DVB-T,-C,-S Digitales Fernsehen über Antenne, Kabel und Satellit, MHP DVB-H / -S2 FKTG Regionalgruppe, an der TU-Ilmenau

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1 DVB-T,-C,-S Digitales Fernsehen über Antenne, Kabel und Satellit, MHP DVB-H / -S2 FKTG Regionalgruppe, an der TU-Ilmenau Quellen für Folien: Dr. Rainer Schäfer, Andreas Sieber Institut für Rundfunktechnik, München 1

2 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 2

3 Datenreduktion im TV Bitrate und Qualität Typische Bitraten 160 Mbit/s Studio Original 34 Mbit/s Studio Contribution 8 Mbit/s "Perfekter" Heimempfang 3-5 Mbit/s Guter Heimempfang 1.2 Mbit/s 312-Zeilen "VHS"? Nutzung eines 38 Mbit/s-Kanals mit MPEG-2 (~ nutzbare Datenrate in einem "analogen" Transponder) Zeilen HDTV-Programm Zeilen-Programme in "Studio-Qualität" Zeilen-Programme in "PAL-Qualität" Zeilen-Programme in "VHS-Qualität" 3

4 Analog- und Digital-TV Analog TV A/D Neuer Anbieter DVB Digital TV K a n a l DVB Quellendecodierg. Modulation Demodulation Mehr Programme MPEG DVB DVB MPEG Transparenter Digitaler Kanal Kanalcodierung Fehlerkorrektur Quellencodierung D/A Beliebiger Content 4

5 DVB Infrastruktur und Standards DVB-RCS ETR 290 DVB-S ETS DVB-MS DVB-MC ETS /749, EN EN DVB-C ETS ETS INTERACTIVE ETS , ETR 211, ETR 162 ETS ETS ETR 298, TS , EN EN ,... ETR 154 Integrated Receiver- Decoder (IRD) MHP INTERACTIVE ETS /814 HLN, HAN, IHDN, SIS(-IP),.. ETS PC DVB-T ETS , TR , TS ETS ETS EN B-ISDN, ASDL, PSTN, GSM DVD DVC 5

6 Standards in DVB und MPEG-2 MPEG (ISO/IEC) DVB (ETSI) MPEG (ISO/IEC) ISO / IEC ISO / IEC , u. MPEG-1 (ISO ) DV B-Einschränkungen ETSI ETR 154 Quellen-Coder Video Quellen-Coder Audio ETSI Zusatzdaten SI PSI Zusatzdaten, Guidelines, Teletext, ISO / IEC Data Broadcasting, Subtitling M u x Kanal- Coder SAT Kanal- Decoder Kabel SMATV ETS ETS ETS Terrestrik ETS Meßtechnik ETR 290 Kanal kanal Kanal- Decoder Rück- Kanal- Coder D e m u x DV B Quellen- Decoder Video Quellen- Decoder Audio Decoderanforderungen, Schnittstellen, etc. Quellencodierung Übertragungssysteme Quellendecodierung 6

7 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 7

8 MPEG-2 "Generic Standard" Was definiert MPEG? System, Video, Audio Datenstrom (Syntax) bzw. Decoder Elementary Stream ES Packetized Elementary Stream PES Transport Stream TS Super-Set von Funktionalitäten Datenströme im System (ES, PES) TS Quellen-Coder Video Quellen-Coder Audio M u x TS Kanal- Coder Kanal DVB Kanal- Decoder TS D e m u x ES (PES,TS) Quellen-Decoder Video Quellen-Decoder Audio (MPEG) 8 MPEG

9 MPEG-2 Parameter Profile: Chroma-Abtaststruktur 4:2:0 bildfüllende "Stützbilder" Level: Pixel < 720 Zeilen (Vollbild) < 576 Bildwechselfrequenz (VB) < 30 Hz Bitrate < 15 Mbit/s Puffergröße < Bit DVB: 720x576, 704x576, 544x576, 480x576, 352x576, 352x288/25 Hz 9

10 Bitratenmanagement TP-Bandbreite TS-Zuspielung und TS-Server Zeit? Automation (+PSI,SI,EPG) "Super-Regler" E E? E M M D zeitliche/räumliche Trennung TS-Server Multiplex Re-Multiplex 10

11 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 11

12 Transportstrom Zeitmultiplex Mbit/s* 4-22 Mbit/s* *) typ. N* N* M* M* M* L* K* I* I* Video Audio Teletext Service Info Conditional Access IP packets Private data Applications Application Info Zeitmultiplex Hohe Zuverlässigkeit (typ. 1 error / 10h) Bandbreite konfigurierbar und variabel 188 Bytes / transport packet Packet Identifier 38 Mbit/s* Transport Stream MHP 12

13 MPEG-2 Transport Stream Multiplex mehrerer Komponenten (Audio, Video, etc.) zu einem Programm Synchronisation mehrerer Komponenten innerhalb eines Programms Multiplexing mehrerer Programme für einen Kanal Übertragung der Systeminformation (Tabellen, EPG, CA) Plausibilitätsprüfungen (Sync-Worte, Continuity Counter) Elementary Stream (z. B. Video 1) V1 ES Packetized Elementary Stream variabel PES Header, Länge, Indikatoren, Timestamps (PTS, DTS) Transport Stream V1 V1 A1 V1 V1 A2 V1 V1 V1 V1 PAT TS Header, PID, Flags Adaptation Field, Timestamps (PCR) Länge 188 Bytes PCR: PTS: DTS: PID: Program Clock Reference Presentation Timestamp Decoding Timestamp Packet Identifier 13

14 MPEG-2 Synchronisation z. B. Video, 50 Hz T1 Coder + PCR =? PTS PTS Puffer Kanal Puffer t=const(=0) decodiere Bild Decoder z. B. Video, 50 Hz t=const. gleiche Bildwechselfrequenz in Coder und Decoder konstante Laufzeit "über alles" Puffer in Coder und Decoder ergänzen sich zu Eins Coder kann Decodier-Zeitpunkt vorhersagen u. teilt zwei Informationen mit: "Wie spät ist es im Coder?/Uhrvergleich" PCR: Program Clock Reference "Um wieviel Uhr wird das aktuelle Bild decodiert?" PTS: Presentation Time Stamp 14

15 MPEG-2 und DVB Übersicht Paketierung Application / Decoding DVB Data pi ping MP EG Vid eo MP EG Au dio DVB Tele text DVB Data stre am ing IP datagram DVB multiprotocol enc. DSMCC priv. data DVB data carous. DSMCC data carous. DVB object car. DSMCC object car. DSMCC data carous. DVB SI MP EG PSI priv. data PES Sections MPEG-2 transport stream Broadcast Channel? Audio/Video IP/Internet Multicast FileCopy Metadaten 15

16 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 16

17 Übertragungsverfahren Entwurfskriterien Rest-Bitfehlerrate ~ (Quasi Error Free, ~ 1 bit/h) Nutzung existierender Bandbreiten maximale Gemeinsamkeit für Satellit Kabel Terrestrische Übertragung Skalierbare Systeme Bandbreite Brutto-/Netto-Bitrate Remodulation 17

18 Modulationsverfahren Satellit Kabel Terrestrisch QPSK (Nichtlinearitäten!) 16-, 32-, 64-, 128-, 256-QAM COFDM 16-, 64-QAM (MR-16-, MR-64-QAM) 18

19 DVB- Ausstrahlung Konstellationsdiagramme 19

20 Kanalcodierung Satellit und Kabel Bitrate/ Bandbreite *1 *204/188 *1 *1/R R: Coderate MPEG-2 (Transport-) Stream Energieverwischung, Framing äußerer FEC RS(204,188) Faltungsinterleaver innerer Faltungscode + Punktierung QAM- Modulator 4,5, 6 QPSK- Modulator I Q Kabel QAM- Demodulator 4,5, 6 Satellit QPSK- Demodulator I Q MPEG-2 (Transport-) Stream Entfernen der Energieverw., Framing RS-Decoder Faltungsdeinterleaver Depunktierung + Viterbi- Decoder 20

21 Skalierbares System Bitraten und Bandbreiten Bandbreite [MHz] Netto R=1/2 [Mbit/s] Netto R=2/3 [Mbit/s] Satellit Netto R=3/4 [Mbit/s] Netto R=5/6 [Mbit/s] Netto R=7/8 [Mbit/s] Kabel De facto: BW [MHz] Net [Mbit/s] n QAM QAM QAM SAT Kabel Netto Mbit/s (Astra 1D, R=3/4) Netto Mbit/s (Astra 1G, R=5/6) Netto Mbit/s (64 QAM) 21

22 Terrestrische Ausstrahlung COFDM terr. Kanal COFDM-Prinzip Konventionell t t COFDM stark schwankende Dämpfung (über f) Zeil. Symbol-Übersprechen Mehrwege-Empfang andere Sender viele Einzelträger -> Dämpfung nur für einzelne Träger, Fehler können korrigiert werden lange Symboldauern -> Mehrwege-Empfang kann sich positiv addieren Guard-Intervall -> Symbol-Übersprechen eliminiert 2K- und 8K-Mode f f 22

23 Fernsehübertragung Historie Analoges Fernsehen : Terrestrik Grundversorgung Kabel Regionalisierung Satellit Flächenversorgung Digitales Fernsehen: Satellit Flächenversorgung Kabel Regionalisierung Terrestrik Portabler, mobiler Empfang 23

24 DVB-T im Vergleich zu PAL Spektrale Effizienz Vorteil bei schlechter Sicht zum Sender Netzgewinn im SFN-Betrieb DVB-T: 4 Programme je Kanal analog: 1 Programm je Kanal 24

25 DVB-T heute Forderungen: - portabel indoor Empfang - mobiler Empfang - DVB-T und Internet Anwendungen: - klassische Distribution - Broadcast: Punkt zu Fläche - Contribution - DNG: Breitband-Punkt zu Punkt - mobiles Internet 25

26 Portabler und mobiler Empfang Mobilität mobil über Land mobil in der Stadt Fußgänger in der Stadt im Haus im Raum GSM GPRS GSM Edge DECT BlueTooth DAB UMTS DVB-T WLAN BRAN Kbit/s 26

27 Portabler Empfang Useful signal interference 12 db 16-times 8 db 6-times 12 db 16-times =32 db 16*16*6=

28 Versorgung mit DVB-T Versorgt man für stationären Empfang, so benötigt man die geringste Leistung Versorgt man für den mobilen Empfang, so benötigt man 12 db mehr Leistung Versorgt man für den portablen indoor Empfang, so benötigt man 32 db mehr Leistung gegenüber stationären Empfang Versorgt man für den portablen indoor Empfang, so bekommt man den mobilen Empfang quasi geschenkt!!!! 28

29 Vor- und Nachteile von SFNs für portablen und mobilen Empfang Höhere empfangbare Leistung durch Leistungsaddition (Vorteil) Zeitliche Kanaleinbrüche sind im Mobilen Empfang reduziert ==> weniger C/N nötig (Vorteil) Netzwerk Diversity==>weniger Abschattungen (Vorteil) Kein Handover zwischen Sendern nötig, um den Rundfunkdienst aufrechtzuerhalten (Vorteil) Bedeckung kann einfach für portablen indoor Empfang mit Hilfe von Füllsendern ausgebaut werden. erfordert 8K für großflächige SFN (Nachteil) Erfordert aufwändigere Empfänger z.b.: bessere Kanalschätzung und -ausgleich (Nachteil) Reduzierte Bit-Rate, wenn längere Guard Intervalle verwendet werden 29

30 DVB-T Modulation 4-PSK 16-QAM 64-QAM 2 Bit / Träger/Schritt 4 Bit / Träger/Schritt 6 Bit / Träger/Schritt 30

31 DVB-T Datenrate versus C/N Rayleigh-Kanal 3/4 5/6 7/ /3 1/23/4 2/3 5/6 7/8 Datenrate D / Mbit/s /2 2/3 1/2 3/4 5/6 7/ C/N / db (Theorie) QPSK 64-QAM 16-QAM 31

32 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 32

33 DVB-H Eigenschaften Wie DVB-T aber: Stromsparmechanismus (etwa 50-80% Einsparung beim Tuner) Zusätzlicher Fehlerschutz (ermöglicht fehlerfreien Empfang mit einer Antenne bei hoher Geschwindigkeit) Audio/Video Übertragung ausschließlich über IP Der zusätzliche Fehlerschutz kostet etwa ¼ der Nutzdatenrate (im Vergleich zu DVB-T mit den selben Parametern) 33

34 DVB-H Time Slicing for power burstbitrate saving burst 1 burst 2 burst 3 continuousbit rate for one service t t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 1 t t t t T5 Receiver switched ON t 6 t 7 t 8 t 9 IRT R. Schäfer / A., A. Sieber Sieber Seminar DVB(-T) 34

35 DVB-H Verwendungszweck DVB-H (Handheld) Fernsehen für kleine, batterie-betriebene Endgeräte mit /ohne Rückkanal DVB-H Empfänger werden in Mobiltelefonen mit UMTS integriert sein DVB-H Empfangskarten für PDA s Interaktive Inhalte für unterwegs 35

36 Seminar DVB Gliederung DVB und MPEG-2 Grundlagen Video Transportstrom Übersicht, Definitionsbereiche, Standards MPEG-2/DVB Parameter Paketierungsmechanismen DVB-C,-S,-T /MHP DVB-H DVB-S2 Übersicht DVB-T Eigenschaften Verwendungszweck Eigenschaften Verwendungszweck 36

37 DVB-S2 Eigenschaften 30% besser als DVB-S Adaptive Codierung/Modulation Spektrale Effizienz: 50 MBit/s in 36 MHz Kanalbandbreite bei 4 db mit QPSK Modulation 80 MBit/s in 36 MHz Kanalbandbreite bei 9,5 db mit 8-PSK Modulation 37

38 DVB-S2 Verwendungszweck Rundfunkdienste Interaktive Dienste mit/ohne Rückkanal über IP Übertragung von Ü-Wägen zum Funkhaus (Kontribution), DSNG HDTV Übertragung mit MPEG4 Part 10/AVC 38

39 Fazit DVB-Systeme wurden für die Übertragung von MPEG-2 TS entwickelt. DVB-C, -S, -T transportieren MPEG-2 AV zum Fernsehzuschauer in SD Interaktion erfordert als gemeinsame Middleware MHP DVB-H und DVB-S2 sind All-over-IP Systeme Für HDTV eignet sich DVB-S2 mit MPEG4 Part 10 / AVC 39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Die Folien/Dokumente sind durch das Urheberrecht geschützt. Eine Vervielfältigung ist nur mit Genehmigung des Verfassers gestattet. Der Urheberrechtshinweis darf nicht entfernt werden. Andreas Sieber Rundfunkübertragungssysteme Institut für Rundfunktechnik Floriansmühlstraße München Fon +49-(0) Fax +49-(0)