Televiziunea Digitală Terestră

1. Introducere

Transmisia digitală reprezintă orice transmisie în care informaţia utilă este în format digital. Indiferent dacă este cazul unui semnal video, audio sau de date, informaţia se prezintă sub forma unui şir de biţi.

Prima etapă a unui lanţ de transmisie de televiziune digitală constă întotdeauna în compresia şi codarea numerică a surselor video şi a canalelor audio asociate, în scopul de a reduce cât mai mult lăţimea de bandă ocupată de aceste semnale, menţinându-se în acelaşi timp o înaltă calitate a informaţiei sonore şi vizuale.

Al doilea pas este aşa-numita "multiplexare", o tehnică numerică ce constă în agregarea în timp real a datelor venite de la codarea numerică a mai multor programe de televiziune într-un singur flux digital care conţine informaţii din toate programele care doresc a fi distribuite către utilizatorii finali.

Până în urmă cu caţiva ani tehnicile cele mai adecvate pentru distribuirea de programe digitale utilizatorilor finali au fost reprezentate de transmisiile prin satelit, prin cablu şi sisteme centralizate ca SMATV (Satellite Master Antenna TV). Recent, datorită inovării tehnologice continue, sunt adăugate noi tehnici pentru distribuirea de programe digitale:

- linii telefonice cu fir;

- reţele de telefonie wireless cum ar fi 2,5 G sau generaţii superioare;

- fibra optică;

- MMDS (Multipoint Microwave Distribution System);

- DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial).

Una dintre cele mai recente evoluţii DTV este posibilitatea de a transmite în timp real pentru terminale mobile de mici dimensiuni (cunoscute sub numele de "TV Mobile"), cum ar fi telefoanele mobile şi smartphone-urile. Dezvoltarea tehnologică a acestor aplicaţii destul de cunoscute pe piaţa televiziunii mobile este încă la început, cu proiecte-pilot în diferite părţi ale lumii.

DVB-T este un mod de a trimite conţinutul digital TV pe purtătoare de transport în benzile de UHF şi VHF prin folosirea COFDM (Coded OFDM), o tehnică excelentă, care permite obţinerea de performanţe mărite în ceea ce priveşte acoperirea, mulţumită unei excepţionale imunităţi la zgomot , la fenomenul de fading şi la efectele de multi-cale, toate reprezentând probleme tipice ale canalului de transmisie terestră.

În mod particular, un canal de transmisie terestră diferă de la o legatura prin satelit sau de la un canal de transport prin cablu din cauza modului de propagare multi-cale, şi anume apariţia mai multor trasee de propagare ale semnalului către receptor. Reflecţiile semnalului transmis peste obstacole, cum ar fi clădiri sau munţi se suprapun asincron pe semnalul primit direct de la emiţător. Aceste reflexii sunt în mod evident, întârziate comparativ cu semnalul care ajunge prin calea directă şi proavocă un efect de interferenţă, numit interferenţă co-canal.

Unul dintre avantajele modularii COFDM este chiar acela de utilizare „inteligentă” a modului de propagare multi-cale a semnalului către receptor, pentru a conferi robusteţe semnalul direct, şi nu pentru a atenua sau distorsiona accest semnal.

În general, pe un canal RF este prezent mai mult decât un program TV, astfel încât orice operator de televiziune trebuie, în interiorul studioului său, să creeze un multiplex de programe de televiziune pentru a fi distribuite la toate locaţiile de transmisie ale reţelei sale.

Într-un multiplex DVB-T sunt prezente nu doar programele propriu-zise de televiziune ce trebuiesc transmise la utilizator, ci pot fi prezente şi servicii suplimentare ca de exemplu Electronic Program Guide (EPG), semnale audio suplimentare, radio FM transmis către televizor, aplicaţii interactive, servicii de televiziune mobilă.

Un alt mare avantaj al tehnicii DVB-T este posibilitatea de a construi reţele bazate pe o singură frecvenţă (SFN, Single Frequency Network), folosind o sincronizare exactă a tuturor emiţătoarelor din reţea cu ajutorul GPS ca un semnal de referinţă comun.

Arhitectura unei reţele DVB-T poate fi analizată cu uşurinţă prin identificarea elementelor sale cheie: studioul de producţie TV, locaţiile de transmisie şi locaţiile de recepţie.

Figura 1 prezintă o arhitectură tipică DVB-T.

Exemplul indicat constă în crearea unui buchet de patru programe TV pentru a fi transmise pe un canal digital împreună cu informaţii suplimentare care pot fi, de exemplu preluate de la o reţea IP deja existentă.

Cele patru surse audio-video analogice intră în patru codificatoare cu rolul de a comprima şi coda informaţiile, generând fluxuri digitale numite Single Program Transport Stream (SPTS) care transportă fiecare program audio-video digital, prin utilizarea unei interfeţe ASI (Asynchronous Serial Interface). Fiecare flux de SPTS este pasat unui multiplexor (MUX) care are funcţia de a fuziona toate fluxurile SPTS, precum şi informaţiile referitoare la toate programele şi datele de adăugat buchetului, într-un singur flux digital (numit MPTS, Multi Program Transport Stream). După cum se poate observa şi în figură, multiplexorul mai are şi funcţia de adăugare la ieşire a unui flux de informaţii de control (SI, Service Information), care sunt utilizate de către receptor pentru a se putea sincroniza corect pe canalele transmise în multiplex, dar şi pentru decodarea programelor audio-video transportate în interiorul său.

În plus faţă de multiplexor, se află , eventual, un sistem de criptare (numit CAS-Conditional Access System), folosit pentru a se administra utilizarea unuia sau mai multor programe din interiorul buchetului transmis.

Dacă în schimb utilizarea programelor este complet gratuită (FTA, necriptate) sistemul CAS este inutil şi fluxul ASI produs de multiplex, poate fi direct transmis fără adăugarea ulterioară a altor date.

Fluxul ASI produs de multiplexor (sau de orice sistem de criptare) prezent la ieşirea din studioul de producţie digitală este preluat de un sistem de transmisie dintr-o reţea de distribuţie, care are funcţia de a duce fluxul ASI la intrarea tuturor transmiţătoarelor din reţeaua DVB-T.

Folosind codificarea MPEG2 mărimea tipică a unui buchet DVB-T este de patru, cinci programe, în definiţie de standard (SD), însă, folosind o tehnică de compresie mai eficientă ca H.264, se pote ajunge la triplarea numărului de programe conţinute de acelaşi canal, contribuind astfel la creşterea eficienţei spectrale ale transmisiei.

În prezent, cele mai multe dintre ţările care au adoptat DVB-T utilizează codificarea MPEG2, o codare robustă şi compatibilă cu o gamă largă de receptoare fixe şi mobile.

Unele ţări au adoptat codificarea MPEG4, care permite utilizarea mai bună a frecvenţei radio, dar în mod inevitabil afectează costurile pentru utilizatorul final, având în vedere preţul ridicat al receptoarelor care pot decoda în standardul MPEG4.

Distribuirea se poate realiza folosind link-uri prin satelit, legături terestre prin microunde, link-uri de fibră optică sau conexiuni terestre prin intermediul diferitelor tipuri de reţele de telecomunicaţii cu fir sau fără fir. Diferite metode de distribuţie utilizând diferite tipuri de echipamente şi tehnologii pot fi combinate pentru a da naştere la o reţea de distribuţie hibrid, compusă din diferite tipuri de reţele conectate între ele prin adaptoare de reţele.

De exemplu, link-ul reţelelor de fibră optică şi link-ul celor de telecomunicaţii sunt realizate de către adaptoare de reţea care transformă semnalul ASI într-un fascicul optic sau în semnale electrice cu caracteristici diferite în ceea ce priveşte parametrii lor fizici şi de protocol(de exemplu Internet sau G.703).

Ambele link-uri terestre şi prin satelit sunt efectuate folosind un modulator digital QPSK care modulează Transport Stream-ul ASI pe o purtătorare de transmisie la frecvenţa intermediară (IF) (de obicei frecvenţa purtătoarei are valoarea de 70MHz). Purtătoarea IF este trecută apoi printr-un sistem cu rolul de conversie de frecvenţă, care la rândul său pasează conţinutul unui transmiţător RF satelit sau terestru. Semnalul astfel obţinut este trimis apoi la fiecare locaţie de transmisie DVB-T, direct sau prin reflexie, în funcţie de distanţa de la fiecare locaţie la studioul de producţie al buchetului.

Transmiţătorii DVB-T emit un semnal în banda UHF sau VHF (în modul MFN sau SFN) şi stabilesc o acoperire geografică strict dependentă de calitatea semnalului transmis şi parametrii COFDM, specifice fiecărei locaţii de transmisie. Semnalul DVB-T radiat poate fi recepţionat şi demodulat fie de către receptoarele fixe (set-top box, extern sau integrat în cele mai moderne televizoare), fie de receptoarele mobile (instalate de exemplu, pe mijloacele de transport urban), sau de receptoarele specific portabile (de obicei, laptop-uri, telefoane mobile şi smartphone-uri echipate cu DVB-T).

Unul dintre avantajele deja menţionate ale televiziunii digitale, este acela că permite o interactivitate între utilizatorul final şi operatorul de televiziune, datorită aplicaţiilor software făcute în mod special pentru platforma DVB-T. Pentru a realiza aplicaţii interactive în timp real este necesară completarea reţelei cu un canal de retur, care să permită utilizatorului final să trimită diferite tipuri de date furnizorului de televiziune. Canalul de retur poate fi implementat prin reţelele de telecomunicaţii cu fir sau wireless, cu menţiunea că în acest moment sunt folosite în special reţelele de telefonie cu fir deoarece reprezintă în continuare cel mai popular mijloc de comunicare între utilizatorii finali.