DVB-T2

Irini S. Reljin, Aleksandar N. Sugaris

SADRŽAJ

U radu je dat pregled standarda za emitovanje digitalnog video materijala (DVB = Digital Video Broadcasting). Posebna pažnja je posvećena standardima za terestrijalni televizijski prenos, standardu prve generacije, DVB-T, i najnovijem standardu, DVB-T2. Izvršeno je poređenje ovih standarda i istaknute su prednosti standarda DVB-T2 nad DVB-T.

KLJUČNE REČI: Digitalni video prenos (DVB), DVB standardi, DVB-T, DVB-T2, MPEGx, digitalna dividenda.

1. UVOD

Prelazak sa analognog na digitalno emitovanje televizijskih signala predstavlja jedan od najsloženijih postupaka u istoriji televizije. Najvažniji razlog za to leži u brojnosti opreme na predajničkoj i prijemničkoj strani, kao i u samoj distribucionoj mreži. Najveći deo te opreme treba zameniti ili prilagoditi potrebama digitalnog prenosa.

U postupku digitalizacije se formira signal koji zahteva veoma veliki protok, 270 Mb/s u slučaju televizije standardne rezolucije, odnosno 1,5 Gb/s za HDTV (High Definition TV). Prenos takvog signala do krajnjeg korisnika zahteva značajnu redukciju neophodnog protoka, pa se mora izvršiti kompresija video i audio signala. Prenos komprimovanog signala se vrši terestrijalnom distribucionom mrežom (koristeći mrežu radio-stanica), satelitskim putem ili kablom. Razmatrajući tehnike prenosa digitalnog TV signala, kao i uvek u razvoju novih telekomunikacionih tehnologija, pošlo se od principa evolutivnosti. Imajući u vidu stalnu potrebu za spektrom, osnovna ideja je bila da se digitalni signal prenosi unutar postojećeg televizijskog kanala i da se time ne naruši struktura i raspodela kanala unutar VHF i UHF opsega u terestrijalnom prenosu. Stoga je bilo potrebno definisati standard za prenos koji to podržava. Dakle, u digitalnom televizijskom prenosu postoje dva bitna procesa: kompresija i prenos.

Uviđajući složenost i brojnost rešenja koja su se razvijala, najvažnije interesne grupe u oblasti televizije u Evropi su formirale grupu stručnjaka, sastavljenu od predstavnika proizvođača korisničke opreme, emitera programa i nosilaca regulative, sa ciljem definisanja i standardizovanja televizijskog difuznog sistema. Bilo je potrebno što pre usmeriti istraživanja na polju video/audio tehnologija, kao i digitalnog difuznog prenosa širokopojasnih signala. Potpisano je pismo o namerama i, septembra 1993. godine, grupa je nastavila rad pod imenom DVB (Digital Video Broadcasting) projekat [1-2].Grupa je nastavila sa radom, usvajajući niz specifikacija koje se kasnije standardizuju u okviru evropskog standardizacionog tela ETSI (European Telecommunications Standards Institute) [3]. Tako se donose Evropske norme (EN) koje se unose u evropska i nacionalna pravna akta vezana za datu problematiku, u ovom slučaju digitalno televizijsko emitovanje [3]. DVB projekat izdaje svoja akta, usvojena od strane Upravnog odbora, a u okviru otvorenih knjiga, bluebooks. Imajući u vidu neverovatan razvoj tehnika kompresije i prenosa, podržan ekspanzivnim razvojem informaciono-komunikacionih tehnologija, DVB se opredelio za vrlo ažurno objavljivanje svojih akata i svih informacija vezanih za primene i testiranja DVB-a. Uočavajući značaj video tehnologija i

multimedije (koje trenutno nose 80% ukupnog internet saobraćaja), DVB je zaštitio dva imena, DVB i MHP (Multimedia Home Platform). Pokazuje se da su dva zaštićena imena spoj koji je, i koji će biti, jedinstven osnov za tok informacija, edukacije, poslovanja i zabave. Dakle, pod imenom DVB sme se naći samo standard koji je ispitan, definisan i usvojen od strane DVB projekta. U postupku usvajanja standarda za digitalno emitovanje, veliki broj zemalja van Evrope takođe je prihvatio DVB. Međutim, SAD, kao jedna od vodećih zemalja u svetu, usvojila je drugi pristup, ATSC (Advanced Television Systems Committee) standard digitalne televizije (http://www.atsc.org/), oko kojeg se još uvek vode rasprave o tome da li se moglo uraditi bolje, poput DVB projekta.

Razvoj tehnologija, koje čine osnovu uređaja i softverskih rešenja u televizijskom prenosu, i relativno dugo vreme od njihovog formiranja, doveli su do definisanja savremenijih, efikasnijih i, za današnje vreme prikladnijih, rešenja u okviru DVB projekta. Tako je nastala druga generacija DVB.

Slika 1. Pregled učesnika u lancu digitalnog terestrijalnog emitovanja

Prema Slici 1, uočava se da u lancu učesnika u digitalnom terestrijalnom emitovanju televizijskog signala treba izdvojiti provajdere sadržaja (koje čine produkcioni centri televizijskog-multimedijalnog sadržaja), operatore multipleksa, operatore primarne i sekundarne distribucije (prenos TV signala do krajnjeg korisnika), kao i same krajnje korisnike [4-9].

Cilj ovog rada je pregled standarda druge generacije za digitalno terestrijalno emitovanje televizijskih signala, DVB-T2. Opisani su osnovni motivi za uvođenje druge generacije standarda, kao i njegove karakteristike sa stanovišta efikasnosti iskorišćenja opsega.

2. RAZVOJ DVB STANDARDA

DVB projekat je usvojio nekoliko ključnih opredeljenja za razvoj digitalnih sistema prenosa televizijskog signala, od kojih se najvažnije odnosilo na način kompresije video i audio signala. Tako je, kao i u drugim svetskim standardima, usvojeno da u slučaju videa to bude MPEG-2 (Motion Picture Expert Group), koji je identičan sa preporukom H.262 organizacije ITU-T. Kao i svi standardi za redukciju protoka, MPEG-2 definiše dekoder. S obzirom da je otvoren, pruža velike mogućnosti za unapređenja kodera. Od 1993. godine do danas, razvijene su različite generacije kodera, obogaćivane mnogim inovacijama proizvođača opreme, što je omogućilo stalni pad neophodnog protoka za utvrđeni subjektivni kvalitet dekodovanog videa.

Slika 2. DVB paket

Dakle, DVB se opredelio za precizno definisani MPEG-2 kompresioni standard. Druga zajednička pretpostavka prve generacije DVB je paket sa zajedničkom strukturom, Slika 2. U njemu se komprimovani video signal multipleksira sa komprimovanim audio signalom, dodaju im se servisni podaci i informacije vezane za televizijski program [1]. Multipleksirani signal se prenosi u vidu paketa fiksne dužine koji čine transportni strim (transport stream, TS). Paketi predstavljaju „kontejnere informacija” jednakog kapaciteta, koji se kontinuirano, pa time i sinhrono šalju ka bloku za zaštitno kodovanje. U transportni strim se ubacuju različiti podaci, a više programa čine tzv. „buket multipleksa”. Multipleks se, generalno, može formirati na mestu produkcije programa (ako ima potrebe za većim brojem programa), ili kod vlasnika distribucionih kapaciteta. U bilo kojoj varijanti, transportni strim se mora zaštititi pre emitovanja. U tu svrhu se primenjuje kanalsko kodovanje čiji osnov prestavlja energijsko raspršivanje (energy dispersal), čime se postiže transparentnost sekvence bita, „nezavisna” od izvora signala, zatim Reed-Solomon kodovanje, kao zaštita od šuma, a koje dodaje izvesnu količinu bajtova svakom paketu. Time se smanjuje raspoloživi protok bita korisne informacije. Radi zaštite od dugih sekvenci grešaka, koristi se „proširivač“, koji omogućava promene redosleda bajtova transportnog strima za vreme prenosa. Najzad, na izlazu kanalskog kodera se koristi konvolucioni koder koji dodatno omogućava zaštitu transportnog strima. Ovakvom pripremom se formira kanal sa verovatnoćom greške koja treba da bude manja od 10-11. Zaštićeni signal se šalje ka modulatoru i predajniku. U DVB standardima prve generacije se koriste QPSK i QAM modulacije. Prva od njih, kao robustnija, primenjuje se u satelitskom DVB-S standardu. U ostalim standardima, kablovskom DVB-C (QAM) i terestrijalnom DVB-T (QAM ili QPSK), moguće je primeniti i višenivoske modulacije. DVB-T (terrestrial) definiše emitovanje televizijskog signala zemaljskim vezama u slobodnom prostoru. S obzirom da je u tom slučaju, zbog postojanja višestruke propagacije emitovanog signala, moguće dobiti smetnje koje generiše sopstvena replika (eho signal), kao zaštita je usvojena ideja proširivanja trajanja simbola. Prošireni simbol obezbeđuje da eho predstavlja samo deo simbola, pa se time kašnjenje o različite i različito udaljene objekte, manifestuje kao interferencija simbola, a ne kao destruktivna smetnja. Tehnika koja ovo obezbeđuje je COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). U DVB-T standardu broj ortogonalnih nosilaca može biti 8k (u slučaju terena koji izaziva veća kašnjenja), ili 2k.

Od samog nastanka i uvođenja MPEG-2, kao kompresionog standarda, razvio se niz poboljšanja tehnike redukcije podataka. Kao najznačajniji je definisan MPEG-4 (koji je prevashodno bio namenjen multimediji), verzija 10 (u ITU usvojen kao preporuka H.264/AVC). To je bio prvi koji je mogao da parira, do tada u televiziji suverenom, MPEG-2.

Nizom sitnih poboljšanja kompresije, i brojnim testovima, H.264 je uspeo da ostvari približno isti subjektivni kvalitet rekonstruisanog videa kao MPEG-2, a pri dvostruko nižem protoku. Usvojen je 2003. godine i implementiran u mnogim uređajima. Danas postoje dekoderi na čijim se izlazima može birati jedan od dva televizijska kompresiona standarda. Treba napomenuti da se, kao i u slučaju MPEG-2, stalno razvijaju nove, usavršene verzije kodera. Nedavno poboljšanje, na primer, smanjuje protok za 15%, i to je postignuto na oba kompresiona standarda. Pokazan je zadovoljavajući kvalitet HDTV videa sa 5 Mb/s, pri MPEG-4 (IBC, Amsterdam, sept. 2009.).

Kanalsko kodovanje u sistemima druge generacije je utemeljeno DVB-S2 standardom koji se pojavio 2003. godine, na desetogodišnjicu svog prethodnika. U teoriji poznat kod za proveru parnosti sa niskom koncentracijom (LDPC – Low Density Parity Check), kao jedna od metoda za prenos signala u prisustvu šuma, predložen je za zaštitu komprimovanog video i audio signala. LDPC ne može da garantuje savršen prenos, ali je verovatnoća gubitka podataka značajno smanjena. LDPC je prvi kod sa protokom veoma bliskim Shannon-ovoj granici. Razvio ga je Gallager 1963, a zatim je skoro potpuno zaboravljen. Sledećih trideset godina u teoriji informacija se nije pojavio nijedan kod približne efikasnosti. Godine 2003. LDPC je izabran, između šest turbo kodova, za novi DVB-S2 standard. Da bi se uklonile sve preostale greške nakon LDPC dekodovanja, podaci se štite dodatnim kratkim kodom BCH (Bose, Chaudari, Hocquenghem), koji spada u grupu cikličnih kodova, i služi za korekciju višestrukih grešaka. Konkatenirani BCH spoljašnji kod je uveden kako bi se postigao što manji BER (Bit Error Ratio – verovatnoća greške).

DVB-S2 je omogućio povećanje protoka u televizijskom kanalu za 30%, u odnosu na prethodnu generaciju. Taj iznos poboljšanja je postavljen kao uslov u razvoju terestrijalnog standarda druge generacije, skraćeno nazvanog DVB-T2. Imajući u vidu COFDM prenos, rezervisan za terestrijalne sisteme, mogućnost povećanja broja nosilaca (sada se umesto 2k i 8k, može koristiti i 32k), kao i druga poboljšanja o kojima će biti reči, može se objasniti neverovatno dobar rezultat od preko 50% povećanja protoka. Stoga se smatra da je DVB-T2 jedan od najefikasnijih načina prenosa digitalnog video sadržaja. Eeksperimenti su potvrdili taj rezultat.

Slika 3. Blok šema uobičajenog DVB-T2 lanca [14]

Arhitektura DVB-T2 sistema prenosa prikazana je na Slici 3. Kao i u prenosu u prethodnoj generaciji, na ulazu se vrši kompresija, bilo primenom postupka MPEG-2, bilo MPEG-4. Sam DVB-T2 ne specificira kompresiju, ali je logično, zbog nespornih prednosti koje MPEG-4 ima, da on bude i izabran. To pokazuju i rezultati usvojenih kompresionih standarda u Evropi. Sve države koje su zakasnile sa usvajanjem strategije digitalizacije radiodifuznog sektora, opredelile su se za noviji (MPEG-4, v.10, usvojen 2003.) kompresioni standard. U prvom bloku se nalazi i statistički multiplekser. Napomenimo da multiplekser može biti nezavisna celina, a može biti ugrađen u koder u kome se vrši višestruko kodovanje video signala. Poslednja varijanta je efikasna u slučaju da veći broj signala ima istu trasu. Naime, signali koji će se dekodovati u istoj tački mogu biti zajedno kodovani, tako da se efikasno raspodeli protok (prema trenutnoj složenosti pojedinih video sadržaja) u okviru fiksnog protoka multipleksa. Treba imati u vidu, međutim, da ova varijanta nije dobra za slučaj insertovanja programa na različitim pozicijama u distribucionoj mreži.

DVB-T2 standard uvodi novinu u pogledu podrške strima na ulazu u mrežu [10, 14]. Kao i u prethodnoj generaciji, komprimovani video, audio i podaci koji ih opisuju, formiraju transportni strim (TS). Pored toga, zbog sve veće potrebe za prenosom podataka, uvodi se generička enkapsulacija strima (GSE). GSE leži iznad fizičkog sloja i obezbeđuje zaštitu komprimovanih podataka korisničkog sadržaja, kao i podešavanje dužine paketa sa najmanjim zaglavljem. Na fizičkom sloju su BB (Base Band) frejmovi različitih dužina. Iza BB zaglavlja, kojim se definiše adaptacija strima, skremblovanje, FEC (Forward Error Correction) kodovanje, obavezno je GSE zaglavlje.

3. GLAVNE RAZLIKE IZMEĐU DVB-T I DVB-T2

Postoji mnogo razlika između prve i druge generacije standarda, ali se kao najznačajnije mogu navesti:

A. BB frejmovi

Interfejs na ulazu T2 modulatora obezbeđuje BB frejmove sa informacijom neophodnom za modulaciju, kao što su IQ vektori, podaci za sinhronizaciju, format ulaznog strima i eventualna proširenja frejmova.

B. T2 Interfejs modulatora

Radi postizanja poboljšanja u SFN radu, odluke o alokaciji i rasporedu se vrše u sklopu T2 prolaza (T2-Gateway). Kao rezultat, svaki modulator u mreži može formirati identičan signal za emitovanje. Interfejs modulatora u DVB-T2 definiše taj format i dopušta formiranje pouzdanih mreža predajnika kako za SFN (Single Frequency Network), tako i za MFN (Multiple Frequency Network). Dalje, on dopušta korišćenje regenerativnih repetitora, za dalje napajanje MFN i SFN mreža. Osnovni T2 prolaz isporučuje niz paketa sa izlaznog interfejsa. Sekvenca paketa sadrži sve potrebne informacije za opisivanje kako sadržaja, tako i vremenskog redosleda za emitovanje T2 frejmova. T2-MI strim se vodi na jedan ili više modulatora u mreži. Modulatori uzimaju osnovne frejmove (BB) i instrukcije za T2 frejmove, sadržane u dolaznom T2-MI strimu. Tako formiraju DVB-T2 frejmove i emituju ih u

odgovarajućem vremenskom intervalu, radi ispravne SFN sinhronizacije. Signal iz mrežnog T2 prolaza ka T2 modulatoru se distribuira bilo na prirodan način, preko standardnog DVB interfejsa (DVB Transport Stream interface) kao što je ASI, bilo u vidu ubačenih IP paketa, saglasno sa TS 102 034, za prenos kroz IP mreže, Slika 4.

Slika 4. T2-MI protokol [12]

Treba istaći da je za prostu mrežu značajno da se podsistemi za kodovanje i multipleksiranje mogu povezati direktno na modulatore, preko interfejsa za transportni strim (Transport Stream Interface). U tom slučaju modulator treba da obezbedi funkcionisanje sistema, uključujući neke od operacija koje, formalno, obezbeđuje osnovni T2 prolaz.

C. Robustnost specifična za određeni servis i struktura T2 frejmova – tokovi na fizičkom sloju

Polazni model za DVB-T2 fizički sloj je prikazan na Slici 5. Ulaz sistema može biti jedan ili više MPEG transportnih TS strimova i/ili jedan ili više GS strimova. Modifikacija strimova se može ostvariti nakon odgovarajućeg predprocesiranja u T2 prolazu. Time ulazni strimovi imaju slaganje jedan-prema-jedan sa kanalima podataka u modulatoru. Ovakvi kanali se nazivaju i PLP (Physical-Layer Pipes).

Slika 5. Blok dijagram višeg DVB-T2 sloja[12]

Komercijalni zahtev za T2 sistem je više različitih nivoa robustnosti za različite servise, imajući u vidu način modulacije i korekcije greške (FEC). To se ostvaruje grupisanjem više OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) simbola u jedan frejm, a zatim dodeljivanjem različitih servisa različitim slajsevima, koji predstavljaju delove frejma. Svaki slajs može biti izdeljen u subslajseve, radi ostvarenja većeg vremenskog diversitija. Moguće je primeniti i vremensko učešljavanje sa razbacivanjem podataka datog slajsa kroz subslajseve, unutar frejma, ili čak unutar T2 frejma. Na ovaj način, sa FEC i vremenskim učešljavanjem primenjenim na servise/slajseve, umesto na ceo multipleks, dobijamo krucijalnu promenu u odnosu na arhitekturu prethodne generacije. Moguće je, takođe,

primeniti i tradicionalan DVB-T pristup tako da svaki T2 frejm nosi jedan jedini slajs, a taj slajs nosi kompletan TS sa više programa.

Slika 6. Prenos sa višestrukim PLP-ovima [13]

Korišćenje više PLP-ova, koji dopuštaju prenos podataka nezavisno od njihove strukture, sa slobodno izabranim specifičnim parametrima PLP-a, omogućava da se dodeljen kapacitet, kao i robustnost, podese prema posebnim željama/zahtevima provajdera servisa/sadržaja, a zavisno od tipa prijemnika i okruženja.

DVB-T2 specifikacija dopušta individualnu konstelaciju, kodni količnik, i dubinu vremenskog učešljavanja, za svaki poseban PLP.

Tipično, grupa servisa može da deli iste zajedničke elemente, kao što su PSI/SI tabele. Da bi se izbegla potreba za dupliciranjem takve informacije za svaki PLP, DVB-T2 uvodi koncept zajedničkog PLP-a, za grupu PLP-ova. Na taj način, prijemnici treba, pri prijemu jednog servisa, u isto vreme da dekoduju do dva PLP-a: PLP podataka i njihov pridruženi zajednički PLP.

D. Uticaj LDPC kodovanja

Na Slici 7. je prikazan dobitak u odnosu Es/No za slučaj LDPC kodovanja signala (u DVB-T2) prema klasičnom konvolucionom kodovanju u prvoj DVB generaciji. Uočava se nagli pad verovatnoće greške (BER, Bit Error Rate) u oba slučaja, 64QAM i 256QAM. Tačka QEF (Quasi Error Free) koja se ima pri verovatnoći greške od oko 10-4, obezbeđuje „prenos bez gubitaka” u televizijskom signalu (ili verovatnoću greške na nivou MPEG TS od 10-11). Dobitak iznosi oko 5 dB za QEF.

Slika 7. Poređenje kodova za kontrolu grešaka za DVB-T (CC) i DVB-T2 (LDPC)

E. Broj nosilaca i zaštitni interval

Povećanjem FFT dimenzije, zaštitni interval smanjuje zaglavlje sa 25% (u slučaju 8k nosilaca) na 6% (u slučaju 32k nosilaca).

Slika 8. Smanjenje gubitaka na zaštitni interval povećanjem veličine FFT [12]

Veličine zaštitnih intervala u DVB-T2 su: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4. Zaštitni interval od 1/128 može, na primer, obezbediti da se koristi 32k kao ekvivalent sistema 8k 1/32 sa redukcijom zaglavlja.

F. Nova konstelacija 256-QAM

DVB-T kao najvišu konstelaciju nudi 64-QAM, obezbeđujući veliku količinu podataka sa 6 bita po simbolu po jednom nosiocu (tj. 6 bita po OFDM ćeliji). U DVB-T2, korišćenjem 256-QAM se povećava efikasnost na 8 bita po OFDM ćeliji, što je povećanje od 33% u spektralnoj efikasnosti i kapacitetu kanala pri istom protoku bita. To znači da će biti neophodan znatno veći odnos C/N (za 4 do 5 dB veći, u zavisnosti od kanala i kodnog količnika) jer je prijem osetljiviji na šum. Taj deo nadoknađuje LDPC kod koji je mnogo bolji od konvolucionog, Slika 7.

G. Rotacija konstelacije

DVB-T2 koristi tehniku „rotirane konstelacije“ kojom se postiže značajna robustnost terestrijalnog kanala. Kada se formira konstelacija, tada se vrši rotacija u kompleksnoj I-Q ravni, tako da svaka osa ima dovoljno informacija o svojim nosiocima za lako razdvajanje susednih tačaka u novoformiranoj konstelaciji, Slika 9.

Slika 9. Rotirana 16-QAM konstelacija [12, 13]

Sa slike se vidi da, čak i ako je loše primljena jedna od komponenata, na osnovu druge je moguće ispravno detektovati informaciju. Stoga je dobitak kodovanja značajan, Slika 10.

Slika 10. Ponašanje sistema pri rotaciji konstelacije za 290 (levo) i u klasičnom BICM (desno)

H. Vrste repetitora

Pri korišćenju SFN mreža moguće je koristiti dve vrste repetitora (Slika 11):

regenerativne, koji demodulišu DVB-T2 signal, pa ga regenerisanog modulišu i dalje prenose, i

translatore, koji samo pomeraju frekvenciju, pojačavaju, kasne i dalje emituju DVB-T2 signal bez kompletne remodulacije.

Slika 11. SFN mreža - vrste repetitora[13]

Slika 12: Emitovanje regionalnih i lokalnih programa u DVB-T2[12]

I. Ubacivanje regionalnih i lokalnih programa

Prva generacija DVB omogućava ubacivanje lokalnih programa na pozicijama multipleksera. To znači da svako novo ubacivanje zahteva ili kompletno dekodovanje signala (ukoliko je primenjeno višestruko kodovanje), ili bar demultipleksiranje sadržaja (kada se iz tabela PSI izdvaja podatak o sekvenci koju treba izdvojiti). U ovom drugom slučaju, ne mora se primeniti MPEG dekodovanje, ali se dekoduje MPEG strim, što takođe nije jednostavno, dugo traje i unosi moguće greške. Poznato je da ovo može biti problem pri mobilnom prijemu.

Druga generacija DVB standarda omogućava ubacivanje lokalnih i regionalnih programa bez dekodovanja, što je velika prednost, posebno u slučaju postojanja velikog broja programa (Slika 12).

Slika 13. Savremena mreža za emitovanje televizijskih signala (DVB-T2/IP)

Naglasimo da se lako zaključuje da je ideja koja je vodila koncipiranju DVB standarda druge generacije u velikoj meri zasnovana na razvoju interneta i standarda koji su ka njemu orijentisani. Tome ide u prilog i generička enkapsulacija. S druge strane, IPTV polako, ali sigurno, ulazi u naše domove. DVB je još na početku imao orijentaciju ka multimediji, pa je sve zajedno dovelo do nove vizije digitalne televizije.

Ako se multipleksi formiraju u glavnom centru, onda će u njih ulaziti programi generisani u produkcionim centrima, eksterni signali, video na zahtev VoD (Video on Demand), formirani MHP signali. Kontribuciona, kao i mreža primarne distribucije, biće IP orijentisana. Iz te mreže vode se signali na emitovanje bilo kojim tipom prenosa (satelitski, terestrijalni, kablovski), ali se omogućava i internet prenos po DVB kanalima (Slika 13).

Konačno, ovako složena struktura mreže u sebi sadrži vrlo jednostavan sistem sa zajedničkim jezgrom zasnovanim na IP tehnologiji. To nam donosi mogućnost korišćenja jednog set-top-box uređaja (STB) za različite medijume. Takođe smo vrlo blizu ostvarenja sna o multimedijalnom kućnom okruženju u kojem se pojam televizije ne razlikuje od sopstvenih multimedijalnih resursa, u kojem je moguće na televizoru imati lekciju po principu učenja na daljinu ili savete udaljenih medicinskih ustanova po zahtevu.

J. Sinhronizacija u DVB-T2 mreži

Slika 14. GPS sinhronizacija predajnika u SFN radu

DVB-T2, kao i prethodna generacija terestrijalnog standarda, podrazumeva sinhronizaciju predajnika, posebno ako se želi rad u jednofrekvencijskim mrežama (SFN, Single Frequency Network). S obzirom da je terestrijalni standard, uvodeći COFDM, omogućio robustnost na raspršivanje kašnjenja u uslovima višestruke propagacije signala, to se prijem signala od dva susedna predajnika koji rade na istoj frekvenciji, za televizijski prijemnik doživljava kao originalna i zakašnjena verzija signala. To znači da je rad jednofrekvencijske mreže moguć, ali je neophodno da se ima dobra sinhronizacija među predajnicima.

Slika 15. Sinhronizacija mreže bez GPS signala

Sinhronizaciju je moguće postići koristeći sistem za globalno pozicioniranje GPS (General Positioning System), Slika 14. U tu svrhu se koristi signal frekvencije 10 MHz koji se emituje sa satelita taktom 1 pps (jedan impuls u sekundi). Sinhronizacija koja se time postiže je izuzetno dobra, ali zahteva nešto skuplje uređaje i stalnu nadoknadu troškova, te operatori distribucione mreže preferiraju druge tipove uspostavljanja sinhronizacije. U tom smislu DVB-T2 standard, unutar T2-MI (intefejs ka modulatoru), omogućava utiskivanje informacije na osnovu koje se podešavaju sva kašnjenja u mreži, tj. bez GPS signala, Slika 15.

Tabela 1.

Moguće povećanje kapaciteta od skoro 50% u poređenju sa sadašnjim modom DVB-T koji se koristi u UK [12]

DVB-T DVB-T2Modulacija 64QAM 256QAMFFT veličina 2K 32KZaštitni interval 1/32 1/128

FEC 2/3CC + RS3/5LDPC +

BCHRasejani piloti 8,3% 1,0%Kontinualni piloti

2,0% 0,53%

Mod nosioca standardni prošireniKapacitet 24,1Mb/s 36,1Mb/s

Tabela 2.

Parametri DVB-T i DVB-T2 [14]

DVB-T DVB-T2

FEC

Conv. Coding + RS

1/2,2/3,3/4,5/6,7/8

LDPC + BCH

1/2,3/5,2/3,3/4,4/5,5/6

ModulacijaQPSK, 16QAM,

64QAMQPSK, 16QAM,

64QAM, 256QAMZaštitni interval

1/4, 1/8, 1/16, 1/32

1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128

FFT veličina

2k, 8k 1k, 2k, 4k, 16k, 32k

Rasejani piloti

8% od ukupnog1%, 2%, 4%, 8% od

ukupnogKontinualni piloti

2,6% od ukupnog 0,35% od ukupnog

K. Kapacitet sistema

Očekivalo se da će potencijalno povećanje kapaciteta televizijskog kanala u DVB-T2 sistemu biti 50% (Tabela 1). Za vreme “Plug Fest”-a u Torinu u martu 2009. godine, pokazalo se da to povećanje može biti i veće, pre svega zahvaljujući pažljivom izboru parametara zaštitnog intervala, [15], kodnog količnika, broja nosilaca u COFDM-u (do 32k), višenivoskog prenosa (do 256QAM), Tabela 2.

Projektovanje mreže u SFN modu dodatno povećava kapacitet zahvaljujući velikom izboru i velikim iznosima zaštitnih intervala. Time se povećanje kapaciteta DVB-T2 u odnosu na DVB-T od 67% dodatno uvećava.

Konačno, neverovatno povećanje kapaciteta u DVB-T2 (smatra se da se iskoristilo 97% Shannon-ove granice) pokazuje veliku uštedu u količini neophodne opreme. Ako se fiksira broj televizijskih programa koje je potrebno preneti u nekoj mreži, tada broj uređaja u DVB-T2 varijanti biva značajno manji nego u slučaju DVB-T. Na Slici 16. je pretpostavljeno da je broj televizijskih programa standardne rezolucije (3 Mb/s, pri MPEG-4) u drugoj generaciji 12, što je realno. U prvoj generaciji DVB-T, udvostručen je neophodan protok (MPEG-2 kompresija), pa je neophodno povećati broj multipleksa, a time i količinu potrebne opreme.

Slika 16: Broj multipleksa potrebnih za prenos odgovarajućeg broja TV programa

Slika 17. DVB-T, DVB-T2 i Šenonova granica kapaciteta kanala

Na Slici 17. je prikazana spektralna efikasnost za nekoliko slučajeva DVB-T2 prenosa, za različite modulacije pri promeni odnosa snage signala i šuma (C/N). Na dijagramu se nalazi isti rezultat za jedan slučaj DVB-T prenosa (64QAM). Najzad, na dijagramu je naznačena Shannon-ova granica kapaciteta kanala. Izuzetno velika spektralna efikasnost navodi na pomisao da je drugom generacijom DVB standarda, bar za neko vreme zaustavljeno istraživanje u oblasti DVB prenosa. Međutim, nove tendencije u digitalnoj televiziji vode ka 3D televiziji koja zahteva dvostruko veći protok od HDTV.

4. ZAKLJUČAK

Druga generacija DVB standarda, zajedno sa kompresionim standardom MPEG-4, verzija 10, unosi značajna poboljšanja u prenos digitalnih televizijskih signala. To je, svakako, bio jedan od osnovnih motiva u donošenju Strategije za prelazak sa analognog na digitalno emitovanje radio i televizijskih signala u Republici Srbiji.

Izbor MPEG-4 verzija 10 (H.264/AVC) za kompresiju video signala zasnovan je na činjenicama:

-koderi zasnovani na MPEG-4 zahtevaju dvostruko niži protok, za subjektivno isti kvalitet rekonstruisanog video signala, u odnosu na MPEG-2;

-u Evropi postoji velika potražnja za uvođenjem televizije visoke rezolucije (HDTV) za koju je MPEG-4 suveren. Snimci svih važnih sportskih i kulturnih događaja se razmenjuju u tom standardu;

-MPEG-4 je, po mišljenju važnih međunarodnih televizijskih udruženja, jednako dobar pri malim i pri velikim protocima (a to znači i za SDTV i za HDTV);

-usvajanjem MPEG-4 uvodi se standard koji je kompatibilan sa IPTV;

-MPEG-4 je standard koji se koristi i u DVB-H, odnosno svim standardima DVB sistema, predviđenim za pokretni prijem;

-kompatibilnost standarda za kompresiju je važna sa stanovišta smanjenja potrebnih prekodovanja (svaki par koder/dekoder smanjuje odnos signal/šum u rekonstruisanom signalu 3-5 dB);

-u vreme ASO (Analog Switch-Off), tj. prestanka analognog emitovanja, cena kodera i dekodera za MPEG-4 će biti veoma umanjena (posebno imajući u vidu njihovu potražnju oko 2012. godine);

-MPEG-4 obezbeđuje podršku svim novim multimedijalnim servisima;

-provajderima sadržaja je važno da iznajmljuju kapacitete za što niži protok, a to obezbeđuje MPEG-4.

Izbor DVB-T2 standarda za digitalno terestrijalno emitovanje televizijskih signala je zasnovan na sledećim činjenicama:

-DVB-T2 nudi izuzetno dobru zaštitu signala, pogodnu za prenose u okruženjima sa velikim šumom i smetnjama, kakav je terestrijalni sistem;

-robustnost DVB-T2 omogućava bolje uslove prenosa (u poređenju sa DVB-T), što kao posledicu daje znatno veći protok u okviru istog opsega televizijskih kanala od 8 MHz / 7 MHz;

-manja osetljivost na smetnje DVB-T2 (u odnosu na DVB-T) olakšava projektovanje SFN mreža;

-DVB-T2 fleksibilno prihvata transportni strim, ali i protokol za generičku enkapsulaciju strima, što je važno za kompatibilnost sa IPTV;

-eksperimenti sa MPEG-4/DVB-T2 kombinacijom su pokazali dobre rezultate (protok 45 Mb/s u televizijskom kanalu širine 8 MHz) na velikom broju modulatora i demodulatora poznatih svetskih proizvođača;

-države koje već duži niz godina primenjuju DVB-T, menjaju organizaciju multipleksa i prelaze na DVB-T2 standard;

-ulaganje u digitalizaciju u Republici Srbiji zahteva velika sredstva. Promena standarda, koja bi svakako morala da se izvrši jednog dana (u smislu prelaska na DVB-T2) bi zahtevala nova, izuzetna ulaganja, i u predajničku, i u prijemničku opremu;

-cene uređaja druge generacije će u budućnosti padati, a uređaji prve generacije MPEG-2/DVB-T će posle izvesnog broja godina početi da poskupljuju što, sa stanovišta kvarova i zamena, nije pogodno;

-potrebno je odabrati ono rešenje koje će, sa stanovišta emitera obezbediti najbrži i najekonomičniji prelaz na digitalno emitovanje. Broj neophodnih multipleksa se, u slučaju najsavremenijih standarda, smanjuje, što umanjuje ukupnu cenu opreme;

-vlasnicima emisione tehnike standard DVB-T2 omogućava podršku za veći broj programskih sadržaja u okviru jednog multipleksa, što takođe utiče na isplativost sistema;

-DVB-T2 obezbeđuje dovoljan protok za potrebe velikog broja HDTV programa;

-digitalna dividenda se značajno povećava uvođenjem standarda DVB-T2;

-u DVB-T2 standardu je definisan širi izbor parametara kodovanja i modulacije, tako da se fleksibilno prilagođava uslovima u okruženju. Takođe, treba navesti da ovaj standard podrazumeva prenos u istim uslovima, za koje je do tada bio planiran DVB-T.

Najzad, treba napomenuti da je najnoviji kablovksi standard druge generacije, DVB-C2, razvijen sa idejom još većeg povećanja raspoloživog protoka. S obzirom da se njegove osnovne karakteristike ne razlikuju suštinski od DVB-T2 (samo su parametri koji opisuju modulacije brojčano promenjeni u odnosu na terestrijalni standard), to je realno pretpostaviti da će u budućnosti biti moguće korišćenje jedinstvenog set-top-boxa za ova dva različita medijuma.