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 kratot@feec.vutbr.cz strana 2
Přenosový řetězec DVB MPEG-2 TS 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 3
Statistická multiplexace MPEG-2 TS 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 4
Monitorování protokolu MPEG-2 TS 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 6
Kvalita obrazu digitální televize 2/5 Blockiness Cliff-off Chybovost BER 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 8
Kvalita obrazu digitální televize 4/5 Programy DVQL-W [%] ČT1 81,82 ČT2 79,36 ČT4 74,26 ČT24 78,36 Zdroj: Měření ÚREL 2008 DVB-T MPEG-2 DR [Mbit/s] 4,14 3,93 4,61 2,82 DVQL-W [ % ] 90 Závislost Data Rate v čase 85 80 čt1 čt2 75 čt4 70 čt24 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 12
Charakteristika přenosu DVB-S2 1/4 DVB-S2 (Digital Video Broadcasting Satellite 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 16
Obrazové formáty 1/3 1080 LCD Full HD 1080i/p 768 720 575 480 575i/p PAL 480i/p NTSC LCD HD Ready 720p 0 720 1280 1366 1920 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 17
Obrazové formáty 2/3 Zdroj: Encyklopedie Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/hdtv, 2010 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 22
Charakteristika přenosu DVB-C2 1/3 DVB-C2 (Digital Video Broadcasting Cable 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 24
Charakteristika přenosu DVB-C2 3/3 Zdroj: DVB-C2 Fact Sheet, www.dvb.org, 2009 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 28
Charakteristika přenosu DVB-T 4/5 Zdroj: ETSI EN 300 744 (DVB-T), 2004 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 30
Charakteristika přenosu DVB-T2 1/5 DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 33
Charakteristika přenosu DVB-T2 4/5 Zdroj: Discover DVB-T2 Seminar Tour, Rohde&Schwarz, 2009 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 37
Výhled rozvoje pozemního vysílání DVB 3/4 Zdroj: www.dvb.org, 2009 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 39
Standardizace DVB druhé generace 1/5 DVB-S2 (Digital Video Broadcasting Satellite 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 40
Standardizace DVB druhé generace 2/5 DVB-T2 (Digital Video Broadcasting Terrestrial 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 41
Standardizace DVB druhé generace 3/5 DVB-C2 (Digital Video Broadcasting Cable 2 nd ) 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 44
Současný stav vysílání DVB-T 1/4 Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010 Multiplex 1 64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4 8 MHz, 19,1 MBit/s 29 vysílačů 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 45
Současný stav vysílání DVB-T 2/4 Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010 Multiplex 2 64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4 8 MHz, 19,1 MBit/s 19 vysílačů 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 46
Současný stav vysílání DVB-T 3/4 Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010 Multiplex 3 64-QAM, 8k, 2/3, GI 1/4 (1/16) 8 MHz, 19,1 (23,42) MBit/s 12 vysílačů 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 47
Současný stav vysílání DVB-T (MUX4) 4/4 Zdroj: www.digizone.cz, 3/2010 Multiplex 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 kratot@feec.vutbr.cz 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 kratot@feec.vutbr.cz strana 49
Kontakt doc. Ing. Tomáš Kratochvíl, Ph.D. kratot@feec.vutbr.cz Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně Purkyňova 118, 612 00 Brno Tel: 541 149 113 Fax: 541 149 244 24. března 2010 kratot@feec.vutbr.cz strana 50