ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Δορυφορική ψηφιακή τηλεόραση

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Δορυφορική ψηφιακή τηλεόραση"

Ευαδνη Βάμβας
10 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ 4 Δορυφορική ψηφιακή τηλεόραση

2 Δορυφορική τηλεόραση: Η εκπομπή και λήψη του τηλεοπτικού σήματος από επίγειους σταθμούς μεταξύ των οποίων ένας δορυφόρος δρα ως αναμεταδότης (λαμβάνει το σήμα από τη γη και το επανεκπέμπει στη γη) Αρχικά αναλογική δορυφορική τηλεόραση Σήμερα Ψηφιακή δορυφορική τηλεόραση για την μετάδοση μέσω δορυφόρου του MPEG 2 Transport Stream. Πρότυπα DVB S, DVB S2. Οι μπάντες/περιοχές συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι (κυρίως) η Ku band (12 18 GHz) και (δευτερευόντως) η C band (4 8 GHz) 2

3 3

4 Για τη δορυφορική ψηφιακή τηλεόραση συνήθως χρησιμοποιούνται γεωστατικοί δορυφόροι (δηλ. περιστρέφονται σύγχρονα με τη Γη). Βρίσκονται πάνω από τον Ισημερινό σε ύψος km, σε συγκεκριμένο γεωγραφικό πλάτος και έχουν συγκεκριμένη περιοχή κάλυψης. 4 Περιοχή κάλυψης δέσμης F1 του δορυφόρου HellasSat II (39 ο Ε)

5 Βασικότερο πλεονέκτημα: η μεγάλη περιοχή κάλυψης του δορυφόρου (μπορεί να εκτείνεται σε πολλές ηπείρους). Έτσι, είναι δυνατή η λήψη προγραμμάτων και από άλλες χώρες, αλλά και η εκπομπή σε τηλεθεατές/συνδρομητές που βρίσκονται διασκορπισμένοι. Βασικότερο μειονέκτημα: η πολύ μεγάλη απόσταση που διανύει το σήμα (> km) η οποία το εξασθενεί πολύ. Γι αυτό απαιτείται ειδική εγκατάσταση στο δέκτη. Χρησιμοποιούνται σταθερές κεραίες με μεγάλη κατευθυντικότητα (κάτοπτρα), ακριβής σκόπευση και φυσικά συνθήκες line of sight (δηλ. να υπάρχει οπτική επαφή μεταξύ δορυφόρου και δέκτη χωρίς να παρεμβάλλονται εμπόδια). 5

6 Απώλειες του σήματος λόγω μεγάλης απόστασης Διαλείψεις και περαιτέρω εξασθένηση του σήματος λόγω καιρικών φαινομένων (κυρίως βροχής) Ατέλειες στον δορυφορικό αναμεταδότη (λόγω των απαιτήσεων για μικρό μέγεθος και κυρίως για χαμηλή κατανάλωση ενέργειας) Παρεμβολές από γειτονικούς δορυφόρους που εκπέμπουν στο ίδιο κανάλι Παρεμβολές από πηγές ηλεκτρομαγνητικού θορύβου (Ήλιος, ηλεκτρικές εκκενώσεις στην ατμόσφαιρα) >> Ο σκοπός ενός προτύπου δορυφορικής ψηφιακής τηλεόρασης είναι να «θωρακίσει» το MPEG 2 Transport Stream (όπως αυτό παράγεται από τον πολυπλέκτη) επαρκώς ώστε να ληφθεί σωστά παρ όλα τα παραπάνω προβλήματα. 6

7 Ο δείκτης της ποιότητας του σήματος που λαμβάνει ο δορυφορικός δέκτης είναι ο σηματοθορυβικός λόγος (Signal to Noise Rapo, SNR), που εκφράζεται σε λογαριθμική κλίμακα σε μονάδες decibel (db). Όσο μεγαλύτερο είναι το SNR, τόσο ισχυρότερο είναι το σήμα που λαμβάνεται έναντι του θορύβου. Στη δορυφορική λήψη, το SNR κυμαίνεται τυπικά από 5 έως 15 db. Μετρούμενο SNR στο δέκτη (db) Πτώσεις στο SNR λόγω βροχόπτωσης 7 Χρόνος (ημέρες)

8 Περιγράφουν τη διαδικασία εκπομπής ενός MPEG 2 TS σε ένα δορυφορικό κανάλι. Πρότυπο DVB S («Digital Video Broadcasng (DVB); Framing structure, channel coding and modulaon for 11/12 GHz satellite services») Διαθέσιμο στο eclass. Πρότυπο DVB S2 («Digital Video Broadcasng (DVB); Second generaon framing structure, channel coding and modulaon systems for Broadcasng, Interacve Services, News Gathering and other broadband satellite applicaons») Το DVB S2 προσφέρει μεγαλύτερη χωρητικότητα, αυξημένη αντοχή σε θόρυβο και διαλείψεις, μεγαλύτερη ευελιξία μεταφέρει όχι μόνο MPEG 2 TS αλλά οποιοδήποτε ψηφιακό σήμα. Υποστηρίζει έτσι ένα πλήθος υπηρεσιών, όχι μόνο τηλεόραση. 8 Και τα δύο είναι Ευρωπαϊκά πρότυπα προτυποποιημένα από τον ETSI.

9 Για την προστασία και τη μετάδοση του σήματος χρησιμοποιούνται τρεις βασικοί μηχανισμοί: 1. Κωδικοποίηση καναλιού Channel coding (2 σταδίων) 2. Διεμπλοκή Interleaving (2 σταδίων) 3. Διαμόρφωση Modulaon MPEG 2 TS 1 η Κωδικοποίηση 1 η Διεμπλοκή 2 η Κωδικοποίηση 2 η Διεμπλοκή Διαμόρφωση Εκπομπή 9

10 Όλες αυτές οι λειτουργίες (κωδικοποίηση, διεμπλοκή, διαμόρφωση, πραγματοποιούνται από μια ξεχωριστή μονάδα που λέγεται διαμορφωτής ή πομπός (modulator / transmi er) Η είσοδος του διαμορφωτή είναι το MPEG 2 TS (η έξοδος του πολυπλέκτη) Η έξοδος του διαμορφωτή είναι το τελικό σήμα ραδιοσυχνοτήτων (RF) που οδηγείται στην κεραία για ενίσχυση και εκπομπή 10

11 Κατά τη μετάδοση του σήματος συμβαίνουν λάθη λόγω ασθενούς σήματος, ισχυρών διαλείψεων ή θορύβου (δηλ. χαμηλού SNR). Δηλαδή ένα bit 0 λαμβάνεται λανθασμένα ως bit 1 και αντίστροφα. Τα λάθη αυτά έχουν ως αποτέλεσμα την σοβαρή παραμόρφωση της εικόνας (βλ. μαθ. 2) Κωδικοποίηση καναλιού (channel coding) ονομάζεται η διαδικασία προσθήκης bytes πλεονασμού στο stream που μεταδίδενται. Αυτά τα επιπλέον bytes δίνουν στον δέκτη τη δυνατότητα να ανιχνεύει και να διορθώνει τα λάθη που συμβαίνουν κατά τη μετάδοση (μέχρι ένα συγκεκριμένο ποσοστό). Η ανίχνευση και η διόρθωση γίνεται με μαθηματικές μεθόδους. 11

12 Η κωδικοποίηση καναλιού 1 ου σταδίου στο DVB S γίνεται με τον αλγόριθμο Reed Solomon (RS), που χρησιμοποιείται σε πολλά ενσύρματα και ασύρματα συστήματα, αλλά και σε συστήματα αποθήκευσης (π.χ. στα CD) Στον πομπό/διαμορφωτή, σε κάθε πακέτο μεταφοράς (Transport Packet) προστίθενται 16 bytes πλεονασμού (RS bytes) που υπολογίζονται με βάση τα 188 bytes του TP. Σχηματίζεται έτσι ένα RS κωδικοποιημένο πακέτο των 204 bytes το οποίο πλέον είναι προστατευμένο από λάθη. Αυτό είναι που τελικά μεταδίδεται. Αρχικό Transport Packet (188 bytes) RS bytes (16 bytes) RS encoded packet (204 bytes) error protected 12

13 Ο δέκτης λαμβάνει το κωδικοποιημένο πακέτο, στο οποίο πιθανόν να έχουν υπεισέλθει λάθη. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο αποκωδικοποίησης Reed Solomon, ο δέκτης μπορεί να διορθώσει μέχρι 8 λανθασμένα bytes στο κωδικοποιημένο πακέτο. Αυτά τα λάθη μπορεί να είναι είτε συγκεντρωμένα είτε διάσπαρτα. Αν τα λάθη είναι περισσότερα από 8, ο αλγόριθμος αποτυγχάνει και το πακέτο δεν μπορεί να ανακτηθεί. RS encoded packet (204 bytes) με διάσπαρτα λάθη RS encoded packet (204 bytes) με συγκεντρωμένα λάθη Reed Solomon Decoding 13 Αρχικό Transport Packet (188 bytes)

14 Μετά την κωδικοποίηση RS, στον πομπό ακολουθεί και κωδικοποίηση δεύτερου σταδίου, με μια διαφορετική τεχνική που λέγεται συνελικτική κωδικοποίηση (convoluponal coding). Η αρχή είναι η ίδια, δηλ. σε κάθε k bytes εισόδου προστίθενται bytes πλεονασμού για διόρθωση λαθών, ώστε στην έξοδο του κωδικοποιητή να εξέρχονται n bytes, όπου n>k. Είσοδος k bytes Συνελικτικός κωδικοποιητής (convoluponal coder) Έξοδος n bytes (n>k) 14

15 Σε αντίθεση με την κωδικοποίηση Reed Solomon, όπου ο αριθμός των bytes που προστίθενται είναι συγκεκριμένος (16 B για κάθε πακέτο των 188 B), στη συνελικτική κωδικοποίηση μπορούμε να επιλέξουμε το ποσοστό των bytes πλεονασμού. Μπορούμε δηλαδή να επιλέξουμε τον ρυθμό κώδικα (code rate CR) που είναι ο λόγος των bytes εισόδου στον κωδικοποιητή προς τα bytes εξόδου. (Bytes εισόδου) k CR = = (Bytes εξόδου) n 15 Όσο μικρότερος είναι ο ρυθμός κώδικα, τόσο περισσότερα είναι τα bytes πλεονασμού που προστίθενται. Στην περίπτωση αυτή, αυξάνεται και ο αριθμός των λαθών που μπορεί να διορθωθούν. Συνεπώς, ο δέκτης μπορεί να λειτουργήσει σωστά υπό δυσκολότερες συνθήκες λήψης (χαμηλότερες τιμές SNR). Το τίμημα είναι ότι τα bytes πλεονασμού δεν μεταδίδουν πληροφορία και έτσι ελαττώνεται η ποσότητα της χρήσιμης πληροφορίας που μπορούμε να στείλουμε (δηλ. το ωφέλιμο bitrate)

16 Στο DVB S μπορούμε να επιλέξουμε code rate μεταξύ των τιμών: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 και 7/8. Ο CR 1/2 δίνει τον «δυνατότερο» κώδικα, που δίνει τη δυνατότητα στο δέκτη να μπορεί να λειτουργήσει σωστά σε πολύ χαμηλό SNR. Όμως η ωφέλιμη χωρητικότητα του καναλιού πέφτει στο μισό, αφού για κάθε byte πληροφορίας εκπέμπεται ένα byte πλεονασμού. Code Rate Ωφέλιμο bitrate (Mbits/s, για εύρος ζώνης 33 MHz) Ελάχιστο απαιτούμενο SNR στον δέκτη (db) 1/ ,1 2/ / / /

17 17 Πολλές φορές, το δορυφορικό κανάλι υφίσταται απότομη διάλειψη ή παρεμβολή που διαρκεί πολύ λίγο αλλά είναι πολύ ισχυρή (π.χ. από ηλεκτρική εκκένωση στην ατμόσφαιρα ή από σπινθήρα σε κάποια ηλεκτρική συσκευή κοντά στο δέκτη) Το αποτέλεσμα είναι ότι χάνεται μια σειρά από διαδοχικά bytes που είναι τόσα πολλά που ο αποκωδικοποιητής καναλιού δεν μπορεί να διορθώσει. Αυτό ονομάζεται λάθος ριπής (burst error) Η τεχνική της διεμπλοκής (interleaving) χρησιμοποιείται για να αντιμετωπίσει αυτό το φαινόμενο. Συνίσταται στην εκούσια αλλαγή της σειράς των bytes που μεταδίδονται με συγκεκριμένο τρόπο, γνωστό και στον πομπό και στον δέκτη. Έτσι, μια σειρά από διαδοχικά λανθασμένα bytes μετατρέπεται τελικά σε πολλά μεμονωμένα λάθη, που εύκολα διορθώνονται από τον αποκωδικοποιητή καναλιού.

18 Παράδειγμα με πληροφορία κειμένου: Θέλουμε να αποστείλουμε tτο μήνυμα «ΑυτοΕιναιΕναΠαραδειγμαΔιεμπλοκης» (32 bytes). Στο 5 ο byte, συμβαίνει ένα λάθος ριπής διάρκειας 8 bytes. ΑυτοΕιναιΕναΠαραδειγµαΔιεµπλοκης Αυτο ΠαραδειγµαΔιεµπλοκης < Αρχικό μήνυμα Μετάδοση χωρίς διεμπλοκή < Λάθος ριπής Αδύνατη η ανακατασκευή του μηνύματος στο δέκτη 18 ΑυτοΕιναιΕναΠαραδειγµαΔιεµπλοκης ΑΕιΠδµεουιΕαεαµκτννριΔπηοαααγιλς ΑΕιΠ εαµκτννριδπηοαααγιλς Α_τοΕ_ναι_ναΠ_ρα_ειγ_αΔι_µπλ_κης ΑυτοΕιναιΕναΠαραδειγµαΔιεµπλοκης < Αρχικό μήνυμα < Διεμπλοκή του μηνύματος στον πομπό < Λάθος ριπής < Αντίστροφη διεμπλοκή στο δέκτη < Διόρθωση μεμονωμένων λαθών και ανακατασκευή του μηνύματος

19 Είναι η διαδικασία αντιστοίχισης ενός ή περισσοτέρων bits («σύμβολο» symbol) σε μια συγκεκριμένη κυματομορφή μέσα από ένα γνωστό σύνολο κυματομορφών Οι κυματομορφές αυτές είναι που διαμορφώνουν το τελικό σήμα ραδιοσυχνοτήτων. Ο δέκτης προσπαθεί να αναγνωρίσει στο σήμα που λαμβάνει κάποια από τις κυματομορφές του συνόλου ώστε να προσδιορίσει τελικά το σύμβολo (τα bits) που εκπέμφθηκαν. 19

20 Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη διαμόρφωση στην Δ.Ψ.Τ είναι η QPSK (Quadrature Phase Shi Keying). Δηλαδή κάθε ένα από τα 4 δυνατά σύμβολα (00, 01, 10, 11) αντιστοιχεί σε μια διαφορετική μετατόπιση φάσης του φέροντος. S(t) = Acos(2πf C t + φ) Όπου για 00 > φ = 0 για 01 > φ=π/2 για 10 > φ=π για 11 > φ=3π/2 20

Σχετικά έγγραφα

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ. Επίγεια ψηφιακή τηλεόραση

ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ 5 Επίγεια ψηφιακή τηλεόραση Επίγεια τηλεόραση: Η ασύρματη εκπομπή και λήψη του τηλεοπτικού σήματος αποκλειστικά από επίγειους