Zákulisí DVB - teorie a technické informace
13.7.2009, Radek Jahoda, článek
Snad všechna média nás přesvědčují, že digitální vysílání je lepší než analogové. Ale co za tím stojí a proč to tak je, ví už málokdo. Podívejme se, jak systém DVB (DVB-S, DVB-S2, DVB-T a DVB-T2) funguje a jak je v principu rozdílný od analogového TV vysílání.
Kapitoly článku:
Ještě před samotným vysíláním je ale nutné udělat další spousty kódování. Vytvoření streamu dat totiž není zdaleka vše. Jeho vyslání v této čisté podobě neřeší problém s rušením, zanesením chyb při přenosu a také není přímo vhodné přenášet data bitově, když to jde efektivněji.
Nejprve je ale na řadě zmíněné kódování. Příjem signálu je totiž ovlivňován mnoha jinými signály, ať už klasickým bílým šumem, který zhoršuje detekci přenášených symbolů, nebo rušení, které může být (a zpravidla bývá) impulzní. Tato rušení vznikají při zapínání jiných spotřebičů, v motorech apod. a přenášejí se na dlouhé vzdálenosti ať už po napájecí síti nebo vzduchem. Právě kvůli odolnosti proti rušení se provádí kódování. To slouží jednak jako detekce chyb a jednak může sloužit pro jejich opravu. Použití kódování tímto způsobem rovněž sníží nutný odstup signálu od šumu k příjmu a tedy zvýší dosah vysílače.
Samotné kódování probíhá v několika krocích:
1. bb-framing - vstupní data jsou zapakována do rámců určité velikosti, která se hodí pro aplikaci kódování
2. outer-coding - kódování vnějším kódem s blokovým kódováním
3. inner-coding - kódování konvolučním kódem bitově orientovaným
4. interleaver - prokládání dat
Funkční diagram kódování
První krok je vytvoření BB rámce (base-band frame), který spočívá v tom, že se vstupní MPEG rámec vloží popořadě do BB rámce, který má navíc hlavičku a v kterém je označen začátek prvního MPEG rámce. V první verzi DVB-S je tento krok vynechán, protože se kóduje přímo na MPEG rámci. V DVB-S2 a DVB-T2 má BB rámec tuto podobu:
Struktura BB rámce
Hlavička BB rámce obsahuje tato data:
MATYPE - dva byty s informacemi o streamu
DFL - Data Field Length - délka celého BB rámce, je různá pro různé typy kódování
SYNC - kopie úvodního bytu UP rámce, tedy 0x47 pro MPEG
SYNCD - vzdálenost prvního UP rámce od začátku BB rámce
CRC-8 - cyklický redundantní kód, kontrolní součet BB hlavičky, pomocí kterého se detekuje chyba přenosu hlavičky
Celý BB rámec je navíc scramblován definovaným polynomem, který změní data tak, aby se za sebou dlouho neopakovaly jedničky a nuly. Vstupní data nulového rámce se samými nulami tak změní na "náhodný" tok nul a jedniček. To je nutné pro pozdější modulaci a ideální frekvenční rozložení signálu v televizním kanálu.
Nejprve je ale na řadě zmíněné kódování. Příjem signálu je totiž ovlivňován mnoha jinými signály, ať už klasickým bílým šumem, který zhoršuje detekci přenášených symbolů, nebo rušení, které může být (a zpravidla bývá) impulzní. Tato rušení vznikají při zapínání jiných spotřebičů, v motorech apod. a přenášejí se na dlouhé vzdálenosti ať už po napájecí síti nebo vzduchem. Právě kvůli odolnosti proti rušení se provádí kódování. To slouží jednak jako detekce chyb a jednak může sloužit pro jejich opravu. Použití kódování tímto způsobem rovněž sníží nutný odstup signálu od šumu k příjmu a tedy zvýší dosah vysílače.
Samotné kódování probíhá v několika krocích:
1. bb-framing - vstupní data jsou zapakována do rámců určité velikosti, která se hodí pro aplikaci kódování
2. outer-coding - kódování vnějším kódem s blokovým kódováním
3. inner-coding - kódování konvolučním kódem bitově orientovaným
4. interleaver - prokládání dat
Funkční diagram kódování
První krok je vytvoření BB rámce (base-band frame), který spočívá v tom, že se vstupní MPEG rámec vloží popořadě do BB rámce, který má navíc hlavičku a v kterém je označen začátek prvního MPEG rámce. V první verzi DVB-S je tento krok vynechán, protože se kóduje přímo na MPEG rámci. V DVB-S2 a DVB-T2 má BB rámec tuto podobu:
Struktura BB rámce
Hlavička BB rámce obsahuje tato data:
MATYPE - dva byty s informacemi o streamu
- TS/GS (2 bity) - definuje, zda jde o transport stream nebo libovolný generický stream (paketový nebo nepaketový)
- SIS/MIS (1 bit) - definuje přítomnost jednoho nebo více streamů
- CCM/ACM (1 bit) - definuje konstantní nebo adaptivní kódování
- ISSYI (1 bit) - Input Stream Synchronization Indicator - informuje, zda je přítomen ISSY informační blok
- NPD (1 bit) - detekce nulových paketů
- RO (2 bity) - definuje roll-off factor pro modulátor
- ISI (8 bitů) - Input Stream Identifier - identifikuje stream, pokud je přítomno více streamů
DFL - Data Field Length - délka celého BB rámce, je různá pro různé typy kódování
SYNC - kopie úvodního bytu UP rámce, tedy 0x47 pro MPEG
SYNCD - vzdálenost prvního UP rámce od začátku BB rámce
CRC-8 - cyklický redundantní kód, kontrolní součet BB hlavičky, pomocí kterého se detekuje chyba přenosu hlavičky
Celý BB rámec je navíc scramblován definovaným polynomem, který změní data tak, aby se za sebou dlouho neopakovaly jedničky a nuly. Vstupní data nulového rámce se samými nulami tak změní na "náhodný" tok nul a jedniček. To je nutné pro pozdější modulaci a ideální frekvenční rozložení signálu v televizním kanálu.
