שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים

שדורי טלוויזיה שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעייםספרתיים קרקעיים

1

4Z1PFאינגר משה 2009ספטמבר

2

שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים – למה?

יציבות באיכות התמונה (6 עד 4 ניצול טוב יותר של הספקטרום יחסית לשידור האנלוגי )פי.זול יותר יחסית לשידורי כבלים, שידורים אנלוגיים ושידורי לווינים .פשוט וזול )ממיר ספרתי ואנטנה קטנה( לעומת קליטה מלווין :יישומים חדשים אפשריים בשידורים הדיגיטלים בלבד

אינטראקטיביות HDTVטלוויזיה ניידת לוח שידורים אלקטרוני

3

רשתות של תדר בודדרשתות של תדר בודד

שידורי טלוויזיה ספרתיים עושים שימוש בשיטת COFDM שמאפשרת עבודה של רשת משדרים על תדר בודד.

.תדר בודד עבור כל המשדרים שמאפשרים כיסוי שטח גדול ניצול טוב יותר של תדרי שידור – שימוש בתדרים חוזרים .מאפשר טופולוגיות רשת טובות יותר יחסית לשידור אנלוגי

-דרישות מSFN (Single Frequency Networks) כל משדר חייב לשדר

על אותו התדרבאותו הזמןבאותו קצב שידור

( כל המשדרים חייבים להיות מסונכרנים בתדר ובזמן GPS) בחירת זמן מרווח הביטחון יקבע את המרחק המרבי שבין שני

משדרים.

מושגיםמושגים

4

אות אנלוגי )אות ספרתי )דיגיטלי ביט bite בית Byteאות ספרתי מרובה רמות

Asynchronous Digital Subscriber Line

5

.ADSLADSL ? ? (Asynchronous Digital Subscriber Line )מה זה מה זה

6

המחולק לשלושה נתחים 1.1MHz משתמשת ברוחב פס של ADSLטכנולוגיית , משמש את ערוץ הטלפוניה. KHz4 עד KHz0באמצעות מסננים. הנתח האחד מ-

KHz והנתח הגדול ביותר –upstream משמש עבור ה-KHz160 עד KHz20הנתח השני מ- .downstream, משמש עבור ה- 1.1MHz עד 240

ADSLADSL המשך המשך

7

על מנת לקבל ניחות מזערי ודיוק מרבי, ממוצע המתח על הקו צריך לשאוף לאפס וכך ניתן להשיג את הקצב הנדרש. כדי לעמוד בדרישות אלה, משתמשים בשיטת קידוד

Quadrature Amplitude Modulation) QAM שיטה המקודדת קבוצות של שלוש סיביות .)ומייצגת אותם בגל סינוס ברמת מתח ובתזוזת מופע.

ADSLADSL המשך המשך

8

DMT (Discrete Multiton)האפנון השימושי הוא מסוג "ריבוי תדרים" כל אחד (tones) תדרי נושא 256 מחולק ל- (downstream)הערוץ היורד

4KHzברוחב פס של

תת נושאים.32 מחולק ל- (upstream)הערוץ העולה

מאופנן מידע קבוע המשמש לבקרת הרזולוציה של זמן הדגימה 64נושא במקלט.

10

Standard vs. High-definition

Wondering what the difference is between standard and high definition? Standard definition (SD) uses 625 lines of pixels

from top to bottom. High definition (HD) uses up to 1125 lines. Not all of these lines are

visible on the screen, but they're included as part of the

signal.

Standard vs. High-definitionStandard vs. High-definition

Standard vs. High-definitionStandard vs. High-definition

11

high-definition television)) HDTV

digital television))DTV

DTV -משודר בתחום ה UHF 8 ברוחב פס שלMHz כמו שידורי הטלוויזיה האנלוגיים.

DTVיתרונות

תומך ברזולוציה גבוהה יותר.•

או סריקה מלאה interlaced ניתן לשדר את התמונה בסריקה שלובה •progressive.

תחנת השידור יכולה לשדר על אותו ספקטרום מספר תוכניות שונות •בו-זמנית.

ניתן להוסיף לשידור חומר אינטראקטיבי ו/או חומר אחר, כמו מידע •מהאינטרנט.

.HDTV תומך בשידורי •

HDTVHDTV

12

תקנים לשידורי טלוויזיה דיגיטאלית.18 קיימים •

בדיגיטלי.16:9 באנלוגי, 4:3 יחס ממדים •

הרזולוציה הנמוכה ביותר היא כמו הרזולוציה של הטלוויזיה האנלוגית •720X576.פיקסלים

פיקסלים.HDTV 1920X1080 הרזולוציה המרבית היא של •

עבור " i" מספר תמונות משודרות בשנייה מוגדרות על ידי האותיות •interlaced - ו "p " עבור progressive

20P ל- 60P מספר התמונות משתנה בין DTV ב – •

HDTVHDTV

13

פיקסלים, סריקה 1920X1080 אומר שהרזולוציה היא 1080i" HDTV"תקן תמונות בשנייה.60שלובה,

הערה: הטבלה מתאימה לתקן האמריקאי

.

14

תקניםתקניםMPEG-2

DTV – מקודד את המידע ב MPEG-2 -מקודד שימושי ברוב מכשירי ה .DVD הוא מעלים חלק 55:1. מקודד זה מקטין את נפח המידע ביחס של .

גדול מהמידע שעין האדם לא יכולה להבחין. 16X16בתקן זה משדרים את השוני בין תמונה לתמונה בבלוקים של

פיקסלים.

. H.264 / MPEG-4

H.264 של התקן 10הוא תקן מתקדם לדחיסת וידאו. התקן זהה לחלק MPEG-4 של ISO – "וידוע גם בשם "קידוד וידאו מתקדםAVC

H.264/AVC מאופיין על ידי מספר תכונות חדשות המאפשרות לו לדחוסוידאו ביעילות רבה יותר מאשר מקודדים אחרים.

עם בלוקים בגדלים ביצוע "פיצוי תנועה על סמך בלוק בגודל משתנה"16X16 4ועדX4 המאפשר חלוקה מדויקת של אזורים נעים. חלוקה רבה מדי

לתת-בלוקים עלולה להוביל לשליחת מידע מיותר, שכן המקודד נדרש לציין בבעיית H.264מספר גדול יותר של בלוקים, ולכן מתמקדים מקודדי

.16X16הבחירה של החלוקה האופטימאלית של בלוק

15

HDTVHDTV

לכול תחנת שידור מוקצה ערוץ שידור אחד.

sub-channelsניתן לחלק את הערוץ לתת-ערוצים

של מידע דיגיטלי.Mbps 19.39כל ערוץ יכול לשדר

תחנת השידור יכולה לחלק תעבורה זו במספר אפשרויות, לדוגמה:

Mbps 19.39ערוץ אחד של

Mbps 4.85ארבעה תת-ערוצים של

ניתן לשדר תוכניות באיכות נמוכה כמו חדשות, אך לאחד את הערוצים לאיכות גבוהה יותר עבור תוכנית טבע כלשהי.

אינטרנט . מידע זה יכול לכלול דפי 2Mbps- 1נערכים ניסויים לשדר מידע דיגיטלי ב- או מידע דיגיטלי אחר.

16

HDTVHDTV

.עבור ATSC( Advanced Television Standards Committee ) הוא של HDTVהבסיס לתקני HDTV :720 קיימים שני פורמטיםP -1080 וi.

ואשר שניהם רחבי מסך )כלומר ביחס 60Hzמדובר בתקנים אמריקאים אשר משודרים ב- (.16:9מסך

720P 1280 שורות של 720 הוא תקן פרוגרסיבי )כלומר, משודרות שורות ברצף( אשר כולל פיקסלים בכל שורה.

1080i הוא תקן INTERLACED כלומר, משדר את כל השורות הזוגיות ואחריהן את השורות( פיקסלים בכל אחת.1920 שורות של 1080האי זוגיות וחוזר חלילה( אשר כולל

בלבד. לאחר מספר שנים, 60Hzהתקנים הללו יועדו לשוק האמריקאי, ולכן הוגדרו ב-אירופה התעוררה והגדירה גם לעצמה כמה תקנים:

PAL PROGRESSIVE - 576P( 4:3 אשר משודר במסך רחב או רגיל )720P50 -50 - תקן זהה לתקן האמריקאי פרט לכך שהוא משודר בHz1080i50 לעתים מכונה גם( 1080i25 -גם הוא תקן זהה לאמריקאי אך משודר ב - )50Hz

17

HDTVHDTV

HD READY . 16:9 שורות עבור מצב 720לגבי רזולוציה, המסך חייב לתמוך בלפחות

התנאים: שורות פיזיות )דיסקרטיות( במצב יחס 720. כל סוג מסך או אלמנט תצוגה אשר יש לו 1

רחב. דרך הכניסות הבאות:HDTV. על המסך לתמוך בכניסות 2

YPBPR אנלוגי DVI או HDMI

. בכל הכניסות הללו, המסך חייב לתמוך בתקנים הבאים:3

60Hz וגם 50Hz פרוגרסיבי ב- 720 על 128060Hzוגם 50Hz שזור ב-1080 על 1920

.HDCP לתמוך בהצפנת HDMI וה-DVI. על חיבורי ה-4

Quadrature Amplitude ModulationQuadrature Amplitude Modulation - - QAMQAMאפנון ניצב אפנון ניצב

19

מעלות האחד ביחס לשני 90הגדרה: שני גלים נושאים, באותו התדר נמצאים ב- )ניצבים(. ניתן לראות זאת כשווה ערך, לגל נושא יחיד המאופנן מופע

ואמפליטודה.

תמונת ווקטור-סקופ של אפנון

מידע הצבע במשדרי טלוויזיה


20

כל סימבול QAM16דוגמה ל- ביטים4מיצג

I - In phase Q – Quadrature

בתקשורת ספרתית נהוג לעבודQAM16 64 128 256ב-


21

במבנה מעגלי ומלבניQAM8דוגמאות ל –

הבחירה למבנה הרצוי נקבע על ידי השיקולים:

ההספק הממוצע המשודר1.

מורכבות מעגלי השידור והקליטה2.

חסינות לרעש3..4BER (Bit Error Rate)התאבכות בין גלי הנושא השונים.5.

OFDMOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

23

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) -זהה עקרונית ל

Coded OFDM (COFDM) -ול Discrete multi-tone modulation (DMT) .

frequency-divisionבכל המקרים מדובר על ריבוב בחלוקת תדר multiplexing (FDM) מספר רב של תדרי תת נושא ניצבים, הקרובים זה .

לזה, נושאים את המידע. המידע מחולק למספר ערוצים מקבילים, כאשר כל ערוץ מאופנן על תדר תת-נושא אחר.

. המידע המאופנן נשלח PSK או QAMהאפנון יכול להיות כל אפנון שכיח כמו בקצב נמוך אך בגלל המספר הרב של התתי-נושא זה שווה ערך לשידור

קונבנציונלי של אפנון נושא אחד באותו רוחב פס ובמהירות העברת מידע גבוהה.


24

Guard intervalמרווח ביטחון (שומר מרווח)

מטרת מרווח הביטחון הוא לשפר את חסינות ההשהיה בהתפשטות הגלים, הדהוד והחזרים מגופים שונים כמו הר או בית. נתונים ספרתיים מאוד רגישים לתופעות אלו .

בתחילת כל סימבול קיים "מרווח ביטחון". כל עוד ה"הד" נופל בתחום COFDMב- מרווח זה. הוא לא יהיה מושפע ביכולת המקלט לפענח את המידע הרצוי משום שהמידע

יופיע אחרי זמן "מרווח הביטחון"

ככול שמרווח הביטחון יהיה גדול יותר ניתן יהיה לטפל במרחק הדהוד גדול יותר. אבל ארבע מרווחי DVB-Tהגדלת המרווח מוריד את נצילות ערוץ השידור. לדוגמה בשידור

1/4 ; 1/8 ; 1/16 ; 1/32ביטחון שימושיים )ניתנים כשבר מזמן המחזור של הסימבול(

מאפשר הגנה טובה 1/4נותן הגנה מזערית אבל העברת מידע מהירה ביותר. 1/32ביותר אבל נצילות ערוץ שידור נמוכה.


25

דוגמה:

אם נשדר מיליון סימבולים לשנייה על ערוץ תקשורת באפנון של נושא בודד אזי זמן שידור סימבול יהיה מיקרו-שנייה. במצב זה נצטרך להתמודד עם סנכרון בתדר גבוה ועם

.(multipath interference)התאבכויות ממסלולים שונים

אם אותם מיליון סימבולים לשנייה יחולקו לאלף תת-ערוצים אז זמן המחזור של כל ז"א מילישנייה אחת )במקום מיקרו-שנייה(. אם נוסיף 1000סימבול יכול להיות ארוך פי

סימבול אשר יוכנס בתחילת שידור של כל סימבול, אזי נוכל 1/8"מרווח ביטחון" בערך של מיקרו-שניות שמייצג 125להתגבר על בעיית ההתאבכות. זמן "מרווח הביטחון" יהיה

קילומטר בין אות ישיר לאות מוחזר כהד מגוף כלשהו.37.5הפרש מרבי של


26

Example of applications

CableADSL and VDSL broadband access via POTS copper wiring.Power line communication (PLC).Multimedia over Coax Alliance (MoCA) home networking.ITU-T G.hn, a standard which provides high-speed local area networking over existing home wiring (power lines, phone lines and coaxial cables)

WirelessThe wireless LAN radio interfaces IEEE 802.11a, g, n and HIPERLAN/2.The digital radio systems DAB/EUREKA 147, DAB+, Digital Radio Mondiale, HD Radio, T-DMB and ISDB-TSB.The terrestrial digital TV system DVB-T.The terrestrial mobile TV systems DVB-H, T-DMB, ISDB-T and MediaFLO forward link.The cellular communication systems Flash-OFDMThe mobile broadband 3GPP Long Term Evolution air interface named High Speed OFDM Packet Access (HSOPA)The Wireless MAN / Fixed broadband wireless access (BWA) standard IEEE 802.16 (or WiMAX).The Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) standards IEEE 802.20, IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) and WiBro.The wireless Personal Area Network (PAN) Ultra wideband (UWB) IEEE 802.15.3a implementation suggested by WiMedia Alliance.


27

Transmitter

An OFDM carrier signal is the sum of a number of orthogonal sub-carriers, with baseband data on each sub-carrier being independently modulated commonly using some type of quadrature amplitude modulation (QAM) or phase-shift keying (PSK). This composite baseband signal is typically used to modulate a main RF carrier.

s[n] is a serial stream of binary digits. By inverse multiplexing, these are first demultiplexed into N parallel streams, and each one mapped to a (possibly complex) symbol stream using some modulation constellation (QAM, PSK, etc.). Note that the constellations may be different, so some streams may carry a higher bit-rate than others.

An inverse FFT is computed on each set of symbols, giving a set of complex time-domain samples. These samples are then quadrature-mixed to passband in the standard way. The real and imaginary components are first converted to the analogue domain using digital-to-analogue converters (DACs); the analogue signals are then used to modulate cosine and sine waves at the carrier frequency, fc, respectively. These signals are then summed to give the transmission signal, s(t).

DVB-T DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)(Digital Video Broadcasting — Terrestrial)

29

DVB-T הינו תקן שתוקן על ידי איגוד DVB לשידורי טלוויזיה . 1997קרקעיים. השידורים הראשוניים נערכו בבריטניה בשנת

המערכת משדרת אות ספרתי מכווץ של שמע, וידאו ונתונים .COFDM ובשימוש באפנון MPEGנוספים בשיטת

תכונות בסיסיות: (QPSK, 16QAM, 64QAM)שלש אפשרויות לאפנון 1..2 FEC (forward error correction) חמש אפשרויות לתיקון שגיאות המבוססות על

בהתאם 7/8, 5/6, 3/4, 2/3, 1/2 קידוד קונבולוציה וקידוד רייד סולומון ביחסים שללדרישות המערכת.

.1/4 1/8 1/16 1/32ארבע אפשרויות למרווחי ביטחון 3.

8MHz או 7, 6רוחב פס של ערוץ שידור 4.

הרץ.60 או 50תדר תמונות 5.

DVB-T DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial)(Digital Video Broadcasting — Terrestrial)

30

33

הסבר:הסבר:Video – SD – MPEG – 4 PART 10 H.264

SD-Standard Definition

Audio .HE .AAC + V2 & Dolby PulseHE-High EfficincyAAC-Advanced Audio Coding סוג של קודקPulse -- Plus

MPEG 2 – TSTS – Transport Stream

Three (3) SFN Network סוג של טופולוגית המשדריםSFN - Single Frequency Networks

Dolby Digital Plus מבוסס AC-3על מערכת קודקים של

שמאפשר שידור בקצב עד 6.144 Mbit/s ותומך במספר

. הוא אינו 13.1ערוצים עד .AC-3תואם אחורנית עם

MPEG-2TS הוא פורמט ( 4או 1,2 )MPEGלשידור תקן

אשר מרובב עם מידע נוסף. שימושי כמידע זורם בטלוויזיה

ספרתית, רשתות כולל אינטרנט.

35

הסבר:הסבר:

EIT – based EPG & 7 day EPGEIT – Event Information TableEPG – Electronic Program Guide

HDMI – 1.3 outputHDMI - High-Definition Multimedia Interface

S/PDIF - Sony/Philips Digital Interconnect Format (more commonly known as Sony

Philips Digital InterFace)

S/PDIF מגדיר את השכבה הפיזית של חיבור מידע שמע בין התקנים שונים, דרך מוליך אופטי או כבל

עם שינויים קלים ודרישות זולות יותר מבחינת החומרה.AES/EBUקואקסילי. תקן זה מבוסס על תקן

36

הסבר:הסבר:

S/PDIF - more commonly known as Sony Philips Digital InterFace

המקודד מידע זורם בינארי. כל ביט של המידע )biphase(בתקן זה נעשה שימוש בקוד דו-מופעי

" במבוא מיוצגת על 1הראשוני מייצג שתי רמות אשר יחד מייצגות ביט בודד. כל כל רמה לוגית "

במוצא.11 או 00 מיוצגת על ידי שני ביטים זהים 0. כניסה לוגית 01 או 10ידי שני ביטים שונים

BMC-biphase mark code

APEXAPEXדוגמה – ממיר דוגמה – ממיר תכונות:

EPG תומך • רשימת ערוצים ועריכת תוכניות• בקרת הורים• טיימר לתחילת תוכנית • בחירת שפת הכתוביות• השהיית תיאום שפתיים )במילישניות(•USB (MP3, JPEG….) הגדרת מדיית ה- •USBקביעת זמני הקלטה על מדיית ה- • ועוד.....•

39

APEXAPEXממיר ממיר

40

APEXAPEXממיר ממיר

41

בדיקת הערוצים הנקלטים בישראלבדיקת הערוצים הנקלטים בישראל

42

43


44


45


46


הסבר:הסבר:

47

BER – Bit Error RatePV BER – Post VITARBI Bit Error RateNM – Noise MarginMER – Modulation Error RateCSI – Channel Status InformationCell – identify code of the transmitting operatorCFO – carrier Frequency offsetPWR index – signal level statusRU – Read Solomon Uncorrect, uncorrected errors.

48

סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד סופ ללא פ סופית כי אין סוף ללימוד ולחומרולחומר

OFDM שימוש בערוצי שידור אורתוגונליים שונים )בתדרי גל

נושא( להעברת המידע.

49

datadata

cos( )2 1f t

cos( )2 2f t

cos( )2f tN

cos( )2 1f t

cos( )2 2f t

cos( )2f tN

LPFLPF

LPFLPF

LPFLPF

datadata

DEM

ULT

IPLE

X

MU

LTIP

LEX

תדרים אורתוגונליים המשדר מקבל את המידע לשידור ומחלק את ערוץ

השידור למספר תדרים בלתי תלויים.

50

2תדרים אורתוגונליים

51

3תדרים אורתוגונליים כך לא ניתן לחסום את כל המידע שעובר ממשתמש

אחד לשני

52

שידור וידאו כף יד דיגיטאלי והתמודדות מול בעיות ייחודיות – בשתי השיטות

DVB-T שידור וידאו למטרות נייחות DVB-H)שידור וידאו למטרות ניידות )כף יד

יש צורך לחסוך באנרגיהסנכרון מעבר בין תחנות שידור שימוש בדחיסה חזקהH264ולא ב mpeg- 2 אפקט דופלר

53

Multi Pathבעיית

Base Station

MobileReception

Path 2

Path 3

Direct Path

Building

54

Guard Interval Tg -"שמירת מרחק"

By adding the Guard Interval (GI) Period, Inter symbol interference (ISI) can be avoided, while keeping orthogonality

55

OFDM symbol(1/fOFDM symbol(1/f00))

Copy signalCopy signal

TTgg

TTgg

DirectDirect

DelayedDelayed

OFDM symbol (1/fOFDM symbol (1/f00))TTgg

Sampling PeriodSampling Period

CDMA -ו. OFDM השהיה ותזוזת תדר ב

OFDM בעייתMulti-path נפתרת ע"י GIרגיש לשינויי תדרים שמירה על הפרדת תדרים

CDMA כמעט ואין השפעה על הקודים בMulti-path אפקט דופלר לא משפיע מאחר ואין לו תלות

בתדר

56

מיזוג שיטות הקידוד ניתן לשלב בין שתי השיטות וכך כל תדר בקידוד ה

OFDM-יוכפל בקוד ה CDMA Multi-carrier code division multiple access (MC-CDMA)

57

סיכום :הוצגו שיטות קידוד שונות לשידורCDMAו OFDM לכל שיטה יש את הייחודיות שלה אך ניתן עדיין לשלבם

ביחד במספר אפליקציות. נלמד יישום של השיטות לצורך העברת וידאו דיגיטלי

למערכות ניידות בשתי השיטות. נלמדה החסינות של שתי השיטות לתופעות הMulti

Pathואפקט דופלר ,

References 11. Faria, G.; Henriksson, J.A.; Stare, E.; Talmola, P.,

"DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices," Proceedings of the IEEE , vol.94, no.1, pp.194-209, Jan. 2006

2. Fire Tom Wada Professor, Information Engineering, Univ. of the Ryukyus Chief Scientist at Magna Design Net, Inc [email protected] http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp/~wada/

3. “Ofdm and cdma” Dr.S.Srikanth AU-KBC Research Centre Anna University Chennai

59

References 24. http://en.wikipedia.org/wiki/Code_division_m

ultiple_access5. http://en.wikipedia.org/wiki/OFDM

שדורי טלוויזיה ספרתיים קרקעיים

Documents