ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ

Transcript

1 ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΜΕΤΡΟ 1.2 Κοινοπραξίες Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης σε τοµείς Εθνικής Προτεραιότητας Παροχή υπηρεσιών τουριστικού και αρχαιολογικού ενδιαφέροντος µέσω πλατφόρµας επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Κωδικός Έργου: ΚΡ_22 ΠΑΡΑ ΟΤΕΟ 03 Π03 Σχεδιασµός και προσαρµογή γενικής αρχιτεκτονικής κεντρικού σηµείου εκποµπής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Έκδοση Τελική Σελίδα 1 από 53

2 Συγγραφείς: Φορείς: Έκδοση: Μήνας Παράδοσης: ρ. Ευάγγελος Πάλλης ρ. Χαράλαµπος Μάντακας ρ. Βασίλειος Ζαχαρόπουλος Γεώργιος Μαστοράκης Ευάγγελος Μαρκάκης Ανάργυρος Σιδέρης ΚΤΕ Κρήτης Τελική Μ6 Ηµεροµηνία Παράδοσης: 04/01/07 Ενότητα Εργασίας: ΕΕ2 Copyright Κοινοπραξία ΠΑΣΙΦΑΗ, 2006 Έκδοση Τελική Σελίδα 2 από 53

3 Η κοινοπραξία του ΠΑΣΙΦΑΗ αποτελείται από: Εµπλοκή στο Έργο* Φορέας Συντοµογραφία Φορέα Περιφέρεια Α Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης KTE Κρήτη Σ ΤΕΧΝΕΤΡΟΠΙΑ ΕΠΕ ΤΝΕΤ Κρήτη Σ Ίκαρος Ραδιοτηλεοπτικές Επιχειρήσεις Α.Ε. Κρήτη TV CTV Κρήτη *Α = Ανάδοχος Σ = Συνεργαζόµενος Έκδοση Τελική Σελίδα 3 από 53

4 Ιστορικό Παραδοτέου Ηµεροµηνία Έκδοση Φορέας Περιγραφή Έκδοσης 15/09/06 Προσχέδιο v0.1 ΚΤΕ ηµιουργία Εγγράφου Σχεδιασµός ικτύου 30/10/06 v0.9 ΚΤΕ Σχεδιασµός ικτύου Τεχνικές Προδιαγραφές Συγγραφή Παραδοτέου 25/11/06 v1.9 ΚΤΕ Συγγραφή Παραδοτέου 28/12/06 Τελική ΚΤΕ Τελική Έκθεση Φορέα Έκδοση Τελική Σελίδα 4 από 53

5 Περίληψη Το παραδοτέο Π03 του έργου ΠΑ.Σ.Ι.Φ.Α.Η. αναφέρεται στον σχεδιασµό της γενικής αρχιτεκτονικής του κεντρικού σηµείου εκποµπής του δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης για την παροχή πολυµεσικού και ιαδικτυακού υλικού ενηµέρωσης στους επισκέπτες/τουρίστες αλλά και στους κατοίκους της ευρύτερης περιοχής της πόλης του Ηρακλείου. Στα πλαίσια του έργου έχουν µελετηθεί και καθορισθεί όλες οι λειτουργικές και οι τεχνικές προδιαγραφές της προτεινόµενης ευρυζωνικής µητροπολιτικής υποδοµής η οποία αξιοποιεί τη δυνατότητα του προτύπου DVB-T για τη δηµιουργία δικτύων κορµού που θα επιτρέπουν τη διασύνδεση ενδιάµεσων κόµβων διανοµής στην περιοχή εκποµπής. Σε αυτό το παραδοτέο παρουσιάζονται επίσης αναλυτικά όλες οι λειτουργικές µονάδες που αναφέρονται στη σχεδίαση του κεντρικού σηµείου εκποµπής και της αλυσίδας µετάδοσης της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης καθώς και θέµατα σχετικά µε τα διαθέσιµα πρωτόκολλα επικοινωνίας, την κατερχόµενη ζεύξη της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης (ροή µεταφοράς MPEG-2), τις διεπαφές MPEG-2, την πολυπλεξία ψηφιακών τηλεοπτικών προγραµµάτων, την τεχνική µετάδοσης/διαµόρφωσης COFDM, τα διάφορα στάδια κωδικοποίησης και διεµπλοκής του προτύπου DVB-T, την ιεραρχική µετάδοση και τις τεχνικές ενθυλάκωσης διαδικτυακών πακέτων IP στην τελική ροή µεταφοράς MPEG-2. Έκδοση Τελική Σελίδα 5 από 53

6 Περιεχόµενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός Παραδοτέου Γενική Επισκόπηση ΙΚΤΥΑΚΗ ΥΠΟ ΟΜΗ ΕΠΙΓΕΙΑΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ Αρχιτεκτονική κεντρικού σηµείου εκποµπής ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΣΗΜΕΙΟΥ ΕΠΙ ΕΙΞΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ Πλεονεκτήµατα ψηφιακής τηλεόρασης Η ανάγκη για συµπίεση Σήµα βασικής ζώνης Ροή µεταφοράς MPEG ιεπαφές MPEG Παράµετροι ροής µεταφοράς MPEG Πολυπλεξία ψηφιακών τηλεοπτικών προγραµµάτων Πρότυπα ψηφιακής τηλεόρασης Γενικές αρχές επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Μετάδοση δεδοµένων IP Ενθυλάκωση ιοχέτευση δεδοµένων (data piping) Ροή δεδοµένων (data streaming) Περιοδική εκποµπή δεδοµένων (data carousel) Ενθυλάκωση πολλαπλών πρωτοκόλλων (multi-protocol encapsulation) Πρωτόκολλο TCP Κωδικοποιηµένη Πολυπλεξία µε ιαίρεση σε Ορθογώνιες Συχνότητες (COFDM) Συστήµατα 2k και 8k Κωδικοποίηση και ιεµπλοκή Εξωτερική κωδικοποίηση και διεµπλοκή Εσωτερική κωδικοποίηση και διεµπλοκή...45 Έκδοση Τελική Σελίδα 6 από 53

7 ιαµόρφωση και Μετάδοση Πλαίσιο Μετάδοσης Εύρος ζώνης καναλιού Ιεραρχική Μετάδοση Ποµποί ψηφιακής τηλεόρασης ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...53 Έκδοση Τελική Σελίδα 7 από 53

8 Λίστα Σχηµάτων Σχήµα 1. Γενική Αρχιτεκτονική Σχήµα 2. Κεντρικό σηµείο εκποµπής DVB-T Σχήµα 3. Αρχιτεκτονική κεντρικού σηµείου εκποµπής Σχήµα 4. Περιοχή εκποµπής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Σχήµα 5. Πολυπλεξία MPEG Σχήµα 6. οµή πακέτου µεταφοράς Σχήµα 7. Πολυπλέκτης MPEG-2 TS Σχήµα 8. οµή ροής MPEG-2 PES Σχήµα 9. οµή πακέτου MPEG-2 TS Σχήµα 10. ιεπαφή MPEG-2 ASI Σχήµα 11. Πολυπλεξία πολλαπλών υπηρεσιών Σχήµα 12. ιάγραµµα διαµορφωτή DVB-T Σχήµα 13. Τυχαιοποίηση δεδοµένων Σχήµα 14. Ενσωµάτωση της MAC address στο section header Σχήµα 15. Κοντέινερ δεδοµένων Σχήµα 16. Αγωγός διοχέτευσης δεδοµένων Σχήµα 17. Τεχνική διοχέτευσης δεδοµένων Σχήµα 18. Σύγχρονη και συγχρονισµένη ροή δεδοµένων Σχήµα 19. Τεχνική ροής δεδοµένων Σχήµα 20. Τεχνική ενθυλάκωσης πολλαπλών πρωτοκόλλων µε πληροφορία stuffing Σχήµα 21. Τεχνική ενθυλάκωσης πολλαπλών πρωτοκόλλων (MPE) Σχήµα 22. Πεδία επικεφαλίδας πλαισίου TCP Σχήµα 23. Φέρουσες COFDM Σχήµα 24. Συνολική περίοδος συµβόλου Σχήµα 25. Τιµές παραµέτρων COFDM για συστήµατα 2k και 8k Σχήµα 26. Ωφέλιµος ρυθµός µετάδοσης (τιµές σε Mbps) Σχήµα 27. Απόδοση µετάδοσης DVB-T σε Bits/Hz για GI=1/ Σχήµα 28. Απόδοση µετάδοσης DVB-T σε Bits/Hz για GI=1/ Σχήµα 29. Επεξεργασία πακέτου MPEG2-TS Σχήµα 30. Μορφή δεδοµένων µετά τις διαδικασίες: προσαρµογή, τυχαιοποίηση, εξωτερική κωδικοποίηση και διεµπλοκή Σχήµα 31. Φάσµα σήµατος OFDM Σχήµα 32. Πλαίσιο µετάδοσης σήµατος COFDM Σχήµα 33. Φάσµα µετάδοσης COFDM Σχήµα 34. Λειτουργικό διάγραµµα διαµορφωτή COFDM Έκδοση Τελική Σελίδα 8 από 53

9 Σχήµα 35. ιαµόρφωση nonuniform 16-QAM και 64-QAM Σχήµα 36. Ιεραρχική µετάδοση Σχήµα 37. ιάγραµµα ιεραρχικής διαµόρφωσης για επίγεια µετάδοση Σχήµα 38. Λειτουργικό διάγραµµα ποµπού επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Έκδοση Τελική Σελίδα 9 από 53

10 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Σκοπός Παραδοτέου Ο σκοπός του παραδοτέου Π03 είναι να παρουσιάσει το σχεδιασµό της γενικής αρχιτεκτονικής του κεντρικού σηµείου εκποµπής του προτεινόµενου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης καθώς και όλες τις τεχνικές και λειτουργικές προδιαγραφές που έχουν µελετηθεί και καθορισθεί για την υλοποίηση του δικτύου παροχής πολυµεσικού και ιαδικτυακού περιεχοµένου ενηµέρωσης στους επισκέπτες/τουρίστες αλλά και στους κατοίκους της ευρύτερης περιοχής της πόλης του Ηρακλείου στα πλαίσια του ερευνητικού έργου ΠΑ.Σ.Ι.Φ.Α.Η. 1.2 Γενική Επισκόπηση Βάση για την ανάπτυξη της προτεινόµενης δικτύωσης της πόλης του Ηρακλείου και για την παροχή όλων των προτεινόµενων πολυµεσικών και διαδικτυακών υπηρεσιών τουριστικού και αρχαιολογικού ενδιαφέροντος θα αποτελέσει µία πλατφόρµα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης η οποία έχει σχεδιαστεί για τις ανάγκες του έργου στο Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης. Το παραδοτέο Π03 Σχεδιασµός και προσαρµογή γενικής αρχιτεκτονικής κεντρικού παρουσιάζει το σχεδιασµό του βασικού δικτύου καθώς και όλες τις επιµέρους λειτουργικές µονάδες που είναι απαραίτητες για την υλοποίησή του. Παρουσιάζονται επίσης όλες οι λειτουργικές και τεχνικές προδιαγραφές της προτεινόµενης ευρυζωνικής µητροπολιτικής υποδοµής η οποία θα χρησιµοποιεί την επίγεια ψηφιακή τηλεοπτική δέσµη για τη διασύνδεση των ενδιάµεσων κόµβων διανοµής προκειµένου να προσφέρει ταχεία πρόσβαση σε υπηρεσίες διαδικτυακού περιεχοµένου. Έτσι έχουν µελετηθεί όλα τα θέµατα και ζητήµατα σχετικά µε τα διαθέσιµα πρωτόκολλα επικοινωνίας, την κατερχόµενη ζεύξη της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και τις τεχνικές ενθυλάκωσης πακέτων IP στην τελική ροή µεταφοράς. Έκδοση Τελική Σελίδα 10 από 53

11 2 ΙΚΤΥΑΚΗ ΥΠΟ ΟΜΗ ΕΠΙΓΕΙΑΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ Η γενική αρχιτεκτονική του προτεινόµενου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης του έργου ΠΑ.Σ.Ι.Φ.Α.Η. (Σχήµα 1) αποτελείται από δύο βασικά υποσυστήµατα: α) ένα κεντρικό σηµείο εκποµπής και β) δύο ενδιάµεσους κόµβους διανοµής (Cell Main Nodes, CMN) οι οποίοι βρίσκονται µέσα στην περιοχή κάλυψης. Το κεντρικό σηµείο εκποµπής θα βρίσκεται στις εγκαταστάσεις του Κέντρου Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης και οι δύο ενδιάµεσοι κόµβοι διανοµής θα βρίσκονται σε επιλεγµένα σηµεία µέσα στην πόλη του Ηρακλείου. Κάθε ενδιάµεσος κόµβος θα δίνει τη δυνατότητα σε έναν αριθµό τελικών χρηστών (γεωγραφικά κοντά στον κόµβο) να έχουν πρόσβαση στις ιαδικτυακές υπηρεσίες ενηµέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος που θα προσφέρονται από το προτεινόµενο δίκτυο επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Οι συγκεκριµένες υπηρεσίες θα ενθυλακώνονται µέσα στο κοινό ψηφιακό µπουκέτο και θα µεταδίδονται σε όλη την περιοχή εκποµπής µαζί µε τα πολλαπλά ψηφιακά τηλεοπτικά προγράµµατα σε µία κοινή ροή µεταφοράς η οποία σχηµατίζει το τελικό τηλεοπτικό µπουκέτο. Η εκποµπή του µπουκέτου θα πραγµατοποιείται σύµφωνα µε το πρότυπο DVB-T και κάθε τελικός χρήστης θα λαµβάνει τις κατάλληλες δικτυακές υπηρεσίες µέσω του ενδιάµεσου κόµβου διανοµής στον οποίο είναι συνδεδεµένος ενώ παράλληλα µπορεί να λαµβάνει τα πολλαπλά ψηφιακά προγράµµατα από το κανάλι των UHF µε τη χρήση συσκευής set-top-box /αποκωδικοποιητής DVB-T. Η προτεινόµενη δικτυακή αρχιτεκτονική θα περιλαµβάνει 4 βασικά στοιχεία, το κεντρικό σηµείο εκποµπής, τους ενδιάµεσους κόµβους διανοµής, τα κανάλια επιστροφής και τον εξοπλισµό των τελικών χρηστών. Στο συγκεκριµένο παραδοτέο θα παρουσιασθεί ο σχεδιασµός της γενικής αρχιτεκτονικής του κεντρικού σηµείου εκποµπής η οποία θα υλοποιηθεί στα πλαίσια του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Το κεντρικό σηµείο εκποµπής περιλαµβάνει την αλυσίδα µετάδοσης του DVB-T και θα έχει τη δυνατότητα να λαµβάνει τη διαδικτυακή κίνηση (αιτήσεις/επιβεβαιώσεις) των τελικών χρηστών από τα κατάλληλα κανάλια επιστροφής και να εκπέµπει µία κοινή ροή µεταφοράς στα UHF η οποία θα µεταφέρει όλη τη διαδικτυακή κίνηση που προορίζεται για τους ενδιάµεσους κόµβους διανοµής στην περιοχή εκποµπής µαζί µε τα πολλαπλά ψηφιακά τηλεοπτικά προγράµµατα. Έκδοση Τελική Σελίδα 11 από 53

12 Εκποµπή UHF (DVB-T) Ενδιάµεσος Κόµβος ιανοµής (Ασύρµατο Κανάλι Επιστροφής) Κεντρικό Σηµείο Εκποµπής Περιοχή Εκποµπής DVB-T Περιοχή Ασύρµατου ικτύου Υπόµνηµα Ασύρµατο κανάλι επιστροφής Εκποµπή DVB-T Περιοχή εκποµπής Κεραία Λήψης UHF Ενδιάµεσος Κόµβος ιανοµής (Ενσύρµατο Κανάλι Επιστροφής) Περιοχή Ασύρµατου ικτύου Κανάλι επιστροφής PSTN Σχήµα 1. Γενική Αρχιτεκτονική 2.1 Αρχιτεκτονική κεντρικού σηµείου εκποµπής Υιοθετώντας την αρχιτεκτονική του σχήµατος 2 για την υλοποίηση του κεντρικού σηµείου εκποµπής στο έργο ΠΑ.Σ.Ι.Φ.Α.Η. δηµιουργείται η δυνατότητα λήψης ιαδικτυακών δεδοµένων (αιτήσεις/επιβεβαιώσεις) από τα κανάλια επιστροφής για την παροχή υπηρεσιών κατά απαίτηση στους τελικούς χρήστες που βρίσκονται µέσα στην περιοχή κάλυψης των ενδιάµεσων κόµβων διανοµής. Οι ιαδικτυακές υπηρεσίες επίσης ενθυλακώνονται και εκπέµπονται µαζί µε τα πολυπλεγµένα ψηφιακά τηλεοπτικά προγράµµατα σε όλη την περιοχή εκποµπής του DVB-T ενώ στα πλαίσια αυτά η συγκεκριµένη αρχιτεκτονική του σχήµατος 2 δίνει τη δυνατότητα: Λήψης ιαδικτυακών δεδοµένων από τους τελικούς χρήστες για την παροχή υπηρεσιών κατά απαίτηση µε τη χρήση επίγειων καναλιών επιστροφής. Εκποµπής πολλαπλών ψηφιακών τηλεοπτικών προγραµµάτων στην περιοχή κάλυψης της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Έκδοση Τελική Σελίδα 12 από 53

13 Μετάδοσης µίας κοινής ροής µεταφοράς η οποία µεταφέρει τις ιαδικτυακές υπηρεσίες που προορίζονται για τους ενδιάµεσους κόµβους διανοµής (βρίσκονται µέσα στην περιοχή εκποµπής DVB-T) και τα ψηφιακά προγράµµατα. Η συσκευή ενθυλάκωσης/πολυπλεξίας θα µπορεί να λαµβάνει δεδοµένα IP και να τα προσαρµόζει σε κίνηση MPEG-2 δηµιουργώντας έτσι µία τελική ροή µεταφοράς η οποία θα εκπέµπεται σε όλη την πόλη µε βάση το πρότυπο DVB-T (τεχνική µετάδοσης COFDM στις συχνότητες των UHF). Πολυµεσικό ιαδικτυακό Υλικό Internet IP Κανάλια Επιστροφής έκτης 1 έκτης 2 IP Εκποµπή UHF Τοπικό ίκτυο IP Ψηφιακά Τηλεοπτικά Προγράµµατα Πολυπλέκτης/Ενθυλακωτής (TV+IP) TS DVB-T Tx Σχήµα 2. Κεντρικό σηµείο εκποµπής DVB-T Στο σχήµα 3 παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική του κεντρικού σηµείου εκποµπής το οποίο περιλαµβάνει την αλυσίδα µετάδοσης του DVB-T. Η συγκεκριµένη αρχιτεκτονική θα έχει τη δυνατότητα να λαµβάνει τα διαδικτυακά δεδοµένα επιστροφής από τους ενδιάµεσους κόµβους διανοµής τα οποία περιλαµβάνουν τις αιτήσεις και τις επιβεβαιώσεις των τελικών χρηστών που θα είναι συνδεδεµένοι στο δίκτυο πρόσβασής αυτών των κόµβων. Έτσι θα υπάρχει η δυνατότητα παροχής διαδραστικών υπηρεσιών ενηµέρωσης σε όλους όσοι είναι µέσα στα όρια εκποµπής του ασύρµατου δικτύου το οποίο θα δηµιουργεί ο ενδιάµεσος κόµβος διανοµής. Τα κανάλια επιστροφής θα υλοποιηθούν µε σύνδεση PSTN για τον ένα κόµβο και µε ασύρµατη ζεύξη για τον δεύτερο κόµβο. Η κίνηση των δεδοµένων επιστροφής που προέρχονται από τους κόµβους θα πραγµατοποιείται µόνο προς την κατεύθυνση από τον κόµβο προς το κεντρικό σηµείο εκποµπής και αυτό θα υλοποιηθεί µε τις κατάλληλες ρυθµίσεις του τοίχου προστασίας που θα χρησιµοποιηθεί για αυτόν το σκοπό. Όλες οι κατάλληλες διαδικτυακές υπηρεσίες θα επιστρέφουν µε αυτόν τον τρόπο ενθυλακωµένες εκπεµπόµενες στα UHF µέσω της κοινής ροής µεταφοράς MPEG-2 του DVB-T και όχι µεσω των καναλιών επιστροφής που αποτελούν κανάλια µε χαµηλό ρυθµό µετάδοσης. Οι υπηρεσίες αυτές θα λαµβάνονται έτσι από τους ενδιάµεσους κόµβους διανοµής και θα προωθούνται στους τελικούς χρήστες που θα είναι συνδεδεµένοι στο ασύρµατο δίκτυο πρόσβασης τους το οποίο θα υλοποιηθεί στα πλαίσια του έργου. Οι υπηρεσίες αυτές θα περιλαµβάνουν την παροχή διαδικτυακού περιεχοµένου ενηµέρωσης τουριστικού Έκδοση Τελική Σελίδα 13 από 53

14 ενδιαφέροντος στο οποίο οι τελικοί χρήστες θα έχουν πρόσβαση µε τη χρήση απλών φορητών Η/Υ εφόσον θα βρίσκονται µέσα στην περιοχή κάλυψης του δικτύου πρόσβασης του ενδιάµεσου κόµβου διανοµής. Το περιεχόµενο αυτό θα βρίσκεται αποθηκευµένο σε κατάλληλη µορφή στον εξυπηρετητή πολυµεσικού και διαδικτυακού περιεχοµένου ενώ µε τον ίδιο τρόπο οι τελικοί χρήστες θα έχουν επίσης τη δυνατότητα πρόσβασης στο ιαδίκτυο. Παράλληλα όλοι οι χρήστες που θα βρίσκονται µέσα στην περιοχή κάλυψης του DVB-T στην ευρύτερη περιοχή του Ηρακλείου θα έχουν τη δυνατότητα λήψης πολλαπλών ψηφιακών τηλεοπτικών προγραµµάτων µε την κατάλληλη συσκευή/αποκωδικοποιητή. Το περιεχόµενο αυτό θα αποτελεί πολυµεσικό υλικό ενηµέρωσης αρχαιολογικού και πολιτιστικού ενδιαφέροντος. Σχήµα 3. Αρχιτεκτονική κεντρικού σηµείου εκποµπής Έκδοση Τελική Σελίδα 14 από 53

15 3 ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΣΗΜΕΙΟΥ ΕΠΙ ΕΙΞΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΑΛΥΨΗΣ Στο σχήµα 4 παρουσιάζεται η αναµενόµενη περιοχή εκποµπής του προτεινόµενου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης το οποίο θα υλοποιηθεί στα πλαίσια του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ στην πόλη του Ηρακλείου Κρήτης. Μέσα στην περιοχή εκποµπής θα υλοποιηθούν δύο ενδιάµεσοι κόµβοι διανοµής οι οποίοι θα διαθέτουν το απαραίτητο δίκτυο πρόσβασης για τη λήψη των υπηρεσιών ενηµέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος από τους τελικούς χρήστες που θα είναι συνδεδεµένοι σε αυτούς. Επίσης οι κόµβοι αυτοί θα διασυνδέονται µε κανάλια επιστροφής µε τις εγκαταστάσεις του Κέντρου Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης όπου θα βρίσκεται το κεντρικό σηµείο εκποµπής της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Τα κανάλια επιστροφής αυτά θα αξιοποιηθούν για τη µεταφορά των αιτήσεων/επιβεβαιώσεων της διαδικτυακής κίνησης δίνοντας τη δυνατότητα στους τελικούς χρήστες να λαµβάνουν διαδραστικές υπηρεσίες και εφαρµογές τουριστικού ενδιαφέροντος. Οι ενδιάµεσοι κόµβοι διανοµής θα υλοποιηθούν σε επιλεγµένα σηµεία στα οποία θα υπάρχει η δυνατότητα πρόσβασης από τους τελικούς χρήστες µε τη χρήση ασύρµατων δικτύων µε βάση το πρότυπο IEEE b/g. Η περιοχή κάλυψης της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης µέσα στην οποία θα υπάρχει η δυνατότητα λήψης πολλαπλών τηλεοπτικών προγραµµάτων αρχαιολογικού ενδιαφέροντος µε τη χρήση των κατάλληλων αποκωδικοποιητών, θα περιλαµβάνει το κέντρο της πόλης του Ηρακλείου και όλη την ευρύτερη της περιοχή. Σχήµα 4. Περιοχή εκποµπής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Έκδοση Τελική Σελίδα 15 από 53

16 4 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ Η προτεινόµενη πλατφόρµα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης που σχεδιάζεται για την παροχή πολυµεσικού και ιαδικτυακού περιεχοµένου στην ευρύτερη περιοχή του Ηρακλείου θα δηµιουργήσει έναν κοινό δικτυακό κορµό Ethernet ο οποίος θα διασυνδέει δύο ενδιάµεσους κόµβους διανοµής στην περιοχή κάλυψης του DVB-T. Αυτή η πλατφόρµα περιλαµβάνει µία σειρά λειτουργικών µονάδων οι οποίες είναι απαραίτητες για τη δηµιουργία της αλυσίδας εκποµπής και τη µετάδοση της τελικής ροής µεταφοράς η οποία θα περιέχει το οπτικοακουστικό και ιαδικτυακό περιεχόµενο του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Παρακάτω αναλύονται οι τεχνικές προδιαγραφές των νέων τεχνολογιών της αλυσίδας εκποµπής του DVB-T που θα χρησιµοποιηθεί για την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής του κεντρικού σηµείου εκποµπής και την παροχή των προτεινόµενων υπηρεσιών στους επισκέπτες της πόλης. 4.1 Πλεονεκτήµατα ψηφιακής τηλεόρασης Η τηλεοπτική τεχνολογία έχει διατηρήσει την αναλογική µέθοδο εκποµπής σε µια εποχή που έχει επικρατήσει για τις περισσότερες µορφές πληροφορίας η ψηφιοποιηµένη αποθήκευση και µεταφορά. Μόνο την τελευταία δεκαετία και χάρη στα πρότυπα συµπίεσης και πολυπλεξίας εικόνας της οικογένειας MPEG και το ευρωπαϊκό σύνολο προδιαγραφών DVB για διαµόρφωση και µετάδοση έχει αποκτήσει η ψηφιακή τηλεόραση µια συγκεκριµένη προοπτική. Είναι αρκετά τα πλεονεκτήµατα τα οποία εισάγει η ψηφιακή τεχνολογία στην διαµόρφωση και διανοµή του τηλεοπτικού σήµατος. Μερικά από αυτά είναι: Σταθερή ποιότητα εικόνας, µε µεγαλύτερη ανοχή στις ατέλειες του ασύρµατου ή ενσύρµατου διαύλου. Εξάλειψη φαινοµένων όπως αυτά της θόλωσης, των πολλαπλών ειδώλων ή του θορύβου («χιονιού»). Μειωµένος λόγος σήµατος προς θόρυβο που απαιτείται σε σύγκριση µε την αναλογική µετάδοση. Αυτό επιτρέπει τη µείωση της εκπεµπόµενης ισχύος µέχρι και κατά 30 db χωρίς να διαταράσσεται η ποιότητα της εικόνας. Καλύτερη εκµετάλλευση του φάσµατος λόγω της συµπίεσης του σήµατος βασικής ζώνης. Για παράδειγµα, ένα επίγειο κανάλι UHF αντιστοιχεί σε ένα και µόνο αναλογικό τηλεοπτικό πρόγραµµα, ενώ το ίδιο εύρος µπορεί να φιλοξενήσει µέχρι και 10 ψηφιακά προγράµµατα υψηλής ποιότητας. Ευέλικτες τεχνικές πολυπλεξίας των ψηφιακών συστηµάτων, που επιτρέπουν την συνύπαρξη πολλών προγραµµάτων και υπηρεσιών επιλεγόµενης ποιότητας και ευκρίνειας. Έκδοση Τελική Σελίδα 16 από 53

17 Μεταβλητή ταχύτητα (bit rate) εκποµπής, ανάλογα µε τις απαιτήσεις ποιότητας του προγράµµατος, κάτι που µεταξύ άλλων αυξάνει το κέρδος πολυπλεξίας (multiplexing gain) στην περίπτωση της ταυτόχρονης µετάδοσης πολλών προγραµµάτων µεταβλητού ρυθµού. υνατότητα επεξεργασίας της εικόνας στο δέκτη µετά τη λήψη µέσω αλγορίθµων ψηφιακής επεξεργασίας (digital image post-processing), όπως χρωµατική διόρθωση, αποκοπή ορίων, αυξοµείωση του µεγέθους ή αφαίρεση θορύβου. Εύκολος εµπλουτισµός των τηλεοπτικών προγραµµάτων µέσω τυποιηµένων αρχιτεκτονικών (π.χ. MHP, OpenTV) µε τοπικές εφαρµογές που εκµεταλλεύονται τις δυνατότητες των σύγχρονων «έξυπνων δεκτών». Ενσωµάτωση διαφόρων πολυµεσικών εφαρµογών και υπηρεσιών δεδοµένων, όπως αµφίδροµων υπηρεσιών και διαδικτυακής πρόσβασης σε µια κοινή ψηφιακή πλατφόρµα, µε προϋπόθεση ότι υπάρχει διαθέσιµο κανάλι επιστροφής (reverse path). 4.2 Η ανάγκη για συµπίεση Το σηµαντικό στοιχείο για την αξιοποίηση τεχνολογιών ψηφιακού οπτικοακουστικού υλικού είναι η σωστή χρήση τεχνικών συµπίεσης. Όταν σε ένα αναλογικό σήµα βίντεο πραγµατοποιείται µία γραµµική δειγµατοληψία τότε το µέγεθος της ψηφιακής πληροφορίας που δηµιουργείται είναι αρκετά µεγάλο. Οι τεχνικές συµπίεσης αποτελούν ευέλικτες τεχνολογίες οι οποίες µπορούν να χρησιµοποιηθούν κατάλληλα και ο βαθµός της συµπίεσης µπορεί να προσαρµοστεί για κάθε συγκεκριµένη εφαρµογή. Τα σήµατα βίντεο είναι γνωστό ότι περιέχουν στοιχεία πλεονασµού γιατί οι εικόνες αποτελούνται από πολλά σηµεία τα οποία είναι όµοια και δεν αλλάζουν εντελώς από καρέ σε καρέ. Η χρήση τεχνικών συµπίεσης που να ταιριάζουν σε κάθε εφαρµογή είναι πολύ σηµαντική ενώ τα στοιχεία πλεονασµού πρέπει να εξαλειφθούν. Ακόµα και µε τη χρήση ευρυζωνικών επικοινωνιών δεν είναι αποτελεσµατικό να µεταδίδονται σε όλο το εύρος τα ψηφιοποιηµένα σήµατα βίντεο. Έτσι η λύση είναι η χρήση τεχνικών συµπίεσης έτσι ώστε να µειωθεί το µέγεθος των δεδοµένων που µεταδίδονται. Αυτές οι τεχνικές εφαρµόζονται διαφορετικά στα σήµατα του ήχου και της εικόνας γιατί η φύση αυτών των σηµάτων είναι διαφορετική. Πρέπει επίσης να σηµειωθεί ότι ο κωδικοποιητής θα µειώσει το µέγεθος των δεδοµένων που θα µεταδοθούν σε ένα επίπεδο σύµφωνα µε την εφαρµογή. 4.3 Σήµα βασικής ζώνης Όταν, µέχρι και τις αρχές της προηγούµενης δεκαετίας, η έννοια της ψηφιακής τηλεοπτικής µετάδοσης περιοριζόταν απλά στην απλή ψηφιοποίηση του τηλεοπτικού σήµατος σε Έκδοση Τελική Σελίδα 17 από 53

18 ασυµπίεστη παλµοσειρά PCM, µια µετατροπή που καταλήγει σε ψηφιακό σήµα ενός ρυθµού της τάξης των 270 Mbps, κάθε έννοια ασύρµατης µετάδοσης ήταν φυσικό να µην έχει κανένα πρακτικό αντίκρισµα. Το σήµα DTV περιοριζόταν µόνο σε ενσύρµατες υποδοµές και πάλι εντός των ορίων του σταθµού παραγωγής. Με την εισαγωγή των αλγορίθµων συµπίεσης εικόνας MPEG-1 και αργότερα του MPEG-2 (το πρότυπο που παγκοσµίως χρησιµοποιείται σε όλα τα συστήµατα ψηφιακής τηλεόρασης) έγινε δυνατή η συµπίεση του σήµατος σε ποσοστά της τάξης του 1:30 ή ακόµη περισσότερο. Το αποτέλεσµα αυτό επιτυγχάνεται µε χωρισµό της εικόνας σε blocks, διακριτό µετασχηµατισµό συνηµιτόνου και κβάντιση των συντελεστών. Επιπρόσθετα χρησιµοποιούνται αλγόριθµοι ανίχνευσης και αντιστάθµισης κίνησης (motion detection / compensation) για να περιγράψουν τις αλλαγές και τις µετακινήσεις των αντικειµένων µεταξύ διαδοχικών καρέ, όπως ορίζει η προδιαγραφή MPEG-2 Video. Το συµπιεσµένο οπτικοακουστικό σήµα, που φέρει την ονοµασία Βασική Ροή (Elementary Stream) µαζί µε τις Βασικές Ροές άλλων προγραµµάτων αλλά και οποιουδήποτε είδους άλλη ψηφιακή πληροφορία (όπως δεδοµένα TCP/IP), πολυπλέκεται σε µία κοινή ροή µεταφοράς (MPEG-2 Transport Stream) που αποτελεί και το σήµα βασικής ζώνης για όλα τα συστήµατα DVB, όπως ορίζει η προδιαγραφή MPEG-2 Systems. Η ροή µεταφοράς περιέχει, εκτός από Βασικές Ροές, πληροφορίες για τις διάφορες υπηρεσίες, έλεγχο περιορισµένης πρόσβασης (Conditional Access), σηµατοδοσία συγχρονισµού καθώς και ιδιωτικά δεδοµένα (private data), στα οποία εντάσσονται και τα δεδοµένα IP (σχήµα 5). Σχήµα 5. Πολυπλεξία MPEG-2 Η ροή µεταφοράς είναι µια µορφή πολυπλεξίας σχεδιασµένη για σύνθετες εφαρµογές όπως τηλεοπτικά «µπουκέτα» (bouquets), που απαρτίζονται από πολλά ταυτόχρονα προγράµµατα και ροές δεδοµένων. Αποτελείται από µια διαδοχή πακέτων σταθερού µήκους των 188 bytes που ονοµάζονται Πακέτα Μεταφοράς (Transport Packets). Σύνολα δεδοµένων που είναι µεγαλύτερα σε µέγεθος (για παράδειγµα, µία συµπιεσµένη εικόνα, ένα τµήµα ήχου ή ένα Έκδοση Τελική Σελίδα 18 από 53

19 πακέτο IP) θα υποστούν κατάτµηση και το περιεχόµενό τους θα µοιραστεί σε περισσότερα του ενός transport packets. Η δοµή ενός πακέτου µεταφοράς φαίνεται στο σχήµα 6. Σχήµα 6. οµή πακέτου µεταφοράς Το αναγνωριστικό πακέτου (Packet Identifier PID) χρησιµοποιείται στη διαδικασία πολυπλεξίας και αποπολυπλεξίας για να ξεχωρίσει πακέτα µε κοινό περιεχόµενο. Για παράδειγµα, τα πακέτα που φέρουν το σήµα εικόνας ενός τηλεοπτικού προγράµµατος χαρακτηρίζονται από κοινό PID. Το πεδίο προσαρµογής (adaptation field) χρησιµοποιείται για συµπληρώσει το τελευταίο από µία σειρά πακέτων που φέρουν ένα κατακερµατισµένο σύνολο δεδοµένων. Η χρήση µικρών και σταθερού µήκους πακέτων διευκολύνει την προστασία του ψηφιακού σήµατος από λάθη. Για παράδειγµα, τα πρότυπα DVB για διαµόρφωση και µετάδοση ορίζουν ότι κάθε πακέτο MPEG-2 προστατεύεται µε έναν block κώδικα του τύπου Reed-Solomon πριν προχωρήσει για περαιτέρω επεξεργασία στον ποµπό. Η αυξηµένη ανθεκτικότητα της ροής µεταφοράς του προσφέρει µεγαλύτερες πιθανότητες «επιβίωσης» σε ένα κανάλι µε λάθη, όπως είναι οποιοδήποτε περιβάλλον ασύρµατης εκποµπής. Η προδιαγραφή Systems του MPEG-2 ορίζει την ακριβή µορφή του σήµατος που εξέρχεται από τον πολυπλέκτη, στην προκειµένη περίπτωση της ροής µεταφοράς. εν περιγράφει το φυσικό µέσο µεταφοράς και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του, τη µέθοδο προστασίας έναντι λαθών ούτε και την τεχνική διαµόρφωσης. Οι διαδικασίες αυτές ορίζονται από τις προδιαγραφές µετάδοσης, στη συγκεκριµένη περίπτωση από τα πρότυπα DVB. 4.4 Ροή µεταφοράς MPEG-2 Το πρότυπο MPEG-2 µπορεί να αποτελέσει τη βάση για τη δηµιουργία ροών µεταφοράς MPEG-2 (MPEG-2 TS) οι οποίες περιέχουν πολλαπλές βασικές ροές πακέτων βίντεο, ήχου και δεδοµένων. Περισσότερη έµφαση θα δοθεί σε ροές µεταφοράς οι οποίες χρησιµοποιούν ηλεκτρικές διεπαφές που είναι συµβατές µε συστήµατα µετάδοσης για την εκποµπή σε επίγεια δίκτυα ευρυ-εκποµπής όπως αυτό του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το πρότυπο MPEG-2 δεν αναφέρεται µόνο στη διαδικασία συµπίεσης του ψηφιακού βίντεο και Έκδοση Τελική Σελίδα 19 από 53

20 ήχου αλλά επίσης και στη διαδικασία συνένωσης αυτών των σηµάτων µαζί µε άλλες πηγές. Το πρότυπο ορίζει τη ροή που προέρχεται από την κωδικοποίηση και την πολυπλεξία και όχι από τη βασική διαδικασία δηµιουργίας της ροής. Το επίπεδο συστήµατος MPEG-2 περιλαµβάνει έναν µηχανισµό για τη συνένωση του κωδικοποιηµένου ήχου και βίντεο µε άλλα σήµατα δεδοµένων σε ροές µεταφοράς. Μπορεί επίσης να επιτρέψει το συνδυασµό διαφορετικού αριθµού προγραµµάτων σε µία κοινή ροή µεταφοράς MPEG-2. Αυτό επιτυγχάνεται πολυπλέκοντας πρώτα τα επιµέρους στοιχεία του τηλεοπτικού σήµατος µαζί και µετά πολυπλέκοντας πολλά τηλεοπτικά σήµατα σε µία τελική ροή MPEG-2 TS. Μία πολύ σηµαντική παράµετρος είναι η πληροφορία αναφοράς ρολογιού η οποία χρησιµοποιείται για να επιτρέψει την ανάκτηση των επιµέρους ρολογιών βίντεο και ήχου. Με την κωδικοποίηση MPEG-2 µπορεί να υπάρχουν µεταβλητές καθυστερήσεις για τον ήχο και το βίντεο λόγω της κωδικοποίησης µεταβλητού µήκους. Το επίπεδο του συστήµατος περιλαµβάνει χρονικά χαρακτηριστικά αποκωδικοποίησης και χρονικά χαρακτηριστικά παρουσίασης τα οποία βοηθούν να εξασφαλίσουν ότι η καθυστέρηση είναι σταθερή και ότι ο ήχος, το βίντεο και τα δεδοµένα διατηρούνται συγχρονισµένα ακόµα και όταν τα σήµατα µετατρέπονται σε πακέτα. Το επίπεδο συστήµατος επίσης παρέχει χρήσιµες πληροφορίες σχετικά µε το πραγµατικό δίκτυο µετάδοσης (Network Information Table) σχετικά µε τα προγράµµατα που µεταφέρονται (Program Allocation Tables) και τελικά τους πίνακες (Conditional Access Table) οι οποίοι δίνουν πληροφορίες σχετικά µε τις κωδικοποιηµένες υπηρεσίες. Αυτές οι δυνατότητες επιτρέπουν σε έναν αποκωδικοποιητή να επιλέγει µία συγκεκριµένη τηλεοπτική υπηρεσία από το µπουκέτο των υπηρεσιών που παρέχεται στους τελικούς χρήστες σε κάθε δεδοµένη χρονική στιγµή. Το σχήµα 7 παρουσιάζει έναν πολυπλέκτη MPEG-2 TS µία απλής υπηρεσίας όπου τα στοιχεία του ήχου, του βίντεο και τα δεδοµένα κωδικοποιούνται και δηµιουργούνται σε πακέτα ξεχωριστά. Τα πακέτα τα οποία προκύπτουν είναι πολυπλεγµένα µεταξύ τους και σχηµατίζουν µία τελική ροή µεταφοράς MPEG-2. Σχήµα 7. Πολυπλέκτης MPEG-2 TS Έκδοση Τελική Σελίδα 20 από 53

21 Οι βασικές ροές (Elementary Streams) δηµιουργούνται από τον κωδικοποιητή και είναι ξεχωριστές για τα σήµατα του ήχου, του βίντεο και των δεδοµένων. Οι βασικές ροές πακέτων (PES) αποτελούνται από πακέτα µεταβλητού µήκους και περιέχουν χρονικά χαρακτηριστικά και πληροφορίες κεφαλίδας. Αυτές οι ροές είναι ξεχωριστές για το βίντεο των ήχο και τα δεδοµένα και η δοµή µίας ροής MPEG-2 PES παρουσιάζεται στο σχήµα 8. Σχήµα 8. οµή ροής MPEG-2 PES Η ροή προγράµµατος αποτελεί έτσι µία σύνθεση των βασικών ροών πακέτων ήχου, βίντεο και δεδοµένων χρησιµοποιώντας το ίδιο ρολόι αναφοράς. Είναι ένας απλός τρόπος για το συνδυασµό των σηµάτων πληροφορίας ενώ η ροή προγράµµατος προορίζεται για σκοπούς εγγραφής ή για µετάδοση σε ασφαλή κανάλια τα οποία δεν δηµιουργούν λάθη. Η ροή προγράµµατος αποτελείται από πακέτα µεταβλητού µήκους και δεν είναι τόσο κοινή όπως η ροή µεταφοράς η οποία χρησιµοποιείται ευρέως σε εξοπλισµούς µετάδοσης. Πρέπει να σηµειωθεί ότι το πιο κοινό πρότυπο που χρησιµοποιείται στις εφαρµογές είναι αυτό που καθορίζει τη δοµή των πακέτων MPEG-2 TS η οποία παρουσιάζεται στο σχήµα 9. Έκδοση Τελική Σελίδα 21 από 53

22 Σχήµα 9. οµή πακέτου MPEG-2 TS Η ροή αυτή µεταφοράς µπορεί να περιέχει µία ή περισσότερες τηλεοπτικές υπηρεσίες πολυπλεγµένες µαζί µε ανεξάρτητα ρολόγια. Οι ροές µεταφοράς περιέχουν επίσης πακέτα σταθερού µήκους (συνήθως 188 bytes) και προορίζονται για τη µετάδοση σε πραγµατικά κανάλια που επηρεάζονται από λάθη. Στο πακέτο MPEG-2 TS περιέχεται µία κεφαλίδα η οποία αποτελείται από ένα γκρουπ 4 bytes στην αρχή του πακέτου και περιέχει τα δεδοµένα που απαιτούνται (PID) από τον αποκωδικοποιητή για την αναγνώριση των προγραµµάτων µέσα σε µία κοινή ροή µεταφοράς. Με την εισαγωγή κενών πακέτων µέσα στη ροή µεταφοράς είναι δυνατόν να εξασφαλιστεί ότι ο ρυθµός της είναι σταθερός ακόµα και αν δηµιουργείται από ροές προγράµµατος µεταβλητού ρυθµού. 4.5 ιεπαφές MPEG-2 Οι δύο διεπαφές που χρησιµοποιούνται περισσότερο για τη διασύνδεση εξοπλισµών MPEG-2 στα συστήµατα µετάδοσης είναι η διεπαφή MPEG-2 TS SPI (Synchronous Parallel Interface) και η διεπαφή MPEG-2 TS ASI (Asynchronous Serial Interface). Αυτές είναι δύο τυπικές διεπαφές και συνίστανται για όλες τοις εφαρµογές µετάδοσης. Η διεπαφή SPI κυρίως χρησιµοποιείται για τη διασύνδεση σηµάτων MPEG-2 σε εξοπλισµούς διαµόρφωσης συµπεριλαµβανοµένων και των τηλεοπτικών ποµπών και η πιο κοινή µορφή αυτής της διεπαφής είναι το διαφορικό σήµα χαµηλής τάσης (LVDS). Η διεπαφή ASI βασίζεται στο κοινό πρότυπο ANSI (X3T11) και χρησιµοποιείται ευρέως για τη διασύνδεση εξοπλισµού ψηφιακής µετάδοσης. Απαραίτητοι για αυτή τη διασύνδεση είναι οι σύνδεσµοι BNC ενώ η φυσική σύνδεση είναι περισσότερο ανεκτική και δίνει τη δυνατότητα για τη χρήση σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Η διεπαφή ASI έχει επίσης το πλεονέκτηµα ότι το τελικό σήµα περιέχεται µέσα στον κοινό συνδετήρα ή στο καλώδιο σε αντίθεση µε το καλώδιο που χρησιµοποιείται για την διεπαφή SPI. Η µετάδοση είναι σειριακή bit και κάθε 8-bit λέξη MPEG-2 TS µετατρέπεται πρώτα σε µία 10-bit λέξη. Η διαδικασία παρουσιάζεται στο σχήµα Έκδοση Τελική Σελίδα 22 από 53

23 10. Τα συµπληρωµατικά bytes συγχρονισµού (K28.5) προστίθενται σε αυτή τη νέα ροή µεταφοράς και η ροή που προκύπτει έχει ένα γενικό ρυθµό µετάδοσης των 270Mbps ανεξαρτήτως του ρυθµού του MPEG-2 TS payload. Στον δέκτη ASI αυτά τα K28.5 bytes δεν λαµβάνονται υπόψη. Οι διεπαφές ASI θα χρησιµοποιηθούν ευρέως για τη διασύνδεση των λειτουργικών µονάδων της προτεινόµενης πλατφόρµας επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Σχήµα 10. ιεπαφή MPEG-2 ASI 4.6 Παράµετροι ροής µεταφοράς MPEG-2 Παρακάτω περιγράφονται µερικές από τις πιο κοινές παραµέτρους που χρησιµοποιούνται στις ροές µεταφοράς MPEG-2. AF Adaptation Field: Το πεδίο προσαρµογής αποτελείται από δεδοµένα προγράµµατος που µεταδίδονται µετά την κεφαλίδα της ροής µεταφοράς. BAT: Ο πίνακας συσχέτισης µπουκέτου περιγράφει τα προγράµµατα που µεταδίδονται από τον πάροχο. CA Conditional Access: ίνει πληροφορίες αν ένα πρόγραµµα είναι κρυπτογραφηµένο. CAT: Ο πίνακας CAT δίνει αναφέρει το κρυπτογραφηµένο πρόγραµµα. NIT: Ο πίνακας πληροφοριών δικτύου δίνει πληροφορίες σχετικά µε το δίκτυο µετάδοσης που εκπέµπει την υπηρεσία ψηφιακού προγράµµατος. PAT: Ο πίνακας συσχέτισης προγράµµατος αποτελεί µία λίστα όλων των προγραµµάτων που περιέχονται στην πολυπλεγµένη ροή µεταφοράς µε αναφορά. Έκδοση Τελική Σελίδα 23 από 53

24 PID: Η αναγνώριση πακέτου χρησιµοποιείται για την αναγνώριση των προγραµµάτων µέσα στην κοινή ροή µεταφοράς. PMT: Ο πίνακας χάρτη προγράµµατος δίνει πληροφορίες σχετικά µε τα χαρακτηριστικά του προγράµµατος. PSI: Οι πληροφορίες PSI αποτελούν δεδοµένα που µεταδίδονται µέσα στην ροή µεταφοράς για τον αποπολυπλέκτη του δέκτη. SI: Οι πληροφορίες υπηρεσίας αποτελούν πληροφορίες που απαιτούνται από τον δέκτη για την αποκωδικοποίηση των πολυπλεγµένων προγραµµάτων. SDT: Ο πίνακας περιγραφής υπηρεσίας δίνει την περιγραφή των προγραµµάτων ή των υπηρεσιών που περιέχονται στην πολυπλεγµένη ροή µεταφοράς. Το πρότυπο των συστηµάτων MPEG-2 δίνει τις προδιαγραφές για συγκεκριµένα δεδοµένα PSI που επιτρέπουν την αυτόµατη ρύθµιση ενός αποκωδικοποιητή ή ενός δέκτη Set-Top- Box. Αυτή η πληροφορία είναι απαραίτητη για το διαχωρισµό των πολυπλεγµένων υπηρεσιών και την αποκωδικοποίηση της πληροφορίας του ήχου και του βίντεο που µεταφέρεται µέσα στη ροή µεταφοράς MPEG-2. Τα δεδοµένα MPEG-2 PSI είναι δοµηµένα σε τέσσερις διακριτούς πίνακες. Αυτοί είναι ο PAT, PMT, NIT και ο CAT πίνακας. Μέσα στις προδιαγραφές της οικογένειας προτύπων DVB υπάρχει άλλο ένα επίπεδο πληροφορίας υπηρεσίας (SI) το οποίο προστίθεται στο MPEG PSI παρέχοντας δεδοµένα για τον εύκολο αυτόµατο συντονισµό στον δέκτη. Τα δεδοµένα SI επίσης παρέχουν πληροφορία η οποία βοηθάει στην επιλογή των υπηρεσιών και των προγραµµάτων. Τα δεδοµένα που περιέχονται µέσα στο SI µπορούν να αποτελέσουν τη βάση για έναν ηλεκτρονικό οδηγό προγράµµατος (EPG). Το πρότυπο δίνει προδιαγραφές για επτά συµπληρωµατικά πίνακες SI τρεις εκ των οποίων είναι υποχρεωτικοί και τέσσερις προαιρετικοί. Αυτοί οι πίνακες µπορεί να είναι αρκετά µεγάλοι και να πάρουν πολλές ξεχωριστές ροές µεταφοράς πακέτων για να συµπληρωθούν. 4.7 Πολυπλεξία ψηφιακών τηλεοπτικών προγραµµάτων Μία ροή µεταφοράς MPEG-2 µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη µεταφορά όχι µόνο των στοιχείων ενός απλού τηλεοπτικού προγράµµατος (πληροφορίες βίντεο, ήχου και δεδοµένων) αλλά επίσης και πολλαπλών προγραµµάτων ή υπηρεσιών. Αυτό επιτρέπει µία κοινή ροή µεταφοράς να µεταφέρει πολλές διαφορετικές τηλεοπτικές υπηρεσίες στους τελικούς χρήστες. Αυτή η τεχνική πολυπλεξίας παρουσιάζεται στο σχήµα 11 και θα αξιοποιηθεί στο έργο ΠΑΣΙΦΑΗ για την ταυτόχρονη παροχή πολλαπλών υπηρεσιών ενηµέρωσης στους τελικούς χρήστες στην πόλη του Ηρακλείου. Έκδοση Τελική Σελίδα 24 από 53

25 Σχήµα 11. Πολυπλεξία πολλαπλών υπηρεσιών Η πολυπλεξία πακέτων πρέπει να πραγµατοποιείται µε βάση συγκεκριµένους κανόνες έτσι ώστε να επιβεβαιώνεται ότι µία ροή µεταφοράς επιτρέπει στον ήχο και στο βίντεο να είναι απόλυτα συγχρονισµένα. ιαφορετικά θα µπορούσε να σταλούν πρώτα τα πακέτα βίντεο ενός ολόκληρου τηλεοπτικού προγράµµατος πριν τα πακέτα του ήχου. Για την αποφυγή της παραπάνω περίπτωσης τα πακέτα βίντεο, ήχου και δεδοµένων πολυπλέκονται στην τελική ροή µεταφοράς σε σχέση µε το στιγµιαίο ρυθµό µετάδοσης του κάθε ένα. Αυτή η µέθοδος θα διατηρήσει το συγχρονισµό µεταξύ όλων των πηγών οι οποίες πολυπλέκονται. Αυτό επιτυγχάνεται προγραµµατίζοντας τη µεταφορά των πακέτων χρησιµοποιώντας πολυπλέκτες ροής οι οποίοι επιβλέπουν τα επίπεδα του καταχωρητή (buffer) ενός υποτιθέµενου αποκωδικοποιητή που ονοµάζεται αποκωδικοποιητής συστήµατος ροής µεταφοράς (TS- STD). 4.8 Πρότυπα ψηφιακής τηλεόρασης Η οικογένεια προτύπων DVB (Digital Video Broadcasting) αναπτύχθηκε για να προσφέρει υπηρεσίες ψηφιακής τηλεόρασης εκµεταλλευόµενη ένα ευρύ φάσµα µέσων διανοµής, δορυφορικών, καλωδιακών και επίγειων. Όλα τα DVB standards έχουν υιοθετήσει τα πρότυπα MPEG-2 για συµπίεση ήχου και κινούµενης εικόνας καθώς και για πολυπλεξία. Χάρη στη χρήση των πακέτων µεταφοράς MPEG-2 ως γενικευµένων "µεταφορέων δεδοµένων" (data containers), ένα MPEG-2 Transport Stream -και συνεπώς ένα σύστηµα DVB- µπορεί να µεταφέρει σχεδόν ο,τιδήποτε µπορεί να ψηφιοποιηθεί, από τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (HDTV), πολλαπλά κανάλια PAL/SECAM/NTSC, µέχρι και υψηλής ταχύτητας υπηρεσίες πολυµέσων και δεδοµένων. Έκδοση Τελική Σελίδα 25 από 53

26 Το δορυφορικό σύστηµα DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) είναι το παλαιότερο και πιο διαδεδοµένο από την οικογένεια προτύπων DVB και έχει αδιαµφισβήτητα τύχει παγκόσµιας αποδοχής. Το DVB-S σχεδιάστηκε για να εκµεταλλεύεται πλήρως το εύρος ζώνης των δορυφορικών τηλεοπτικών αναµεταδοτών. Χρησιµοποιεί ρυθµό µεταφοράς των 54Mbps µε διαµόρφωση QPSK σε συνδυασµό µε ένα σχήµα διπλής κωδικοποίησης και διεµπλοκής (coding/interleaving). Είναι το µόνο πρότυπο από την οικογένεια DVB που έχει τύχει εµπορικής εφαρµογής και στη χώρα µας. Το καλωδιακό σύστηµα DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) έχει τεχνικά αρκετές οµοιότητες µε το DVB-S. Η διαφορά του έγκειται στο ότι χρησιµοποιεί την αποδοτικότερη - αλλά και πιο ευαίσθητη σε παρεµβολές- διαµόρφωση 64QAM αντί για την QPSK. Έτσι, ένα καλωδιακό κανάλι των 8MHz µπορεί να µεταφέρει 38.5Mbps. Εναλλακτικά µπορεί να χρησιµοποιηθεί QAM λιγότερων ή περισσότερων επιπέδων. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει µια αντιστάθµιση µεταξύ ταχύτητας και αξιοπιστίας. Το επίγειο σύστηµα DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) αποτελεί το τελευταίο χρονικά µέλος της οικογένειας DVB και είναι αυτό το οποίο θα αξιοποιηθεί για τη δηµιουργία της προτεινόµενης πλατφόρµας παροχής των υπηρεσιών ενηµέρωσης στο έργο ΠΑΣΙΦΑΗ. Επιτυγχάνει ψηφιακή µετάδοση υψηλών ταχυτήτων πάνω από το "δύσκολο" επίγειο κανάλι, χρησιµοποιώντας διαµόρφωση πολλαπλών φερόντων στο σχήµα της πολυπλεξίας µε ορθογωνική διαίρεση συχνότητας (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Το σχήµα OFDM του DVB-T χρησιµοποιεί ένα µεγάλο αριθµό φερόντων (6817 ή 1704 για µετάδοση 8Κ και 2Κ αντίστοιχα), κάθε ένα από τα οποία διαµορφώνεται κατά QPSK, 16QAM ή 64QAM. Έτσι, η πληροφορία κατανέµεται οµοιόµορφα στο φάσµα και, σε συνδυασµό µε κωδικοποίηση και διεµπλοκή δύο στρωµάτων, το σήµα αποκτά µεγάλη ευρωστία ακόµη και σε περιβάλλοντα µε ισχυρές διαλείψεις και φαινόµενα πολυδιαδροµικής µετάδοσης (multipath). 4.9 Γενικές αρχές επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Το πρότυπο DVB-T (ETS : Digital Video Broadcasting (DVB): Framing structure, channel coding and modulation for Digital Terrestrial Television (DVB-T)), όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ορίζει τις προδιαγραφές για την επίγεια µετάδοση ψηφιακού τηλεοπτικού σήµατος και θα αξιοποιηθεί για την υλοποίηση της πλατφόρµας του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Αναπτύχθηκε, όπως και τα υπόλοιπα προαναφερθέντα standards, από το DVB Forum ( και εγκρίθηκε από τον ETSI ως πανευρωπαϊκό πρότυπο το Το πρώτο επίγειο ψηφιακό πρόγραµµα ξεκίνησε στην Αγγλία έναν χρόνο αργότερα. Σήµερα, συστήµατα DVB-T είναι σε χρήση στην Ευρωπαϊκή Ένωση, τη Ρωσία, την Ανατολική Ευρώπη, την Ινδία, την Σιγκαπούρη και την Αυστραλία. Το σύστηµα ATSC που αναπτύχθηκε στις Ηνωµένες Πολιτείες υπολείπεται ως προς κάποια χαρακτηριστικά (κινητικότητα χρήστη, αντοχή σε multipath, δηµιουργία SFN), ενώ το ISDB-T της Ιαπωνίας βασίστηκε ουσιαστικά στη φιλοσοφία του DVB-T. Καθώς το DVB-T από µόνο του ορίζει ένα σύστηµα εκποµπής ευρείας κάλυψης (broadcasting) παραλείποντας τον ορισµό της τεχνολογίας επιστροφής (reverse path) και Έκδοση Τελική Σελίδα 26 από 53

27 δεδοµένου ότι η µορφή του σήµατος βασικής ζώνης και ο αλγόριθµος συµπίεσης της εικόνας περιγράφεται στην προδιαγραφή MPEG-2, το πρότυπο DVB-T περιορίζεται αποκλειστικά στην περιγραφή των λειτουργιών του διαµορφωτή. Αυτός δέχεται από τον πολυπλέκτη τη ροή µεταφοράς MPEG-2 που περιέχει πολυπλεγµένες τις υπηρεσίες εικόνας, ήχου και δεδοµένων υπό µορφή σήµατος βασικής ζώνης και παράγει το προς µετάδοση RF σήµα. Το τελευταίο έχει εύρος ζώνης 8MHz και είναι κεντραρισµένο σε ένα από τα κανάλια της µπάντας των UHF - δηλαδή όπως ακριβώς ένα αναλογικό τηλεοπτικό κανάλι. Αντί για single-carrier διαµόρφωση, ο διαµορφωτής DVB-T χρησιµοποιεί σχήµα OFDM για να αντιµετωπίσει στη µετάδοση διαλείψεις επιλεκτικές ως προς τη συχνότητα. Αυτό το χαρακτηριστικό του OFDM διευκολύνει πολύ τη λήψη δεδοµένων ευρείας ζώνης και από κινητούς χρήστες. Για αυτό εξάλλου και ως τεχνολογία γενικά είναι η κύρια υποψήφια για τις τεχνολογίες προσωπικών επικοινωνιών 4ης γενιάς, καθώς θεωρείται ως το µέλλον των ασύρµατων επικοινωνιών υψηλής ταχύτητας. Στο χώρο µάλιστα των τεχνολογιών εκποµπής (broadcasting), το OFDM παρέχει τη δυνατότητα κατασκευής δικτύων µε διεσπαρµένους ποµπούς που εκπέµπουν συγχρονισµένα τα ίδια δεδοµένα στην ίδια συχνότητα χωρίς η συµβολή των σηµάτων τους να επηρεάζει σηµαντικά τον δέκτη. Τέτοια δίκτυα ονοµάζονται Single Frequency Networks (SFN) και µπορούν να αυξήσουν την συνολική χωρητικότητα του δικτύου σε ολόκληρη την γεωγραφική επικράτεια µέχρι και 45 φορές καθώς εξαλείφεται η ανάγκη να υπάρχουν ελεύθερα κανάλια σε ορισµένες περιοχές για να αποφεύγονται παρεµβολές µε γειτονικούς ποµπούς. Το πρότυπο DVB-T συνδυάζει το OFDM µε σύνθετες τεχνικές ισοστάθµισης και κωδικοποίησης, εισάγοντας την τεχνολογία του κωδικοποιηµένου OFDM (Coded OFDM- COFDM). Συνδυάζοντας κωδικοποίηση και διεµπλοκή δύο επιπέδων, η διαδικασία διαµόρφωσης καθιστά το σήµα ιδιαίτερα ανθεκτικό σε πολυδιαδροµική διάδοση και παρεµβολές. Η λειτουργία του διαµορφωτή είναι σχετικά σύνθετη. Το µπλοκ διάγραµµα που φαίνεται στο σχήµα 12. δείχνει τις βασικές λειτουργίες της µετατροπής του σήµατος βασικής ζώνης στο προς µετάδοση σήµα. Οι λειτουργίες αυτές, µε τη σειρά που εφαρµόζονται στη ροή µεταφοράς, είναι οι εξής: Προσαρµογή MPEG-2 πακέτων και τυχαιοποίηση (randomization) Εξωτερική κωδικοποίηση (προστασία έναντι λαθών µε κώδικα Reed-Solomon) Εξωτερική συνελικτική διεµπλοκή (convolutional interleaving) Εσωτερική κωδικοποίηση µε διάτρητο συνελικτικό κώδικα (punctured convolutional code) Εσωτερική διεµπλοκή (inner interleaving) στο χρόνο και στη συχνότητα Αντιστοίχηση και διαµόρφωση των φερόντων Πολυπλεξία κατά OFDM µε αντίστροφο ταχύ µετασχηµατισµό Fourier (IFFT) και διαµόρφωση του φέροντος IF Άνω µετατροπή (up-conversion) στην τελική RF συχνότητα. Η τελευταία λειτουργία δεν υποστηρίζεται εγγενώς από αρκετούς διαµορφωτές, οπότε απαιτείται µία πρόσθετη µονάδα για άνω µετατροπή. Έκδοση Τελική Σελίδα 27 από 53

28 Σχήµα 12. ιάγραµµα διαµορφωτή DVB-T Οι µονάδες που σηµειώνονται µε διακεκοµµένες γραµµές στο παραπάνω σχήµα αφορούν την επιλογή της ιεραρχικής διαµόρφωσης (hierarchical modulation) που υποστηρίζεται πλήρως από το πρότυπο DVB-T. Στην περίπτωση της ιεραρχικής διαµόρφωσης, το σήµα βασικής ζώνης προϋπάρχει διαιρεµένο σε δύο ροές µεταφοράς: µία υψηλής προτεραιότητας (high priority TS) και µία χαµηλής (low priority TS). Τα δύο σήµατα διαµορφώνονται ταυτόχρονα σε ένα ιεραρχικό QAM σχήµα. Ως αποτέλεσµα, ένας δέκτης µε κακές συνθήκες λήψης λαµβάνει µόνο τα δεδοµένα υψηλής προτεραιότητας, ενώ ένας µε καλύτερες λαµβάνει το σύνολο. Η λειτουργία ιεραρχικής διαµόρφωσης παρέχει σηµαντική ευελιξία στο σύστηµα, ιδίως όταν συνοδευτεί από κλιµακωτή κωδικοποίηση της κινούµενης εικόνας κατά MPEG-2 (scalable MPEG-2 encoding). Το σήµα βασικής ζώνης που εισέρχεται στον διαµορφωτή είναι σταθερού ρυθµού (constant bit rate - CBR) και οργανωµένο σε πακέτα σταθερού µήκους των 188 bytes. Κάθε πακέτο ξεκινά µε το byte συγχρονισµού, που είναι πάντα ίσο µε 0x47. Προκειµένου να περιοριστεί το ενδεχόµενο να υπάρχουν µεγάλα διαστήµατα χωρίς δυαδική µεταβολή (µακριές ακολουθίες "0" ή "1" - κάτι που συµβαίνει π.χ. σε πακέτα κενά περιεχοµένου που χρησιµοποιούνται µόνο για stuffing), ακολουθείται µία διαδικασία τυχαιοποίησης. Η διαδικασία αυτή φαίνεται στο σχήµα 13. Έκδοση Τελική Σελίδα 28 από 53

29 Σχήµα 13. Τυχαιοποίηση δεδοµένων 4.10 Μετάδοση δεδοµένων IP Ενθυλάκωση Με την εξασφάλιση της αξιόπιστης µετάδοσης της ροής µεταφοράς MPEG-2 πάνω από το κανάλι DVB-Τ, πρέπει επίσης να εξεταστεί ο τρόπος µε τον οποίο τα πακέτα IP ενθυλακώνονται (encapsulate) πάνω στα πακέτα µεταφοράς. Τα τελευταία έχουν σταθερό µήκος 188 bytes, εκ των οποίων τα 4 είναι η επικεφαλίδα (header). Προκειµένου λοιπόν τα IP πακέτα αφενός να ενσωµατωθούν στη ροή µεταφοράς και αφετέρου να διακρίνονται σαφώς από τα πακέτα που µεταφέρουν τα προγράµµατα ψηφιακής τηλεόρασης, πρέπει να υιοθετηθεί µια διαδικασία που να εκτελεί λειτουργίες αντιστοίχησης (mapping), προσαρµογής (adaptation) και κατακερµατισµού (segmentation). Οι λειτουργίες αυτές ορίζονται από το πρότυπο ETSI EN Το πρότυπο αυτό ορίζει τέσσερις διαφορετικές τεχνικές ενθυλάκωσης: ιοχέτευση δεδοµένων (data piping). Στη µέθοδο αυτή, τα δεδοµένα των IP πακέτων ενσωµατώνονται απευθείας ως φορτίο (payload) στα πακέτα µεταφοράς MPEG-2. Ροή δεδοµένων (data streaming). Η µέθοδος αυτή είναι πιο κατάλληλη για υπηρεσίες streaming over DVB. Το data stream διαµορφώνεται σε µία συµβατή Βασική Ροή MPEG-2 (Elementary Stream), η οποία µε τη σειρά της οργανώνεται σε πακέτα, κατά τη δοµή του PES (Packetized Elementary Stream). Τέλος, τα πακέτα PES κατακερµατίζονται και διανέµονται στο φορτίο των MPEG-2 transport packets. Ενθυλάκωση πολλαπλών πρωτοκόλλων (Multiprotocol Encapsulation - MPE). Η µέθοδος αυτή αναπτύχθηκε για να µεταφέρονται πακέτα διάφορων πρωτοκόλλων (π.χ. TCP/IP) πάνω από το κανάλι DVB. Τα πακέτα πληροφορίας ενσωµατώνονται σε data sections, όπως αυτά ορίζονται στο πρότυπο MPEG-2 DSM-CC. Με τη σειρά τους, τα data sections είναι πλήρως συµβατά µε τη δοµή private_section που ορίζεται στο MPEG-2 Systems και ενσωµατώνονται απευθείας στη ροή µεταφοράς όπως ορίζει η παραπάνω προδιαγραφή. Από την πλευρά του χρήστη, τα πακέτα που προορίζονται για αυτόν διαχωρίζονται από τα υπόλοιπα δεδοµένα µε κριτήριο το αναγνωριστικό πακέτου (PID), στη συνέχεια το πεδίο MAC (που αποθηκεύεται στα αντίστοιχα πεδία του section header, όπως δείχνει το σχήµα 14) και τέλος τη διεύθυνση IP προορισµού, αν πρόκειται για πακέτα IP. Η Έκδοση Τελική Σελίδα 29 από 53

30 τεχνική του Multiprotocol encapsulation είναι αυτή που θα χρησιµοποιηθεί στο έργο ΠΑΣΙΦΑΗ. Σχήµα 14. Ενσωµάτωση της MAC address στο section header Περιοδική εκποµπή δεδοµένων (data carousel). Η τεχνική αυτή είναι κατάλληλη για µετάδοση δεδοµένων χωρίς διαδραστικότητα (interaction). Τα προς αποστολή δεδοµένα - που αφορούν κυρίως µεγάλες οµάδες χρηστών παρά µεµονωµένους χρήστες- οργανώνονται σε οµάδες (groups) και εκπέµπονται κυκλικά ανά τακτά χρονικά διαστήµατα, ώστε να είναι προσπελάσιµα από τον καθένα. Όπως ήδη έχει αναφερθεί η χρήση ροών µεταφοράς MPEG-2 δίνει τη δυνατότητα µετάδοσης όχι µόνο δεδοµένων βίντεο και ήχου αλλά επίσης και επιπλέον ψηφιακά κωδικοποιηµένης πληροφορίας σε δίκτυα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Για να παρουσιαστεί αυτή η διαδικασία το σχήµα του Κοντέινερ εδοµένων (σχήµα 15) συχνά χρησιµοποιείται. Το Κοντέινερ εδοµένων µεταφέρεται µέσα στην κοινή ροή µεταφοράς ή µπορεί παρουσιασθεί σαν µία εναλλακτική αναπαράσταση της ροής. Σύµφωνα µε το ρυθµό µετάδοσης το µέγεθος του Κοντέινερ µεταβάλλεται και µπορεί να περιλαµβάνει πρόσθετες υπηρεσίες δεδοµένων µαζί µε τις πληροφορίες PSI, SI, και τις πληροφορίες βίντεο και ήχου. Σχήµα 15. Κοντέινερ δεδοµένων Έκδοση Τελική Σελίδα 30 από 53

31 Αυτές οι υπηρεσίες δεδοµένων µπορούν είτε να σχετίζονται µε κάποιο πρόγραµµα ή να είναι ανεξάρτητες σε σχέση µε όλες τις άλλες υπηρεσίες στην κοινή ροή µεταφοράς. Παραδείγµατα υπηρεσιών δεδοµένων που σχετίζονται µε προγράµµατα είναι το teletext ή άλλες εφαρµογές οι οποίες δίνουν επιπλέον πληροφορίες σχετικά µε το πρόγραµµα το οποίο λαµβάνεται. Επιπρόσθετα σε αυτές τις υπηρεσίες υπάρχουν αυτές οι υπηρεσίες οι οποίες αποτελούν ένα ανεξάρτητο µέρος της ροής µεταφοράς. Σε οποιοδήποτε είδος υπηρεσίας και αν τα ψηφιακά δεδοµένα αντιστοιχούν µπορούν να εισαχθούν µέσα στη ροή µεταφοράς ενώ ανάλογα µε τις ανάγκες της εφαρµογής επιπρόσθετες αλλαγές πρέπει να πραγµατοποιηθούν έτσι ώστε να διασφαλιστεί η σωστή µετάδοση και λήψη από το δέκτη. Παρακάτω παρουσιάζονται τέσσερις τρόποι ενθυλάκωσης δεδοµένων ιοχέτευση δεδοµένων (data piping) Η τεχνική ενθυλάκωσης διοχέτευση δεδοµένων είναι η πιο απλή µέθοδος για τη µετάδοση υπηρεσιών δεδοµένων. Το κανάλι στην ουσία παρουσιάζεται σαν ένας απλός αγωγός (σχήµα 16) όπου τα δεδοµένα εισάγονται στην είσοδο και εξάγονται στο άλλο άκρο. Αυτό σηµαίνει ότι τα δεδοµένα εισάγονται απευθείας στο payload της ροής µεταφοράς. Για να είναι σε θέση ο δέκτης να λάβει τα πακέτα της ροής µεταφοράς µε τα ενθυλακωµένα δεδοµένα είναι απαραίτητο να πραγµατοποιηθούν επιπρόσθετες διευθετήσεις µεταξύ του αποστολέα και του παραλήπτη πριν τη µετάδοση. Ο δέκτης πρέπει να ενηµερωθεί σχετικά µε το πως τα δεδοµένα κατανέµονται στο payload µεγέθους 184bytes και πως είναι δυνατόν τα πακέτα αυτά να δηµιουργηθούν ξανά. Σχήµα 16. Αγωγός διοχέτευσης δεδοµένων Η συγκεκριµένη τεχνική ενθυλάκωσης δηµιουργήθηκε λόγω του πολύ απλού µηχανισµού που είναι κατάλληλος για κάθε υπηρεσία δεδοµένων. Η διοχέτευση δεδοµένων έχει το πλεονέκτηµα ότι είναι δυνατόν να περιλαµβάνει µόνο τις επιπρόσθετες πληροφορίες που είναι απολύτως απαραίτητες για τον δέκτη έτσι ώστε να αποκωδικοποιήσει τα δεδοµένα που µεταδίδονται. Στην ουσία όµως η συγκεκριµένη τεχνική δεν χρησιµοποιείται ευρέως και αξιοποιείται µόνο σε συγκεκριµένα περιβάλλοντα εκποµπής. Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται πιο αναλυτικά η συγκεκριµένη τεχνική όπου τα πλαίσια IP τοποθετούνται απευθείας στο payload των πακέτων της ροής µεταφοράς. Το payload των Έκδοση Τελική Σελίδα 31 από 53

32 πακέτων αυτών µπορεί να περιέχει µόνο ένα πλαίσιο IP ενώ η αρχή κάθε πλαισίου σηµατοδοτείται σε ένα πεδίο payload_unit_start_indicator µε τη τιµή 1. Το τέλος του πλαισίου σηµατοδοτείται σε ένα πεδίο transport_priority µε την τιµή 1. Σχήµα 17. Τεχνική διοχέτευσης δεδοµένων Ροή δεδοµένων (data streaming) Η τεχνική ενθυλάκωσης ροή δεδοµένων µπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις τύπους (asynchronous, synchronous και synchronized). Ο πρώτος τύπος (asynchronous data streaming) είναι παρόµοιος µε τη διοχέτευση δεδοµένων αλλά εδώ τα δεδοµένα είναι ήδη σε µορφή τµηµάτων µεγέθους 64 Kbytes. Αυτά τα τµήµατα εισάγονται στη συνέχεια σε πακέτα PES τα οποία στην πορεία διαιρούνται σε µονάδες των 184bytes έτσι ώστε να προσαρµοστούν στο payload των πακέτων MPEG2-TS. Μία πιθανή χρήση της µεθόδου αυτής θα µπορούσε να είναι η µετάδοση δεδοµένων τα οποία είναι ήδη σε µορφή µεγάλων αρχείων. Σχήµα 18. Σύγχρονη και συγχρονισµένη ροή δεδοµένων Έκδοση Τελική Σελίδα 32 από 53

33 Στην περίπτωση όπου υψηλός σταθερός ρυθµός δεδοµένων απαιτείται τότε χρησιµοποιείται ο δεύτερος τρόπος (synchronous data streaming). Ένας σταθερός ρυθµός δεδοµένων επιτυγχάνεται µεταδίδοντας πληροφορίες αναφοράς ρολογιού του κωδικοποιητή οι οποίες έπειτα χρησιµοποιούνται για το συγχρονισµό του ρολογιού του δέκτη. Επιπρόσθετα χρονικές ετικέτες µεταδίδονται µέσα στη ροή µεταφοράς από τις οποίες ο ρυθµός δεδοµένων σχετίζεται άµεσα µε το ρολόι του συστήµατος. Αυτές οι χρονικές ετικέτες περιέχουν 9 πρόσθετα bits έτσι ώστε να επιτευχθεί µία υψηλότερη ακρίβεια του συγχρονισµού. Επίσης η παρουσίαση του ρυθµού µετάδοσης επεκτείνεται µε ένα επιπρόσθετο πεδίο το οποίο ενισχύει την ανάλυση του προσδιορισµού του ρυθµού των δεδοµένων από 400bits/s σε 1bit/s. Αν κάποιες εφαρµογές απαιτούν συγχρονισµό στα δεδοµένα τους ακόµα και µετά από την απώλεια δεδοµένων ή όταν διάφοροι αποκωδικοποιητές πρέπει να συγχρονιστούν τότε η συγκεκριµένη µέθοδος αποτελεί την κατάλληλη επιλογή. Σε µερικές εφαρµογές είναι απαραίτητο να συσχετιστούν δύο βασικές ροές (PES) µεταξύ τους. Το κλασσικό παράδειγµα για αυτό είναι η σχέση µεταξύ δεδοµένων βίντεο και ήχου όπου η παρουσίαση και των δύο πρέπει να διασφαλίσει απόλυτο συγχρονισµό. Αλλά επίσης και άλλα δεδοµένα εκτός από τα δεδοµένα ήχου θα µπορούσαν να χρειαστούν ακριβή συγχρονισµό µε τη ροή του βίντεο. Πιθανές εφαρµογές είναι για παράδειγµα οι υπότιτλοι και άλλες πληροφορίες τέτοιου είδους. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιµοποιείται η τεχνική synchronized data streaming. Γενικά η τεχνική ενθυλάκωσης ροή δεδοµένων χρησιµοποιεί µεθόδους στις οποίες ένα πλαίσιο IP µεταφέρεται µέσα σε ένα πλαίσιο PES. Η οργάνωση των πλαισίων PES µέσα στα πακέτα της ροής µεταφοράς πραγµατοποιείται έπειτα ενώ στο σχήµα 19 παρουσιάζεται ένα παράδειγµα εισαγωγής των πλαισίων IP σύµφωνα µε τη συγκεκριµένη τεχνική. Σχήµα 19. Τεχνική ροής δεδοµένων Περιοδική εκποµπή δεδοµένων (data carousel) Οι µηχανισµοί περιοδικής εκποµπής δεδοµένων είναι γνωστοί στους τελικούς χρήστες από τις υπηρεσίες teletext που προσφέρονται στα αναλογικά τηλεοπτικά προγράµµατα. Στη συγκεκριµένη περίπτωση ο πάροχος της υπηρεσίας µπορεί να επιλέξει τον αριθµό των Έκδοση Τελική Σελίδα 33 από 53