Co (a kdy) nám přinese DVB-T2
28.4.2010, Jiří Piškula, článek
Zatímco si postupně zvykáme na digitální pozemní příjem televizního vysílání ve standardu DVB-T, v některých částech Evropy už běží vysílání ve standardu DVB-T2. V čem se nový systém pro digitální televizi liší od toho původního a co nám v budoucnu přinese?
Sdružení DVB se začalo otázkami vylepšení standardu DVB-T zabývat v březnu roku 2006, o 3 měsíce později byla sestavena pracovní skupina s názvem TM-T2 (Technical Module on Next Generation DVB-T), která měla za úkol navrhnout dokonalejší modulační systém, který by byl využit v nové generaci standardu pro pozemní přenos digitálního vysílání, dnes známý jako DVB-T2.
Předpokládané použití nového systému je především pro spolehlivý a efektivní přenos televizních programů ve vysokém rozlišení pozemními cestami s využitím kódování obrazu MPEG-4 AVC.
Základním požadavkem na nový budoucí standard bylo zvýšení kapacity datového toku minimálně o 30 %, aniž by to vedlo ke snížení účinnosti statistického multiplexování. Při vývoji bylo přihlédnuto také k lepším možnostem budování jednofrekvenčních sítí pro přenos signálu k divákům. Důraz byl dále kladen na to, aby nový standard lépe vyhovoval příjmu v přenosných a mobilních přístrojích. V neposlední řadě bylo potřeba zajistit, aby byly přijímače pro DVB-T2 zpětně kompatibilní a tedy dokázaly přijímat i standard DVB-T.
Bloková struktura systému DVB-T2 (vysílací část).
Systém DVB-T2 využívá v přenosovém kanále modulaci COFDM s velkým počtem kmitočtů subnosných (stejně jako DVB-T), díky kterým je přenos dat velmi efektivní v celé šířce kanálu. S první generací standardu má DVB-T2 společné i to, že může pracovat v několika různých modulačních režimech, díky čemuž je velmi flexibilní.
Následující tabulka uvádí základní odlišnosti v parametrech mezi DVB-T a DVB-T2. Přibyla vnitřní modulace 256 QAM a s tím související tři nové poměry délky ochranného intervalu – 19/256, 19/128 a 1/128, objevila se čtveřice dalších FFT módů 1k, 4k, 16k a 32k. Mód s nejnižším počtem nosných 1k je vhodný pro mobilní příjem, kdy se díky velkým vzájemným odstupům jednotlivých nosných neuplatňuje Dopplerův jev. Mód 32k je naopak vhodný pro stacionární příjem, doba trvání jednoho symbolu v tomto módu je 4 ms a maximální ochranný interval může být 1/8.
Výraznou odlišností od DVB-T je použití jiných metod zabezpečení proti chybám přenosu. Tady se vývojáři inspirovali standardem DVB-S2, ze kterého převzali kódování LDPC (Low Density Parity Check) a BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham). Tato kombinace zaručuje vynikající odolnost signálu vůči vysokým hladinám šumu a interferencím.
Formát datového rámce před prokládáním.
Spektrum signálu v OFDM modulacích s vysokým počtem nosných vykazuje ostrý pokles výkonové spektrální hustoty na okrajích přenášeného kanálu. Této vlastnosti je využito i v systému DVB-T2, zejména v FFT módech 8k, 16k a 32k, kdy je výrazně potlačeno spektrum signálu na kmitočtech mimo vysílaný kanál, což je příznivé jak z hlediska úspory výkonu na vysílačích, tak z hlediska minimalizace rušení dvou sousedních kanálů.
Módy s vyšším počtem nosných kmitočtů přináší efektivnější využití spektra.
Zásadní inovací v DVB-T2 je možnost přenášet současně několik transportních toků v jednom televizním kanále – pomocí tzv. PLP (Physical Layer Pipes), které mohou nést zcela odlišné typy dat (např. kanály HDTV, SDTV, data pro mobilní přijíem,…), přičemž každý datový signál může v rámci jednoho frekvenčního kanálu využívat jiný druh modulace s odlišným kódovacím poměrem. Dle specifikace ETSI EN 302 755 V1.1.1 může být v jednom kanále využito až 256 PLP.
Díky Physical Layer Pipes je možné v jednom kanále přenášet až 256 transportních toků současně.
Jednotlivé transportní toky v daném kanále mají přesně definované časové intervaly, kdy se v multiplexu nacházejí. Obvody dekodéru v přijímači jsou aktivní pouze v okamžiku, kdy se v signálu vyskytují sekvence paketů zvoleného transportního toku. Data z jiných PLP jsou ignorována a v době jejich příjmu je dekodér neaktivní, čímž se šetří napájecí zdroj přijímače. Přesnější představu o podobě rámce obsahujícího data jednotlivých PLP lze získat z následujícího obrázku.
Detailní struktura datového rámce v systému DVB-T2.
Další odlišností druhé generace systému pro pozemní digitální vysílání je použití modulace s pootočeným konstelačním diagramem (viz obrázek). Zatímco v klasickém uspořádání má více prvků v diagramu shodnou souřadnici X nebo Y (v signálu reprezentována úrovní napětí každé ze 2 složek), po natočení má každý prvek jasně danou odpovídající hodnotu X a Y, které se nepřekrývají s jinými pozicemi, signál tak lze správně demodulovat i v případě, že jedna ze složek zcela chybí.
Pootočený konstelační diagram zaručuje menší chybovost při příjmu a lepší odolnost signálu proti šumu v kanále.
To ovšem klade vysoké požadavky na demodulátor, ale dnešní technologie jsou natolik vyspělé, že lze dosáhnout dobrých výsledků s únosnými náklady. Tímto opatřením se zlepšuje odolnost vůči ztrátě dat vlivem šumu v přenosovém kanále o 7 dB.
Reálné zobrazení pootočeného konstelačního diagramu modulace 256QAM.
Výsledky testů vysílání DVB-T2 ve Velké Británii ukázaly nárůst přenosové rychlosti o 46,5 % ve srovnání s DVB-T (z 24,13 Mb/s na 35,4 Mb/s). V Itálii se podařilo dosáhnout nárůstu až o 67 % (z 19,91 Mb/s na 33,3 Mb/s).
Jedinou evropskou zemí, kde se nový standard už zcela běžně využívá, je Velká Británie, která zahájila provoz samostatného HDTV multiplexu v DVB-T2 v prosinci 2009. Vysílány jsou v něm tři kanály: BBC HD, ITV1 HD, Channel 4 HD a brzy by měl přibýt i čtvrtý kanál Five HD.
Všechny programy jsou vysílány jako neplacené (FTA) a v době letošního fotbalového šampionátu v Jihoafrické republice má být multiplex dostupný pro 50 % Britů. Testování DVB-T2 probíhá také ve Finsku, Německu, Španělsku a nedávno bylo spuštěno dlouhodobé testovací vysílání v Rakousku z vysílače ve Vídni (veřejnoprávní ORF 1 HD a ORF 2 HD na 65. kanále).
První testy DVB-T2 v ČR by měly dle plánu Českých radiokomunikací proběhnout letos v květnu z žižkovského vysílače v Praze. Rozběhnutí ostrého provozu DVB-T2 bychom se měli dle optimistických odhadů dočkat v roce 2013. Rozběh bude zřejmě pozvolný v souběhu s momentálně budovanou sítí pozemního vysílání DVB-T. K příjmu vysílání v novém standardu bude totiž potřeba speciálních set top boxů nebo integrovaných televizorů, které by nový formát podporovaly.
Příslibem druhé generace standardu pro digitální pozemní vysílání je především větší možný datový tok multiplexů a tedy možnost přijímat HDTV programy v mnohem lepší kvalitě. Dokud však u nás nebudou garantovány konkrétní technické parametry vysílání ve standardu DVB-T2, výrobci se těžko pustí do vývoje zařízení určených pro náš trh. I v Británii zatím není nabídka na trhu příliš široká. Někteří výrobci počítají s tím, že bude možné stávající DVB-T tunery vyměnit za jiné,
Testovací vysílání HDTV ve standardu DVB-T je u nás dostupné jen necelé čtvrtině obyvatel a v posledních měsících je mezi lidmi patrný neutichající zájem o satelitní příjem televizního vysílání, což potvrzují rostoucí tržby poskytovatelů satelitních programů. Je tedy velkou otázkou, kdy bude případné plošné zavedení platformy DVB-T2 v České republice na pořadu dne.
Zdroje použité k tvorbě článku:
www.dvb.org,
www.rohde-schwarz.com.
Předpokládané použití nového systému je především pro spolehlivý a efektivní přenos televizních programů ve vysokém rozlišení pozemními cestami s využitím kódování obrazu MPEG-4 AVC.
Základním požadavkem na nový budoucí standard bylo zvýšení kapacity datového toku minimálně o 30 %, aniž by to vedlo ke snížení účinnosti statistického multiplexování. Při vývoji bylo přihlédnuto také k lepším možnostem budování jednofrekvenčních sítí pro přenos signálu k divákům. Důraz byl dále kladen na to, aby nový standard lépe vyhovoval příjmu v přenosných a mobilních přístrojích. V neposlední řadě bylo potřeba zajistit, aby byly přijímače pro DVB-T2 zpětně kompatibilní a tedy dokázaly přijímat i standard DVB-T.
Bloková struktura systému DVB-T2 (vysílací část).
Systém DVB-T2 využívá v přenosovém kanále modulaci COFDM s velkým počtem kmitočtů subnosných (stejně jako DVB-T), díky kterým je přenos dat velmi efektivní v celé šířce kanálu. S první generací standardu má DVB-T2 společné i to, že může pracovat v několika různých modulačních režimech, díky čemuž je velmi flexibilní.
Následující tabulka uvádí základní odlišnosti v parametrech mezi DVB-T a DVB-T2. Přibyla vnitřní modulace 256 QAM a s tím související tři nové poměry délky ochranného intervalu – 19/256, 19/128 a 1/128, objevila se čtveřice dalších FFT módů 1k, 4k, 16k a 32k. Mód s nejnižším počtem nosných 1k je vhodný pro mobilní příjem, kdy se díky velkým vzájemným odstupům jednotlivých nosných neuplatňuje Dopplerův jev. Mód 32k je naopak vhodný pro stacionární příjem, doba trvání jednoho symbolu v tomto módu je 4 ms a maximální ochranný interval může být 1/8.
Parametry | Systém DVB-T | Systém DVB-T2 |
| Vnitřní modulace | QPSK, 16QAM, 64QAM | QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM |
| FEC | Konvoluční kódování + Reed Solomonův kód 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 | LPDC + BCH 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 |
| Mód FFT (počet nosných) | 2k, 8k | 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k |
| Ochranný interval | 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 | 1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128 |
Výraznou odlišností od DVB-T je použití jiných metod zabezpečení proti chybám přenosu. Tady se vývojáři inspirovali standardem DVB-S2, ze kterého převzali kódování LDPC (Low Density Parity Check) a BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham). Tato kombinace zaručuje vynikající odolnost signálu vůči vysokým hladinám šumu a interferencím.
Formát datového rámce před prokládáním.
Spektrum signálu v OFDM modulacích s vysokým počtem nosných vykazuje ostrý pokles výkonové spektrální hustoty na okrajích přenášeného kanálu. Této vlastnosti je využito i v systému DVB-T2, zejména v FFT módech 8k, 16k a 32k, kdy je výrazně potlačeno spektrum signálu na kmitočtech mimo vysílaný kanál, což je příznivé jak z hlediska úspory výkonu na vysílačích, tak z hlediska minimalizace rušení dvou sousedních kanálů.
Módy s vyšším počtem nosných kmitočtů přináší efektivnější využití spektra.
Zásadní inovací v DVB-T2 je možnost přenášet současně několik transportních toků v jednom televizním kanále – pomocí tzv. PLP (Physical Layer Pipes), které mohou nést zcela odlišné typy dat (např. kanály HDTV, SDTV, data pro mobilní přijíem,…), přičemž každý datový signál může v rámci jednoho frekvenčního kanálu využívat jiný druh modulace s odlišným kódovacím poměrem. Dle specifikace ETSI EN 302 755 V1.1.1 může být v jednom kanále využito až 256 PLP.
Díky Physical Layer Pipes je možné v jednom kanále přenášet až 256 transportních toků současně.
Jednotlivé transportní toky v daném kanále mají přesně definované časové intervaly, kdy se v multiplexu nacházejí. Obvody dekodéru v přijímači jsou aktivní pouze v okamžiku, kdy se v signálu vyskytují sekvence paketů zvoleného transportního toku. Data z jiných PLP jsou ignorována a v době jejich příjmu je dekodér neaktivní, čímž se šetří napájecí zdroj přijímače. Přesnější představu o podobě rámce obsahujícího data jednotlivých PLP lze získat z následujícího obrázku.
Detailní struktura datového rámce v systému DVB-T2.
Další odlišností druhé generace systému pro pozemní digitální vysílání je použití modulace s pootočeným konstelačním diagramem (viz obrázek). Zatímco v klasickém uspořádání má více prvků v diagramu shodnou souřadnici X nebo Y (v signálu reprezentována úrovní napětí každé ze 2 složek), po natočení má každý prvek jasně danou odpovídající hodnotu X a Y, které se nepřekrývají s jinými pozicemi, signál tak lze správně demodulovat i v případě, že jedna ze složek zcela chybí.
Pootočený konstelační diagram zaručuje menší chybovost při příjmu a lepší odolnost signálu proti šumu v kanále.
To ovšem klade vysoké požadavky na demodulátor, ale dnešní technologie jsou natolik vyspělé, že lze dosáhnout dobrých výsledků s únosnými náklady. Tímto opatřením se zlepšuje odolnost vůči ztrátě dat vlivem šumu v přenosovém kanále o 7 dB.
Reálné zobrazení pootočeného konstelačního diagramu modulace 256QAM.
Výsledky testů vysílání DVB-T2 ve Velké Británii ukázaly nárůst přenosové rychlosti o 46,5 % ve srovnání s DVB-T (z 24,13 Mb/s na 35,4 Mb/s). V Itálii se podařilo dosáhnout nárůstu až o 67 % (z 19,91 Mb/s na 33,3 Mb/s).
Jedinou evropskou zemí, kde se nový standard už zcela běžně využívá, je Velká Británie, která zahájila provoz samostatného HDTV multiplexu v DVB-T2 v prosinci 2009. Vysílány jsou v něm tři kanály: BBC HD, ITV1 HD, Channel 4 HD a brzy by měl přibýt i čtvrtý kanál Five HD.
 |  |  |
Všechny programy jsou vysílány jako neplacené (FTA) a v době letošního fotbalového šampionátu v Jihoafrické republice má být multiplex dostupný pro 50 % Britů. Testování DVB-T2 probíhá také ve Finsku, Německu, Španělsku a nedávno bylo spuštěno dlouhodobé testovací vysílání v Rakousku z vysílače ve Vídni (veřejnoprávní ORF 1 HD a ORF 2 HD na 65. kanále).
První testy DVB-T2 v ČR by měly dle plánu Českých radiokomunikací proběhnout letos v květnu z žižkovského vysílače v Praze. Rozběhnutí ostrého provozu DVB-T2 bychom se měli dle optimistických odhadů dočkat v roce 2013. Rozběh bude zřejmě pozvolný v souběhu s momentálně budovanou sítí pozemního vysílání DVB-T. K příjmu vysílání v novém standardu bude totiž potřeba speciálních set top boxů nebo integrovaných televizorů, které by nový formát podporovaly.
Příslibem druhé generace standardu pro digitální pozemní vysílání je především větší možný datový tok multiplexů a tedy možnost přijímat HDTV programy v mnohem lepší kvalitě. Dokud však u nás nebudou garantovány konkrétní technické parametry vysílání ve standardu DVB-T2, výrobci se těžko pustí do vývoje zařízení určených pro náš trh. I v Británii zatím není nabídka na trhu příliš široká. Někteří výrobci počítají s tím, že bude možné stávající DVB-T tunery vyměnit za jiné,
Testovací vysílání HDTV ve standardu DVB-T je u nás dostupné jen necelé čtvrtině obyvatel a v posledních měsících je mezi lidmi patrný neutichající zájem o satelitní příjem televizního vysílání, což potvrzují rostoucí tržby poskytovatelů satelitních programů. Je tedy velkou otázkou, kdy bude případné plošné zavedení platformy DVB-T2 v České republice na pořadu dne.
Zdroje použité k tvorbě článku:
www.dvb.org,
www.rohde-schwarz.com.
