infokommunikÁciÓs rendszerek menedzsmentje · • Állandó helyzet ű parabola antennával lehet...

INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK

MENEDZSMENTJE

Digitális televíziózás

Dr. Abos Imreegyetemi docens

BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék

Budapest, 2014.

BME Gazdaság- és Társadalomtudományi KarMűszaki menedzser alapszak (BSc)

Dr. Abos ImreIKRM - Digitális televízió 2

Analóg televíziós szabványokEurópa • 50 Hz félkép-frekvenciájú 625 soros rendszerek• PAL (Phase Alternating Line) és• SECAM (Séquentiel Couleur à Mémoire) szín-norma• Sávszélesség: 7-8 MHz

Amerika• 60 Hz félkép-frekvenciájú 525 soros rendszer• NTSC (National Television System Committee) szín-nor ma• Sávszélesség: 6 MHz

(A színes TV szabványokat úgy dolgozták ki, hogy a fekete-fehérkészülékekkel is lehessen venni a színes adásokat.)

TELEVÍZIÓS RENDSZEREK


TV CSATORNÁK KIOSZTÁSA

Analóg televíziós m űsorszolgáltatásFrekvenciasávok Európában• VHF sávok (Very High Frequency)

�VHF-I: 48,25- 93,25 MHz�VHF-III: 168,25-224,25 MHz

• UHF sávok (Ultra High Frequency)�UHF IV: 471,25-575,25 MHz�UHF V: 583,25-799,25 MHz

TV szabványok• Európában: PAL, SECAM (7-8 MHz)• Amerikában: NTSC (6 MHz)


FÖLDFELSZÍNI TV MŰSORSUGÁRZÁS• A televíziós adótornyokból sugározzák ki a műsorjeleket, amelyek az

antenna adott körzetében teszik lehetővé a TV műsorok vételét. • Az országos lefedettséghez nagyszámú adóállomásra van szükség. • Magyarország a korábban alkalmazott SECAM rendszerről 1995-96-ban

tért át a PAL rendszerre.• A digitális átállás folyamatában az analóg sugárzás 2013-ban megszűnt,

2014-től csak digitális földfelszíni műsorsugárzás van Magyarországon.


MŰHOLDAS TV MŰSORTERJESZTÉS

• A távközlési műholdak ún. geostacionárius földkörüli pályán mozognak, a Földhöz képest, az egyenlítő felett nyugalmi helyzetben vannak.

• Egy-egy műhold sok száz műsor kisugárzását teszi lehetővé. • A műsorokat a műholdas földi állomásról juttatják el a műholdra.• Állandó helyzetű parabola antennával lehet venni a műholdak adásait.


KÁBELTELEVÍZIÓS M ŰSORSZOLGÁLTATÁS

• A KTV (kábeltelevízió) a közösségi antenna-rendszerekből alakult ki.• A technológia fejlődésével, főként az optikai szálas átvitel lehetőségeinek

kihasználásával alakultak ki a mai KTV hálózatok, amelyek HFC (Hybrid Fibre-Coax) felépítésűek.

Optikaihálózat

Koaxiális hálózat


MOBIL TELEVÍZIÓZÁS

• A mobil készülékek és PDA-k kisfelbontású képernyőjéhez igazodó adásokat a TV adóállomások sugározzák ki, a szolgáltatásra a mobil szolgáltatóknál lehet előfizetni.

• A mobil készülék tulajdonosa mobil hívás, ill. SMS segítségével választja ki a megtekinteni kívánt műsort, filmet stb.

• A DVB-H adásból a készüléken a kiválasztott adás jelenik meg.


IP TELEVÍZIÓ (IPTV)

• A szélessávú Internet hálózatokon műsorszolgáltatás is végezhető. • A nyilvános Interneten keresztül garantáltan jó minőségű TV műsorok ma

még nem vihetők át. • Számos országban, így Magyarországon is elindult a nagy sávszélességű,

dedikált IP hálózaton működő IPTV szolgáltatás.

IP gerinc-hálózat

B-RAS

Helyi hálózat

STB

DSLAMInternet

Set-Top-Box

TV fejállomás

Videoszerver

DRM

MulticastképességűIP hálózat

DTV, VoD,PVR

VoIPDSL AccessMultiplexer

Broadband RemoteAccess Server


TV KÉPMÉRETEK, FELBONTÁSOK

• Normál felbontású TV (SDTV - Standard Definition TV) 4:3-as képernyő hossz-szélesség arányPAL 576 x 720 képpont

• Nagy felbontású TV (HDTV - High Definition TV) 16:9-es képernyő hossz-szélesség arányHD 720 x 1280 –> Full HD 1080 x 1920

4:3-as képernyő arány

16:9-es képernyő arány


A DIGITÁLIS TELEVÍZIÓZÁS SZABVÁNYAI

Digitális televíziós m űsorszolgáltatás• A digitális televíziózás (DVB – Digital Video Broadcasting) szabványa

európai programként jött létre a kilencvenes években, és négy fő rendszer került kidolgozásra az ETSI-ben.

Szabványok• DVB-T – Terrestrial (földfelszíni sugárzású DTV )

• DVB-C – Cable (DTV kábeltelevíziós hálózaton)

• DVB-S – Satellite (műholdas DTV műsorszórás)

• DVB-H – Handheld (DTV kézi készüléken, pl. mobil TV)

A digitális m űsorok átvitele• 8 MHz-es analóg csatornákon viszik át a digitális műsorjeleket

• Egyetlen analóg csatorna frekvenciasávjában több tömörített digitális műsor is átvihető


DIGITÁLIS TELEVÍZIÓZÁSA digitális TV és audió jel előállítása az ITU BT.R 601 szabvány

alapján történik


KÉPTÖMÖRÍTÉSI ELJÁRÁSOKInformációtömörítés• A redundáns, ill. lényegtelen információkat eltávolítjuk az

adatállományból.

• Figyelembe kell venni a képinformációk speciális tulajdonságait a hatékony tömörítés érdekében.

Redundanciacsökkentés• Egy adatsor redundáns, ha feleslegesen tartalmaz olyan

információkat, melyek többször is előfordulnak egy jelsorban.

• A redundanciacsökkentő módszerek esetén a jel teljesen vissza-állítható.

Lényegtelen információk elhagyása• Lényegtelen információnak azt nevezzük, amelynek az információt

fogadó fél számára nincs, vagy csak csekély az információ-tartalma. (Hiányát a szem vagy fül nem érzékeli.)

• A lényegtelennek ítélt információk elhagyása esetén a vételi oldalon az eredeti jelsor már nem állítható vissza teljesen.

Dr. Abos ImreMédia Internet 13

KÉPTÖMÖRÍTÉSI ELJÁRÁSOKIgény a képtömörítésre• A stúdiókban már a kilencvenes évek eleje óta digitális kép-

információt használnak (digitális TV- jel: 270 Mbit/s)

Állóképek tömörítése• A JPEG (Joint Photographic Experts Group) szakértői csoport

megalkotta a .jpg képek előállítási algoritmusát

Mozgóképek tömörítése• MPEG (Moving Picture Experts Group) szabványsorozat

• Az MPEG-2 tömörítés eredménye• SDTV műsor átvitele: 3,5 – 4 Mbit/s• HDTV műsor átvitele: 18 – 20 Mbit/s

• Az MPEG-4 tömörítés eredménye• SDTV műsor átvitele: 1,8 – 2 Mbit/s• HDTV műsor átvitele: 9 – 10 Mbit/s


KÓDOLÁSI, HIBAJAVÍTÁSI ELJÁRÁSOKA kódolás célja• Hibamentes átvitel: Valamely információ vagy üzenet valamilyen

rendszer szerint való átalakítása, sok esetben tömörítés érdeké-ben, vagy annak érdekében, hogy az átviteli csatornában minél kevesebb információ vesszen el.

• Adatvédelem, titkosítás: Az átvitt információhoz való illetéktelen hozzáférés megakadályozása, digitális jogkezelés (DRM)

A hibajavítás folyamata• A hiba detektálása (paritáshiba, CRC-hiba)• A hiba helyének meghatározása• A hibás információ javítása

Redundáns kódolás• A szükségesnél több bittel való kódolást redundáns kódolásnak

nevezzük.• A megfelelő kódolás speciálisan kifejlesztett módszerrel történő

kódolást jelent.


A HIBA DETEKTÁLÁSAParitásbit• Általában tárolási egységek (byte, szó) bitjeinek ellenőrzésére

használják.

• A tárolt információt kiegészítik (n bit) egy további bittel oly módon, hogy az n+1 bitben páros vagy páratlan számú 1-es legyen.

• Ha az ellenőrzés során az 1-esek száma nem megfelelő, akkor egy bit meghibásodott.

• A hiba fennállása megállapítható, de a hibás bit nem azonosítható.

Ciklikus redundancia kód (CRC)• Adatsorozatra vonatkozóan matematikai algoritmussal generálható

a ciklikus redundancia kód (CRC - Cyclic Redundance Code), amelyet az átküldött vagy tárolt adatblokk végére illesztenek.

• Ha a vett információs blokkra generált CRC eltér a küldött CRC-től, akkor hibás a blokk.

• A CRC-12 kód képlete pl.: X12 + X11 + X3 + X2 + X1 + 1


REDUNDÁNS KÓDOLÁS

Hamming kódolás• Két kód Hamming-távolsága a

különböző bitek száma

• A legelterjedtebb a 7,4-es Hamming-kód használata.

• Az a0…a3 bitek az eredeti információs bitek, a h0…h2 bitek a kiegészítő bitek úgy, hogy bármelyik két 7-bites kód Hamming-távolsága ≥3.

• Minden 1 bitet érintő hiba egyértelműen detektálható, azonosítható és javítható.

a0 a1 a2 a3 h0 h1 h2

0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 0 1 1

2 0 0 1 0 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 0

4 0 1 0 0 1 1 0

5 0 1 0 1 1 0 1

6 0 1 1 0 0 1 1

7 0 1 1 1 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1

9 1 0 0 1 1 0 0

10 1 0 1 0 0 1 0

11 1 0 1 1 0 0 1

12 1 1 0 0 0 0 1

13 1 1 0 1 0 1 0

14 1 1 1 0 1 0 0

15 1 1 1 1 1 1 1

1 bitet érint ő hibák javítása


CSATORNAKÓDOLÁS• Médiaátvitel (transport stream) esetén hibák nincs lehetőség újra-

kérésre, a hibajavítás lehetőségét be kell építeni a jelfolyamba.

• FEC – Forward Error Correction

• Többfajta kódolási optimális együttes használata az átviteli hibák lehető leghatékonyabb kiküszöbölésére.

• Bemeneti adat sebesség 1• RS kódolás után x 1,085• Konvolúciós kódoló (x2) x 2,160• Pontozó (2/3) x1,5 x 1,63


ENERGIASZÉTTERÍTÉS• Az átvitelnek, a hibajavításnak, a szinkronizálásnak nem kedveznek

a hosszú 0-s vagy 1-es jelsorozatok.

• Shift regiszterek segítségével az átviendő információk sajátosságait felmérve véletlenszerű 0-1-es jelsorozatokat generálnak, amelyeket az adatblokkokhoz társítanak (kizáró vagy művelettel).

• Ily módon a jelek energiája szétteríthető.


BITÁTRENDEZÉS• A csatorna-kódolás az egyszeres bithibákat jobb hatásfokkal

detektálja és javítja, mint a hibacsomókat.

• Az üzenetblokkok bitjeit úgy rendezzük át, hogy az egymás után következő bitek összefüggése (egymásutánisága) megszűnjön. (Bitátrendezés - Interleaving)

Eredeti sorrend

Bitek át-rendezése

Átvitelibithibák

Eredetisorrend

1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 8 12 16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 5 9 13 2 6 10 14 3 7 11 15 4 8 12 16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16


REED-SOLOMON HIBAJAVÍTÓ KÓDOLÁS• Reed-Solomon-kódok esetében m darab paritásellenőrző karakter

használatával bármely legfeljebb m darab karakter meghibásodá-sát lehetséges jelezni (de a helyet nem),

• vagy pedig m darab paritásellenőrző karaktert használó Reed-Solomon-kód képes m/2 hibát megtalálni és javítani.

• (Ha t darab hiba történt, akkor 2t ismeretlenünk van, t hibahely és a t megsérült karakter.)

MPEG adatcsomag

(8,5% többlet)


KONVOLÚCIÓS KÓDOLÓ• A konvolúciós kódolók shift-regiszterekkel megvalósított késleltető

memóriákból és kizáró-vagy kapukból állnak.

• A leágazási pontokban a késleltetés nélküli jelek és a késleltetett jelek kizáró-vagy kapcsolatából az eredeti, bemenő jelfolyamból két adatfolyam jön létre. (A művelet azért konvolúciós, mivel a jel késleltetve önmagára visszahat.)


KONVOLÚCIÓS KÓDOLÓA pontozó m űködése• A konvolúciós kódoló kimenetein a bemeneti jelfolyammal azonos

hosszúságú jelek jelennek meg. Ez 100%-os redundanciát jelent.

• A pontozó feladata a redundancia csökkentése, megfelelő számú kód eltávolításával (kipontozással).

• Pl. a 2/3 aránynál (1,5) 50% a redundancia, ezt gyakran használják.

• A 3/4 aránynál (1,33) a redundancia 33%

• A 7/8 csak jó átviteli csatornánál használható (14% redundancia)


AZ ANTENNA HUNGÁRIA DVB-T ADÁSAA DVB-T szabvány által kínált lehet őségekModulációk:• QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), • 16QAM (16 Quadrature Amplitude Modulation) vagy• 64QAM (64 Quadrature Amplitude Modulation)Vivők száma:• 2k - 1705 vivő• 8k - 6817 vivőHibajavító kódolás (FEC):• Külső - Reed-Solomon (RS 188/204)• Belső - konvolúciós kódolás, kódarány: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8Védelmi intervallum: GI 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 (reflektált hullámok ellen)

Az AH DVB-T platform:Vivők száma: IFFT 8k 6817 vivőModuláció: 64QAMKódarány: 3/4Védelmi intervallum: GI 1/4


AZ INFORMÁCIÓ VISSZAÁLLÍTÁSA• Az információ átvitele után a küldésnél használt kódarány szerint

a Viterbi-dekódoló eltávolítja a hibák jelentős részét.

• Ezután történik az átrendezett bitek visszarendezése

• A maradék hibákat a Reed-Solomon dekódoló javítja ki (204 byte-os blokkból max. 8 byte).

• Végül az energiaszétterítés megszüntetésére kerül sor.


VITERBI DEKÓDOLÓViterbi hibajavító dekódolás• A konvolúciós kódok működésének sajátossága, hogy a tárolók

állapotának változása csak adott szabályok szerint történhet.

• A megengedett állapotváltozások megrajzolásával jön létre a -lugas rácsozatához hasonlító - ún. trellis-diagram.

• A Viterbi dekódoló algoritmussal a bithibák vagy egy részük javítható a sérülések helyén a legnagyobb valószínűségű eredeti útvonal kiválasztásával.

Trellis-diagram


A HIBAJAVÍTÁS HATÉKONYSÁGA• Az átviteli hibák megszüntetése több lépésben történik, a zajos

bemenő jelből végülis szinte teljesen hibátlan jelfolyam áll elő.

• A különböző kódarányokhoz más-más kritikus minimális jel/zaj viszonyt kell biztosítani (pl. 3/4 kódaránynál >6,8 dB-t)

• A Viterbi-dekódoló két nagyságrendet javít a BER-en, az RS-dekódoló után az eredmény: BER<1011.

• Az átvitel: QEF (quasi error free)


Köszönöm a figyelmet!

infokommunikÁciÓs rendszerek menedzsmentje · • Állandó helyzet ű parabola antennával lehet...

Documents