Η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση

Το εξαιρετικό κείμενο που ακολουθεί και αφορά σε ό,τι πρέπει να γνωρίζουμε

για την Επίγεια Ψηφιακή Τηλεόραση, είναι των κυρίων:

Τουμανίδη Νικόλαου, Φυσικό-Ραδιοηλεκτρολόγο, Υποψήφιο Διδάκτωρ Παν/μίου Πατρών, Καθηγητή ΔΕ -  ntouman[at]hol.gr

και

Πλακογιάννη-Φωτίου Πέτρο, Πτυχιούχο του τμήματος Εφαρμοσμένης Πληροφορικής και Πολυμέσων του ΑΤΕΙ Κρήτης - peteplako[at] yahoo.com

με αφορμή αντίστοιχο θέμα συζήτησης στο Linkedin Group: Creative Minds in Greek New Media

[Η συζήτηση είναι ανοικτή για κάθε μέλος που θέλει να συμμετάσχει]

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Όπως είναι γνωστό, πριν από δέκα περίπου χρόνια στην Ευρώπη εμφανίστηκε σαν πειραματική εφαρμογή η ιδέα της ψηφιακής τηλεόρασης. Η ψηφιακή τηλεοπτική μετάδοση πλεονεκτεί σε σχέση με την αναλογική μετάδοση λόγω της υψηλής ευκρίνειας της εικόνας, της πολύ καλής ηχητικής απόδοσης, της βελτιωμένης πιστότητας λήψης του σήματος και την υποστήριξη αμφίδρομων πολυμεσικών υπηρεσιών.

Σήμερα, η ψηφιακή τηλεόραση έχει κάνει αρκετά βήματα εξέλιξης και έχει διαδοθεί σε ολόκληρο τον κόσμο. Τα πιο γνωστά Ευρωπαϊκά πρότυπα ψηφιακής τηλεόρασης είναι η καλωδιακή (DVB-C) και η δορυφορική ψηφιακή τηλεόραση (DVB-S).

Στην Ελλάδα καλωδιακή τηλεόραση δεν υπάρχει, αλλά τουλάχιστον υπάρχει μια πλατφόρμα δορυφορικής τηλεόρασης.

Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσεται στην Ευρώπη ένα νέο πρότυπο ψηφιακής τηλεόρασης, η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial).
Το σύστημα χρησιμοποιείται σε αρκετές ευρωπαϊκές χώρες όπως είναι η Γερμανία, η Αγγλία, η Σουηδία και η Φινλανδία.

Στην Ελλάδα η πρώτη αξιόλογη προσέγγιση στην τεχνολογία της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης πραγματοποιήθηκε στο Ηράκλειο της Κρήτης υπό την συνεργασία του Κέντρου τεχνολογικής έρευνας Κρήτης, του τμήματος Εφαρμοσμένης Πληροφορικής και Πολυμέσων του ΑΤΕΙ Κρήτης, του τοπικού τηλεοπτικού καναλιού Κρήτη TV και του ερευνητικού κέντρου Δημόκριτος.

Στο Ηράκλειο της Κρήτης πραγματοποιήθηκε μία εκτεταμένη δοκιμή εκπομπής ψηφιακής τηλεόρασης υπό πραγματικές συνθήκες (UHF κανάλι 27). Πρόσφατα η κρατική τηλεόραση ανακοίνωσε επίσημα την πειραματική εκπομπή ψηφιακού σήματος αξιοποιώντας την τεχνολογία της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Συγκεκριμένα θα εκπέμπονται τρία ψηφιακά κανάλια.

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

Στο σύστημα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης, το τηλεοπτικό το σήμα (εικόνα και ήχος) κωδικοποιείται με τον αλγόριθμο συμπίεσης MPEG-2 όπως ακριβώς και με τα συστήματα DVB-S και DVB-C, με αποτέλεσμα την υψηλή ποιότητα του. Συγκεκριμένα η ανάλυση του βίντεο είναι 720×480 pixels (ποιότητα DVD) ενώ ο ήχος είναι πολυκάναλος (6 κανάλια).

Το DVB-T σχεδιάστηκε ώστε να χρησιμοποιεί τα ίδια κανάλια με τη συμβατική (αναλογική) τηλεόραση UHF των 8 MHz και να εξασφαλίζει μέγιστο δυνατό ρυθμό μετάδοσης (bit rate) που μπορεί να φθάσει μέχρι 20 Mbit/s. Το σύστημα είναι δυνατόν να προσαρμοσθεί ώστε να χρησιμοποιεί και τηλεοπτικά κανάλια των 7 και 6 MHz.

Η δορυφορική και η καλωδιακή τηλεόραση προσφέρουν μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης από την επίγεια ψηφιακή τηλεόραση. Παρόλα αυτά, το DVB-T σαν τεχνολογία έχει κάποια σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα άλλα δύο ψηφιακά πρότυπα το οποίο το κάνουν αισθητά να ξεχωρίζει και να δημιουργούν μια νέα προοπτική για το μέλλον της τηλεόρασης.

-  Στην περίπτωση της δορυφορικής και καλωδιακής τηλεόρασης, η λήψη του ψηφιακού σήματος προϋπόθετε ιδιαίτερο εξοπλισμό (δορυφορικό δέκτη και καλωδιακή υποδομή αντίστοιχα). Αντίθετα στο σύστημα DVB-T ο χρήστης μπορεί να λαμβάνει το ψηφιακό σήμα εύκολα και αξιόπιστα μέσω μιας απλής κεραίας UHF εσωτερικής η εξωτερικής. Φυσικά θα πρέπει να τονιστεί ότι ο χρήστης πρέπει να διαθέτει και έναν αποκωδικοποιητή για το επίγειο ψηφιακό σήμα. Στην αγορά διαθέτονται αρκετοί δέκτες-αποκωδικοποιητές (set-top box). Στο σχήμα 1 απεικονίζεται η σύνδεση του set-top box με την τηλεόραση.

Οι αποκωδικοποιητές οι οποίοι υποστηρίζουν διαδραστικές υπηρεσίες και πολυμεσικές εφαρμογές, όπως πχ η πρόσβαση στο Internet ονομάζονται MHP (Multimedia Home Platform). Βέβαια ο χρήστης εναλλακτικά μπορεί να παρακολουθήσει το ψηφιακό πρόγραμμα στον υπολογιστή ή στο PDA του (σχήμα 2), αρκεί να προμηθευτεί μια PCMCIA κάρτα DVB-T για την λήψη επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Οι κάρτες αυτές έχουν δύο υποδοχές, στην πρώτη υποδοχή συνδέεται μια μικρή εξωτερική κεραία για την λήψη του σήματος (είσοδος) και στην δεύτερη υποδοχή συνδέεται η οθόνη του υπολογιστή (έξοδος). Να σημειωθεί ότι πολλές κάρτες υποστηρίζουν και κυψελωτά δίκτυα (GSM, GPRS, UMTS) ως κανάλι επιστροφής με σκοπό την ανάπτυξη διαδραστικών υπηρεσιών.

Όσο αφορά τον παροχέα της ψηφιακής τηλεόρασης, το επίγειο σύστημα αποτελεί μια πιο οικονομική και προσιτή λύση σε σχέση με το δορυφορικό και το καλωδιακό σύστημα.

Σχήμα 1: Η τηλεόραση συνδέεται με τον ειδικό αποκωδικοποιητή κι’αυτός με την σειρά του συνδέεται με την κεραία UHF.

-  Το σύστημα υποστηρίζει την λήψη και από σταθερούς δέκτες αλλά και από κινητούς δέκτες. Με απλά λόγια, αυτό σημαίνει ότι οι χρήστες είναι σε θέση να παρακολουθήσουνε τα ψηφιακά τηλεοπτικά προγράμματα στο laptop ή στο PDA όπου κι’αν βρίσκονται και ενώ κινούνται. Η καινοτόμος αυτή λειτουργία εξελίσσει και συγκλίνει διάφορους τομείς των τηλεπικοινωνιών για την παροχή νέων ελκυστικών υπηρεσιών.

Σχήμα 2:PDA με κάρτα DVB-T για την λήψη ψηφιακών προγραμμάτων. Η κάρτα συνδέεται μέσω USB

Σε πραγματικές συνθήκες επίγειας λήψης τα σήματα καταφθάνουν από πολλές έμμεσες διαδρομές (σχήμα 3). Το φαινόμενο λήψης από πολλαπλές διαδρομές ( multipath reception) αναφέρεται στην συλλογή όλων των ανακλάσεων του σήματος, με αποτέλεσμα να δημιουργείται εξασθένιση στο τελικό σήμα που φθάνει στον δέκτη.

Για παράδειγμα, τα καθυστερημένα σήματα δημιουργούν προβλήματα διπλών ειδώλων στην τηλεόραση.

Είναι προφανές ότι σε συνθήκες επίγειας κινητής λήψης, ο θόρυβος και η απώλεια λήψεως είναι πολύ μεγαλύτερα. Για να υποστηρίξει κινητούς χρήστες, το σύστημα DVB-T χρησιμοποιεί την διαμόρφωση COFDM (Ορθογωνική πολύπλεξη με διαίρεση συχνότητας). Η διαμόρφωση OFDM χρησιμοποιείται δεδομένης της καλής συμπεριφοράς της σε περίπτωση λήψης από πολλαπλές διαδρομές, υποστηρίζοντας μεγάλες ταχύτητες κίνησης του δέκτη.

Τέλος η διαμόρφωση OFDM μπορεί να καλύψει και να οργανωθεί σε περιοχές με κυψελωτή δομή (άρα και να συνδυαστεί με τα κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας).

Σχήμα 3: To φαινόμενο λήψεων από πολλαπλές διαδρομές

-  Ένα απ’τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης είναι η οικονομία συχνοτήτων. Συγκεκριμένα 4 συμβατικά κανάλια (προγράμματα) ή 1 τηλεόρασης μεγάλης ευκρίνειας χωρούν σε ένα κανάλι των 8 MHz. Το σύστημα λοιπόν DVB-T προσφέρει την δυνατότητα να εκπέμπονται από την ίδια συχνότητα πολλά προγράμματα ταυτόχρονα, με αποτέλεσμα απελευθέρωση συχνοτήτων άρα και λύση στην υπερκάλυψη συχνοτήτων.

Λόγω της ικανότητας που επισημάνθηκε, του συστήματος DVB-T να εξουδετερώνει τις ανακλάσεις, υποστηρίζεται η δυνατότητα κατασκευής μονοσυχνοτικών δικτύων (SFN=Single Frequency Network), δηλαδή η δυνατότητα σ’ένα δίκτυο να εκπέμπει από την ίδια συχνότητα σε όλη την επικράτεια, γεγονός που συντελεί σε ακόμα μεγαλύτερη οικονομία συχνοτήτων.

Εύλογα προκύπτει το ερώτημα γιατί η Ελληνική κρατική τηλεόραση δεν χρησιμοποιεί μια ενιαία συχνότητα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης για όλη την Ελλάδα. Στην Αττική χρησιμοποιήθηκε το UHF κανάλι 48, στην Θεσσαλονίκη το κανάλι 56 και στην Θεσσαλία το κανάλι 53. Αυτό οφείλεται στο ότι οι παροχές υπηρεσιών του DVB-T χρησιμοποιούν την ζώνη του ράδιο-φάσματος UHF και στην Ελλάδα δεν είναι ελεύθερες οι συχνότητες (τα κανάλια) αφού τα UHF είναι «υπερφορτωμένα» από την χρήση τους για την αναλογική τηλεόραση.

Με την εισαγωγή της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης θα πρέπει να υπάρξουν εθνικές νομοθετικές ρυθμίσεις για μια διαφορετική κατανομή του ράδιο-φάσματος. Η ανακατανομή του φάσματος βρίσκεται στο χρονοδιάγραμμα των εργασιών Digital Switchover, το οποίο αποτελεί ένα project της Eυρωπαικής Ένωσης σύμφωνα με το οποίο τα κράτη-μέλη αναγκάζονται μέχρι το 2012 στο να καταργήσουν πλήρως την εκπομπή του αναλογικού σήματος και να υιοθετήσουν πλήρως το σύστημα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ DVB-T

Θα είχε ενδιαφέρον μια σύντομη αναφορά στο πώς παράγεται στο σήμα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Δεν θα γίνει επέκταση στην ανάλυση των διαφόρων κωδίκων αφού οι διαδικασίες όπου λαμβάνουν χώρα είναι αρκετά πολύπλοκες και οι περιγραφές τους ξεφεύγουν από το σκοπό του άρθρου.

• Κωδικοποίηση MEPG-2 και τυχαιοποίηση

H μορφή του σήματος βασικής ζώνης που εκπέμπει το DVB-T και ο αλγόριθμος συμπίεσης της εικόνας περιγράφεται από την προδιαγραφή MPEG-2. Το σήμα είναι οργανωμένο σε πακέτα των 188 bytes. Το bitstream τυχαιοποιείται με μια γεννήτρια ψευδοτυχαίας δυαδικής ακολουθίας (pseudo random binary sequence) που έχει το λογικό κύκλωμα.

• Εξωτερική κωδικοποίηση (κώδικας Reed-Solomon)

Εξωτερική κωδικοποίηση έναντι λαθών με τον κώδικα Reed Solomon, ο οποίος εφαρμόζεται σε κάθε τυχαιοποιημένο πακέτο των 188 bytes, με αποτέλεσμα το πακέτο να αυξάνεται στα 16 bytes, και να διορθώνονται μέχρι 8 λανθασμένα bytes τα οποία βρίσκονται σε τυχαίες θέσεις.

• Κώδικας συνέλιξης
Ακολουθεί η προστασία του bitstream με των κώδικα συνέλιξης (convolutional code)

• Εσωτερική διεμπλοκή (inner interleaving) στον χρόνο και στην συχνότητα

• Αντιστοίχηση και διαμόρφωση των φερόντων

Μετά από την διεμπλοκή έχουμε μια ακολουθία bits στα οποία εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές διαμόρφωσης (QPSK,16-QAM,4-QAM)

• Πολυπλεξία κατά OFDM με αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier(IFFT)

• Μετατροπή στην τελική RF συχνότητα

Το RF σήμα έχει εύρος ζώνης 8MHz και χρησιμοποιεί τα κανάλια της μπάντας του UHF(όπως ένα αναλογικό τηλεοπτικό κανάλι).

Αυτό που πρέπει να γίνει κατανοητό, είναι ότι το ψηφιακό σήμα μετατρέπεται σε αναλογικό, αφού η εκπομπή του σήματος είναι αναλογική στις RF συχνότητες. Κατά την διαδικασία λήψης του σήματος, ο αποκωδικοποιητής έχει κυκλώματα για την ανάκτηση του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό.

Τέλος να σημειωθεί ότι στο ρεύμα μεταφοράς μπορούν να ενσωματωθούν πακέτα IP με διάφορες τεχνικές ενθυλάκωσης, ώστε να διακρίνονται από τα πακέτα ψηφιακής τηλεόρασης. Το αποτέλεσμα είναι να ορίζεται ένα αμφίδρομο δίκτυο TCP/IP over DVB-T το οποίο να υποστηρίζει διαδραστικές υπηρεσίες. Το κανάλι εκπομπής (broadcast channel) δηλαδή το downlink αποτελείται από ένα σύστημα εκπομπής DVB-T και το κανάλι επιστροφής ή αλληλεπίδρασης (interaction channel) βασίζεται σε διάφορες δικτυακές τεχνολογίες όπως το GPRS ή τα Wi-Fi.

ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ

Είναι σίγουρο, ότι η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση αποτελεί μια ευκαιρία για σύγκλιση ανάμεσα στις τηλεπικοινωνιακές επιχειρήσεις και στις τηλεοπτικές εταιρίες. Ο αμφίδρομος χαρακτήρας του συστήματος υποστηρίζει πλήρως διαδραστικές υπηρεσίες αφού το κανάλι εκπομπής προσφέρει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης των δεδομένων έως 20Mbps και όσον αφορά τις επιδόσεις του δικτύου για τον πραγματικό ρυθμό μεταφοράς δεδομένων εξαρτάται από την τεχνολογία που θα εφαρμοστεί στο κανάλι επιστροφής. Για κανάλι επιστροφής χρησιμοποιούνται όπως αναφέρθηκε παραπάνω διάφορες δικτυακές τεχνολογίες όπως GSM, GPRS, UMTS και WLAN.

Το δίκτυο TCP/IP over DVB-T προσφέρει διάφορες υπηρεσίες όπως είναι:
• Πρόσβαση στο διαδίκτυο
• Ταυτόχρονη εγγραφή και τηλεθέαση
• E-shopping
• Τηλεδιάσκεψη
• Βιντεόφωνο
• Τηλε-εκπαίδευση
• Τηλε-πλοήγηση και πληροφορίες οδήγησης (πχ η κίνηση στους δρόμους)
• Επιλογή προβολής συγκεκριμένου τηλεοπτικού προγράμματος ή ταινίας οποιαδήποτε επιθυμητή ώρα
• Ταυτόχρονη λήψη πολλών καναλιών
• Ηλεκτρονικά Στοιχήματα και παιχνίδια
• Υπηρεσίες teletext

• Λήψη δυναμικών πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο για τα τηλεοπτικά προγράμματα. Για παράδειγμα στην μετάδοση ενώς ποδοσφαιρικού αγώνα να παρέχονται πληροφορίες για τα εισιτήρια του αγώνα, πληροφορίες για την αγωνιστική απόδοση κάθε παίχτη, πληροφορίες ιστορικής αναδρομής των ομάδων, πληροφορίες για το στοίχημα κ.α

Την τελευταία διετία στην Ευρωπαϊκή Ένωση έχουν αναπτυχθεί αρκετά project για την χρησιμοποίηση της τεχνολογίας DVB-T με σκοπό την ανάπτυξη της ευρυζωνικότητας.
Μελέτες, έρευνες και πειράματα έχουν διεξαχθεί για την ενσωμάτωση επίγειων ψηφιακών δεκτών στα αυτοκίνητα και στα κινητά τηλέφωνα.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα η ανακοίνωση της εταιρίας Nokia για την δημιουργία του πρώτου κινητού με ικανότητα λήψης επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Η τεχνολογία που χρησιμοποιούν οι κινητές συσκεύες ονομάστηκε DVB-H, αρχικά από το Digital Video Broadcasting Handheld.

Η ανάγκη των χρηστών για νέες υπηρεσίες και εφαρμογές, οδήγησαν σε ταχύς ρυθμούς την εξέλιξη των τηλεπικοινωνιακών δικτύων και τεχνολογιών με κύριο ευνοημένο φυσικά τον επιχειρηματικό τομέα. Οι τηλεπικοινωνιακές επιχειρήσεις και τα τηλεοπτικά κανάλια προφανώς θα έχουν σημαντικό οικονομικό κέρδος. Από την μεριά του ο χρήστης, θα’χει πολύ καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών, περισσότερες επιλογές και ταχεία πρόσβαση στα ευρυζωνικά δίκτυα.

Η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση συμβάλει σε μια νέα τεχνολογική εποχή, η οποία θα διευκολύνει την καθημερινή ζωή μας.

Πηγές:

- dvb.org

- ebu.ch/publications

Μία εξαιρετική παρουσίαση για την Επίγεια Ψηφιακή Τηλεόραση μπορείτε να δείτε εδώ

Ευχαριστώ θερμά τους κυρίους

Τουμανίδη και Πλακογιάννη-Φωτίου για την εμπιστοσύνη τους στο We Go Web

Ε.Β.

Η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση7.71027