Περιεχόμενα: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Ψηφιακή Τηλεόραση... 6 1.1 Κωδικοποιήσεις οικογένειας Mpeg... 9 1.1.1 MPEG - 1... 10 1.1.2 MPEG -2... 10 1.1.3 MPEG-4... 12 1.1.4 H.261... 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Πρότυπα DVB... 14 2.1 Εισαγωγή στα πρότυπα DVB... 14 2.1.1 Μετάδοση... 14 2.1.2 Αλληλεπίδραση... 14 2.2 Περιγραφές των προτύπων DVB... 14 2.2.1 DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite)... 14 2.2.2 DVB-S2... 15 2.2.2.1 Κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσματα του DVB-S2... 15 2.2.2.2 Χρήσεις του DVB-S2... 16 2.3 DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable)... 16 2.3.1 Τεχνική περιγραφή του αποστολέα... 17 2.3.2 Τεχνική περιγραφή του δέκτη... 18 2.3.3 DVB-C2... 18 2.4 DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial)... 19 2.4.1 Μετάδοση δεδομένων IP πάνω από το κανάλι DVB-T... 21 2.4.2 Προοπτικές χρήσης - Εφαρμογές... 22 2.4.3 Κατηγορίες εφαρμογών... 22 2.5 DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld)... 23 2.5.1 Προβλήματα... 23 2.5.2 Οφέλη... 23 2.5.3 Τεχνική εξήγηση:... 24 2.5.4 Συχνότητες λειτουργίας... 25 2.5.5 Είδη ασύρματων εφαρμογών... 25 2.5.5.1 DVB-IPDC... 25 2.5.5.2 DVB-SH... 25 2.5.5.3 DVB-H2:... 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: Πρωτόκολλο IP... 27 1
3.1 Λειτουργία IP... 27 3.1.1 Περιγραφή λειτουργίας... 28 3.1.1.1 Εξέταση διευθύνσεων... 28 3.1.1.2 Τεμαχισμός... 29 3.2 Επικεφαλίδα IP:... 30 3.3 IP v6... 32 3.3.1 Επικεφαλίδα IPv6... 32 3.4 Πρωτόκολλα μεταφοράς δεδομένων IP... 33 3.4.1 User Datagram Protocol (UDP)... 33 3.4.2 Μορφή διαγράμματος δεδομένων UDP... 34 3.5 Transmission Control Protocol (TCP):... 35 3.5.1 Επικεφαλίδα TCP... 36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: IP-TV... 37 4.1 Εισαγωγή... 37 4.2 Ιστορικό... 38 4.3 Απαιτήσεις IPTV... 39 4.4 Τα επιχειρησιακά οφέλη και οι εφαρμογές... 40 4.5 Πλεονεκτήματα της IPTV... 41 4.5.1 Διαδραστικότητα... 42 4.5.2 VoD... 42 4.6 Αρχιτεκτονική της IPTV... 43 4.6.1 Video Headend... 45 4.6.2 Κεντρικό IP δίκτυο... 46 4.6.3 Στρώμα πρόσβασης... 47 4.6.4 Εξοπλισμός πελατών... 48 4.7 Αρχιτεκτονική του Video Server... 48 4.8 Set-Top-Box... 49 4.9 Τεχνολογίες IPTV... 49 4.10 Πρωτόκολλα... 49 4.10.1 Stream Control Transmission Protocol (SCTP)... 50 4.10.2 Session Description Protocol (SDP):... 51 4.10.3 Real-Time Transport Protocol (RTP)... 53 4.10.3.1 Μορφή κεφαλίδας RTP... 54 4.10.3.2 Υπηρεσίες RTP πρωτοκόλλου... 54 4.10.3.3 Προσδιοριστές τύπου ωφέλιμου φορτίου... 55 4.10.3.4 Αριθμοί ακολουθίας... 56 2
4.10.3.5 Χρονοσφραγίδες... 56 4.10.4 Real-Time Control Protocol (RTCP)... 57 4.10.4.1 Μορφή πακέτων RTCP... 58 4.10.5 Internet Group Management Protocol (IGMP)... 60 4.10.5.1 Μηνύματα IGMP... 60 4.10.5.2 Μηνύματα IGMPv3... 61 4.11 Πολλαπλή διανομή IP (IP Multicast)... 62 4.11.1 Εφαρμογές και περιβάλλον Multicast... 63 4.11.2 Multicast Groups... 63 4.11.3 Δέντρα διαβίβασης και διανομής πολλαπλής διανομής... 64 4.11.4 Απαιτήσεις ασφάλειας... 65 4.11.5 Απαιτήσεις υψηλής ποιότητας... 66 4.11.6 Διαχείριση δικτύων πολλαπλής διανομής... 66 4.12 Protocol Independent Multicast (PIM)... 67 4.12.1 Ο πυκνός τρόπος PIM... 67 4.12.2 Οφέλη της PIM-DM... 68 4.12.3 Αραιός τρόπος PIM(SM)... 68 4.12.3.1 Χτίζοντας ένα PIM-SM δέντρο... 69 4.12.3.2 Οφέλη της PIM- SM... 71 4.13 Μεταγωγή IPTV... 71 4.14 Τι είναι το QoS... 72 4.14.1 Ποιότητα... 72 4.14.1.1 Ποιότητα Υπηρεσίας στην IPTV... 72 4.14.1.2 Ορισμός της τηλεοπτικής ποιότητας... 73 4.14.2 Υπηρεσίες... 74 4.14.3 Εγγυήσεις Υπηρεσιών... 74 4.14.4 Ποιότητα Υπηρεσίας και Κλάσεις Υπηρεσίας... 74 4.14.5 Διαμόρφωση Κλάσεων Υπηρεσιών... 75 4.15 Περιορισμοί QoS του IPTV... 76 4.16 Λόγοι απώλειας πακέτων, συνέπειες και λύσεις... 81 4.17 Τεχνολογίες QoS για αντιμετώπιση απώλειας πακέτων και καθυστερήσεων 84 4.17.1 Ενσωματωμένες υπηρεσίες (Integrated Service)... 84 4.17.1.1 Κλάσεις υπηρεσιών... 86 4.17.1.2 Ελεγχόμενη υπηρεσία φορτίων... 88 4.17.1.3 Εγγυημένη υπηρεσία... 89 4.17.2 Πρωτόκολλο κράτησης πόρων (RSVP)... 91 3
4.17.2.1 Λειτουργία RSVP... 92 4.17.2.2 Μορφή μηνύματος RSVP... 95 4.17.3 Διαφοροποιημένη έννοια υπηρεσιών (DS)... 98 4.17.3.1 Αρχιτεκτονική DS... 98 4.17.3.2 Συμπεριφορά Per-hop (PHB)... 99 4.17.4 Ενσωματωμένες υπηρεσίες (Intserv) μέσω δικτύων Diffserv... 100 4.18 Αξιοπιστία των συσκευών της IPTV... 101 4.18.1 Το δίκτυο διανομής IP... 103 4.18.2 Συμπεράσματα για τις αιτίες κακής ποιότητας... 104 4.19 Μελέτη μέτρησης ποιότητας υπηρεσίας από τους προμηθευτές... 104 4.20 Μεθόδοι μέτρησης ποιότητας υπηρεσίας από τους προμηθευτές... 105 4.21 Η ποιότητα εμπειρίας (QoE)... 105 4.21.1 Υποκειμενικά και αντικειμενικά συστήματα μέτρησης... 106 4.21.2 Μέθοδοι μέτρησης QoE... 106 4.21.3 Μέθοδοι βελτίωσης του QoE... 107 4.22 IPTV και Internet TV... 110 4.23 Σύγκριση IPTV και Internet TV... 112 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Μεταφορά μέσω άλλων πλατφόρμων... 114 5.1 IPTV μέσω DVB-S... 114 5.1.1 Γενικά... 114 5.1.2 Τα στρώματα της αρχιτεκτονικής της IPTV μέσω DVB-S... 115 5.2 IPTV μέσω DVB-C... 116 5.3 IPTV μέσω DVB-T... 118 5.3.1 Γενική Διαμόρφωση συστήματος... 118 5.3.1.1 Αρχιτεκτονική φορέων παροχής υπηρεσιών... 119 5.3.1.2 Αρχιτεκτονική στην πλευρά των χρηστών... 120 5.4 IPTV μέσω DSL εναντίον DVB μέσω του δορυφόρου και του καλωδίου... 121 5.4.1 Επαναμετάδοση των σημάτων των ζωντανών προγραμμάτων... 122 5.5 Ασύρματο IPTV (Wireless IPTV)... 123 5.5.1 Αρχιτεκτονική της πλατφόρμας... 124 5.5.1.1 Media Server... 124 5.5.1.2 Το δίκτυο δοκιμής... 125 5.5.1.3 Κινητικότητα και υποστήριξη Multihoming... 125 5.5.1.4 Έλεγχος δικτύου για την προσαρμογή MEDIA... 125 5.5.1.5 Χρήστες... 125 5.5.2 Παραδείγματα έρευνας και ανάπτυξης... 126 4
5.5.2.1 Περιεχόμενο DVB στις φορητές συσκευές... 126 5.5.2.2 Κωδικοποίηση... 126 5.5.2.3 Έλεγχος Handover... 126 5.5.2.4 Έλεγχος προιόντος... 126 5.5.3 IPTV μέσω WiMAX... 127 5.5.3.1 IPTV μέσω WiFi και 3G... 127 5.6 Συμπεράσματα... 127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: Ανάπτυξη μοντέλου για υπολογισμό του QoS σε μετάδοση video της IPTV με κωδικοποίηση H.264 μέσω ADSL και παράδοση σε SDTV... 128 6.1 Αρχιτεκτονική DSL... 128 6.1.1 DSLAM... 130 6.1.1.1 Αρχιτεκτονική DSLAM... 130 6.2 Κωδικοποίηση H.264/AVC μέσω DSL... 131 6.2.1 Πλεονεκτήματα... 133 6.3 Ανάπτυξη Μοντέλου για ποσοτικό προσδιορισμό του QoS... 134 6.3.1 Επίδραση καθυστέρησης... 137 6.3.2 Επίδραση διακύμανσης καθυστέρησης-jitter (PDV)... 138 6.3.3 Επίδραση της απώλειας πακέτων... 138 6.3.4 Επίδραση του εύρους ζώνης... 139 6.3.5 Συμπεράσματα... 139 6.3.6 Καθορισμός των οριακών τιμών... 139 6.3.7 Καθορισμός των παραγόντων στάθμισης... 142 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Εφαρμογή μοντέλου υπολογισμού του QoS... 143 7.1 Αλγόριθμος υπολογισμού QoS... 143 7.2 Αποτελέσματα εξομοιώσεων... 143 7.3 Επεξεργασία αποτελεσμάτων... 147 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 149 Βιβλιογραφία... 152 5
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Ψηφιακή Τηλεόραση Σε μια εποχή που έχει επικρατήσει για τις περισσότερες μορφές πληροφορίας η ψηφιοποιημένη αποθήκευση και μεταφορά, η τηλεοπτική τεχνολογία έχει διατηρήσει την αναλογική μέθοδο εκπομπής. Μόνο την τελευταία δεκαετία και χάρη στα πρότυπα συμπίεσης και πολύπλεξης εικόνας της οικογένειας MPEG και το ευρωπαϊκό σύνολο προδιαγραφών DVB -για διαμόρφωση και μετάδοση- έχει αποκτήσει η ψηφιακή τηλεόραση μια συγκεκριμένη προοπτική. Υπάρχουν αρκετοί λόγοι για τους οποίους πραγματοποιήται αυτή η κατά τα άλλα πολύπλοκη - όχι τόσο λόγω τεχνικών δυσκολιών-, όσο εξαιτίας της υπάρχουσας αναλογικής υποδομής, τόσο στους παροχείς όσο και στους τηλεθεατές. Μιας υποδομής που θα απαιτήσει πολύ χρόνο και ισχυρά κίνητρα για να αντικατασταθεί που δεν είναι άλλα από τα πολλά πλεονεκτήματα που προσφέρει η ψηφιακή τηλεόραση έναντι της αναλογικής (βλ. βιβλιογραφία [46,8]): Σταθερή ποιότητα εικόνας, με μεγαλύτερη ανοχή στις ατέλειες του ασυρμάτου ή ενσύρματου διαύλου. Μειωμένος λόγος σήματος προς θόρυβο που απαιτείται σε σύγκριση με την αναλογική μετάδοση. Καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος λόγω της συμπίεσης του σήματος βασικής ζώνης (πολλά προγράμματα σε ένα κανάλι). 6
Ευέλικτες τεχνικές πολύπλεξης των ψηφιακών συστημάτων, που επιτρέπουν την συνύπαρξη πολλών προγραμμάτων και υπηρεσιών επιλεγόμενης ποιότητας και ευκρίνειας. Μεταβλητή ταχύτητα (bit rate) εκπομπής, ανάλογα με τις απαιτήσεις ποιότητας του προγράμματος, που συνεπάγει αύξηση του κέρδους πολυπλεξίας (multiplexing gain). Δυνατότητα επεξεργασίας της εικόνας στο δέκτη μετά τη λήψη μέσω αλγορίθμων ψηφιακής επεξεργασίας (digital image postprocessing). Εύκολος εμπλουτισμός των τηλεοπτικών προγραμμάτων μέσω τυποιημένων αρχιτεκτονικών (π.χ. MHP, OpenTV) με τοπικές εφαρμογές. 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). Ας αναλύσουμε λίγο περισσότερο αυτά τα πλεονεκτήματα για να καταλάβουμε γιατί η ψηφιακή τηλεόραση προσφέρει καλύτερη εικόνα και ήχο [11]. Συγκρίνοντας την αναλογική με την ψηφιακή τεχνολογία παρατηρούμε ότι με ίδιο εύρος ζώνης μπορούμε να διαχειριστούμε και να στείλουμε πολύ μεγαλύτερο όγκο πληροφορίας και επίσης στο ψηφιακό σήμα δεν παρατηρούνται τα προβλήματα στην εικόνα που βλέπουμε στο αναλογικό σήμα. Όπως είπαμε και πιο πάνω το ψηφιακό σήμα συμπιέζεται πολύ περισσότερο από το αναλογικό, αφού για παράδειγμα βλέπουμε ότι για να μεταδοθεί μια εικόνα στην αναλογική τηλεόραση, κάθε εικονοκύτταρο συμπεριλαμβάνεται στο σήμα. Μια τυποποιημένη οθόνη NTSC περιλαμβάνει 525 γραμμές των 720 εικονοκυττάρων, δηλαδή συνολικά 378.000 εικονοκύτταρα ανά πλαίσιο. Αυτός είναι ένας ο αριθμός εικονοκυττάρων, που αρμόζει στο εύρος ζώνης 6MHz ενός τηλεοπτικού καναλιού. Η ιαπωνική HDTV παίρνει 20 MHz του εύρους ζώνης για να στείλει τις εικόνες με πάνω από 675.000 εικονοκύτταρα. Αυτό σημαίνει, πάνω από δύο φορές περισσότερο σήμα για να στείλει μια υψηλής ποιότητας εικόνα και πιο υψηλής ποιότητας ήχο, αλλά χωρίς να στείλει αλλα δεδομένα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μια τυποποιημένη ATSC (Advanced Television Systems Committee) οθόνη μπορεί να έχει μέχρι 1080 γραμμές των 1920 εικονοκυττάρων κάθε μια, ή 2.073.600 εικονοκύτταρα ανά πλαίσιο. Αυτός ο αριθμός είναι περίπου, κάτι παραπάνω από πέντε φορές το ποσό της πληροφορίας που θα πρέπει να συμπιεστεί στο ίδιο εύρος ζώνης 6 MHz. Αυτό δεν περιλαμβάνει το συμπιεσμένο ήχο ή τα δεδομένα. Άρα πώς θα γίνει αυτή η μετάδοση; Χρησιμοποιώντας τον ίδιο σχεδόν τρόπο με τον οποίο το λογισμικό συμπίεσης στον υπολογιστή μας συμπιέζει τα αρχεία. Το βίντεο στην ψηφιακή TV θα συμπιεστεί χρησιμοποιώντας την μέθοδο κωδικοποίησης/συμπίεσης MPEG-2 το οποίο εκμεταλλεύεται το πώς το μάτι αντιλαμβάνεται τις παραλλαγές και την κίνηση χρώματος. Μέσα σε κάθε πλαίσιο, ένας κωδικοποιητής MPEG-2 καταγράφει ακριβώς αρκετή λεπτομέρεια ώστε να το κάνει να μοιάσει ότι τίποτα δεν λείπει. Ο κωδικοποιητής συγκρίνει επίσης τα παρακείμενα πλαίσια και καταγράφει μόνο τα τμήματα της εικόνας που έχουν κινηθεί ή αλλάξει. Εάν μόνο ένα μικρό τμήμα της εικόνας αλλάζει, ο κωδικοποιητής MPEG- 2 αλλάζει μόνο εκείνη η περιοχή και αφήνει το υπόλοιπο της εικόνας αμετάβλητο. Στο επόμενο πλαίσιο στο βίντεο, μόνο αυτή η περιοχή είναι αλλαγμένη. Η μέθοδος συμπίεσης MPEG-2 έχει μερικά προβλήματα, αλλά είναι ένα καλό σχέδιο συμπίεσης και χρησιμοποιήται ήδη σαν πρότυπο βιομηχανίας για το ψηφιακό βίντεο (DVD -βίντεο) καθώς και για μερικές δορυφορικές τηλεοπτικές υπηρεσίες. Ένα 7
πρόβλημα με to MPEG-2 είναι ότι είναι μια μέθοδος συμπίεσης "με απώλειες". Αυτό σημαίνει ότι ένα υψηλότερο ποσοστό συμπίεσης δίνει μια φτωχότερη εικόνα. Υπάρχει δηλαδή κάποια απώλεια στην ποιότητα εικόνων μεταξύ της ψηφιακής τηλεοπτικής κάμερας και τι θα δείτε στην τηλεόρασή σας. Εντούτοις, η ποιότητα είναι ακόμα πολύ καλύτερη από μια μέση εικόνα NTSC. Επίσης, χρησιμοποιώντας αυτά τα σχέδια συμπίεσης, τα MPEG-2 μπορούν να μειώσουν το ποσό των κομματιών περίπου από 55 σε 1! Με αυτή την αναλογία, πολλές πληροφορίες θα απορριφθούν αλλά θα παραμείνει αρκετή ποσότητα ώστε να φαίνεται σαν να είναι ολόκληρη η ποσότητα εκεί. Το ανθρώπινο αυτί δεν είναι όμως εύκολο να ξεγελαστεί. Είναι πιό ευαίσθητο στις λεπτές αλλαγές στον ήχο. Η ψηφιακή TV πρόκειται να βελτιώσει τον ήχο σε σχέση με τη σημερινή τηλεόραση χρησιμοποιώντας τις προόδους στον ψηφιακό ήχο που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια των τελευταίων δύο δεκαετιών. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιήται η τεχνολογία Dolby Digital Sound δηλαδή η HDTV θα μεταδώσει τον ήχο χρησιμοποιώντας το σύστημα Dolby κωδικοποίησης. Είναι ο ίδιος ψηφιακός ήχος που χρησιμοποιείται στους περισσότερους κινηματογράφους, στα DVD, και σε πολλά συστήματα εγχώριων θεάτρων από την αρχή της δεκαετίας του '90. Μπορεί να περιλάβει μέχρι 5,1 κανάλια ήχου: τρία στο μέτωπο (αριστερά,κέντρο και δεξιά), δύο στην πλάτη (αριστερά και δεξιά), και μπάσο subwoofer. Ο ήχος στην ψηφιακή TV θα έχει "ποιότητα CD" με ένα φάσμα συχνοτήτων χαμηλότερων και υψηλότερων από ότι οι περισσότεροι από μας μπορούν να ακούσουν. Όσο προχωρα και αναπτύσσεται η τεχνολογία βλέπουμε ότι ο σκοπός είναι η τηλεόραση να είναι πραγματικά αμφίδρομη, η ενοποίηση όλων των τεχνολογιών (GSM, DVB, LMDS, UMTS κλπ), η επέκταση της παροχής υπηρεσιών πολυμέσων σε κινούμενους χρήστες,καθώς και η χρήση IP για όλες τις υπηρεσίες. Σχήμα 1.1 Στάδια πολυπλεξίας και μετάδοσης στην ψηφιακή τηλεόραση 8
Σχήμα 1.2 Μοντέλο συστήματος DTV 1.1 Κωδικοποιήσεις οικογένειας Mpeg Το MPEG [10,19] σημαίνει Moving Pictures Expert Group, και στην πραγματικότητα, είναι ολόκληρη οικογένεια προτύπων για τα ψηφιακά σήματα ήχου και βίντεο που χρησιμοποιούν τη συμπίεση DCT. Υπάρχουν και άλλοι τρόποι να συμπιεστούν τα σήματα, αλλά κανένας δεν έχει επιτύχει ακόμα την παγκόσμια υποστήριξη που έχει το DCT, και το MPEG -2, που υιοθετεί τη συμπίεση DCT. Το MPEG χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο συμπίεσης DCT και καθορίζει πώς χρησιμοποιείται αυτός για να μειώσει το ποσοστό δεδομένων, καθώς και το πώς τα πακέτα του video (κινούμενη εικόνα) και του ήχου πολυπλέκονται μαζί, με έναν τρόπο που θα γίνει κατανοητός από έναν αποκωδικοποιητή MPEG. Το DCT (ιδιαίτερη μετατροπή συνημιτόνου-discrete Cosine Transform), για να δώθεί το πλήρες όνομά του, χρησιμοποιεί το γεγονός ότι παρακείμενα εικονοκύτταρα σε μια εικόνα (είτε φυσικά κοντά στην εικόνα (χωρική) είτε στις διαδοχικές εικόνες (χρονική)), μπορεί να είναι ίδια. Οι μικρές ομάδες δεδομένων 8 X 8 εικονοκυττάρων μετασχηματίζονται με έναν τρόπο που τείνει να συγκεντρώσει τα κοινά στοιχεία ψηφιακών σημάτων σε μια ομάδα δεδομένων. Το DCT δεν μειώνει άμεσα τα στοιχεία αλλά η μετατροπή τείνει να συγκεντρώσει την ενέργεια στους πρώτους συντελεστές και πολλοί από τους συντελεστές υψηλότερης συχνότητας είναι συχνά κοντά στο μηδέν. Η μείωση του ποσοστού δυαδικών ψηφίων (bit rate) επιτυγχάνεται με την μη διαβίβαση των στοιχείων υψηλότερης συχνότητας, τα οποία έχουν υψηλή πιθανότητα να μην περιέχουν χρήσιμες πληροφορίες. Ο πρώτος στόχος του MPEG ήταν να καθοριστεί ένας τηλεοπτικός αλγόριθμος κωδικοποίησης για εφαρμογές "μέσων ψηφιακής απομνημόνευσης", ειδικότερα για το CD-ROM. Πολύ γρήγορα η ανάγκη για ηχητική κωδικοποίηση επεκτάθηκε από το 9
να στοχεύσει απλώς στο CD-ROM, στην προσπάθεια να καθοριστεί ένας "γενικός" αλγόριθμος ικανός να χρησιμοποιηθεί από ουσιαστικά όλες τις εφαρμογές, από τα βασισμένα στην αποθήκευση συστήματα πολυμέσων, την τηλεοπτική μετάδοση, και τις εφαρμογές επικοινωνιών όπως VoD και τα βιντεόφωνα. 1.1.1 MPEG - 1 Πρώτο πρόγραμμα MPEG, το MPEG 1 [10,19], δημοσιεύθηκε το 1993 ως πρότυπα τριών μερών που καθορίζουν τις μεθόδους κωδικοποίησης/ συμπίεσης ήχου και βίντεο και ένα σύστημα πολύπλεξης για τα ηχητικά δεδομένα και τα δεδομένα video έτσι ώστε μπορεί να επιτευχθεί συγχρονισμός. Αποτελεί επίσης τη βάση διάφορων δοκιμών για τις υπηρεσίες VoD. Υποστηρίζει κωδικοποίηση video με bit rate μέχρι περίπου 1,5 Mb/s που δίνουν ποιότητα παρόμοια με το VHS, και διαφανή στερεοφωνική ηχητική ποιότητα στα 192 kbits/sec και βελτιστοποιείται για τα μησυμπεπλεγμένα σήματα video. Το MPEG 1 χρησιμοποιεί προοδευτική ανίχνευση. 1.1.2 MPEG -2 Το 1995, η MPEG αναγνώρισε την ανάγκη για την επόμενη γενιά από σχετικά πρότυπα για την κωδικοποίηση video με υψηλότερα data rates με μια συμπεπλεγμένη μορφή. Τα πρότυπα MPEG-2 [10,19]είναι ικανά για την κωδικοποίηση που χρειάζεται η SDTV με ρυθμό δυαδικών ψηφίων από 1.5Mb/s εώς περίπου 15 Mb/s. Το MPEG-2 επίσης προσθέτει την προαιρετική δυνατότητα της πολυδιαυλικής κωδικοποίησης ήχου surround. Τα MPEG-2 είναι συμβατά με το MPEG -1 (δηλ. οι αποκωδικοποιητές MPEG2 θα αποκωδικοποιήσουν τις εικόνες και τον ήχο του MPEG-1). Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι, για τα σήματα video που κωδικοποιούνται με ρυθμό κάτω από περίπου 3 Mb/s, το MPEG -1 μπορεί να είναι αποδοτικότερο από το MPEG-2. Τόσο τα MPEG-1 όσο και τα MPEG-2 πρότυπα είναι χωρισμένα σε τρία βασικά μέρη: Ηχητική κωδικοποίηση, κωδικοποίηση video, καθώς και διαχείριση και πολύπλεξη συστημάτων. Το MPEG είναι χωρισμένο σε τρεις βασικές υποομάδες, μια αρμόδια για κάθε μέρος, και διάφορες άλλες υποομάδες για συμβουλές σε θέματα εφαρμογής, για να εκτελέσει τις υποκειμενικές δοκιμές και για να μελετήσει τις απαιτήσεις που πρέπει να υποστηριχθούν. Το MPEG στοχεύει να είναι ένα γενικό σύστημα κωδικοποίησης video που υποστηρίζει διαφορετικές εφαρμογές με διαφορετικές απαιτήσεις. Δεν είναι δυνατό να παρασχεθεί μια ενιαία, μοναδική μέθοδος για όλα τα διαφορετικά προβλήματα. Αντ' αυτού το MPEG έχει ακολουθήσει μια προσέγγιση "κουτιών εργαλείων (tool box)". Οι τρόποι, παραδείγματος χάριν, κωδικοποίησης παρέχονται και για τα εξελικτικά και τα μη-εξελικτικά συστήματα κωδικοποίησης. Η σύνταξη κωδικοποίησης που έχει καθορίσει το MPEG παρέχει τα εργαλεία για να καλύψει τις διαφορετικές εφαρμογές, και οι παράμετροι μπορούν να επιλεχτούν για να επιτρέψουν την λειτουργία με διαφορετικούς ρυθμούς δυαδικών ψηφίων, μεγέθη εικόνων, ανάλυση εικόνων κ.λπ... Δεν είναι ούτε οικονομικώς αποδοτικό, ούτε μια αποδοτική χρήση του εύρους ζώνης να υποστηριχθούν όλα τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των προτύπων σε όλες τις εφαρμογές. Προκειμένου να κατασταθούν τα πρότυπα χρήσιμα και να επιβληθεί η διαλειτουργικότητα μεταξύ των διαφορετικών εφαρμογών των προτύπων, το MPEG έχει καθορίσει τα σχεδιαγράμματα και τα επίπεδα των πλήρων προτύπων. Χοντρικά, 10
ένα σχεδιάγραμμα είναι ένα υποσύνολο, κατάλληλο για μια ιδιαίτερη εφαρμογή της πλήρους πιθανής σειράς των αλγοριθμικών εργαλείων, και ένα επίπεδο είναι μια καθορισμένη σειρά των τιμών των παραμέτρων (όπως το μέγεθος εικόνων παραδείγματος χάριν) που είναι λογικό και χρήσιμό να εφαρμοστούν. Τα MPEG-2 κάνουν εκτενή χρήση της κίνησης πρόβλεψης για να αποβάλουν τον πλεονασμό. Το σφάλμα πρόβλεψης που παραμένει, κωδικοποιείται χρησιμοποιώντας DCT, που ακολουθείται από την κβαντοποίηση και τη στατιστική κωδικοποίηση των υπόλοιπων στοιχείων. Το MPEG έχει δύο τύπους προβλέψεων. Οι αποκαλούμενες εικόνες "π" προβλέπονται μόνο από τις εικόνες που παρουσιάζονται πριν από την παρούσα εικόνα. Οι εικόνες "β" προβλέπονται από δύο εικόνες, μια που παρουσιάζεται νωρίτερα και μια πιο πρόσφατη. Προκειμένου να γίνει αυτή η μηαιτιώδης πρόβλεψη ο κωδικοποιητής πρέπει να ξαναπαραγγείλει την ακολουθία εικόνων πρίν τις στείλει στον αποκωδικοποιητή και έπειτα ο αποκωδικοποιητής πρέπει να τις επιστρέψει στη σωστή κατάταξη παρουσίασης. Οι εικόνες-β προσθέτουν την πολυπλοκότητα στο σύστημα. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα του συστήματος πρόβλεψης MPEG είναι η χρήση των "πλαισίων ι" τα οποία κωδικοποιούνται. Αυτά τα πλαίσια σπάζουν την αλυσίδα της προφητικής κωδικοποίησης έτσι ώστε η μετατροπή καναλιών μπορεί να γίνει με μια αρκετά σύντομη λανθάνουσα κατάσταση. Η σημαντικότερη επέκταση του βασικού σχεδιαγράμματος MPEG-2 σε σχέση με το MPEG-1 είναι μια βελτίωση στις προαιρετικές δυνατότητες μέσα σε μια εικόνα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κάνει την κίνηση πρόβλεψης των συμπεπλεγμένων σημάτων. Το MPEG-1 μεταχειρίζεται κάθε εικόνα ως συλλογή δειγμάτων από την ίδια στιγμή (γνωστή και ως πλαίσιο-βασισμένη κωδικοποίηση). Τα MPEG-2 καταλαβαίνουν, ότι τα δείγματα μέσα σε ένα πλαίσιο προέρχονται από δύο πεδία που μπορούν να αντιπροσωπεύσουν τις διαφορετικές στιγμές του χρόνου, επομένως τα MPEG-2 παρέχουν τους τρόπους με τους οποίους, τα στοιχεία μπορούν είτε να προβλεφθούν, είτε χρησιμοποιώντας ένα διάνυσμα κινήσεων να δώσουν ένα offset (αντιστάθμιση) σε ένα προηγούμενο πλαίσιο είτε δύο διανύσματα που δίνουν offset σε δύο διαφορετικά πλαίσια. Ο ήχος MPEG-2 είναι μια συμβατή επέκταση του ήχου MPEG-1. Η ηχητική συμπίεση στηρίζεται στο γεγονός ότι το αυτί δεν μπορεί να ακούσει τις χαμηλότερες συχνότητες. Αυτή η επίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελέγξει την κατανομή δυαδικών ψηφίων σε κάθε υποζώνη. Επιτυγχάνει σχεδόν τη διαφανή ηχητική ποιότητα σε 192 kbits/s/channel. Με μια ελάχιστη αύξηση στο bit-rate είναι δυνατό να κωδικοποιηθούν τα σήματα ήχου surround Dolby Prologic. Η βασική επέκταση του ήχου MPEG-2 σε σχέση με τον MPEG-1 είναι η δυνατότητα παροχής των συμβατών μεθόδων για τον πολλαπλό ήχο surround καναλιών με bit-rate μεταξύ 384 και 512Kbit/s. Η προδιαγραφή συστημάτων MPEG καθορίζει πώς να παρεμβάλει στη συνεχή ροή (stream) των πολλαπλών (multiple) δεδομένων ήχου και video ένα ενιαίο stream, πώς να διαχειριστεί την αποθήκευση στον αποκωδικοποιητή, πώς να συγχρονίσει τα stream, και το χρονικό προσδιορισμό για κάθε ένα stream. Η MPEG-1 προδιαγραφή επιτρέπει στα stream (συρμός δεδομένων συνεχούς ροής) να μοιράζονται ένα κοινό time-base για να πολυπλεχθούν χρησιμοποιώντας ένα εύκαμπτο μέγεθος πακέτων. Το μέγεθος πακέτων είναι σχετικά μεγάλο και επιλέγεται από την εφαρμογή. Το MPEG-2 επεκτείνει την απόδοση ώστε να επιτρέπει: Πολλά προγράμματα με ανεξάρτητα time-bases. Ανθεκτικά σε σφάλματα περιβάλλοντα. Πολύπλεξη. 11
Δύο μορφές του πολυπλεγμένου συρμού δεδομένων συνεχούς ροής καθορίζονται από το MPEG-2. α) stream προγράμματος και β) stream μεταφορών. Το πρώτο είναι παρόμοιο με αυτό του MPEG-1. Όλα τα streams μοιράζονται ένα κοινό timebase, που έχει τα ίδια χαρακτηριστικά γνωρίσματα με το MPEG-1, αλλά πρόσθετα υποστηρίζει τη λειτουργία του ανακατώματος, έναν κατάλογο αρχείων του περιεχομένου του πολυπλέκτη και έναν χάρτη που περιγράφει τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των συρμών. Προορίζεται για χρήση στα προς αποθήκευση διαλογικά συστήματα όπου η επεξεργασία λογισμικού είναι σημαντική. Το stream μεταφορών προορίζεται για τα συστήματα μετάδοσης όπου η ανθεκτικότητα σφάλματος είναι μια από τις σημαντικότερες ιδιότητες. Υποστηρίζει προγράμματα με ανεξάρτητα time-bases, που πολυπλέκονται μαζί, με ένα σταθερό μέγεθος πακέτων 188 οκτάδων. Η κωδικοποίηση μεταξύ των διαφορετικών μορφών MPEG συστημάτων είναι δυνατή, και με τις κατάλληλες επιλογές των παραμέτρων μπορεί να γίνει σχετικά εύκολη. Κάθε μια από τις προδιαγραφές του MPEG (ήχος, βίντεο και συστήματα) επιτρέπει στους κωδικοποιητές και τους αποκωδικοποιητές από διαφορετικούς κατασκευαστές να λειτουργούν από κοινού. Η διεπαφή μεταξύ των δύο είναι ένα συμπιεσμένο bit-stream που αντιπροσωπεύει τον κωδικοποιημένο ήχο και το βίντεο. Για να επιτύχει τη διαλειτουργικότητα το MPEG έχει τυποποιήσει τη δομή, το περιεχόμενο και τη σημασία του bit-stream και του τρόπου που πρέπει να αποκωδικοποιηθεί για να αναδημιουργήσει τις επιθυμητές εικόνες ή τον ήχο. Αυτή η προσέγγιση έχει σαν πλεονέκτημα την ιδιαίτερη ελευθερία στους κατασκευαστές κωδικοποιητών να βελτιώσουν τις στρατηγικές κωδικοποίησής τους, ή να εξετάσει τους διαφορετικούς τομείς αγοράς με τις διαφορετικές προσεγγίσεις του κόστους και της πολυπλοκότητας ενάντι της ποιότητας εικόνων. 1.1.3 MPEG-4 Τα πρότυπα MPEG-4 [10,19] δημιουργήθηκαν από την ανάγκη να αναπτυχθεί ένα αποδοτικό σύστημα κωδικοποίησης, χαμηλού ρυθμού μετάδοσης που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κινητό περιβάλλον, στον Ιστό, τη broadcast μετάδοση, και σε πλούσια εικονικά και ευρυζωνικά περιβάλλοντα. Με αυτόν τον τρόπο, το MPEG-4 συμπληρώνει τα άλλα δύο μέλη της οικογένειας MPEG, του MPEG-1 και του MPEG-2, τα οποία καλύπτουν τους ρυθμούς μετάδοσης από 1,5 Mbps και άνω. Το MPEG-4 είναι πολύ περισσότερο από ένα αποδοτικό σύστημα κωδικοποίησης πηγής. Μια από τις σημαντικότερες έννοιες του, είναι ότι είναι βασισμένο στα οπτικοακουστικά αντικείμενα που μπορούν να μεταβιβαστούν σε έναν δέκτη, όπου αναδημιουργούνται και δίνονται για την παρουσίαση. Όλα τα αντικείμενα στην παρουσίαση περιγράφονται από το πλαίσιο περιγραφέα (OD) αντικειμένου. Προκειμένου να συγκεντρωθούν τα αντικείμενα μέσων σε μια συγκεκριμένη οπτικοακουστική σκηνή, δημιουργήθηκε μια περιγραφή σκηνής. Καλείται BIFS (δυαδική μορφή για MPEG-4 σκηνές). Η BIFS μεταβιβάζει το χωροχρονικό σχεδιάγραμμα των αντικειμένων μέσων στη σκηνή. Η σύνταξη του πλαισίου OD χρησιμοποιεί τη συντακτική γλώσσα περιγραφής (SDL). Τα βελτιωμένα πρότυπα συμπίεσης/κωδικοποίησης ήχου και video καλούνται MPEG- 44 και αναμένονται (κατά τη διάρκεια του χρόνου) να λειτουργήσουν με διπλάσια αποδοτικότητα στα πρότυπα κωδικοποίησης που χρησιμοποιούνται προς το παρόν σε DTT. Αυτό σημαίνει ότι ένας DTT πολυπλέκτης θα μπορούσε να χρησιμοποιεί μέχρι δύο φορές περισσότερες υπηρεσίες χρησιμοποιώντας MPEG-4 απ' ό,τι μπορεί τώρα με τη χρησιμοποίηση του MPEG-2, και ταυτόχρονα να διατηρήσει παρόμοια ποιότητα εικόνων. 12
1.1.4 H.261 Λόγω της ιστορικής σημασίας της και την επιρροή της στην ανάπτυξη MPEG, πρέπει επίσης να αναφερθούν και τα τηλεοπτικά πρότυπα αποκωδικοποίησης H.261 [22], τα οποία ήταν πρακτικά τα πρώτα ψηφιακά τηλεοπτικά πρότυπα κωδικοποίησης. Έχει επηρεάσει από τότε όλα τα επόμενα διεθνή τηλεοπτικά πρότυπα κωδικοποίησης, MPEG -1, MPEG - 2/H.262, H.263, ακόμη και το H.264 έχει βασιστεί στο σχέδιό του. Τα πρότυπα H.261 προσδιορίζουν μόνο πώς θα αποκωδικοποιηθεί το βίντεο. Οι σχεδιαστές κωδικοποιητών αφέθηκαν ελεύθεροι να σχεδιάσουν τους αλγορίθμους κωδικοποίησής τους, εφ' όσον περιοριζόταν κατάλληλα η έξοδός τους ώστε να είναι δυνατό να αποκωδικοποιηθεί από οποιοδήποτε αποκωδικοποιητή που κατασκευάστηκε σύμφωνα με αυτά τα πρότυπα. Οι κωδικοποιητές είναι επίσης ελεύθεροι να εκτελούν οποιαδήποτε προεπεξεργασία θέλουν στην είσοδο του βίντεο, και οι αποκωδικοποιητές είναι ελεύθεροι να εκτελέσουν οποιαδήποτε επεξεργασία θέλουν στο αποκωδικοποιημένο βίντεο πριν από την παρουσίαση. Ο αλγόριθμος κωδικοποίησης χρησιμοποιεί ένα υβρίδιο αντιστάθμισης της κίνησης πρόβλεψης εικόνων και της χωρικής κωδικοποίησης με κλιμακωτή κβαντοποίηση και κωδικοποίηση εντροπίας όπου: η πρόβλεψη εικόνων αφαιρεί το χρονικό πλεονασμό, με τα διανύσματα κινήσεων να χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν τον codec (κωδικοποιητής/αποκωδικοποιητής) να αντισταθμίσει την κίνηση, Η κωδικοποίηση μετατροπής κινήσεων χρησιμοποιεί μια 8x8 ιδιαίτερη μετατροπή συνημιτόνου (DCT) που αφαιρεί το χωρικό πλεονασμό, Ακολούθως εφαρμόζεται η κλιμακωτή κβαντοποίηση για να στρογγυλεψει τους συντελεστές μετατροπής στην κατάλληλη ακρίβεια, και οι κβαντοποιημένοι συντελεστές μετατροπής είναι η παραμόρφωση που ανιχνεύεται ενώ η εντροπία κωδικοποιείται για να αφαιρέσει το στατιστικό πλεονασμό. Οι βελτιώσεις που εισάγονται στις πιό πρόσφατες προσπάθειες τυποποίησης έχουν οδηγήσει σε αυξημένη ικανότητα συμπίεσης σε σχέση με το σχέδιο H.261. Αυτό έχει οδηγήσει το H.261 να γίνει ουσιαστικά ξεπερασμένο, αν και χρησιμοποιείται ακόμα σε μερικά συστήματα τηλεδιασκέψεων. Η τελευταία μορφή κωδικοποίησης που αναπτύχθηκε είναι η Mpeg-4/H.264 η οποία αναλύεται σε παρακάτω κεφάλαιο. 13
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Πρότυπα DVB 2.1 Εισαγωγή στα πρότυπα DVB Η οικογένεια προτύπων DVB (Digital Video Broadcasting) [48] 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 πολύπλεξη. 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. 2.1.1 Μετάδοση Τα πρότυπα πυρήνων DVB είναι τα DVB-S, DVB-C και DVB-T, τα οποία είναι όλα βασισμένα στο MPEG-2 (DVB-MPEG) για την κωδικοποίηση του ήχου και του video καθώς επίσης και τη μεταφορά των δεδομένων. Το πιο πρόσφατο πρότυπο είναι το DVB-H για την κινητή υποδοχή στις κυψελοειδείς ζώνες τηλεφωνικής συχνότητας. Τα παραπάνω πρότυπα διαφέρουν κυρίως στις χρησιμοποιούμενες διαμορφώσεις, λόγω των διαφορετικών ζωνών. Το υψηλής συχνότητας DVB-S χρησιμοποιεί QPSK, το χαμηλότερης DVB-C χρησιμοποιεί QAM (64-QAM) και το DVB-T (VHF ή/και UHF ζώνη) χρησιμοποιεί COFDM. 2.1.2 Αλληλεπίδραση Εκτός από την μετάδοση ήχου και video, το DVB καθορίζει επίσης τις συνδέσεις δεδομένων (DVB-Data) με τα κανάλια επιστροφής DVB-RC* για διάφορα μέσα (DECT, GSM, PSTN/ISDN κ.λπ.) και πρωτόκολλα (DVB-IPI: Πρωτόκολλο Διαδικτύου, DVB-NPI: ανεξάρτητο πρωτόκολλο δικτύων). Αυτό χρησιμοποιείται παραδείγματος χάριν για τις διαλογικές διεπαφές όπως εγχώρια πλατφόρμα πολυμέσων (DVB-MHP) και ηλεκτρονικοί οδηγοί προγραμμάτων (EPG). 2.2 Περιγραφές των προτύπων DVB 2.2.1 DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) Το δορυφορικό σύστημα DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) [2] είναι το παλαιότερο και πιο διαδεδομένο από την οικογένεια προτύπων DVB και έχει αδιαμφισβήτητα τύχει παγκόσμιας αποδοχής εξαιτίας του γεγονότος ότι δεν απαιτεί καλώδιο όπως το DVB-C και επίσης δεν χρειάζεται επίγειες κεραίες όπως το DVB- T. Το DVB-S σχεδιάστηκε ώστε να εκμεταλλεύεται πλήρως το εύρος ζώνης των δορυφορικών τηλεοπτικών αναμεταδοτών. Χρησιμοποιεί ρυθμό μεταφοράς των 14
54Mbps με διαμόρφωση QPSK σε συνδυασμό με ένα σχήμα διπλής κωδικοποίησης και διεμπλοκής (coding/interleaving). Το DVB-S περιγράφει το σύστημα κωδικοποίησης και διαμόρφωσης για τις δορυφορικές ψηφιακές υπηρεσίες τηλεοπτικού (SDTV και ΗDTV) σήματος που χρησιμοποιούνται για την αρχική και δευτεροβάθμια διανομή στις ζώνες σταθερών δορυφορικών υπηρεσιών (FSS) και δορυφορικών υπηρεσιών μετάδοσης ευρείας ζώνης (BSS). Προορίζεται για να παρέχει τις Direct-To-Home υπηρεσίες (DTH-απευθείας στο σπίτι) στους ενσωματωμένους στα σπίτια των καταναλωτών αποκωδικοποιητές (IRD), καθώς επίσης και στα συστήματα κεραιών. Το DVB-S είναι κατάλληλο για χρήση στα διαφορετικά εύρη ζώνης των δορυφορικών αναμεταδοτών και είναι συμβατό με το MPEG-2. Η ευελιξία που καθορίζεται μέσα στην προδιαγραφή επιτρέπει την ικανότητα μετάδοσης σε διάφορες υπηρεσίες TV, συμπεριλαμβανομένων των υπηρεσιών ήχου και δεδομένων. 2.2.2 DVB-S2 Η δεύτερη έκδοση του DVB-S (DVB-S2) [2] είναι μια ενισχυμένη προδιαγραφή που ήρθε για να αντικαταστήσει την πρώτη και έχει επικυρωθεί από την ΕTSI. Πιθανότατα θα χρησιμοποιηθεί σε όλους τους μελλοντικούς ευρωπαϊκούς δορυφόρους και οι δέκτες θα είναι κατάλληλα εξοπλισμένοι για να αποκωδικοποιήσουν και το DVB-S και DVB-S2. Σήμερα η κύρια χρήση για αυτά τα νέα πρότυπα είναι η διανομή HDTV ενώ τα αρχικά πρότυπα χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για SDTV υπηρεσίες. Η ανάπτυξη DVB-S2 συνέπεσε με την εισαγωγή της HDTV και των H.264 (Mpeg-4) video codecs. Το σύστημα επιτρέπει τη μετάδοση ενός ή περισσότερων Mpeg-2, και χρησιμοποίηση QPSK ή MAPSK διαμόρφωσης. Το DVB-S2 είναι βασισμένο στα πρότυπα DVB-S που χρησιμοποιούνται για τη δορυφορική μετάδοση, και στα DVB-DSNG πρότυπα. Δύο νέα κύρια χαρακτηριστικά που προστέθηκαν στο DVB-S είναι: Μεταβαλλόμενες παράμετροι κωδικοποίησης σε πραγματικό χρόνο ACM (μεταβλητή κωδικοποίηση και διαμόρφωση) η όποια βελτιστοποιεί τις παραμέτρους μετάδοσης για τους διάφορους χρήστες. Οι μελετητές υποστηρίζουν ότι το DVB-S2 έχει περίπου 30% κέρδος απόδοσης σε σχέση με το DVB-S. 2.2.2.1 Κύρια χαρακτηριστικά γνωρίσματα του DVB-S2 Η πηγή μπορεί να είναι μια ή περισσότερες MPEG-2 TS (stream μεταφοράς mpeg-2 ). Οπίσθια συμβατότητα στο DVB-S, προοριζόμενο για τους τελικούς χρήστες, και το DVB-DSNG (δορυφορικές ψηφιακές συλλεγόμενες ειδήσεις), που χρησιμοποιούνται για συλλογή ηλεκτρονικών ειδήσεων. Προσαρμοστική κωδικοποίηση και διαμόρφωση για να βελτιστοποιήσει τη χρήση των δορυφορικών αναμεταδοτών. 15
Τέσσερις τρόπους διαμόρφωσης: o QPSK και 8PSK προτείνεται για τις εφαρμογές broadcast μετάδοσης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους μη γραμμικούς αναμεταδότες που οδηγούνται κοντά στον κορεσμό. o 16APSK and 32APSK χρησιμοποιείται κυρίως για τις επαγγελματικές, ημιγραμμικές εφαρμογές, ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης για τη broadcast αναμετάδοση αλλά απαιτούν έναν υψηλότερου επιπέδου διαθέσιμο C/N και υιοθέτηση των προηγμένων μεθόδων προδιαστρεβλώσεων στον uplink σταθμό για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση της γραμμικότητας των αναμεταδοτών. Ανέξοδο να εφαρμοστεί. Για εμπρόσθια διόρθωση λάθους (FEC), το DVB-S2 χρησιμοποιεί ένα σύστημα βασισμένο σε μια αλληλουχία από Bose-Chaudhuri-Hochquenghem κώδικες. 2.2.2.2 Χρήσεις του DVB-S2 Εκπομπή τηλεοπτικών προγραμμάτων σε SDTV (Standard Definition TV) και HDTV (High Definition TV). Υπηρεσίες αλληλεπίδρασης με πρόσβαση στο διαδίκτυο. Τα δεδομένα μπορούν να στέλνονται μέσω καλωδίου, DSL ή δορυφορικά. Επαγγελματικές εφαρμογές όπου τα δεδομένα μπορούν να πολυπλέκονται σε πραγματικό χρόνο και η εκπομπή να γίνεται μετά στις VHF/UHF συχνότητες. Η αλλαγή από το DVB-S στο DVB-S2 αναμένεται να πάρει αρκετά χρόνια, πιθανότατα σε συγχρονισμό με τον ερχομό της HDTV. Το DVB-S έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα πολύ καλά σχεδιασμένο και ευέλικτο πρότυπο και για το λόγο αυτό θα καθυστερήσει τόσο πολύ ο ερχομός του αποδεδειγμένα καλύτερου DVB-S2. 2.3 DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) Το καλωδιακό σύστημα DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) [3] 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 της 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. 16
2.3.1 Τεχνική περιγραφή του αποστολέα Σχήμα 2.1 Αποστολέας ενός συστήματος DVB-C Μια σύντομη περιγραφή των στοιχείων επεξεργασίας ακολουθεί παρακάτω Κωδικοποίηση πηγής και Mpeg-2 πολύπλεξη (MUX): το βίντεο, ο ήχος (audio encoder), και τα δεδομένα (codec encoder) πολυπλέκονται σε ένα ενιαίο συρμό Mpeg-2 (PS-program stream). Ένας ή περισσότεροι PS ενώνονται μαζί στον Mpeg-2 συρμό μεταφορών (TS). Αυτό είναι το βασικό ψηφιακό stream (Transport stream) που διαβιβάζεται και λαμβάνεται από το σπίτι (Set-Top-Boxes). Tα bit streams για τα μεταφερόμενα Mpeg-2 δεδομένα εξαρτώνται από διάφορες παραμέτρους διαμόρφωσης και μπορεί να κυμανθούν από περίπου 6 ως περίπου 64 Mbps. Διασπορά προσαρμογής MUX: τα Mpeg-2 TS προσδιορίζονται ως ακολουθία πακέτων δεδομένων, καθορισμένου μήκους (188 ψηφιολέξεις). Αυτή η τεχνική ονομάζεται ενεργειακή διασπορά. External encoder (εξωτερικός κωδικοποιητής): ένα πρώτο επίπεδο προστασίας εφαρμόζεται σε διαβιβασθέντα δεδομένα, που χρησιμοποιούν έναν κώδικα φραγμών, Reed-Solomon RS (204, 188), επιτρέποντας την διόρθωση μέχρι ενός μεγίστου, 8 λανθασμένων ψηφιολέξεων κάθε πακέτου 188 ψηφιολέξεων. Εξωτερικός interleaver: η συνελικτική παρεμβολή χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει την εκ νέου διαβιβασθείσα ακολουθία δεδομένων. Byte/m -tuple μετατροπή: οι ψηφιολέξεις δεδομένων κωδικοποιούνται στο πλαίσιο m-tuples (m = 4, 5, 6, 7, ή 8). Διαφορική κωδικοποίηση(differential coding): οι δύο σημαντικότερες ψηφιολέξεις σε κάθε μια m-tuple είναι κωδικοποιημένες. 17
Mapper QAM: η ακολουθία πλαισίων χαρτογραφείται σε μια ψηφιακή ακολουθία ζωνών βάσης από τα σύνθετα σύμβολα. Υπάρχουν 5 επιτρεπόμενοι τρόποι διαμόρφωσης: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128- QAM, 256-QAM. Ζώνη βάσης: το σήμα QAM φιλτράρεται από ένα διαμορφωμένο φίλτρο αυξανόμενου συνημιτόνου, προκειμένου να αφαιρεθεί η αμοιβαία παρέμβαση σημάτων στη λαμβάνουσα πλευρά. DAC και front-end: το ψηφιακό σήμα μετασχηματίζεται σε ένα αναλογικό σήμα, με ένα digital-to-analog μετατροπέα (DAC), και έπειτα διαμορφώνεται στη ραδιοφωνική συχνότητα από τον RF front-end. Πίνακας 2.1 Ρυθμοί ενός DVB-C συστήματος σε Mbit/s 2.3.2 Τεχνική περιγραφή του δέκτη Η λήψη STB υιοθετεί τις εξής τεχνικές: Front-end και ADC: το αναλογικό σήμα RF μετατρέπεται στη ζώνη βάσης και μετασχηματίζεται σε ένα ψηφιακό σήμα, με χρησιμοποίηση αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC). Αποδιαμόρφωση QAM Εξίσωση Διαφορική αποκωδικοποίηση Εξωτερική αποκωδικοποίηση Προσαρμογή MUX Mpeg-2 αποδιαύλωση και αποκωδικοποίηση πηγής Προγραμματίσημο stream μεταφορών (Transport Stream) 2.3.3 DVB-C2 Η ψηφιακή οργάνωση προτύπων TV ελπίζει ότι η νέα προδιαγραφή DVB-C2 [1] θα μεγιστοποιήσει τις αποδόσεις μετάδοσης, ώστε να είναι μεγαλύτερες των HFC (Hybrid Fibre Coax) σε σημείο όπου ένα DVB-C3 δεν θα χρειαστεί ποτέ. Η πιό πρόσφατη προσπάθεια προτύπων DVB ακολουθεί την τυποποίηση DVB-S2 (30% περισσότερη ρυθμοαπόδοση στο δορυφορικό φάσμα) και την έναρξη της εργασίας για το DVB-T2 και DVB-H2 για την ψηφιακή επίγεια και κινητή TV αντίστοιχα. Μια ομάδα μελέτης DVB-TM (DVB TM 3811) που εξετάζει το μέλλον της καλωδιακής τεχνολογίας έχει προσδιορίσει ήδη τις νέες εξελίξεις της τεχνολογίας στους τομείς της επεξεργασίας σήματος, της κωδικοποίησης καναλιών και της 18
διαμόρφωσης που θα παράσχουν τα μέσα για να αυξηθεί σημαντικά η ικανότητα μετάδοσης των καλωδιακών δικτύων, και να επιτρέψει την ευρεία εισαγωγή των προηγμένων ψηφιακών υπηρεσιών TV μέσω του καλωδίου. Μερικές από τις απαιτήσεις περιλαμβάνουν: Ανάγκη για μεγαλύτερη ικανότητα μεταφορών στα καλωδιακά δίκτυα και εφαρμόσιμα στις νέες υπηρεσίες όπως η HDTV, VOD και άλλες εξατομικευμένες και διαλογικές υπηρεσίες. Ανάγκη για τις εταιρίες (παρόχοι καλωδιακής τηλεόρασης) να παραμείνουν ανταγωνιστικές και εύελικτες και να είναι σε θέση να παρέχουν μια ψηφιακή προσφορά, ανταγωνιστική στις ψηφιακές αγορές TV. Η ανάγκη των παρόχων να παραμείνουν ικανοί να αναμεταδίδουν ολόκληρη την πολύπλεξη που λαμβάνεται μέσω των δορυφορικών ή επίγειων δικτύων χρησιμοποιώντας τα ανώτερα σχέδια διαμόρφωσης. Ανάγκη να υπάρξουν περισσότερα και καλύτερα τεχνικά εργαλεία, που να παρέχουν νέες ευκαιρίες επέκτασης της επιχείρησης. Οι μελετητές του DVB δηλώνουν ότι «τα αποτελέσματα της μελέτης του DVB-C2 παρήχαν ήδη σαφείς ενδείξεις ότι οι τεχνολογίες είναι διαθέσιμες επιτρέποντας στην απόδοση του συστήματος μετάδοσης του DVB-C2 να φτάσει κοντά στο θεωρητικό όριο Shannon και να επιβεβαιώσει ότι περαιτέρω βελτιώσεις στο μέλλον πιθανότατα δεν θα είναι σε θέση να δικαιολογήσουν την εισαγωγή μιας τρίτης έκδοσης». Το DVB σε απάντηση στην αυξανόμενη καταναλωτική ζήτηση για μια ευρύτερη σειρά υπηρεσιών (ψηφιακή TV), έχει αναγκάσει τους παρόχους καλωδιακής τηλεόρασης να αναβαθμίσουν τα δίκτυά τους, κάτι που είχε σαν αποτέλεσμα την επέκταση της διαμόρφωσης σε 256 QAM (ωφέλιμο φορτίο 50Mbps ανά κανάλι) και την αύξηση του φάσματος συχνοτήτων που χρησιμοποιείται για την προς τα κάτω μετάδοση, μέχρι το μέγιστο των 862 MHz. Πολλοί παρόχοι προσφέρουν αυτήν την περίοδο εκτός από την αναλογική τηλεόραση, αρκετά ψηφιακά τηλεοπτικά κανάλια και ένα αυξανόμενο ποσό νέων, και πιό περίπλοκων, διαλογικών (interactive) και εξατομικευμένων υπηρεσιών. Η ζήτηση για τις προηγμένες υπηρεσίες αυξάνεται, και οι παρόχοι καλωδιακής τηλεόρασης επιδιώκουν να βρούν τρόπους να προσφέρουν προϊόντα όπως την HDTV και VOD μέσα σε ένα σχετικά σύντομο χρονικό πλαίσιο, μαζί με τις απαραίτητες συνοδευτικές διαλογικές υπηρεσίες. 2.4 DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) Το επίγειο σύστημα DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) [3] αποτελεί το πρότελευταίο χρονικά μέλος της οικογένειας DVB. Επιτυγχάνει ψηφιακή μετάδοση υψηλών ταχυτήτων μέσω του επίγειου καναλιού, χρησιμοποιώντας διαμόρφωση πολλαπλών φερόντων στο σχήμα της πολυπλεξίας με ορθογωνική διαίρεση συχνότητας (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Η πολύπλεξη 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 19
ευρωστία ακόμη και σε περιβάλλοντα με ισχυρές διαλείψεις και φαινόμενα πολυδιαδρομικής μετάδοσης (multipath). Το DVB-T είναι το πιο πρόσφατο (και πιο εξελιγμένο τεχνολογικά) πρότυπο -σε σχέση με τα δύο προηγούμενα-, και οι προοπτικές χρήσης του για μετάδοση δεδομένων IP όχι μόνο είναι πολυάριθμες, αλλά και δεν έχουν ακόμη αναδειχθεί (δίκτυα παροχής δεδομένων βασισμένα στο DVB-S και DVB-C έχουν ήδη αναπτυχθεί αλλά οι δυνατότητες και οι προοπτικές τους είναι σχετικά περιορισμένες). Επίσης, το επίγειο σύστημα δεν απαιτεί ιδιαίτερο εξοπλισμό από πλευράς χρήστη (π.χ. δορυφορικό δέκτη ή καλωδιακή υποδομή) και από την πλευρά του παροχέα αποτελεί την πιο προσιτή και πιο ευέλικτη λύση σε σχέση με την δορυφορική μετάδοση ή το καλωδιακό δίκτυο. Τέλος, ένα επίγειο ψηφιακό σύστημα μπορεί να οργανωθεί σε περιοχές κάλυψης με κυψελωτή δομή και να προσφέρει υπηρεσίες και σε κινούμενους χρήστες, μια δυνατότητα που οι υπόλοιπες τεχνολογίες δεν μπορούν να προσφέρουν. 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 παρακάτω δείχνει τις βασικές λειτουργίες της μετατροπής του σήματος βασικής ζώνης στο προς μετάδοση σήμα. Οι λειτουργίες αυτές, με τη σειρά που εφαρμόζονται στο stream (ρεύμα) μεταφοράς, είναι οι εξής [12]: 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) στον χρόνο και στη συχνότητα Αντιστοίχηση και διαμόρφωση των φερόντων Πολυπλεξία κατά OFDM με αντίστροφο ταχύ μετασχηματισμό Fourier (IFFT) και διαμόρφωση του φέροντος IF Μετατροπή (up-conversion) της τελικής RF συχνότητας. 20
Σχήμα 2.2 Αποστολέας DVB-T Η τελευταία λειτουργία δεν υποστηρίζεται εγγενώς από αρκετούς διαμορφωτές, οπότε απαιτείται μία πρόσθετη μονάδα για μετατροπή προς τα πάνω. 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 stream μεταφοράς: ένα υψηλής προτεραιότητας (high priority TS) και ένα 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). 2.4.1 Μετάδοση δεδομένων IP πάνω από το κανάλι DVB-T Η αποτελεσματικότητα και οι προοπτικές του IP-over-DVB φαίνονται από την ευρεία αποδοχή των τεχνικών του προαναφερθέντος προτύπου από το σύνολο σχεδόν των πυλών IP-to-DVB που κυκλοφορούν, αλλά και από την ολοένα αυξανόμενη ζήτηση για μονάδες ενθυλάκωσης. Επίσης, όλες οι τεχνικές αναφέρονται σε πακέτα της τέταρτης έκδοσης του IP (IPv4) που κυριαρχεί αυτή τη στιγμή στο Internet. Η έλευση της έκτης έκδοσης (IPv6) και η ενσωμάτωσή της στον χώρο της ψηφιακής τηλεοπτικής μετάδοσης είναι θέμα χρόνου, καθώς βρίσκονται υπό προτυποποίηση νέες τεχνικές ενθυλάκωσης IPv6-over-DVB. Μια τέτοια προοπτική φαίνεται να υπόσχεται πολλά, καθώς τα κυριότερα πλεονεκτήματα του IPv6 (μεγάλος χώρος διευθυνσιοδότησης, ομαλή δρομολόγηση, υποστήριξη QoS, αυξημένη ασφάλεια και υποστήριξη κινητικότητας (mobility) ) μπορούν να βρουν άμεσες και σημαντικές εφαρμογές στον χώρο της μετάδοσης δεδομένων μέσω ψηφιακής τηλεόρασης. Περισσότερη ανάλυση για το IP-over-DVB γίνεται σε παρακάτω κεφάλαιο. 21
2.4.2 Προοπτικές χρήσης - Εφαρμογές Η δυνατότητα χρήσης του συστήματος εκπομπής της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης ως μέσου ευρυζωνικής μετάδοσης δεδομένων με βάση την αρχιτεκτονική, ανοίγει νέες προοπτικές για αμφίδρομες υπηρεσίες πληροφορίας και πολυμέσων στους τελικούς χρήστες [12]. Εξάλλου, παρ όλο που η ψηφιακή τεχνολογία φαίνεται να ξεπερνά πολλούς περιορισμούς της αναλογικής μετάδοσης, είναι σχεδόν βέβαιο ότι αυτά τα πλεονεκτήματα από μόνα τους δεν μπορούν να εγγυηθούν μια επιτυχημένη εισαγωγή του DVB-T σε χώρες όπως η Ελλάδα, όπου η επίγεια αναλογική τηλεόραση κατέχει τη μερίδα του λέοντος στο χώρο της τηλεοπτικής μετάδοσης. Υπηρεσίες «προστιθέμενης αξίας» (added-value) είναι αναγκαίες για να προσελκύσουν περισσότερους χρήστες και να αυξήσουν τα κέρδη των τηλεοπτικών εταιρειών και των παροχέων υπηρεσιών. Μπορεί η αγορά της ψηφιακής τηλεόρασης μέχρι τώρα να συντηρείται με τη χρέωση απλής τηλεθέασης (PayTV) όπως γίνεται και στη χώρα μας, αλλά το μέλλον όσον αφορά την εμπορική εκμετάλλευση βρίσκεται στις σύνθετες και πραγματικά αμφίδρομες υπηρεσίες. Αυτές οι υπηρεσίες είναι που τελικά θα διαφοροποιήσουν τον ψηφιακό τηλεοπτικό παροχέα από τον ανταγωνισμό. Για παράδειγμα, η συνδυασμένη λήψη κινούμενης εικόνας, Internet και πολυμεσικού περιεχομένου από κινητούς χρήστες μπορεί να είναι ιδιαίτερα ελκυστική και ως εκ τούτου καταλυτική για την αποδοχή του DVB-T από το ευρύ κοινό. Εξάλλου, μόνο η τεχνολογία της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης μπορεί να παρέχει δυνατότητα κίνησης σε έναν χρήστη αμφίδρομου τηλεοπτικού δικτύου. Και η δυνατότητα αυτή τονίζει μεταξύ άλλων την υπεροχή του Ευρωπαϊκού DVB-T έναντι ανταγωνιστικών προτύπων. Η λήψη του σήματος DVB-T από σταθερούς και κινητούς χρήστες με μικρούς σε μέγεθος και προσιτούς δέκτες / αποκωδικοποιητές δίνει τη δυνατότητα στον καθένα να προσπελάσει και να χρησιμοποιήσει παντού και οποτεδήποτε ακόμη και ευρυζωνικές υπηρεσίες δεδομένων για επαγγελματική ή προσωπική χρήση. Ιδιαίτερα απλοποιημένοι και οικονομικά προσιτοί δέκτες έχουν ήδη αναπτυχθεί και ενσωματωθεί σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα, με απόδοση πολύ κοντά σε αυτή ενός πρότυπου επαγγελματικού δέκτη. Ένα κανάλι επιστροφής χωρίς ιδιαίτερες απαιτήσεις μπορεί να προστεθεί για να προσδώσει το χαρακτήρα της αληθινής αμφιδρομότητας (true interactivity) με ιδιαίτερα αξιόλογα αποτελέσματα. 2.4.3 Κατηγορίες εφαρμογών Σε πρώτη φάση, οι σχεδιαζόμενες υπηρεσίες σε ένα σύστημα DVB-T γενικά μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις περιοχές [12] : Εμπλουτισμένη Εκπομπή Enhanced Broadcasting. Περιλαμβάνει την ψηφιακή εκπομπή οπτικοακουστικού σήματος μαζί με εφαρμογές που έχουν εγκατασταθεί στο τερματικό του χρήστη για να εξασφαλίσουν κάποια τοπική διαδραστικότητα. Δεν απαιτεί κανάλι επιστροφής (αμφιδρομότητας). Αμφίδρομη Εκπομπή Interactive Broadcasting. Περιλαμβάνει πραγματικά αμφίδρομες υπηρεσίες που συνδέονται ή είναι τελείως ανεξάρτητες με άλλες, broadcast υπηρεσίες. Απαιτείται κανάλι επιστροφής. Πρόσβαση στο Internet Internet Access. Αυτή η περιοχή εστιάζεται στην παροχή πρόσβασης στο Internet μέσω μιας πλατφόρμας DVB. Σενάρια εφαρμογής υπηρεσιών TCP/IP-over-DVB-T, μπορούν να περιλαμβάνουν: 22
Χρήση παραδοσιακών client-server εφαρμογών σε τηλεοπτικά προγράμματα για ενεργό συμμετοχή του κοινού (τηλε-ψηφοφορία, αναδραστικές διαφημίσεις, τηλεπαιχνίδια κ.λπ.), Λήψη πληροφοριών on-demand και σε πραγματικό χρόνο σχετικά με τα προβαλλόμενα προγράμματα και τις διαφημίσεις, Εύκολη μετακίνηση και εγκατάσταση σημείων παροχής πληροφοριών στο κοινό ( infokiosks ), που διασυνδέονται ασύρματα μέσω ενός κοινού DVB-T downlink, χωρίς την απαίτηση ενσύρματης υποδομής, Πληροφορίες κίνησης και τηλε-πλοήγηση σε ιδιωτικά μέσα μεταφοράς (αυτοκίνητα, φορτηγά). Υπάρχουν πολλά σενάρια για την εγκατάσταση πολυμεσικών συστημάτων και σε αυτοκίνητα, βασισμένων στο DVB-T, Παροχή νέων αμφίδρομων πολυμεσικών εφαρμογών στους πελάτες μαζικών μέσων μεταφοράς (κυρίως λεωφορείων μεγάλων αποστάσεων, τραίνων, πλοίων) Εύκολη και ευρυζωνική πρόσβαση στο Internet από φορητά τερματικά παντού και οποτεδήποτε σε ταχύτητες πολύ υψηλότερες των κινητών τερματικών τρίτης γενιάς. 2.5 DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld) Τo DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld) [4] είναι μια τεχνική προδιαγραφή που σκοπό έχει να φέρει τις υπηρεσίες μετάδοσης ψηφιακού βίντεο στους φορητούς δέκτες. Το DVB-H υιοθετήθηκε επισήμως από την ETSI με το τυποποιημένο EN 302 304 τον Νοέμβριο του 2004 και επικυρώθηκε επίσημα από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Ο σημαντικότερος ανταγωνιστής αυτής της τεχνολογίας είναι ψηφιακή αναμετάδοση πολυμέσων (DMB). Χρησιμοποιεί διαμόρφωση QAM,QPSK ή ακόμα και 64QAM, κώδικα διόρθωσης λαθών MPE-FEC, και τεχνική τεμαχισμού χρόνου. 2.5.1 Προβλήματα Μεγάλη κατανάλωση ρεύματος Προβληματική απόδοση σε κυτταρικό περιβάλλον -Ο λόγος C/N στο κινητό κανάλι -Φαινόμενο Doppler στο κινητό κανάλι -Αυθόρμητες παρεμβολές Μικρή ευελιξία σχεδιασμού για κινητά 2.5.2 Οφέλη Καταναλωτές: Νέες ελκυστικές υπηρεσίες Επαναχρησιμοποίηση δημοφιλών συσκευών δια μέσου νέων πλατφόρμων μετάδοσης Εταιρίες: Επιπρόσθετες επιχειρηματικές ευκαιρίες 23
Διαχειριστές (Mobile operators): Εφοδιασμός από νέες υπηρεσίες αλληλεπίδρασης και πιθανότατα νέοι ρόλοι για αυτους στις επιχειρήσεις (digital video broadcasting) Πωλητές εξοπλισμού: Νέα προιόντα 2.5.3 Τεχνική εξήγηση: Σχήμα 2.3 Δομή πλαισίων DVB-H Είναι η πιο πρόσφατη ανάπτυξη μέσα στο σύνολο προτύπων μετάδοσης DVB. Θεωρείται ως αντικαταστάτης του πολύ επιτυχημένου DVB-T, δηλαδή του συστήματος για την ψηφιακή επίγεια τηλεόραση, με πρόσθετα χαρακτηριστικά γνωρίσματα για να καλύψει τις συγκεκριμένες απαιτήσεις των φορητών -με μπαταρίες- δεκτών. Μπορεί να προσφέρει ένα προς τα κάτω κανάλι στα υψηλά ποσοστά δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αυτόνομα ή ως εμπλουτισμός των κινητών δικτύων τηλεπικοινωνιών όπου πολλά φορητά τερματικά είναι σε θέση να έχουν πρόσβαση. Χρονικός τεμαχισμός είναι η τεχνολογία που υιοθετείται για να μειώσει την κατανάλωση ισχύος στα μικρά φορητά τερματικά. Τα IP δεδομένα διαβιβάζονται ως ριπές δεδομένων στις μικρές αυλακώσεις. Κάθε ριπή μπορεί να αποτελείται από περίπου 2 Mbits δεδομένων. Υπάρχουν 64 bit ισότιμίας για κάθε 191 bit, που προστατεύονται από Κώδικες Reed-Solomon Το μπροστινό άκρο του δέκτη ανάβει μόνο για το χρονικό διάστημα που η ριπή δεδομένων μιας επιλεγμένης υπηρεσίας είναι στον αέρα. Εντός αυτής της μικρής χρονικής περιόδου ένα υψηλό ποσοστό δεδομένων παραλαμβάνεται και μπορεί να αποθηκευτεί σε μια μονάδα προσωρινής αποθήκευσης. Η επιτεύξιμη αποταμίευση ισχύος εξαρτάται από τη σχέση του on/off-χρόνου. Εάν υπάρχουν περίπου δέκα ή περισσότερες οι υπηρεσίες συνεχούς ροής σε ένα DVB-H, το ποσοστό της αποταμίευσης για το μπροστινό άκρο θα μπορούσε να είναι μέχρι 90%. 24