FB
MÓJ KOSZYK
Mój koszyk jest pusty

TV, TV-SAT

Trochę teorii

Cyfrowa technika transmisji satelitarnej
Czym jest MPEG?
MPEG jest standardem, którego nazwa pochodzi od angielskiego skrótu Moving (lub Motion) Picture Experts Group - jest to organizacja zrzeszająca firmy zainteresowane tworzeniem standardu kompresji dla transmisji telewizyjnych.
Metoda ta jest bardzo podobna do kompresji JPEG (Joint Picture Experts Group), przeznaczonej do kompresji obrazu stałego.
Istnieje również standard, znany jako M-JPEG (Moving JPEG), ale używany jest głównie przez firmy zajmujące się systemami zabezpieczeń.
MPEG opisuje sposób kompresji danych cyfrowych, będących ruchomymi obrazami, takich jak obraz telewizyjny. Standard ten pozwala na kompresję fonii zsynchronizowanej z video.
MPEG1 jest kompresją używaną na platformie sprzętowej komputerów IBM PC (oraz innych komputerach) tworząc pliki o rozszerzeniu *.mpg.
Xing, Mediamatics, a także inne firmy dostarczają oprogramowania do tej kompresji. Prawie wszystkie karty graficzne (oprócz może najtańszych kart PC VGA) dostosowane są sprzętowo do plików MPEG1. Do odtwarzania tych plików z odpowiednią prędkością (25 lub więcej klatek na sekundę )zwykle potrzebny jest komputer Pentium PC. MPEG1 nie jest jednak wykorzystywane w przypadku TV satelitarnej
Dla celów telewizji satelitarnej i cyfrowej potrzebny jest system szybszy i doskonalszy, który spełnia następujące wymagania: posiada mniejszą tendencje do efektu pikselizacji, obraz nie pokazuje się w charakterystycznych dla MPEG1 blokach, wymaganych by zmniejszyć efekt poklatkowy. Wymagania te są istotne ze względów zarówno technicznych jak i marketingowych spełnił MPG-2.
Obecnie przemysł satelitarny podąża w kierunku zwiększenia liczby kanałów w obrębie pasma przenoszenia transponderów. Telewizja analogowa korzysta z pasma szerokości od 15 do 36 MHz, na której przenoszony są sygnały FM video + audio FM na dwóch podnośnych dla każdego kanału.
Nadawca umieszcza 5, 8, lub więcej kanałów na jednym paśmie cyfrowym. Pozwala to na obniżenie kosztów transmisji oraz zwielokrotnienie oferty programowej z pojedynczego satelity. Istotny jest tutaj współczynnik kompresji, który może być zmienny w zależności od oczekiwanej jakości obrazu.
Jakość studyjna np. wymaga transmisji rzędu 12MBit/s, jakość obrazu dla potrzeb telewizji - 8MBit/s, VHS - 2MBit/s. Należy pamiętać, że wielkość współczynnika kompresji jest zmienna i powinna być dostosowana do potrzeb odbiorcy obrazu (kompresja MPEG jest kompresją z utratą danych, a wielkość współczynnika kompresji decyduje o jakości obrazu kompresowanego tą metodą).
Dane cyfrowe z kilkunastu kanałów, wraz z różnymi kanałami audio (który może zawierać cyfrowy dźwięk przestrzenny oraz wiele języków), mogą być multipleksowane (łączone) w jeden sygnał MPEG.
Istnieje wersja MPEG1.5 będąca wersją przejściową pomiędzy MPEG1i MPEG 2 Dowolny odbiornik MPEG2 powinien być kompatybilny z poprzednimi wersjami (MPEG1 i 2).
Ciekawą właściwością tego systemu kompresji jest brak możliwości kompresji szumów obrazu i fonii (zapewniają to dopiero nowo wdrażane algorytmy kompresji MPEG 3 i 4). Aby to zjawisko wytłumaczyć przyjrzyjmy się następującemu przykładowi: Wyobraźmy sobie film w transmisji MPEG w trakcie którego pokazywany jest monitor nie podłączony do żadnej anteny, pokazujący wyłącznie szum.
Obraz taki nie może być skompresowany, gdyż jest zupełnie przypadkowy i nie zawiera żadnych powtarzalnych ani nadmiarowych informacji. Dopiero algorytmy MPEG 3 i 4 mają zawierać możliwość kompresji sygnału w pełni przypadkowego.
Modulacja
Świat rzeczywisty ma postać analogową. MPEG 2 jest sygnałem transportowanym przez analogową fale radiową. Tradycyjny sygnał telewizji satelitarnej przekazywany jest metodą modulacji częstotliwości (FM). Podobnie możliwa jest modulacja fazy fali zamiast jej częstotliwości. Wykorzystywane jest to do zapisu informacji binarnej. 0 stopni (bez przesunięcia fazy) odpowiada binarnemu 0 natomiast 180 stopni (z odwróceniem fazy) binarnej 1.
W praktyce trudno jest zachować stałość wychylenia tej fazy. Rozwiązuje się to dokonując przesunięcia fazy w stosunku do poprzedniego cyklu, a nie w stosunku do wzorca. Metoda ta znana jest pod nazwą DPSK (differential phase shift keying).
Osoby znające metody wykorzystywane w transmisji modemowej wiedzą, że DPSK nie jest metodą najskuteczniejszą. Istnieją różne metody, które pozwalają na 2 - 4-krotne, lub większe zwiększenie przesyłu danych przy tej samej prędkości.
Metoda QPSK (Quaternary lub Quadrature phase shift keying) wykorzystuje symbole 2-bitowe zamiast 1 bitowych jak to ma miejsce w przypadku DPSK. Opiera sie ona na 4 możliwych fazach. Unika się wysyłania fali o przesunięciu 0 stopni aby uniknąć długich okresów sygnału niemodulowanego, który może powodować problemy (dość złożone). Natomiast najczęściej wykorzystywanymi przesunięciami fazy są: 45,135,225 i 315 stopni.
W ten sposób zyskujemy większą przepustowość sygnału w bit/s niż dotychczas. Analogicznie metoda może być rozszerzana do 8 lub 16 lub więcej faz. Liczba ta jest jednak limitowana stosunkiem sygnału właściwego do szumu oraz tolerancją błędów transmisji. Jest to powód dla którego modemy komputerowe mają problemy z komunikacją po złej jakości łączach i zamiast np. 33Kbit/s redukują prędkość do 9600 bit/s.
Inne transmisje cyfrowe mogą nadal wykorzystywać MPEG 2, ale muszą korzystać z innej metody modulacji niż QPSK. Najczęściej stosowana jest metoda QAM przy transmisji kablowej (QPSK może tu być wykorzystane jako modulacja kanału zwrotnego). Natomiast naziemna telewizja cyfrowa będzie wykorzystywała metodę CODFM (coded orthoganal digital frequency modulation).
Wybór metody modulacji jest oparty na właściwościach ośrodka w którym emitowany jest sygnał. CODFM jest metodą odporną na interferencje wielościeżkową (multipath). Jest to typ zakłóceń odpowiedzialny za duchy - cienie na ekranach telewizorów analogowych.
DVB
Podobnie jak w przypadku MPEG istnieje grupa odpowiedzialna za stworzenie standardu DVB (Digital Video Broadcasting), zrzeszająca instytucje zainteresowane stworzeniem ujednoliconego standardu transmisji telewizyjnej. Podobne organizacje istnieją np. wśród producentów komputerów PC (np. standard VESA PC) DVB został stworzony przez EBU (European Broadcast Union) jako standard transmisji cyfrowej telewizji.
Podstawowe założenia standardu opublikowano i stworzono przy współudziale ETSI (European Telecommunications Standards Institute) znanego ze stworzenia standardu telefonii cyfrowej GSM.
W rzeczywistości DVB jest zbiorem standardów dla kilku sposobów transmisji:
  • DVB-S Satelitarna
  • DVB-C Kablowa
  • DVB-T Naziemna
  • DVB-SI (Specification for Service Information) - wyspecyfikowanym dla potrzeb serwisów informacyjnych
  • DVB-CI Common Interface for conditional access - wyspecyfikowana dla potrzeb warunkowego dostępu (dekoderów)
Dla potrzeb DVB używane są jedynie niektóre z algorytmów kompresji audio i video MPEG2. Poniżej zdefiniowane są wymagania, jakie musi spełniać IRD (Integrated Receiver Decoder np. satellite box), aby mógł zapewniać odbiór DVB.
Aby odbiornik telewizji kablowej lub satelitarnej był przystosowany do odbioru sygnału DVB (DVB Document A001-revision 1) musi spełniać następujące cechy:
System
  • Wykorzystuje przesył zgodny z normą MPEG-2 Transport Stream is used
  • Informacja serwisowa oparta jest na specyfikacji programowej MPEG2
  • Kodowanie zgodne z definicją i normami CA Technical Group
  • Dostęp warunkowy wykorzystuje deskryptor MPEG-2 CA_descriptor
Video
  • Wykorzystywany jest główny profil poziomu głównego MPEG-2 /Main Profile at Main Level MPEG-2/ (1.5-15 Mbits/s)
  • szybkość zmiany obrazu wynosi 25 klatek na sekundę
Enkodowane obrazy mogą mieć następujące proporcje obrazu:
  • 4:3 (normalny format telewizyjny)
  • 16:9 (format szerokoekranowy "widescreen")
  • 2.21:1 (format kinowy panoramiczny)
  • IRD musi zapewniać proporcje obrazu 4:3 i 16:9 oraz opcjonalnie 2.21:1.
  • IRD musi zapewniać możliwość przeliczenia wektorowego obrazu zakodowanego w formacie 16:9, tak aby mógł być w pełni wyświetlany na monitorze pracującym w formacie 4:3.
  • IRD musi zapewniać możliwość wyświetlenia na całym ekranie obrazów o rozdzielczości 720 x 576 pikseli oraz 704 x 576 pikseli, będące nominalną rozdzielczością pełnego ekranu
  • IRD musi zapewniać właściwą konwersje obrazu w celu wyświetlania obrazu na pełnym ekranie o rozdzielczości 544 x 576 i 480 x 576 oraz nominalnych wartościach 352 x 576 oraz 352 x 288 pixeli.
Audio
  • IRD musi zapewniać wykorzystanie warstw I i II MPEG-2,
  • Użycie warstwy II jest rekomendowane dla enkodowanego strumienia bitów.
  • IRD musi zapewniać zarówno pojedyncze jak i podwójne kanały, połączone w sygnał stereo, oraz ekstrakcje pary stereo z kompatybilnych do MPEG-2 multikanałów audio.
  • IRD musi zapewniać następujące częstości samplingu dźwięku: 32 kHz, 44.1 kHz i 48 kHz
  • Enkodowany strumień bitów nie musi być wzmacniany.
Uwaga!!! Amerykanskie odbiorniki DSS, DirecTV i inne nie są zgodne z DVB, i mogą nie pracować poprawnie w Europie.
Co to jest Diseq
Diseq - kontroler wyposażenia dla cyfrowej telewizji satelitarnej (Digital Satellite Equipment Controller). Standard ten został wprowadzony przez Eutelsat w celu ułatwienia ustawiania odbiorników satelitarnych. Spowodowane zostało to istnieniem na rynku kilku typów konwerterów - takich jak uniwersalny (Universal), rozszerzony (Enhanced), telekomunikacyjny (Telecom).
Dodatkowo, w Europie zaczęto korzystać z innych satelitów, a nie tylko z Astry. Eutelsat zaproponował inteligentny konwerter, który mógł sie komunikować z odbiornikiem.
Odkąd konwerter uniwersalny z oscylatorem o 22KHz przełączniku tonu stał się "standardem" (tzw. fullband), zadecydowano się rozszerzyć użycie sygnału tonowego 22KHz "presence or absence" do dwukierunkowej komunikacji pomiędzy odbiornikiem a konwerterem (lub innymi składnikami zestawu antenowego - np. multiswitche).
W DiSEqC na częstotliwości 22KHz zamiast obecności lub braku sygnału (jak dotąd) może on przejść w inny tryb pracy (burst - wybuchowy, rozprzestrzeniający się, multiple pulse).
Odbiornik wyposażony jest w prosty modem oraz połączony z nim mikrokontroler. W konwerterze znajduje się odbiornik DiSEqC. Komunikacja jest możliwa na różnych poziomach począwszy od podstawowego polecenia "Tone Burst", a kończąc na poleceniach umożliwionych przez 8-bitowy dostęp + format parzystości danych. Nie wszystkie możliwe kody zostały wprowadzone, co pozwala na późniejsze dodanie nowych funkcji w przyszłości.
Urządzenie DiSEqC Compatible (mini DiSEqC) to jedynie generator tonowy wyposażony w 2-stanowy przełącznik.
  • DiSEqC 1.0 umożliwia przesył jednokierunkowy, od odbiornika do urządzeń peryferyjnych
  • DiSEqC 2.0 jest podobny do 1.0, umożliwia jednak komunikacje dwukierunkową. Właściwość ta może być wykorzystywana do odczytu częstotliwości w LNB.
  • DiSEqC 3.0 posiada wszystkie poprzednio wymienione cechy.
Dodatkowo DiSEqC 3.0 pozwala na zewnętrzną kontrolę urządzeń peryferyjnych z możliwością rozpoznawania stanu każdego z współpracujących urządzeń. W przyszłości pozwoli to na automatyczną instalację wyposażenia, do której to instalujący będzie wykorzystywał menu odbiornika poprzez wybór polecenia "auto - instal".
Nastąpi wtedy komunikacja pomiędzy konwerterem i odbiornikiem, ustalenie kanałów z właściwym lokalnym oscylatorem (przełączanym pomiędzy wszystkimi częstotliwościami), pozycjonery zostaną ustawione na prawą pozycje itd... Ułatwi to instalacje systemów zbiorczych i indywidualnych anten sat. z możliwością kontroli przełączników, polaryzacji tym podobnych przez "DiSEqC Bus" - zapis ustawień kontroli (a nawet sygnału) kabli.
Format danych jest tutaj podobny do używanych w nowoczesnych systemach zdalnej kontroli używanych w TV, VCR, a także odbiornikach satelitarnych.
Więcej informacji może udzielić Eutelsat. Pomimo, że standard ten został stworzony tylko dla odbiorników cyfrowych, obecnie zaczyna być stosowany również w odbiornikach analogowych. Istnieją pewne dodatki do generatorów DiSEqC pozwalające starszym wersjom sprzętu na wykorzystanie przełączników i innych urządzeń opartych na standardzie DiSEqC.
Niezbędne wyposażenie
Przede wszystkim potrzebny jest konwerter uniwersalny (full band). Najlepiej jeżeli jest to konwerter rekomendowany do pracy ze sprzętem cyfrowym. Parametr konwertera - nawet najlepszy współczynnik szumu podawany przez producenta jest parametrem szumu dla modulacji FM- częstotliwościowej przy transmisji analogowej. Transmisja cyfrowa jest modulacją fazy. Wymaga to w konwerterze niskiego szumu modulacji fazowej, tak aby nie zakłócać pracy modulatora QPSK (patrz rozdział Modulacja).
Konwerter powinien posiadać dwa oscylatory lokalne L.O. jeden 9,75 GHz jako oscylator domyślny oraz drugi 10,6 jako oscylator uruchamiany sygnałem 22kHz (sygnałem tonowym).
Przy wyborze odbiornika należy zwrócić uwagę na to, czy nie jest on przeznaczony wyłącznie do odbioru jednego pakietu, od jednego nadawcy. Cześć odbiorników przeznaczona jest tylko na jeden pakiet. Tak jest z francuskimi odbiornikami TPS (Television par Satellite) oraz z obecnymi na rynku tunerami PACE. Cześć odbiorników mimo tego, że jest przeznaczona na pakiet nadaje sie do odbioru prawie wszystkiego. Tak jest np. z D-BOX-em - patrz opis niżej.
Oczywiście poważna cześć kanałów jest kodowana. Na dzien dzisiejszy istnieje kilka systemów kodowania (Modułów Dostępu Warunkowego - Conditional Access Module - CAM). Najbardziej powszechny jest IRDETO.
Trochę o kodowaniu: DVB-CI - w tym standardzie chciano umożliwić wykorzystywanie przez wszystkich nadawców tego samego systemu kodowania. Nie zgodziła się na to komisja Unii Europejskiej odpowiedzialna za działania antymonopolistyczne. Jedynie znormalizowane jest złącze modułu. Jeżeli tuner nie jest zablokowany w tym względzie, lub jeżeli moduł nie jest ograniczony do jednego pakietu to można wykorzystywać je elastycznie.
Sytuacja jest podobna do zaistniałej w analogowych systemach kodowania. Koegzystować będzie kilka do kilkunastu systemów kodowania.
IRDETO - wykorzystywany przez Grupe Kirch/DF1, Nethold/Multichoice, Telepiu, M-Net (C-band)
SECA - (francuski) wykorzystywany przez Canal Plus/CSN (Canal Satellite Numerique). Znany jest jako "MediaGuard", a wykorzystywany również przez niemiecki pakiet Premiere.
Viaccess -wykorzystywany przez francuski pakiet TPS (Television Par Satellit) Cryptoworks -metoda kodowania RTL (Austria/Szwajcaria).Cryptoworks jest własnością koncernu PHILIPS.
Moduły CAM (Conditional Acces Modules) dekoderów wykorzystują złącze typu PCMCIA - standard znany z konstrukcji notebooków, Umożliwia to łatwą wymianę modułów dostępu warunkowego (dekoderów). Nie stanowi problemu zamiana np. IRDETO na Viaccess. Zajmuje to tylko chwilę.
Uwaga, wymiana modułu jest prosta, jednak nie koniecznie musi on współpracować z oprogramowaniem odbiornika.
Moduły CAM są na ogół dostarczane z odbiornikiem. Trzeba się liczyć z tym, że niektóre odbiorniki celowo pozbawiono możliwości współpracy z innymi systemami kodowania niż pierwotny.
Artykuł opracowany został z wykorzystaniem materiałów ze strony firmy Sensor z Wrocławia