СмирновАВ_ССЦТВ_ЛК02_Семестр 2

1.

Центр дистанционного обучения
Современные системы цифрового телевидения
Семестр 2 Лекция 2
Основы цифрового ТВ вещания
ФИО преподавателя: Смирнов
Александр Витальевич
e-mail: [email protected]
online.mirea.ru

2. Формирование транспортного потока

Центр дистанционного обучения
Формирование транспортного потока
Пакет. – пакетизатор;
PES – пакетизированный ES;
10.8.20
ES – элементарный поток;
TS – транспортный поток.
online.mirea.ru

3. Пакеты TS

Центр дистанционного обучения
Пакеты TS
Длина – 188 байтов.
Заголовок – 4 байта:
- стартовый байт – 10000111b (47h);
- бит ошибки;
- бит начала пакета PES;
- бит транспортного приоритета;
- 13 бит PID (Packet Identificator);
- 2 бита управления скремблированием;
- 2 бита управления полем адаптации;
- 4 бита счетчик непрерывности.
10.8.20
online.mirea.ru

4. Фиксированные PID

Центр дистанционного обучения
Фиксированные PID
PID = 0 - PAT (Program Association Table). Содержит PID
таблиц PMT (Program Map Table) всех программ данного
TS. Пакеты PAT и PMT всех программ должны
передаваться с частотой не менее 10 Гц.
PID = 1 – CAT (Conditional Access Table). Содержит PID
пакетов с информацией для условного доступа.
PID = 0x11 - SDT (Service Description Table) таблица
описания служб. Содержит сведения о службах (видах
сервиса), передаваемых в транспортном потоке.
и другие...
10.8.20
online.mirea.ru

5. Фрагмент структуры TS

Центр дистанционного обучения
Фрагмент структуры TS
10.8.20
online.mirea.ru

6. Демультиплексирование транспортного потока

Центр дистанционного обучения
Демультиплексирование транспортного потока
ДМп - демультиплексор
10.8.20
online.mirea.ru

7. Стандарты DVB

Центр дистанционного обучения
Стандарты DVB
DVB Project (Digital Video Broadcasting Project - Проект
цифрового видеовещания) - это основанная в 1993 году
организация, занимающаяся разработкой стандартов в области
цифрового телевидения для Европы. Стандарты,
подготавливаемые DVB Project, затем представляются на
утверждение в европейские организации по стандартизации.
В середине 90-х годов были выработаны основные положения
стандартов DVB-C (C - Cable, кабель) для кабельного
телевизионного вещания, DVB-S (S - Satellite - спутник) для
спутникового телевизионного вещания и DVB-T (Terrestrial наземный) наземного (эфирного) телевизионного вещания.
В последующие годы были разработаны и приняты стандарты
второго поколения DVB-C2, DVB-S2, DVB-T2, обеспечивающие
передачу потоков с большими скоростями при лучшей защите от
ошибок.
10.8.20
online.mirea.ru

8. Содержание стандартов DVB

Центр дистанционного обучения
Содержание стандартов DVB
В основе всех видов вещания DVB лежат методы
кодирования движущихся изображений MPEG-2, H.264 или H.265
и кодирования звукового сопровождения MPEG-1(2) Audio Layer 2
или AAC. Передаваемым цифровым сигналом является
транспортный поток MPEG-2, но в стандартах второго поколения
возможны и другие типы потоков. В документах DVB определены
методы помехоустойчивого кодирования и модуляции несущих
частот, реализуемые в передающей аппаратуре, даны
рекомендации к разработке приемников. Каждый вид
телевизионного вещания имеет свои особенности.
Стандарт DVB-H (Handle - держать в руках, переносить) для
телевизионного вещания, принимаемого на носимые устройства в
настоящее время не актуален.
Кроме DVB известны системы цифрового телевидения ATSC
(США), ISDB (Япония) и DMB-T (Китай). В России эти системы не
применяются.
10.8.20
online.mirea.ru

9. Основы защиты от ошибок

Центр дистанционного обучения
Основы защиты от ошибок
Для обнаружения и исправления ошибок создается
избыточность. В кодовые слова включают проверочные символы.
Характеристики кодов, исправляющих ошибки:
Скорость кода: R = k / n = k / ( k + p),
где k – число информационных символов (в слове или блоке);
p – число проверочных символов;
n – полное число символов, т.е. размер блока или слова.
Код с параметрами n и k кратко обозначается (n,k)-код.
Исправляющая способность – сколько ошибочных символов
в слове может исправить код.
Чем больше проверочных символов, тем меньше скорость кода,
но выше его исправляющая способность.
10.8.20
online.mirea.ru

10. Защита от ошибок в DVB 1-го поколения

Центр дистанционного обучения
Защита от ошибок в DVB 1-го поколения
Скремблирование транспортного потока.
Внешний код - Рида-Соломона.
Перемежение.
Внутренний код - сверточный.
online.mirea.ru

11. Внешнее кодирование в DVB

Центр дистанционного обучения
Внешнее кодирование в DVB
В конец каждого пакета TS вводятся 16 проверочных байтов, так
что длина пакета увеличивается до 204 байтов. Значения
проверочных байтов вычисляются по значениям всех 188
информационных байтов пакета.
В декодере для каждого принятого пакета TS по содержащимся
в нем 204 байтам вычисляют положения ошибочных байтов и
значения ошибок в них. Ошибки корректируются, если это
возможно. Если же коррекция невозможна, например, ошибочных
байтов слишком много, данные в пакете не изменяются, а сам
пакет помечается путем установки флага (первый бит после
синхробайта), как содержащий неустранимые ошибки. В обоих
случаях 16 проверочных байтов удаляются, и после декодирования
восстанавливается длина транспортного пакета 188 байтов.
Скорость кода R = 188/204 = 0,92.
Исправляющая способность - до 8 ошибок в пакете.
10.8.20
online.mirea.ru

12. Перемежение в DVB

Центр дистанционного обучения
Перемежение в DVB
За один такт в подключенную ветвь направляется и из нее
снимается 1 байт данных, а байты в регистре этой ветви
сдвигаются на шаг вправо. В других ветвях в этом такте данные не
сдвигаются. Синхробайт направляется в ветвь с номером "0",
которая не вносит задержки.
10.8.20
online.mirea.ru

13. Деперемежение

Центр дистанционного обучения
Деперемежение
Деперемежитель получается из перемежителя инверсией
порядка ветвей. Ветвь "0" содержит регистр с наибольшей
задержкой 17·11 ячеек, а ветвь "11" - нулевую задержку.
Суммарная задержка в перемежителе и деперемежителе
одинакова для всех байтов и равна 2244 такта, поэтому в
приемной части восстанавливается исходный порядок
следования байтов. Синхронизация работы деперемежителя
выполняется посредством направления синхробайтов
транспортных пакетов в ветвь "0".
В результате перемежения и деперемежения пакетные
ошибки, возникающие в канале связи, преобразуются в
рассредоточенные одиночные ошибки, которые лучше
исправляются внешним кодом.
10.8.20
online.mirea.ru

14. Внутреннее кодирование в DVB

Центр дистанционного обучения
Внутреннее кодирование в DVB
Для внутреннего кодирования применяются сверточные коды.
При свёрточном кодировании в системе DVB вначале после
поступления на вход кодера каждого информационного бита
формируется пара выходных битов, для вычисления которых
используются последние K = 7 входных битов. При этом скорость
кода оказывается равной 1/2. Далее часть выходных битов может
быть удалена по определенным правилам. Эта операция
называется выкалыванием или перфорацией. В результате можно
задать скорость кода R = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Чем выше скорость
кода, тем меньше его избыточность, и тем ниже его способность
исправлять ошибки.
Эта операция отсутствует в системах кабельного цифрового
телевидения DVB-C, так как достаточно высокое отношение
сигнал/помеха в кабельных линиях позволяет обойтись одной
ступенью защиты от ошибок.
10.8.20
online.mirea.ru

15. Эффективность защиты от ошибок в DVB

Центр дистанционного обучения
Эффективность защиты от ошибок в DVB
Каскадное кодирование обеспечивает эффективную защиту от
ошибок в системах цифрового телевидения. Так в спутниковом
цифровом ТВ вещании DVB-S при отношении Сигнал / Помеха (по
мощности) равном 4,5 дБ относительная частота ошибок на входе
декодера сверточного кода составляет 10-1 ... 10-2, на выходе этого
декодера при скорости кода равной 1/2 она уменьшается до
примерно 2х10-4, а на выходе декодера Рида-Соломона - до 10-10
... 10-11. Прием с таким диапазоном значений частоты ошибок
считается квазибезошибочным.
10.8.20
online.mirea.ru

16. Защита от ошибок в DVB 2-го поколения

Центр дистанционного обучения
Защита от ошибок в DVB 2-го поколения
BBFRAME (Base Band Frame) - блоки помехоустойчивого
кодирования. Их размер зависит от выбора скорости внутреннего
кода и размеров блока на выходе кодера (см. ниже). При этом
блок BBFRAME снабжается заголовком длиной 80 битов. В случае
нехватки входных битов в блок дописываются нули до
необходимого количества. Для скремблирования BBFRAME
используется такая же ПСП, как и в системах DVB первого
поколения. Старт генерирования ПСП синхронизируется с
началом каждого блока BBFRAME.
В двух кодерах добавляют проверочные биты и получается
блок FECFRAME длиной 64800 или 16200 битов.
10.8.20
online.mirea.ru

17. Помехоустойчивое кодирование в DVB-2

Центр дистанционного обучения
Помехоустойчивое кодирование в DVB-2
В качестве внешнего кода используется код BCH (Bose,
Choudhury, Hockwinham), а в качестве внутреннего - код LDPC (Low
Density Parity Check - проверка четности с низкой плотностью). Оба
кода блочные. Структура и параметры блоков будут изучаться на
практическом занятии.
Перемежение выполняется после внутреннего кодирования и
только в случаях, когда применяется модуляция отличная от QPSK,
то есть с числом позиций более 4. Перемежение производится путем
перестановки битов в пределах блока FECFRAME на выходе кодера
LDPC. Детали этой операции будут рассмотрены на практическом
занятии.
В системах DVB второго поколения квазибезошибочным
считается прием сигнала, при котором на выходе декодера в
приемнике неисправленные ошибки остаются не более чем в одном
из десяти миллионов пакетов TS. Это соответствует примерно одной
ошибке за час видеопрограммы стандартной четкости.
10.8.20
online.mirea.ru

18. Терминология цифровой модуляции

Центр дистанционного обучения
Терминология цифровой модуляции
Основная особенность модуляции несущего
колебания цифровыми сигналами заключается в том,
что модулируемый параметр принимает ряд
дискретных значений. Такую модуляцию называют
также манипуляцией (Shift-Key). Во времени
модулируемый параметр несущего колебания также
меняется дискретно. Период его изменений
называется символьным интервалом, а обратная
ему величина – символьной частотой. В течение
каждого символьного интервала передается один бит
или одновременно несколько битов, образующих
канальный символ.
10.8.20
online.mirea.ru

19. Спектральная эффективность и помехоустойчивость

Центр дистанционного обучения
Спектральная эффективность и
помехоустойчивость
Спектральная эффективность это отношение максимального
битрейта к ширине полосы частот канала связи
СпЭ = Vмакс / Δfк (бит/с / Гц).
Модулируемый параметр может иметь не два, а больше
возможных значений. Их число называют числом позиций
модуляции Nп. Каждой позиции соответствует определенное
значение канального символа, содержащего bс битов .
Nп = 2bс .
При демодуляции необходимо определить какая комбинация
битов передана в этом символьном интервале. Чем больше
позиций модуляции, тем ниже помехоустойчивость системы, так
как демодулятор должен будет одновременно различать не два, а
больше значений модулируемого параметра. Чтобы обеспечить
надежный прием при увеличении числа позиций, необходимо
увеличивать отношение сигнал/помеха на входе приемника.
10.8.20
online.mirea.ru

20. Квадратурная модуляция

Центр дистанционного обучения
Квадратурная модуляция
uКМ(t) = uI(t) cos ω t + uQ(t) sin ω t,
где uI (t) и uQ (t) - модулирующие сигналы, cos ω t и sin ω t квадратурные составляющие несущего колебания.
Для демодуляции используется синхронное детектирование,
при котором сигнал uКМ(t) умножается на cos ω t и на sin ω t.
uКМ(t) cos ω t = uI(t) cos2 ω t + uQ(t) sin ω t cos ω t =
= 0,5 uI(t) + 0,5 uI(t) cos 2ω t + 0,5 uQ(t) sin 2ω t ;
uКМ(t) sin ω t = uQ(t) sin2 ω t + uI(t) sin ω t cos ω t =
= 0,5 uQ(t) - 0,5 uQ(t) cos 2ω t + 0,5 uI(t) sin 2ω t .
Составляющие с удвоенной частотой подавляются фильтрами
НЧ. В результате выделяются модулирующие сигналы uI(t) и uQ(t).
Квадратурная модуляция обеспечивает увеличение
эффективности использования полосы частот в два раза, так как
на одной несущей одновременно передаются два сигнала.
10.8.20
online.mirea.ru

21. Квадратурный модулятор

Центр дистанционного обучения
Квадратурный модулятор
Последовательность байтов TS предварительно преобразуется
в последовательность канальных символов. В канальном кодере
из каждого канального символа, содержащего bс битов,
формируются по заданным правилам числа I и Q, определяющие
координаты точки сигнального созвездия.
10.8.20
online.mirea.ru

22. Квадратурный демодулятор

Центр дистанционного обучения
Квадратурный демодулятор
Для демодуляции необходимо восстановить несущую частоту и
тактовую синхронизацию для АЦП (Такт. синхр.), обеспечивающая
выделение границ символьных интервалов.
10.8.20
online.mirea.ru

23. Сигнальные созвездия

Центр дистанционного обучения
Сигнальные созвездия
4ФМ (QPSK)
16КАМ
При распределении комбинаций битов по позициям используют
код Грея - соседние позиции различаются одним битом. Если при
демодуляции под действием помехи вместо правильной позиции
будет определена соседняя, на выходе демодулятора получится
только один ошибочный бит, который будет исправлен в декодере.
10.8.20
online.mirea.ru

24.

Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
online.mirea.ru