladu, ale i v časově následujících snímcích jsou velmi podobné. Druhá nevýhoda je již v současnosti prakticky smazána díky pokroku v oblasti technologie výroby rychlých integrovaných obvodů pro zpracování digitálních signálů. Digitalizaci i zpětná obnova analogového signálu se provádí pomocí - analogově-digitálních převodníků (A/D převodníků), - digitálně-analogových převodníků (D/A převodníků).

24 MPEG- umožnily ukládání vysílání, paketizaci audio dat

25 Na rozdíl od analogového vysílání jsou programy v reálném čase převáděny do datového toku a společně komprimovány (v současnosti se nejvíce používá formát MPEG-2, výjimečně dokonalejší MPEG-4), což umožňuje daleko lepší využití frekvenčního spektra.

26 Princip vysílacího řetězce digitální televize

27 Přijímací řetězec digitální televize Obecný model příjmu digitální televize Přijímací řetězec digitální televize

28 Po vytvoření paketů PES se signály multiplexují do výsledného toku, který může být označen jako programový tok nebo transportní tok. Ten může obsahovat jeden televizní program s několikajazyčným resp. stereofonním zvukovým doprovodem a přídavnými daty (teletext, tabulky) nebo i několik televizních programů časově nezávislých.

29 MPEG SYSTEM

30 Vysílací řetězec DVB podrobněji

31 Princip vzniku TS ( transportního toku )

32 Vznik základního PS( progr. toku)

33 Synchronizace datového toku

34 Začátek přenosového řetězce digitální TV Na zacátku prenosového retezce jsou jednotlivé programy nejprve komprimovány tak, aby jejich data mela menší objem a vystacila i s menší prenosovou kapacitou). Pak jsou tato data rozdelena na vhodne velké bloky (tzv. pakety), a ty jsou následne slucovány do jednoho spolecného celku souhrnného datového toku, oznacovaného jako tzv. multiplex. Do nej jsou pridávána ješte rídící data (mj. definující strukturu samotného multiplexu), a dále data pridaných služeb a aplikací. Souhrnný datový tok (multiplex) je pak dopravován do síte (pozemních) vysílacu, které zajištují jeho vlastní vysílání.

35 Zdrojové kódování a multiplexování

36 Paketizace dat Transport Stream-TS (transportní proud). Je tvořen pakety o velikosti 188 bajtů (užitečný náklad představuje 184 bajtů). Pakety jsou opatřeny hlavičkou, ve které je obsažen údaj, identifikující příslušnost paketu ke konkrétnímu proudu

37 Formát paketizace MPEG transport. toku

38 Koncový příjemce (uživatel) Koncový príjemce (uživatel) musí být vybaven zarízením, které je schopné souhrnný datový tok (multiplex) rozložit na jednotlivé dílcí cásti (programy) a zobrazit ten program, který si uživatel aktuálne navolil (Set-Top Box).

39 Z průběhu experimentu ČRa: Vysílání signálu v SFN na 25. kanálu ze dvou vysílačů Praha-město (výkon ERP 5 kw) a Praha-Cukrák (výkon ERP 2,5 kw). V sousedství 25. kanálu jsou analogové signály kanál (TV Prima, Prahaměsto) a 26. kanál (ČT1, Praha-Cukrák). Použitá digitální modulace OFDM v módu 8k (6817 nosných), vnitřní modulace QPSK, bitový tok 22 Mbit/s v 8 MHz kanále, dosah signálu teoreticky až 67 km. 502 MHz 510 MHz

40 Výsledná spektra analog. a digitální

41 K čemu slouží scrambler : Pokud budeme přenášet nějaká data po radiovém pojítku, musíme nějakým způsobem zakódovat tuto informaci do vysílaného signálu. V současnosti se to většinou děje tak, že se mění v závislosti na vysílaných nulách a jedničkách amplituda a fáze vysílaného sinusového signálu. Zároveň se při vysílání z důvodu ochrany před rušením mění frekvence vysílaného signálu. Většinou skokově podle nějaké pseudonáhodné posloupnosti. Tyto operace se signálem nám obstarává modulátor. V přijímači je demodulátor, který, jak název napovídá, plní přesně opačnou funkci. A protože těmto dvěma obvodům dělá nedobře, je-li ve vysílaných datech více jedniče než nul (nebo naopak), zařazuje se před modulátor scrambler a za demodulátor descrambler (kdo by to čekal, že...). Scrambler pomocí určitého algoritmu udělá ze série nul a jedniček rozdílných četností proud jedniček a nul, jejichž četnost je shodná. F y z i k á l n ě to znamená, že odstraní stejnosměrnou složku. Jako příjemný vedlejší produkt to má tu výhodu, že signál je více náhodný a má tím pádem rovnoměrněji rozprostřené spektrum. Stejnosměrná složka signálu kdesi mezi vstupním konektorem a anténou nemá se zadními vrátky pro odposlech nic společného. S pojmem scrambler/descrambler se ale můžeme setkat i v trošku jiných souvislostech než které probíráme. Jako scrambler se nepřesně označoval i tzv. maskovač (někdy i utajovač) u analogových radiostanic, u nás to hojně používala policie.

42 Zdrojové a kanálové kodování DVB

43 Blokové schéma kóderu a dekóderu

44 Pro komprimaci digitálního signálu se využívá transformačního kódování. Používá se diskrétní kosinová transformace DCT, kterou lze odvodit z Fourierovy transformace vhodnou substitucí.

45 Protichybové zabezpečení v systému DVB-T Protichybové zabezpečení v systému DVB-T je několikastupňové - viz obr. Vnější kódování pomocí Reed-Solomonova kódu a vnitřní kódování (FEC), využívající tzv. konvoluční kód, umožňuje opravit v dekodéru určité procento chyb vzniklých při přenosu transportního toku přenosovým kanálem. Vnější a vnitřní prokládání zabezpečuje přenos proti shlukům chyb.

46 Kanálové kódování Zdrojově kódovaný (komprimovaný) digitální signál je zbaven redundance a irelevance a sestaven do transportního toku. Zavedení ochran tohoto signálu představuje novou přídavnou redundanci. Způsob ochrany signálu je přizpůsoben přenosovému prostředí. Na přenosové cestě se mohou vyskytnout poruchy, které způsobí v signálu chyby ojedinělé (mění hodnoty jen u jednotlivých bitů) nebo shlukové (burstové).

47 Blokový diagram kanálového kodéru a modulátoru podle standardu DVB-T Znáhodnění..vede k rozptýlení výkonu po celé šířce spektra pseudonáhodným signálem PRBS ( SCRAMBLING) Prokládání vnější (RS Reed Solomon. kodem- 16 byte) a vnitřní (konvolučním kodem)

48 Kanálové kodování ochrana proti chybám, zavedením definované redundance

49 Parametry kódování a vysílání Multiplexu A kódování obrazu MPEG-2 MP@ML kódování zvuku MPEG-1 Layer II formát obrazu 4:3 (případně 16:9) zvuk mono, duální nebo stereo vysílací mód 8k (6817 nosných) modulace nosných 64 QAM ochranný interval 1/8 konvoluční kódování 2/3 celkový datový tok 22,12 Mbit/s s dynamickým přidělováním podle kvality

50 Princip modulace OFDM Takto zabezpečený transportní tok je již možno namodulovat. Systém DVB-T používá modulační princip OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), který je založen na tom, že přenosový (televizní) kanál obsahuje velký počet rovnoměrně rozmístěných dílčích subnosných vln (kmitočtů) a odtud vlastně pochází i jeho název - ortogonální frekvenčně dělený multiplex. Norma připouští dva základní módy modulace OFDM: 1. mód 2k (1705 subnosných), který je používán pouze ve Velké Británii, a 2. mód 8k (6817 subnosných), používaný ve většině ostatních zemí (uvažuje se i o módu 4k, který by mohl být použit specielně pro aplikace, předpokládající mobilní příjem z rychle jedoucích dopravních prostředků). Ze celkového počtu 6817 subnosných je 6048 aktivních (určených pro přenos dat) a 769 referenčních (sloužících k tzv. vzorkování kanálu).

51 Princip modulace OFDM Každá dílčí subnosná vlna je modulována některým ze tří typů tzv. vícestavových digitálních modulací (QPSK, 16-QAM nebo 64-QAM). Je-li použita modulace QPSK, pak jedna subnosná vlna přenáší 2 bity informace, modulace 16-QAM umožňuje přenášet 4 bity a modulace 64-QAM 6 bitů jednou subnosnou vlnou. Dá se tedy říci, že OFDM modulátor vlastně přerozdělí kontinuální tok bitů TS mezi oněch 6048 aktivních subnosných vln, čímž dojde ke změně principu přenosu dat ze sériového na paralelní a zároveň k prodloužení trvání každého bitu resp. symbolu.

52 Představa modulace

53 Jak funguje kvadraturní amplitudová modulace QAM?? Jedná se o složenou modulaci, která k vytváření symbolů využívá kombinaci amplitudového a fázového klíčování. Každý stav je reprezentován určitou hodnotou amplitudy a fáze jak je zobrazeno na obrázku v konstelačním diagramu. Jde o vícestavovou modulaci, která je schopna přenášet n bitů pomocí m symbolů, to znamená, že v jediný okamžik přenesete více bitů najednou. Vztah mezi stavy a symboly je definován jako: n = log 2 m QAM umožňuje šetřit šířku pásma nebo naopak se stejnou šířkou pásma zvýšit přenosovou rychlost.

54 Spektrum klasického a zúženého-ortogonálního systému Částečný překryv nosných frekvencí

55 Spektrum OFDM- v místě, kde má modře nakreslené spektrum maximum, jsou sousední spektra nulová, to je umožněno díky principu ortogonality OFDM Mezi nejvýznamnější technologie pracující s principem OFDM patří DVB-T, WiFi, WiMax a standard 3GPP

56 Porovnání OFDM a SC (Single Carrier -TDM) módu

57

58 Všechny dílčí subkanály QAM jsou udržovány zcela ortogonální, proto nedochází mezi nimi k vzájemným interferencím. V přenosové technice ortogonalita představuje architekturu procesingu, schopnou rozdělit data při zpracování instrukce na více úkonů a ty pak provést v jednom strojovém cyklu

59 Modulaci QAM si lze představit jako dvourozměrnou PAM (Quadrature amplitude modulation) (Pulsně amplitudová modulace), kde každá z jednotlivých nosných (vzájemně posunuté o 90 o ) je modulována jednorozměrnou PAM. QAM symbol může být popsán jako dvourozměrné uspořádání signálových bodů, kde rozsah v každé dimenzi závisí na počtu úrovní signálu jednodimenzionální PAM.

60 Příklad : 4 stavová modulace QPSK pro družicové vysílání DVB-S

61 Princip OFDM

62 Princip modulace OFDM pro terestriální vysílání DVB-T Sériově přenášené bity zdrojově kódovaného signálu vytvářejí pomocí tzv. mapujícího obvodu skupiny čili symboly po m bitech vhodných pro následnou modulaci QPSK nebo QAM. Následně se v demultiplexeru signál m bitových symbolů dále rozdělí do n paralelních větví, takže doba jednoho symbolu se prodlouží n krát (bitová perioda se prodlouží m.n krát). Tím se značně zmenší vliv odrazů na přímý signál Dalším opatřením pro snížení vlivu odrazů a vzniku ISI je zavedení ochranného intervalu (zpoždění 10 až 20 ms). Rozdělením bitů do velkého počtu (několik tisíc) paralelních větví se přenosová rychlost kanálového bitového toku značně zmenší (systémy OFDM 1k, 2k, 4k a 8k)

63 Základní koncepce vysílače a přijímače OFDM Sériový datový tok celého kanálu se tak dělí na stovky paralelních dílčích datových toků jednotlivých nosných. Tím, že ve výsledku jsou toky na jednotlivých nosných přenášeny relativně nízkou modulační rychlostí, je OFDM odolná vůči vícecestnému (multipath) šíření. Dále se využívá vkládání ochranného intervalu času, kdy se nevysílá žádná nová informace.

64 OFDM výrazně potlačuje vícecestné šíření signálu

65 Princip OFDM jinak.. Dá se tedy říci, že OFDM modulátor vlastně přerozdělí kontinuální sériový tok bitů TS mezi 6048 aktivních subnosných vln, čímž dojde ke změně principu přenosu dat ze sériového na paralelní a zároveň k prodloužení trvání každého bitu resp. symbolu zkvalitnění přenosu

66 Blokové schéma modulátoru OFDM. Signály v n paralelních větvích prochází tvarovacími filtry a přicházejí na vhodné modulátory. Výsledný signál OFDM vzniká součtem výstupních signálů jednotlivých modulátorů.

67 V praxi se OFDM realizuje pomocí signálového procesoru!! Uvedený postup je funkční, ale pro velké množství bloků (několik tisíc filtrů, modulátorů, atd.????) by jeho realizace byla velice neekonomická. V praxi se proto realizuje pomocí signálového procesoru, který výsledný signál vypočítá pomocí inverzní diskrétní Fourierovy transformace IDFT. Datový tok je rozdělen na jednotlivá např. 6 bitová slova vhodná pro následující modulaci 64QAM. Každé slovo vyjadřuje např. 4 bity amplitudu a 2 bity fázi spektrální složky. Z těchto n spektrálních složek (představují spektrální funkci) se v bloku IDFT vypočítá časový průběh odpovídajícího signálu. Na přijímací straně se datový signál vytvoří inverzním postupem pomocí FDFT.

68 Spektrum jednoho modulovaného signálu a spektrum čtyř modulovaných signálů OFDM (detail). Jednotlivé nosné (subnosné, tóny) jsou od sebe vzdáleny o celočíselný násobek převrácené hodnoty délky symbolu TS (symbolové frekvence) - podmínka ortogonality. Je-li skupina nosných ortogonální, jednotlivé kanály se neovlivňují, i když se jejich spektra částečně překrývají!!!!

69 Základní pojmy audio-video techniky

70 Digitální audio a video Je jakákoliv zvuková nebo obrazová informace (s případným zvukovým doprovodem) zaznamenaná na libovolném datovém nosiči (pevný disk, CD, DVD, ); datový nosič musí umožňovat čtení nebo zápis dat tak, aby nedocházelo k poškozování dat ani datových nosičů (tj. nepatří sem např. videokazety).

71 Základní pojmy audio techniky 1. kodek (kódovací a dekódovací algoritmus/program) určuje způsob zpracování a uložení zvukových informací na datový nosič a velikost komprese dat je nutný k záznamu i přehrávání zvuku některé kodeky jsou chráněny licencí; 2. vzorkovací frekvence frekvence, při které se snímaný zvuk digitalizuje (je-li např. 48kHz, pak krát za sekundu dojde k sejmutí zvuku a k jeho převedení na číslo); 3. vzorkovací škála (hloubka) většinou 8 nebo 16 bitů udává do kolika bitů je zvuk kódován; 4. počet kanálů mono/stereo/dolby surround/dolby digital - počet zvukových kanálů; 5. datový tok (bitrate) kolik bitů za sekundu je nutno přenést k zachycení zvuku (závisí na všech výše uvedených parametrech).

72 Základní pojmy video techniky kodek (kódovací a dekódovací algoritmus/program) určuje způsob zpracování a uložení video informací na datový nosič a velikost komprese dat je nutný k záznamu i přehrávání videa řada kodeků je chráněna licencí; rozlišení (velikost) snímku počet bodů, ze kterých se skládá snímek ve vodorovném a svislém směru (norma PAL: 768x576); snímková frekvence frekvence, se kterou se obnovují snímky na obrazovce (je-li např. 25 snímků/50 půlsnímků, pak 25krát/50krát za sekundu dojde k vykreslení snímku/půlsnímku na obrazovce půlsnímek se skládá z lichých nebo jen ze sudých řádek snímku doplněných černými řádkami); datový tok (bitrate) kolik bitů za sekundu je nutno přenést k zachycení videa (závisí na všech výše uvedených parametrech).

73 Základní pojmy - video techn.2 CBR/VBR (constant/variable bitrate) konstantní/proměnný datový tok neumožňuje/umožňuje optimální tvorbu souboru podle náročnosti a charakteru zpracovávaných dat; MUX (multiplexing) / demux (demultiplexing) proces spojování/rozdělování video a audio stopy do jednoho souboru/do více souborů; FireWire (IEEE 1394) standardní vstupně-výstupní rozhraní pro připojování externích zařízení (např. digitálních videokamer); hardwarový kodek specializované zařízení, které má funkci kodeku (bývá součástí kamer, digitálních střižen, videokaret, ); softwarový kodek program, který má funkci kodeku (v současné době nejpoužívanější jeho výkon je dán výkonem CPU v PC).

74 Nejpoužívanější audio kodeky WAV zvukový soubor systému Windows nekomprimovaný zvuk vhodný pro další zpracování; PCM Pulzně kódová modulace zvuku vysoká kvalita záznamu zvuku široce používána; AC3 záznam 6ti kanálové zvukové informace pro DVD; MP3 MPEG Layer III 44.1kHz, 16 bit, stereo, 128 kb/s; MPA MPEG Layer II vytváření Video CD, SVCD; OGG Ogg Vorbis profesionální OpenSource audio kodek; RA Real audio formát pro šíření zvuku v internetu - streaming; WMA Windows media audio Microsoft i streaming; G.711, G.729 kodeky pro IP telefonii.

75 Hlavní výhody digitálních televizních a obrazových signálů: - vysoká odolnost vůči nelineárním zkreslení a kolísání útlumu přenosové trasy, - možnost aplikace nespojitých modulačních metod při vf. přenosu a tím zlepšení energetické účinnosti a lepší využití kmitočtových pásem, - při pozemním vysílání možnost kvalitního příjmu i v pohybujících se dopravních prostředcích, - možnost automatizované počítačové kompenzace prakticky všech typů zkreslení obrazových signálů v produkční části TV řetězu (TV studio), - zvýšení kvality a kapacity záznamu vyplývající z nových medií (optický záznam), - neomezené možnosti digitálního trikového zpracování - možnost zlepšení vlastností TV přijímačů (např Hz rozklad, redukce šumu, funkce obraz v obraze PIP aj.) a řada dalších méně podstatných výhod Nevýhody digitálních televizních a obrazových signálů: - velká šířka kmitočtového pásma digitálního přenosového kanálu pro přenos digitálního signálu (cca 10 až 20x větší ve srovnání s původním zdrojovým analogovým signálem), původně složitější a dražší technické prostředky a obvody pro zpracování digitálních signálů.

76 DVB-T (z anglického Digital Video Broadcasting Terrestrial) 1. je standard digitálního televizního vysílání přes pozemní vysílače. 2. Na rozdíl od analogového vysílání jsou programy v reálném čase převáděny do datového toku a společně komprimovány (v současnosti se nejvíce používá formát MPEG-2, výjimečně dokonalejší MPEG-4), což umožňuje daleko lepší využití frekvenčního spektra. 3. Prakticky to znamená, že na jednom kanále místo jedné televizní stanice vysílá tzv. multiplex, který může obsahovat hned několik televizních stanic, rozhlasových stanic a doplňkových služeb, ke kterým patří zejména 4. EPG (Electronic Program Guide, Elektronický programový průvodce), superteletext, popř. další interaktivní služby (on-line nákupy, hlasování, , jednoduché hry). Pro ukládání českých znaků v EPG a titulcích se používá znaková sada ISO/IEC 6937

77 HDTV (High Definition TV)

78 HDTV (High Definition TV)

79 Formáty HDTV (High Definition TV)

80 ITU R doporučení pro digitalizaci obrazových signálů

81 Základní parametry digitalizace (dle doporučení ITU R 601) 1. 13,50 MHz kmitočet vzorkování f vzy jasového signálu Y 2. 6,75 MHz kmitočet vzorkování f vz složkových chrominančních signálů C B a C R. (tomu odpovídá 720 jasových a 360 vzorků chrominančních na každém řádku obrazu) 3. kvantování jasového signálu 256 úrovní mezi černou a bílou (každý vzorek je přenášen m = 8 bitovým digitálním slovem 2 8 = 256) 4. kvantování chrominančních signálů..256 úrovní

82 Vysílací standard DVB a jeho verze V Evropě se podařilo na rozdíl od zbytku světa standardizovat jediný vysílací standard DVB se třemi versemi, lišícími se prakticky pouze použitými nespojitými (digitálními modulacemi) 1. DVB C pro kabelovou distribuci 2. DVB T pro pozemní (terestrické) vysíláni 3. DVB S pro satelitní vysílání 4. DVB-H Digitální televizní vysílání pro mobilní zařízení (H - Handheld) 5. DVB-MHP Standardizuje interaktivní aplikace (služby), provozované prostrednictvím digitální televize (MHP Multimedia Home Platform) Všechny verse užívají společný standard digitalizace (ITU R601) a kódování digitálních signálů v základním pásmu (především kompresní algoritmus MPEG 2).

83 ITU R 601 -doporučení pro digitalizaci obrazových signálů Jeho základ vnikl v roce1982 a byl přijat jako celosvětově platný standard složkové digitalizace obrazových signálů (tzv. úplných barevných signálů) barevné televize. Digitalizace se uskutečňuje zvlášť pro jednotlivé složky úplného barevného signálu, tzn.u,v,y 1. Jasovou: Y 2. dvě chrominanční: C B, C R. ( též U,V)

84 Výpočet přenosové (tzv. bitové) rychlosti R Přenosová (tzv. bitová) rychlost R (nekomprimovaná)při seriovém přenosu takto digitalizovaného úplného barevného signálu.. R = f vzy. m + 2 f vzc.m = 13, ,75. 8 = 216 Mbitů/s 1. Takový nekomprimovaný digitální signál by pro přenos vyžadoval kanál se šířkou pásma cca 120 MHz!! - tedy cca 15 stávajících standardních analogových kanálů normy CCIR D ( 8 MHz). 2. Problém řeší komprese digitálních obrazových signálů dle kompresního standardu MPEG 2

85 Standard DVB-Satelite používá (s obvyklou šířkou pásma kanálu 27 MHz ) - složkovou digitalizaci dle doporučení ITU R 601, - komprimaci digitálních obrazových a zvukových(audio) dat dle standardu MPEG 2 ve formě společného transportního toku. V jednom toku může být umístěn multiplex i více služeb (více TV kanálů, rozhlasových kanálů, počítačových dat aj.), - ochranné kódování (zabezpečení dat) FEC1 (blokový Reed-Solomonův kód) a FEC 2 (konvoluční kód) s prokládacím stupněm, - nespojitou kvadraturní fázovou modulaci QPSK. Tato modulace umožňuje jedním satelitním transpondérem s obvyklou šířkou pásma 27 MHz vysílat tok digitálních dat odpovídající až 6 standardním televizním programům. Digitální televizní vysílání v tomto standardu představuje zatím nejrozšířenější formu digitálního vysílání pomocí satelitů umístěných na geostacionární dráze. Prostřednictvím řady satelitů nad Evropou (např. ASTRA A až G, Hotbird, Eutelsat aj.) lze již přijímat více jak 1000 digitálních kanálů (programů), z nichž některé jsou vysílány volně, ale většinou v enkryptované (zakódované formě) v rámci tzv. televize s podmíněným přístupem (placená televize Pay TV nebo Pay per View). K jejich příjmu je třeba digitální satelitní přijímač vybavený dekodérem MPEG 2 a příslušnou enkrypční kartou. Pro Českou republiku v tomto standardu vysílá již od roku 1997 transpondér CZECH LINK (s vesměs enkryptovanými televizními programy ČT1, ČT2, PRI- MA TV, GALAXIE sport, Stanice O a několika volně šířenými rozhlasovými programy) umístěný na satelitu Eurobird 1 (28,5 E). Původně byla tato služba určena pro distribuci televizních a rozhlasových signálů k pozemním vysílačům.

86 Kabelová distribuce-standard DVB -C Tento standard je určen pro kabelovou distribuci televizních signálů. Užívá prakticky stejné digitalizační principy a zpracování signálů v základním pásmu jako standard DVB-S s jednou výjimkou. Vzhledem k tomu, že u kabelové distribuce se předpokládá nejkvalitnější přenosový kanál, nepoužívá se konvoluční zabezpečení datového toku FEC 2. Jako modulační metoda pro standard DVB- C byla vybrána nespojitá vícestavová kvadraturní amplitudová modulace 16-QAM až 256-QAM. Tato modulace umožňuje velmi účinné využití kmitočtového pásma, ale je mé ně odolná vůči šumům a zkreslením v přenosovém kanále. Pro ilustraci modulace 32-QAM umožňuje ve standardním kanálu kabelové televize (šířka pásma 8 MHz) přenášet digitální datový tok rychlostí až 30 Mbitů/s, tedy až 6 komprimovaných televizních signálů, kterým odpovídá šest televizních programů standardní kvality včetně stereofonního (případně DUO) zvukového doprovodů Hi-Fi kvality. Přímý příjem standardu DVB-C je možný pouze s přídavným zařízením (tzv Set Top Box) a vlastní televizní přijímač by sloužil pouze jako monitor.

87 Standard DVB T pozemní (terestrické) vysílání 1. Užívá stejné digitalizační principy a zpracování signálů v základním pásmu jako standard DVB-S. Pozemní vysílání může být výrazně ohroženo např. průmyslovými a dopravními rušivými signály, ale hlavně odrazy (tzv. vícenásobný příjem) od překážek mezi vysílačem a přijímačem. Ty v případě analogové televize způsobují vznik vedlejších kontur v obraze (tzv. duchů ), ale při digitálním vysílání by mohly zcela znemožnit identifikaci jednotlivých digitálních symbolů. Proto byla pro standard 2. DVB-T zvolena digitální modulace OFDM, případně ve spojení s ochranným zabezpečovací kódováním FEC COFDM ( Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). Tato modulace jevelmi odolná vůči zkreslení digitálního signálu vlivem odrazů a umožňuje dokonce kvalitní příjem televizního signálů i v pohybujících se dopravních prostředcích.

88 Stav digitálního vysílání DVB-T v Evropě a v České republice 1. V Evropě již pravidelně digitálně vysílá dle standardu DVB-T Velká Britanie (1998), Švédsko (1999), Španělsko (2001) a oficiálně zahájení ohlásila Francie (konec roku 2003). V těchto zemích se vysílá vždy několik datových multiplexů (min. jeden veřejnoprávní, ostatní komerční) s řadou TV programů a dalších služeb a pokrytí vysílání přesahuje 80 % území státu. 2. Všechny tyto státy přepokládají zahájení pravidelného digitálního vysílání DVB-T v období let se současným definitivním ukončením stávajícího analogového vysílání.