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L a TV Digitale in Tasca di Marco Fiore A cura di GROUP

Progetto grafico ed impaginazione

Ser vizi Reali alle Imprese

Coor dinamento Ufficio ADV&Marketing Elettronika srl Stampa LÂ’Editrice - Industria Grafica Editoriale Finito di stampar e il 10/07/2009 Copia omaggio non in vendita


INDICE

I ponti a microonde terrestri La trasmissione sul canale terrestre Architettura di una rete DVB-T

PAG PAG PAG

Un rapido sguardo al futuro

PAG

Applicazioni ad alto valore aggiunto

PAG

Il Transport Stream

PAG

Digitalizzazione dei segnali audio/video

PAG

Introduzione alla TV Digitale Terrestre

Domande frequenti

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1 2 3 4 5 6 7 8 9

PAG

Prefazione di Raffaele Fasano

PAG

INDICE

6 7 13 21 29 35 45 51 61 65


PREFAZIONE Il mondo della televisione sta attraversando uno dei più grandi sconvolgimenti tecnologici della sua storia, in uno scenario di continua evoluzione che sta portando gradatamente allo switch-off delle tradizionali piattaforme analogiche e alla convergenza con il mondo delle telecomunicazioni, specialmente per quel che riguarda le piattaforme digitali di distribuzione dei contenuti audiovisivi. Gli operatori televisivi si trovano oggigiorno pienamente coinvolti in un processo di trasformazione degli apparati, delle competenze tecniche, delle modalità di lavoro e dei modelli operativi di business. Il tutto è reso più complicato dalla presenza di numerosi differenti standard di riferimento, sia in ambito di flussi audio/video digitali, sia per quel che riguarda i segnali emessi dal sistema di antenna, con l’ulteriore difficoltà derivante dall’uso di tecniche di distribuzione finora di uso esclusivo degli operatori di telefonia e di trasmissione dati. La mia esperienza diretta con i broadcasters televisivi ha evidenziato negli ultimi anni la improrogabile necessità di fornire un valido supporto tecnico agli operatori del settore, i quali sono spesso costretti ad affrontare problematiche nuove senza però avere il tempo di “digerire” importanti novità tecnologiche con le quali sono costretti a confrontarsi quotidianamente. Il presente manuale nasce con il preciso scopo di guidare il professionista della TV nel suo viaggio nella TV Digitale, aiutandolo a districarsi fra normative tecniche, acronimi, frequenze, reti numeriche, protocolli e tutto quello che a prima vista può sembrare difficoltoso soltanto perché si tratta di una novità. Gli argomenti sono trattati in modo sintetico e strutturato, con frequente utilizzo di illustrazioni e di rimandi alle normative ufficiali di riferimento, in modo da creare un riferimento di consultazione rapido ed efficace, da portare sempre insieme al laptop o alla borsa degli attrezzi. Il manuale si conclude con un elenco di domande frequenti, selezionate in base alle tipiche richieste giunte agli operatori Customer Care di Elettronika Group sin dall’inizio dell’era della TV Digitale. Mi auguro vivamente che questo manuale sia apprezzato dai lettori e che contribuisca a facilitare il loro lavoro quotidiano a contatto con le nuove tecnologie. Raffaele Fasano

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1Introduzione alla TV Digitale Terrestre


Introduzione alla TV Digitale Terrestre

La parola “digitale” è una delle parole più diffuse nel linguaggio tecnologico di oggi ed indica genericamente una grandezza campionata, quantizzata e rappresentata mediante caratteri binari. Nell’ambito delle trasmissioni, l’espressione “TV Digitale”, indicata anche come DTV (Digital TeleVision) o DVB (Digital Video Broadcasting), indica la trasmissione di audio, video ed informazioni ausiliarie in formato digitale. Naturalmente, siccome questi segnali digitali devono essere utilizzati per modulare una portante (nelle bande UHF e VHF) per poter transitare in un canale trasmissivo, l’effettiva trasmissione nella TV digitale si serve anche di segnali analogici che sono emessi dalle antenne trasmittenti e captati dalle antenne riceventi. Per comprendere esattamente la tecnica DTV non è sufficiente analizzare soltanto le tecniche di modulazione numerica, ma si devono anche esaminare le tecnologie per la codifica dei segnali audio e video, le tecniche di multiplexing e le modalità di distribuzione dei contenuti dagli studi di produzione alle postazioni di emissione. La prima fase di una catena di trasmissione televisiva digitale consiste sempre nella compressione e codifica numerica delle sorgenti video e dei relativi canali audio, allo scopo di ridurre il più possibile la banda occupata da questi segnali, conservando contemporaneamente una elevata qualità sonora e visiva. La seconda fase consiste nel cosiddetto “multiplexing”, una tecnica numerica che consente di aggregare in tempo reale i dati provenienti dalla codifica numerica di più programmi televisivi in un unico flusso digitale che contiene le informazioni di tutti i programmi che si intendono distribuire agli utenti finali. Fino a pochi anni fa le tecniche più adatte per la distribuzione di programmi digitali agli utenti finali erano il satellite, il cavo ed impianti centralizzati di tipo SMATV (Satellite Master Antenna TV). Recentemente, grazie alle continue innovazioni tecnologiche, si stanno aggiungendo nuove tecniche di distribuzione dei programmi digitali: - linee telefoniche cablate; - reti telefoniche wireless di tipo 2.5G o generazioni superiori; - fibra ottica; - MMDS (Microwave Multipoint Distribution System); - DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial). Una delle evoluzioni più recenti della TV Digitale riguarda la trasmissione in tempo reale verso terminali mobili di piccole dimensioni (la cosiddetta “Mobile TV”) come telefoni cellulari e smartphones. Lo sviluppo tecnologico di queste applicazioni è piuttosto maturo ma il mercato della Mobile TV è tuttora in fase embrionale, con progetti pilota presenti in varie parti del mondo. In questo manuale ci soffermeremo principalmente sulla tecnica DVB-T, che è alla

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base della attuale “rivoluzione digitale” della televisione. Il punto di riferimento europeo della TV digitale è il DVB Project, un consorzio internazionale di aziende e di enti di certificazione che si occupa di redigere documenti standard di riferimento che descrivono le procedure tecniche di creazione e gestione dei contenuti della TV digitale e delle possibili applicazioni legate al mezzo televisivo. Anche l’ETSI (European Telecommunications Standards Institute) svolge un ruolo fondamentale nel definire le normative operative che traducono in parametri e numeri le direttive del DVB Project.

Il punto di riferimento per la compressione audio-video e per la gestione del trasporto delle informazioni compresse è invece il Moving Picture Expert Group (MPEG), il cui lavoro si trova concretizzato nelle normative ufficiali redatte dalle organizzazioni ISO e IEC. www.mpeg.org www.standardsinfo.net

Una delle domande più ricorrenti in questo periodo di transizione è: “perché è necessario passare ad una tecnica di trasmissione digitale?” A questa domanda si può rispondere in vari modi, ma la considerazione più immediata ed efficace da farsi è che ormai è sotto gli occhi di chiunque che tutti i mezzi di comunicazione e di lavoro sono oggigiorno fondati sulla tecnologia digitale e quindi il broadcasting televisivo, se non si adattasse a questa tendenza, rimarrebbe isolato da tutti i benefici che derivano da una estrema disponibilità di contenuti ed applicazioni provenienti dal mondo delle telecomunicazioni e dell’informatica. Le motivazioni più tecniche, invece, si comprendono a partire da una analisi del DVB-T, la tecnica di trasmissione televisiva digitale terrestre adottata in Europa e nella maggior parte dei Paesi del mondo. Il DVB-T è una modalità per trasmettere contenuti TV digitali su portanti nelle bande UHF e VHF utilizzando la modulazione COFDM (Coded OFDM), una tecnica eccellente che consente di ottenere delle ottime prestazioni in termini di copertura grazie ad una eccezionale immunità al rumore, al fading e agli effetti derivanti dai cammini multipli, tutte problematiche tipiche del canale trasmissivo terrestre. In particolare, un canale trasmissivo terrestre differisce da un link satellitare o da un canale trasmissivo su cavo a causa della elevata propensione alla propagazione “multi-path”, e cioè alla generazione di cammini multipli. Le riflessioni del segnale

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PAG

Introduzione alla TV Digitale Terrestre

www.dvb.org www.etsi.org


Introduzione alla TV Digitale Terrestre

trasmesso su ostacoli come palazzi o montagne si sovrappongono in modo asincrono sul segnale ricevuto direttamente dal trasmettitore. Queste riflessioni sono, ovviamente, ritardate rispetto al segnale che percorre il cammino diretto e provocano un effetto di interferenza detto interferenza co-canale. Uno dei vantaggi della modulazione COFDM, come meglio si vedrà nel seguito, è proprio quello di utilizzare “intelligentemente” i cammini multipli per rinforzare il segnale diretto invece che affievolirlo e disturbarlo. Generalmente più di un programma TV è presente su un canale RF, quindi ciascun operatore televisivo deve, all’interno del suo studio di produzione, creare un multiplex di programmi televisivi che devono essere distribuiti a tutti i siti di trasmissione della sua rete. In un multiplex DVB-T non soltanto programmi propriamente televisivi possono trovare posto ed essere trasmessi all’utente finale: vari servizi aggiuntivi possono essere contemporaneamente trasmessi, come Guida Elettronica ai Programmi (EPG), segnali audio aggiuntivi, radio FM trasmesse alle TV, applicazioni interattive, servizi di Mobile TV. Un altro grande vantaggio della tecnica DVB-T è la possibilità di costruire reti a singola frequenza (SFN, Single Frequency Network) mediante una esatta sincronizzazione di tutti i trasmettitori del network utilizzando il GPS come segnale di riferimento comune. L’architettura di una rete DVB-T può essere analizzata in modo semplice dividendola nei suoi elementi chiave: studio di produzione TV, siti di trasmissione e siti di ricezione. Nella figura 1 è illustrata la architettura di una tipica rete DVB-T. Single Program Transport Stream

Service Information

SI

Program Coding

Video Audio

A/V Encoder 1

Video Audio

A/V Encoder 2

Video Audio

A/V Encoder 3

Video Audio

A/V Encoder 4

Data

Data Encapsulator

Optional Conditional Access System (Encryption for Pay-TV)

ASI

ASI

ASI

MUX

ASI

CAS

ASI

ASI

ASI

Fixed, portable and mobile receivers

Figura 1 – Architettura di una rete DVB-T

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Multi Program Transport Stream

Distribution Network


Introduzione alla TV Digitale Terrestre

L’esempio illustrato consiste nella creazione di un bouquet di quattro programmi TV da inviare su un canale digitale insieme a delle informazioni aggiuntive che possono essere ad esempio prelevate da una rete IP preesistente. Le quattro sorgenti audio-video analogiche entrano in quattro encoder che si occupano di comprimere e codificare le informazioni e generare dei flussi digitali denominati Single Program Transport Stream (SPTS) che trasportano ciascun programma audio-video digitale mediante un protocollo seriale denominato ASI (Asynchronous Serial Interface). Ciascun flusso SPTS entra in un multiplexer (MUX) che ha la funzione di far confluire in un unico flusso digitale (denominato MPTS, Multi Program Transport Stream) le informazioni relative a tutti i programmi e dati aggiuntivi del bouquet. Come si vede dalla figura, il multiplexer ha anche la funzione di aggiungere allo stream di uscita delle informazioni di servizio (SI, Service Information) che sono utilizzate dal ricevitore per poter correttamente sintonizzare il canale e decodificare i programmi audio-video trasportati al suo interno. A valle del multiplexer è presente eventualmente un sistema di criptaggio (chiamato anche CAS, Sistema di Accesso Condizionato), utilizzabile per somministrare a pagamento la fruizione di uno o più programmi all’interno del bouquet trasmesso. Se invece la fruizione dei programmi è interamente gratuita (FTA, Free To Air), il blocco CAS è inutile e il flusso ASI prodotto dal multiplexer può essere direttamente trasmesso senza l’aggiunta di ulteriori dati. Il flusso ASI prodotto dal multiplexer (o dall’eventuale sistema di criptaggio) rappresenta l’uscita dello studio di produzione digitale e deve essere fornito ad una rete di distribuzione che ha la funzione di portare il flusso ASI all’ingresso di tutti i trasmettitori della rete DVB-T. ISO/IEC 13818-1

Utilizzando la codifica MPEG2 la dimensione tipica di un bouquet DVB-T è di quattrocinque programmi a definizione standard (SD), utilizzando una tecnica di compressione più efficiente come l’H.264 si può arrivare a triplicare il numero di programmi contenuti sullo stesso canale, aumentando in tal modo l’efficienza spettrale della trasmissione.

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PAG

Attualmente la maggior parte dei Paesi che hanno adottato il DVB-T stanno utilizzando la codifica MPEG2, ormai ben consolidata e supportata da una vasta gamma di ricevitori fissi e mobili. Alcuni paesi stanno adottando la codifica MPEG4, consentendo di utilizzare al meglio i canali a radiofrequenza, ma incidendo inevitabilmente sui costi per l’utente finale, visto il prezzo più elevato dei ricevitori in grado di decodificare con lo standard MPEG4.


Introduzione alla TV Digitale Terrestre

La distribuzione può essere effettuata utilizzando link satellitari, ponti a microonde terrestri, link in fibra ottica o collegamenti mediante varie tipologie di reti di telecomunicazione cablate o wireless. I differenti metodi di distribuzione utilizzano diversi tipi di apparati e le diverse tecniche possono anche essere combinate per dar luogo ad una rete di distribuzione ibrida, costituita da diverse tipologie di rete collegate fra loro da appositi adattatori di rete. Ad esempio, i link in fibra ottica e i link su reti telecom vengono realizzati mediante adattatori di rete che trasformano il segnale ASI in un fascio ottico o in segnali elettrici di caratteristiche differenti sotto il profilo del livello fisico e del protocollo (ad esempio Ethernet o G.703). Entrambi i link terrestri e satellitari sono realizzati mediante un modulatore digitale QPSK che modula il Transport Stream ASI su una portante a frequenza intermedia (IF), tipicamente allocata a 70MHz. La portante IF viene dunque passata ad una apposita sezione di conversione di frequenza che alimenta a sua volta un trasmettitore RF satellitare o terrestre. Il segnale così trasmesso viene inviato ad ogni sito di trasmissione DVB-T direttamente o attraverso uno o più “rimbalzi”, a seconda della distanza di ogni sito dallo studio di produzione del bouquet. I trasmettitori DVB-T irradiano un segnale in banda UHF o VHF (in modalità MFN o SFN, come meglio si vedrà nel seguito) e realizzano una copertura geografica strettamente dipendente dalla qualità del segnale trasmesso e dai parametri della modulazione COFDM selezionati per ciascun sito di trasmissione. Il segnale DVB-T irradiato può essere captato e demodulato sia da ricevitori fissi (set-top box esterni oppure integrati nei più moderni televisori), sia da ricevitori mobili (installati ad esempio su mezzi di trasporto urbani), sia da speciali ricevitori portatili (tipicamente laptop, telefoni cellulari o smartphones equipaggiati con ricevitori DVB-T). Uno dei vantaggi già citati della TV Digitale è quello di consentire interattività fra l’utente finale e l’operatore televisivo, grazie ad applicazioni software espressamente realizzate per la piattaforma DVB-T. Per realizzare applicazioni interattive in tempo reale è necessario completare la rete con un canale di ritorno, che consenta all’utente finale di inviare dati di vario genere al provider televisivo. Il canale di ritorno può essere realizzato mediante reti di telecomunicazione cablate o wireless, ma attualmente si utilizzano in prevalenza le reti telefoniche cablate visto che rappresentano ancora il mezzo di comunicazione più diffuso fra gli utenti finali. www2.agcom.it/provv/libro_b_00/librobianco00.htm

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2 Digitalizzazione dei segnali audio/video


Digitalizzazione dei segnali audio/video

Le sorgenti di segnali audio/video, come microfoni e telecamere, producono segnali analogici, cioè segnali con un intervallo illimitato di valori che variano continuamente nel tempo. Per realizzare una elaborazione digitale, questi segnali devono essere campionati a livelli discreti ad intervalli di tempo regolari, “quantizzati” e codificati. Tutti questi procedimenti vengono comunemente identificati con l’unico termine di “digitalizzazione” e rappresentano il primo stadio di una catena di trasmissione di TV Digitale, qualsiasi sia lo standard di riferimento. In figura 2 è illustrato uno schema a blocchi che evidenzia la procedura di campionamento di un segnale video a definizione standard (SD), a partire dalle uscite R,G,B di una telecamera professionale. Fs Luminance 13.5MHz

5.75MHz

G B

Y

Matrix

R

Pb Pr

Anti-alias filter Anti-alias filter Anti-alias filter

2.75MHz

8/10

A D

8/10

A D

8/10

A D

Y Cb

270Mbit/s

Cr

Fs Chrominance 6.75MHz

Figura 2 – Campionamento di una sorgente video SD

Le componenti R,G,B vengono elaborate per produrre i segnali Y (“luminanza”) e Pb, Pr (“differenze colore”) che vengono opportunamente filtrati e campionati con le frequenze di campionamento indicate in figura. La frequenza di campionamento della luminanza è un multiplo intero della frequenza di riga e si nota subito che le due differenze colore vengono campionate a frequenza metà rispetto alla luminanza (il cosiddetto formato 4:2:2). Il motivo è legato al fatto che l’occhio umano è più sensibile alla luminanza che ai dettagli di colore e quindi si possono trasmettere le informazioni relative al colore con una accuratezza inferiore senza perdere in qualità nella percezione dell’immagine. Una risoluzione di 8 bit per ciascuno dei tre segnali conferisce all’immagine una qualità “broadcast” universalmente riconosciuta, dunque sommando i bit-rate risultanti delle tre componenti digitalizzate Y, Cb e Cr si ottiene un bit-rate complessivo pari a 216Mbit/s. In realtà la versione più diffusa del protocollo prevede una quantizzazione a 10 bit dei tre segnali (SDI) e dunque il bit-rate complessivo sale a 270Mbit/s. it.wikipedia.org/wiki/BT.601

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Nel caso di un segnale video ad alta definizione (HD) generato da una telecamera con una superiore accuratezza di acquisizione, la digitalizzazione del segnale avviene come illustrato in figura 3.

Fs Luminance 72MHz

30MHz

G

Pb Pr

Anti-alias filter

A

Anti-alias filter

A

Anti-alias filter

15MHz

8/10 D

8/10 D

8/10

A D

Y Cb

1.44Gbit/s Digitalizzazione dei segnali audio/video

B

Y

Matrix

R

Cr

Fs Chrominance 36MHz

Figura 3 – Campionamento di una sorgente video HD

I dati numerici riportati in figura 3 fanno riferimento ad una scansione “interallacciata” (righe pari e righe dispari scandite in modalità alternata) e ad un sistema operante a 50Hz (standard europeo). In caso di scansione progressiva (tutte le righe visualizzate, senza alternanza) tutti i dati numerici nella figura 3 vengono raddoppiati. it.wikipedia.org/wiki/HDTV

Il risultato della digitalizzazione del segnale video, in entrambi i casi descritti, porta alla definizione dei dettagli elementari dell’immagine (i cosiddetti pixel) per ogni quadro da trasmettere e visualizzare. Dunque, se si volesse trasmettere in tempo reale l’informazione di ciascun pixel agli utenti finali, si dovrebbe trasmettere un bit rate di 270Mbit/s per il video SD e di 1.44Gbit/s per il video HD. Ciò comporterebbe l’uso di una banda a radiofrequenza molto superiore a quella utilizzata dalle trasmissioni analogiche e pertanto sorge la necessità di utilizzare algoritmi efficienti di compressione per ridurre il contenuto informativo e renderlo trasportabile sulle reti di distribuzione e trasmissione come quella illustrata nella fig. 1.

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PAG

I segnali audio sono campionati direttamente, senza le scomposizioni necessarie per il segnale video, utilizzando tipicamente frequenze di campionamento di 32kHz, 44.1kHz o 48kHz e quantizzando le ampiezze con risoluzioni da 16 a 24 bit. Anche i segnali audio, pur occupando una banda (tipicamente 1536kbit/s per un audio


stereofonico non compresso di qualità broadcast) nettamente inferiore a quella necessaria per le immagini, necessitano di operazioni di compressione per poter utilizzare in modo efficiente la banda disponibile sui ponti di trasferimento o sui canali di trasmissione in UHF e VHF.

Digitalizzazione dei segnali audio/video

Le sorgenti video possono essere “compresse” perché contengono generalmente una certa ridondanza temporale e spaziale che può essere eliminata al prezzo di una piccola perdita di qualità percettiva. In particolare, aree adiacenti della stessa immagine hanno valori uguali o molto simili di luminanza e di crominanza e pertanto l’informazione relativa a ciascuna area può essere “semplificata” e trasmessa con un minore contenuto di informazione. Analogamente, esistono generalmente piccole differenze fra l’immagine di un quadro e l’immagine contenuta nel quadro precedente e in quello successivo. Grazie a questa osservazione è possibile trasmettere soltanto l’informazione relativa agli spostamenti di ciascun gruppo di pixel fra ciascuna immagine e quelle temporalmente adiacenti. Le sorgenti audio possono essere compresse sfruttando la diversa sensibilità dell’orecchio umano alle varie frequenze dello spettro sonoro e la ridotta capacità di percepire alcune frequenze in presenza di toni ad altre frequenze (effetto di “mascheramento” sonoro). Un modello matematico “psicoacustico” consente di ridurre l’informazione legata alle componenti audio alle quali l’orecchio umano è meno sensibile nelle diverse situazioni sonore corrispondenti al parlato e ai differenti generi musicali. Come già accennato, l’organismo di riferimento per la compressione audio-video è il Moving Picture Expert Group (MPEG) e lo standard attualmente adottato per il DVB-T è l’MPEG-2, una tecnica che riesce a comprimere i 270Mbit/s del segnale video SD fino a 4-5Mbit/s conservando una eccellente qualità visiva. In questo manuale non si pretende di descrivere i dettagli tecnici della compressione MPEG-2, ma semplicemente di spiegare in modo semplice la tecnica di base utilizzata dagli encoder per comprimere le immagini, al preciso scopo di guidare gli operatori televisivi nella selezione dei parametri degli encoder nelle rispettive postazioni di produzione. it.wikipedia.org/wiki/MPEG-2 dsplab.diei.unipg.it/~baruffa/lessons/MPEG_tutorial_1_3.pdf

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La compressione video MPEG-2 viene effettuata mediante l’uso di profili e livelli, come schematizzato nella tabella 1.

Profili Livelli High High 1440

Low

Scalabili

Simple 4:2:0

Main 4:2:0

Main+ 4:2:0

Next 4:2:2

risoluzione max

N. D.

1920x1152@50

N. D.

1920x1152@50

risoluzione min

N. D.

N. D.

N. D.

960x576@25

bit-rate

N. D.

80Mbit/s

N. D.

100/80/25Mbit/s

risoluzione max

N. D.

1440x1152@50

1440x1152@50

1440x1152@50

risoluzione min

N. D.

N. D.

720x576@25

720x576@25

bit-rate

N. D.

60Mbit/s

60/40/15Mbit/s

80/60/20Mbit/s

risoluzione max

720x576@25

720x576@25

720x576@25

720x576@25

risoluzione min

N. D.

N. D.

N. D.

352x288@30

bit-rate

15Mbit/s

15Mbit/s

15/10Mbit/s

20/15/4Mbit/s

risoluzione max

N. D.

352x288@25

352x288@25

N. D.

risoluzione min

N. D.

N. D.

N. D.

N. D.

bit-rate

N. D.

4Mbit/s

4/3Mbit/s

N. D.

Qualità Video Qualità HDTV elevata

Qualità HDTV consumer

Digitalizzazione dei segnali audio/video

Main

Non scalabili

Qualità ITU-R BT.601

Qualità VHS

Tabella 1 – Profili e Livelli MPEG-2

Allo scopo di rendere efficace la compressione video, sia nello spazio che nel tempo, ciascuno dei quadri da trasmettere viene scomposto in porzioni più piccole. In particolare, ogni immagine viene divisa in macroblocchi di 16x16 pixel e, nel caso 4:2:0 (la codifica MainProfile@MainLevel, MP@ML, evidenziata in blu in tabella 1), ciascun macroblocco è costituito da 4 blocchi 8x8 di luminanza Y e da due blocchi di crominanza Cb e Cr (questi ultimi descrivono sempre 16x16 pixel, ma con un contenuto informativo inferiore). Utilizzando un procedimento matematico denominato DCT (Discrete Cosine Transform), il contenuto informativo dei blocchi viene ridotto considerando le somiglianze fra ciascun blocco di pixel e quelli immediatamente adiacenti. Questo processo viene denominato “compressione spaziale” perché tende a ridurre i dettagli delle immagini laddove essi non siano indispensabili per la percezione visiva. L’altro processo che tende a ridurre il bit-rate è denominato “compressione temporale” che è basato sulla codifica dei movimenti di ciascun blocco nel passaggio fra ciascuna immagine e quelle immediatamente precedenti e seguenti. La compressione temporale è basata sulla tecnica delle GOP (Group Of Pictures), che sono sequenze di immagini basate sulla predizione degli spostamenti dei blocchi nel tempo.

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PAG

Una sequenza GOP è costituita da tre tipi di frame: - I-frame: immagine intra-codificata che potrà essere ricostruita dal decoder senza


l’ausilio di altre immagini; - P-frame: immagine inter-codificata, che può essere ricostruita solo in relazione ad un I-frame o P-frame, con predizione; - B-frame: immagine inter-codificata, che può essere ricostruita solo in relazione a due I-frame o P-frame, con predizione bidirezionale.

Digitalizzazione dei segnali audio/video

La sequenza di immagini più utilizzata nella codifica MP@ML è la IBBPBBPBBPBB, i frame vengono creati in codifica in questo ordine ma vengono trasmessi secondo un diverso ordine per facilitare il lavoro di ricostruzione da parte del ricevitore. Questa sequenza è senza dubbio un ottimo compromesso fra banda utilizzata e qualità video risultante, ma non è da considerarsi obbligatoria e su ciascun MPEG-2 encoder è possibile selezionare diverse sequenze GOP in base alle necessità. Il flusso generato dalla compressione video ha un bit-rate variabile, dipendente dal contenuto informativo più o meno denso di ciascuna immagine nella sequenza video. Un flusso a bit-rate variabile, però, non è adatto per poter essere inviato ad un sistema di trasmissione che ha bisogno tipicamente di occupare una banda costante nel tempo. Per questo motivo gli encoder MPEG-2 sono equipaggiati con dei video buffer piuttosto lunghi che consentono di immagazzinare il flusso video variabile producendo in uscita un flusso a bit-rate pressoché costante. La compressione audio MPEG è basata sulla suddivisione dell’intera banda audio in più sottobande (generalmente 32). All’interno di ciascuna sottobanda l’orecchio umano presenta una diversa sensibilità ai dettagli sonori e pertanto, siccome alcuni suoni sono praticamente “mascherati” dalla presenza contemporanea di altri suoni, si evita di trasmetterli o si trasmettono con una accuratezza inferiore. La compressione audio MPEG-2 deriva dalla precedente tecnica MPEG-1 alla quale è stato aggiunto il supporto a nuovi bit-rate, aumentato il fattore massimo di compressione ed introdotto il concetto di audio multicanale. Gli encoder MPEG utilizzati per il DVB-T adoperano entrambi gli standard MPEG-1 ed MPEG-2, supportati ufficialmente dai ricevitori DVB-T. Le caratteristiche della compressione audio MPEG sono riassumibili come segue: frequenze di campionamento: 16kHz, 22.05kHz, 24kHz, 32kHz, 44.1kHz, 48kHz layer di codifica: I, II e III bit-rate di codifica: fino a 448kbit/s Inoltre lo standard MPEG audio supporta una caratteristica molto utile al broadcasting e cioè il controllo della ridondanza stereo. In particolare i quattro profili audio

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supportati sono: - mono: trasmissione di un singolo canale audio; - dual: trasmissione di due canali audio indipendenti (diverso contenuto informativo); - stereo: trasmissione di due canali audio sincronizzati per la riproduzione del segnale stereofonico; - joint stereo: viene sfruttata l’interdipendenza dei due canali Left/Right per ridurre il bit-rate complessivo della sezione audio.

Digitalizzazione dei segnali audio/video

Oltre a comprimere e codificare i contenuti audio e video, l’encoder MPEG-2 deve anche preoccuparsi di trasmettere informazioni di temporizzazione che consentano al ricevitore di sincronizzare l’audio e il video durante l’operazione di decodifica. Infatti, come si è visto, i flussi audio e video sono codificati separatamente e devono essere pertanto riallineati per la riproduzione finale nel ricevitore DVB-T. Il compito della sincronizzazione è affidato al PCR (Program Clock Reference), che consiste in un “orologio di programma” che l’encoder MPEG-2 trasmette insieme ai dati audio e video. Il PCR è ricavato da un riferimento di frequenza a 27MHz presente sull’encoder e consente dunque al ricevitore di ricostruire (mediante un PLL digitale) un riferimento locale a 27MHz agganciato alla frequenza del clock dell’encoder. L’orologio ricostruito nel ricevitore, insieme ad altri due segnali di sincronismo (PTS, Presentation Time Stamp e DTS, Decoding Time Stamp) presenti nel flusso trasmesso, consente una perfetta ricostruzione dell’immagine, sincronizzata con i relativi canali audio. www.elettronika.it/index.php?vers=ita&cat=2&id_cat=2&product_id=269

Le tecniche di codifica dei segnali audio/video sono in continua evoluzione grazie alla disponibilità di circuiti integrati sempre più capienti e veloci e a causa della continua spinta del mercato del broadcasting a concentrare sempre più programmi in porzioni di banda in progressiva riduzione. Esistono diverse novità rispetto alla tecnica MPEG-2 proposte da vari soggetti (università, centri di ricerca, aziende), ma la tecnica già adottata da molti e che promette una sicura espansione futura è l’MPEG-4, appartenente sempre al Moving Picture Expert Group.

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PAG

L’MPEG-4 è uno standard oggi adottato non solo per la televisione digitale, ma anche per la telefonia e per la trasmissione di filmati via web, e rappresenta infatti uno dei punti cardine della sempre più netta convergenza ISO/IEC 14496-1 fra il mondo del broadcasting e quello delle telecomunicazioni.


I flussi audio e video vengono trattati dall’encoder MPEG-4 come “oggetti” che possono essere manipolati e modificati in tempo reale in modalità bidirezionale. Le proprietà di questi “oggetti” che restano simili nel tempo consentono all’encoder di risparmiare molta informazione e quindi il risultato è che l’efficienza di compressione dello standard MPEG-4 è molto superiore rispetto all’efficienza dell’MPEG-2.

Digitalizzazione dei segnali audio/video

Una delle sezioni più interessanti dello standard MPEG-4 è la MPEG-4 Part 10, conosciuta anche come MPEG AVC oppure H.264. Si tratta di un algoritmo di compressione video altamente efficiente che sta trovando varie applicazioni, tutte supportate con notevoli prestazioni. La codifica H.264 consente ad esempio di ospitare più di un programma TV in alta definizione (HD) su un canale UHF, trova applicazioni nella “Mobile TV” (la TV digitale sui telefoni cellulari), viene adottato da riproduttori portatili come iPod e PSP ed è molto utilizzato per la trasmissione di filmati su internet grazie alla minima occupazione di banda. In tabella 2 sono riassunte le caratteristiche distintive dell’MPEG-4 Part 10 rispetto all’MPEG-2, al fine di comprendere meglio i motivi della più elevata efficienza di compressione.

MPEG-2

H.264 / MPEG-4 Part 10

Spaziale

Blocchi di pixel 8x8 DCT

Dimensione variabile blocchi da 16x16 a 4x4 Trasformata Intera 4x4

Temporale

Solo frame adiacenti Vettore di movimento semplice Predizione solo Inter-frame Frame I, B e P

Frame multipli Vettori di movimento pesati Predizione Intra-frame Slice I, B e P

Visuale

Quantizzazione ed arrotondamento del coefficiente DCT

Filtro “In-loop de-blocking” (per evitare fenomeni di macro-pixeling)

Statistica

Codifica RLE generica

CABAC ottimizzato espressamente per H.264

Tabella 2 – Confronto fra MPEG-2 e MPEG-4 Part 10

Dalla tabella 2 si evince facilmente che il sistema H.264 ha numerosi accorgimenti per poter assicurare prestazioni superiori rispetto alla tecnica MPEG-2, riassumendo in termini concreti si ottiene con l’H.264 un risparmio di bit-rate tipicamente ben superiore al 50%, con un evidente vantaggio economico per gli operatori televisivi visto che possono trasmettere più programmi all’interno della stessa banda a radiofrequenza. Tuttavia, nonostante questi evidenti vantaggi, ad oggi lo standard più diffuso è ancora l’MPEG-2, a causa della più ampia diffusione di ricevitori DVB-T basati sullo standard MPEG-2 e del costo ancora elevato dei nuovi ricevitori DVB-T in grado di supportare anche la decodifica MPEG-4.

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3 Il Transport Stream


Oltre che la codifica dei segnali audio e video, lo standard MPEG-2 definisce anche il meccanismo di aggregazione di audio, video e dati ausiliari all’interno di un singolo flusso digitale, denominato “MPEG-2 System”. Questo meccanismo è chiamato “multiplexing” ed avviene a livelli differenti nella procedura di generazione del flusso di dati che devono essere trasmessi in DVB-T. Il primo livello avviene nell’encoder, ed è appunto l’aggregazione di audio, video e dati ausiliari relativi al singolo programma. Il secondo livello avviene nel multiplexer che, oltre a mettere insieme le informazioni relative a più programmi, deve anche allocare informazioni di servizio legate ai programmi in onda, alla rete di trasmissione dei contenuti, informazioni utili al personale dei vari servizi tecnici e guide alla navigazione dei programmi direttamente disponibili al cliente finale. Un altro genere di informazione opzionalmente presente all’interno del flusso trasmesso è legata alla possibilità di consentire l’accesso ad alcuni programmi in modo condizionato, utilizzando la tecnica del criptaggio. Questo ulteriore livello di multiplexing è stato definito dal DVB Project e, insieme alle norme ereditate dallo standard MPEG, costituisce lo standard per la generazione di un Transport Stream (TS). ETSI EN 300 468

Ciascun programma televisivo viene considerato come un oggetto descritto da flussi digitali elementari, denominati Elementary Streams (ES), collegati fra loro. Gli elementary streams (flussi elementari) possono essere formati da dati audio o dati video codificati in MPEG oppure da dati privati associati ad appositi descrittori di sistema. Il primo passo fondamentale per la generazione di un TS è la cosiddetta “pacchettizzazione” e cioè i dati audio codificati, i dati video codificati e i dati ausiliari vengono suddivisi in “pacchetti” di una certa lunghezza, accompagnati da informazioni di controllo utili al ricevitore per l’operazione di decodifica. Gli ES, una volta sottoposti a questo processo di pacchettizzazione (che avviene all’interno di ciascun encoder), vengono denominati Packetised Elementary Streams (PES).

22

I PES hanno una struttura che presenta una lunghezza di pacchetto non costante (poiché legata all’informazione trasmessa di volta in volta), e questo rappresenta un problema per le reti di trasporto che hanno invece bisogno di una struttura dati a lunghezza fissa. Questa necessità impone dunque un altro passaggio fondamentale, e cioè il passaggio da pacchetti PES a pacchetti TS. In figura 4 è illustrata la transizione dalla struttura a lunghezza variabile di un PES (che talvolta in realtà può presentare anche lunghezza fissa) alla struttura a lun-


ghezza rigorosamente fissa di un pacchetto TS, pari a 188 o 204 byte. PES Packets Fixed or variable length

Fixed length (188 bytes) Transport Packets

packet header

adaptation field

payload

Il Transport Stream

Figura 4 – Transizione dalla struttura PES alla struttura TS (esempio con pacchetti da 188 byte)

I primi quattro byte di ogni pacchetto TS sono chiamati “header” e contengono informazioni di controllo relative al pacchetto stesso e il primo byte dei quattro, chiamato sync byte, ha valore costante (47 in formato esadecimale) perché costituisce il riferimento di sincronismo primario per tutte le reti di trasporto DVB. Un altro campo fondamentale contenuto nei quattro byte di header è il PID (Packet IDentifier), una sorta di etichetta a 13 bit che identifica l’informazione che ciascun pacchetto trasporta. Ad esempio, all’uscita di un encoder, tutti i pacchetti che trasportano l’informazione video codificata hanno lo stesso PID (per esempio 0A00 in formato esadecimale) e tutti i pacchetti che trasportano l’informazione audio codificata hanno lo stesso PID, ma diverso da quello relativo al video (per esempio 0A10 in formato esadecimale). Il PID assume un ruolo fondamentale anche nell’operazione di multiplexing visto che il multiplexer, quando aggrega più programmi in un unico flusso TS, deve sempre assicurare che non ci siano conflitti di PID, e cioè che ogni PID sia associato sempre ad un unico tipo di informazione all’interno del transport stream. Subito dopo i quattro byte di header segue il cosiddetto payload del pacchetto, e cioè la parte di dati che non è di controllo, ma porta le informazioni utili al ricevitore per la ricostruzione dei segnali audio/video di tutti i programmi trasportati nel flusso TS.

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PAG

Si è già accennato in precedenza che la lunghezza del pacchetto TS può essere di 188 o di 204 byte. In realtà la lunghezza iniziale di un pacchetto TS è sempre di 188 byte, di cui i primi 4 sono di header e i seguenti 184 sono di payload.


I pacchetti lunghi 204 byte, utilizzati nelle reti di trasporto che presentano una maggiore probabilità di interferenza su dati, hanno in più 16 byte che derivano da un sofisticato meccanismo di codifica per la protezione degli errori chiamato “Reed Solomon”. Si è anche accennato, nel capitolo introduttivo, alla necessità che il multiplexer aggiunga allo stream di uscita delle informazioni di servizio che sono utilizzate dal ricevitore per poter correttamente sintonizzare il canale e decodificare i programmi audio-video trasportati al suo interno. Queste informazioni aggiuntive possono essere separate in Program Specific Information (PSI) e Service Information (SI), entrambe organizzate sottoforma di tabelle. Le tabelle PSI sono definite dallo standard MPEG (ISO/IEC 13818-1) e comprendono 4 tabelle: Program Association Table (PAT) - contiene la lista di tutti i programmi nel flusso TS e punta ai PID delle rispettive tabelle PMT - abilita il ricevitore a trovare ed utilizzare la tabella NIT - associata al PID 0x0000 - obbligatoria nel TS Program Map Table (PMT) - punta ai singoli PID dei rispettivi programmi ed in particolare ai pacchetti che contengono il PCR - può contenere informazioni di copyright - obbligatoria nel TS Network Information Table (NIT) - contiene dati privati sul sistema di trasmissione (frequenza, numero di postazione, ecc.) - contenuto definito dal DVB Project e non dall’MPEG - obbligatorio nel TS corrente, opzionale per TS supplementari Conditional Access Table (CAT) - contiene dati privati utilizzati per l’accesso condizionato A parte queste informazioni, il DVB Project ha deciso l’adozione di tabelle supple­ mentari in modo da fornire al ricevitore (IRD, Integrated Receiver Decoder o STB, Set-Top Box) un meccanismo di sintonia automatico anche su bouquet trasm essi con una notevole molteplicità di programmi TV. Lo scopo finale è stato quello di rendere veloce ed intuitiva l’interfaccia utente dei ricevitori DVB-T casalinghi

24


utilizzando un metodo il più possibile standardizzato. A questo scopo sono state definite le cosiddette tabelle SI (Service Information):

25

PAG

Il Transport Stream

Bouquet Association Table (BAT) - fornisce informazioni sul bouquet come nome del provider, lingue disponibili, eventuale accesso condizionato, servizi, ecc. - servizi inclusi in altri TS (anche offerti da altri network) - tabella opzionale Service Description Table (SDT) - fornisce informazioni sui servizi offerti dal network, come Service Name, Service Provider Name, informazioni di testo riguardanti ciascun servizio e una lista di tutti i servizi inclusi nel TS corrente - tabella obbligatoria per il TS corrente Event Information Table (EIT) - contiene il nome di ciascun evento, il suo orario di inizio, la sua durata, informazioni sull’evento corrente e su quello successivo e opzionalmente su quelli futuri - ad ogni servizio è associata la propria tabella EIT - tabella obbligatoria per il TS corrente Running Status Table (RST) - indica lo stato attuale di un evento (se è in onda o no) ed è aggiornato in tempo reale. Questa informazione viene utilizzata dai set-top box per sintonizzarsi automaticamente su un evento nel momento del suo inizio Time and Date Table (TDT) - esprime la data e l’ora corrente in formato UTC Time Offset Table (TOT) - indica la differenza fra l’ora locale e l’ora UTC, per visualizzare l’orario corretto in ogni regione del mondo Stuffing Table (ST) - utilizzata per operazioni di interfacciamento fra diverse reti, tipicamente presso gli studi di produzione per Cable TV (DVB-C) quando vengono sovrascritte alcune sezioni di altre tabelle Discontinuity Information Table (DIT) - utilizzata in punti di discontinuità delle altre tabelle SI per indicare cambiamenti nei contenuti o nell’origine delle informazioni trasmesse Selection Information Table (SIT) - utilizzata nella descrizione di TS formalmente incompleti (“TS parziali”) che provengono da interfacce digitali fra il set-top box e sistemi di memorizzazione digitale dei dati


La trasmissione di tutte queste tabelle è effettuata regolarmente all’interno del Transport Stream. Tuttavia, invece di utilizzare pacchetti PES (come per le informazioni audio e video), le tabelle vengono suddivise in porzioni piuttosto brevi, chiamate sezioni e sono inserite all’interno del payload del Transport Stream.

Il Transport Stream

Ogni elaborazione effettuata sul Transport Stream necessita di un aggiornamento dinamico delle tabelle PSI e SI per indicare al ricevitore le modifiche effettuate sul flusso di informazioni trasmesso in ogni istante. Le due operazioni principali che generalmente vengono effettuate su un Transport Stream sono di remultiplexing e di PID filtering. Nel caso del remultiplexing viene generalmente generato un bouquet a partire da due o più bouquet pre-esistenti, generati a partire da diverse sorgenti, selezionando quali programmi e servizi inviare sul bouquet finale a partire da tutti quelli disponibili nei bouquet di partenza. Un caso pratico è quello di ricezione da due diversi bouquet satellitari (con ricevitori DVB-S) per generare un bouquet DVB-T che comprenda alcuni dei programmi ricevuti dai due flussi satellitari. Questo caso è illustrato nella figura 5 e prevede tre step fondamentali: 1) eliminazione dei PID indesiderati dai due flussi ricevuti; 2) aggregazione delle informazioni desiderate in un unico flusso; 3) aggiornamento delle tabelle PSI ed SI.

PID filter

Multiplexer

TV1 TV2 TV3

TV1 TV3 TV6

PID filter

TV4 TV5 TV6

Figura 5 – Operazione di Remultiplexing

Nel caso del PID filtering l’elaborazione è più semplice poiché ci si limita ad eliminare alcuni contenuti a partire da un bouquet che contenga diversi programmi, al fine di selezionare i programmi da trasmettere da una determinata postazione. Un caso pratico è quello di ricezione da un flusso molto ricco di informazioni distribuito su rete Gigabit Ethernet (mediante reti telecom) per generare un bouquet DVB-T che comprenda alcuni dei programmi contenuti nel flusso. Questo caso è illustrato nella figura 6 e prevede due step fondamentali:

22

26


1) eliminazione dei PID indesiderati dal flusso ricevuto; 2) aggiornamento delle tabelle PSI ed SI.

TV1 TV2 TV3 ... TV25

PID filter

SI update

TV1 TV2 TV8 TV14 TV19 TV21

Figura 6 – Operazione di PID Filtering

Il Transport Stream

Una operazione fondamentale, che deve essere effettuata sui modulatori che operano in modalità broadcast verso gli utenti finali è quella del cosiddetto “PCR Restamping”. Il PCR, come accennato in partenza, rappresenta una versione campionata dell’orologio di sistema di ciascun programma audio/video contenuto nel TS e viene utilizzato dai ricevitori per rigenerare correttamente i segnali audio e video analogici da inviare ai monitor televisivi. Ogni volta che su un TS vengono effettuate operazioni di aggregazione e/o filtraggio di flussi elementari, i valori dei vari PCR vengono alterati e, se l’alterazione supera una certa soglia di tolleranza, possono verificarsi spiacevoli inconvenienti di difettosa sincronizzazione audio/video presso il ricevitore dell’utente finale. Quindi è importante, prima di emettere il segnale in modalità broadcast, verificare che i valori del PCR siano situati entro i margini di tolleranza imposti dalle normative. In caso contrario, il valore del PCR viene ricalcolato e riscritto (questo processo viene appunto detto restamping) all’interno del modulatore per assicurare un corretto sincronismo in fase di decodifica audio-video anche dopo più o meno complesse manipolazioni del Transport Stream di riferimento.

Approfondimento Interfaccia ASI (Asynchronous Serial Interface) – definita da un unico segnale a bit rate costante pari a 270Mbit/s su una linea coassiale sbilanciata a 75ohm. Il connettore standard è BNC. Il bit rate di 270Mbit/s è un bit rate lordo, pari alla somma del bit rate netto del payload e dei cosiddetti stuffing bytes utilizzati per il puro scopo di ottenere un bit rate globale costante. Gli stuffing bytes vengono scartati durante il processo di deserializzazione in ciascun apparato. L’interfaccia ASI consente connessioni lunghe fra diversi apparati.

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PAG

Interfaccia SPI (Synchronous Parallel I n t e r f a c e ) – d e f i n i t a d a 11 s e g n a l i contemporanei: 8 segnali dati (byte), 1 segnale di clock, 1 segnale di sincronismo (Psync) e un segnale di validità (Dvalid). Il bit rate è variabile fino a un massimo di 108Mbit/s e il connettore di riferimento è a 25 poli per supportare un formato elettrico differenziale. L’interfaccia elettrica può essere LVDS per connessioni piuttosto corte fra diversi apparati o LVTTL per connessioni all’interno dello stesso apparato.


4 Iterrestri ponti a microonde


Come già accennato nel capitolo introduttivo, uno dei metodi più utilizzati per la distribuzione del Transport Stream verso le stazioni di trasmissione terrestri è quello dei ponti a microonde. I link terrestri sono realizzati mediante un modulatore digitale QPSK che modula il Transport Stream su una portante a frequenza intermedia (IF), tipicamente allocata a 70MHz. La portante IF modulata viene passata ad una apposita sezione di conversione di frequenza che alimenta a sua volta un trasmettitore a microonde operante nelle bande di frequenza consentite nelle varie regioni geografiche. Il segnale così trasmesso viene inviato ad ogni sito di trasmissione DVB-T direttamente o attraverso uno o più “rimbalzi”, a seconda della distanza di ogni sito dallo studio di produzione del bouquet. www.elettronika.it/index.php?vers=ita&cat=2&id_cat=2&product_id=267

Il modulatore QPSK di Elettr onika utilizza la tecnica del DVB-S per o t t en e r e l e m a s s i m e pr estazioni a parità di larghezza di banda utilizzata con una stabilità di funzionamento che assicura una qualità broadcast anche in condizioni di ricezione a livello molto basso. La rinomata robustezza della modulazione DVB-S è dovuta ai meccanismi numerici utilizzati per la correzione automatica degli errori sui bit causati da rumore o interferenze sul canale trasmissivo. ETSI EN 300 421

30

In particolare, la codifica viene effettuata mediante una combinazione tra un codice Reed Solomon RS(204,188) ed un codice convoluzionale “punturato”. La combinazione dei due codici consente al ricevitore DVB-S di correggere una quantità molto elevata di bit errati (dopo l’attraversamento del canale trasmissivo) e dunque il ricevitore è in grado di demodulare e decodificare il segnale anche in presenza di un rapporto segnale/rumore molto basso. Il modulatore DVB-S produce una uscita IF alla frequenza standard di 70MHz, in modo da poter sostituire il modulatore IF analogico dei tradizionali ponti TV semplicemente regolandone il livello di uscita. In questo modo la conversione di un vecchio ponte TV analogico in un nuovo ponte a tecnologia digitale è una operazione semplice e rapida. La modulazione QPSK richiede all’amplificatore a


(1)

I ponti a microonde terrestri

microonde di operare in modalità lineare per non generare intermodulazione che ridurrebbe la qualità del segnale emesso. Per questo motivo, si deve utilizzare una potenza di uscita ad un livello a circa -3dB al di sotto del punto di saturazione dell’amplificatore (si parla di backoff di 3dB) e possibilmente si devono sostituire gli eventuali stadi limitatori con circuiti di controllo automatico di guadagno (AGC). In realtà, anche riducendo l’entità del backoff, si ottengono prestazioni più che accettabili dal ponte radio poiché la maggior parte dei prodotti di intermodulazione ricade fuori dalla banda utile e dunque non disturba eccessivamente il lavoro di demodulazione del ricevitore. Un modulatore DVB-S ha bisogno di alcune impostazioni molto semplici per poter correttamente operare sulla banda assegnata. Tipicamente, durante il periodo di transizione alla tecnica digitale, i provider televisivi utilizzano la banda a radiofrequenza larga 20MHz già utilizzata con i ponti analogici e pertanto i parametri del modulatore digitale devono essere selezionati in modo da generare un segnale con una larghezza di banda minore o pari a 20MHz. Alcuni broadcasters utilizzano già i canali larghi 28MHz ideati per i ponti radio digitali, consentendo dunque di operare su una larghezza di banda superiore e quindi con un Transport Stream a maggiore contenuto informativo. La larghezza di banda e il bit rate netto trasportabile su un ponte radio digitale si determinano selezionando due parametri fondamentali del modulatore: il Symbol Rate e il Code Rate. Il Symbol Rate equivale alla metà del bit rate lordo (comprensivo cioè dei bit di ridondanza utilizzati per la correzione degli errori) trasportato, mentre il Code Rate è un parametro che indica quanta percentuale del bit rate complessivo viene utilizzata dai bit di ridondanza per rendere il segnale immune dalle interferenze sul canale. Se si vuole conoscere quale bit rate netto (“payload”) è disponibile sulla tratta in ponte radio a partire dal Symbol Rate e dal Code Rate impostati sul modulatore DVB-S, si può ricorrere alla formula:

bit_rate_netto = Symbol_Rate x 188 x 2 x Code_Rate 204

mentre se si vuole conoscere quale banda a radiofrequenza viene occupata dal ponte radio in corrispondenza di ciascun Symbol Rate impostato sul modulatore DVB-S, si utilizza la formula: (2)

banda_RF

1.35 x Symbol_Rate

31

PAG

Il DVB-S Modulator di Elettronika ha il Symbol Rate selezionabile da 1 a 30 MS/s


a passi di 0.5MS/s e i valori di Code Rate standard della modulazione DVB-S. Utilizzando le formule (1) e (2) con alcuni valori di Symbol Rate esemplificativi, si ottiene la seguente tabella 3, utilizzabile come riferimento rapido nel dimensionamento delle tratte digitali. Code Rate Symbol Rate [MS/s]

Banda RF a -3dB [MHz]

1/2

2/3

3/4

5/6

7/8

Bit Rate netto (payload) [Mbit/s] 1

1,35

0,92

1,23

1,38

1,54

1,61

2

2,7

1,84

2,46

2,76

3,07

3,23

5

6,75

4,61

6,14

6,91

7,68

8,06

10

13,5

9,22

12,29

13,82

15,36

16,13

15

20,25

13,82

18,43

20,74

23,04

24,19

20

27

18,43

24,58

27,65

30,72

32,25

25

33,75

23,04

30,72

34,56

38,40

40,32

30

40,5

27,65

36,86

41,47

46,08

48,38

Tabella 3 – Bit Rate netto sulle tratte in ponte radio digitale con modulazione DVB-S

La tabella 3 può essere utilizzata per scegliere il Symbol Rate e il Code Rate in base al bit rate netto del Transport Stream che deve essere convogliato sul ponte radio. Nella selezione del Code Rate è importante considerare che i Code Rate di valore più basso (lato sinistro della sezione gialla della tabella) consentono una ricezione più robusta (con valori minimi di S/N più bassi) mentre i Code Rate di valore più elevato (lato destro) hanno bisogno di valori più elevati di S/N in ricezione per consentire una demodulazione corretta. Si è già accennato in precedenza al fatto che molto spesso gli operatori televisivi stanno utilizzando tratte in ponte radio con bande di 20MHz, pertanto dalla tabella 3 si comprende che in questi casi il Symbol Rate massimo utilizzabile è di 15MS/s. Un caso molto frequente nella distribuzione di TS verso siti di emissione DVB-T corrisponde ad un TS con bit rate netto di 24.13Mbit/s e, con l’ausilio della tabella 3, si osserva facilmente che questo TS può essere trasportato con 15MS/s selezio­ nando un Code Rate pari a 7/8. Il ricevitore del ponte radio digitale viene realizzato con un demodulatore DVB-S che rigenera il Transport Stream su un flusso ASI ed eventualmente decodifica un programma audio/video selezionato all’interno del TS. Gli apparati in grado di demodulare e decodificare sono chiamati IRD (Integrated Receiver Decoder) e sono funzionalmente molto simili ad un set-top box DVB-S per applicazioni consumer.

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I ponti radio digitali di Elettronika, grazie ad un sofisticato algoritmo di elaborazione real-time, consentono di realizzare, a costi competitivi, delle tratte in ponte radio da utilizzare per la distribuzione del TS in reti DVB-T SFN (Single Frequency Network). Si vedrà meglio nel seguito che le reti DVB-T SFN necessitano di accura­ tissimi accorgimenti nella sincronizzazione tempo/frequenza e nella distribuzione del Transport Stream, pertanto le tratte in ponte radio (digitali) convenzionali non sono sufficienti per garantire le prestazioni richieste. I ponti radio digitali di Elettronika possono essere richiesti con una opzione “SFN Transport” che assicura un perfetto funzionamento anche in condizioni fortemente rigorose come il trasporto in reti SFN.

33

PAG

I ponti a microonde terrestri

Le prestazioni di un ponte radio digitale, comparate con quelle di un tradizionale link analogico, sono nettamente migliori, grazie al rinomato “effetto soglia” tipico delle modulazioni digitali. Un fenomeno naturale, infatti, legato alla trasmissione su etere, che nessuna tecnologia riesce ad evitare, è il degrado di qualità di un segnale quando ci si allontana dal trasmettitore o quando si è in presenza di ostacoli urbanistici e/o orografici. Le prestazioni di un link sono però fortemente dipendenti dal fatto che il link sia realizzato con tecnologia analogica o con tecnologia digitale. La qualità di un segnale televisivo ricevuto da una tratta analogica diventa man mano peggiore all’aumentare della distanza fra trasmettitore e ricevitore. La qualità di un segnale ricevuto da una tratta digitale resta perfetta (cioè di qualità identica rispetto a quella trasmessa) fino a che il ricevitore è in grado di ricevere il segnale. Esiste dunque una soglia di distanza al di sotto della quale si ottiene “degrado zero” della qualità visiva. Al di là di questa soglia la qualità dell’immagine crolla bruscamente a zero, nel senso che l’immagine diviene completamente assente. Tradotte in termini pratici, queste considerazioni si traducono in un link budget di circa 20dB superiore e cioè, se una data tratta analogica in ponte radio ha una soglia di accettabilità (sensibilità) in ricezione pari a -65dBm, dopo la trasformazione in digitale della stessa tratta, si otterrà presumibilmente una soglia minima di segnale pari a circa -85dBm, a tutto vantaggio della robustezza del collegamento e della qualità dell’immagine.


5 Lasultrasmissione canale terrestre


Una volta distribuito il Transport Stream a tutte le postazioni di trasmissione, il successivo e naturale passo è quello di trasmettere il segnale verso gli utenti finali con la massima efficienza e cioè cercando di realizzare simultaneamente tutte le seguenti condizioni: 1) minimo consumo di energia elettrica; 2) massima copertura geografica; 3) minima occupazione di banda a radiofrequenza; 4) massima immunità a rumore ed interferenze; 5) massima qualità del segnale; 6) possibilità di ricevere correttamente il segnale anche in movimento; 7) possibilità di realizzare reti a singola frequenza. Al fine di ottenere tutti questi risultati nel migliore dei modi, il DVB Project ha dovuto affrontare con estrema cautela la progettazione di uno standard di modulazione dedicato alla trasmissione digitale sul canale ter restr e, il DV B-T. Di tutti gli standard per il broadcasting digitale per i canali “classici” (cavo, satellite, terrestre), la specifica per i trasmettitori terrestri è stata l’ultima in ordine di tempo. Il motivo è semplicemente il fatto che la trasmissione terrestre è molto più complessa rispetto a quella su cavo o su satellite dal punto di vista dei requisiti di ricezione, in particolare riguardo le caratteristiche del canale trasmissivo e delle possibili soluzioni tecniche. La ricezione di un segnale televisivo può essere in prima approssimazione schematizzata come la somma del segnale utile (proveniente dal trasmettitore) e di un contributo di rumore bianco a statistica Gaussiana (il più semplice dal punto di vista matematico). Questa schematizzazione è un po’ troppo semplice e può essere applicata solo a regioni a scarsa urbanizzazione e con bassi livelli di interferenza elettromagnetica. Una schematizzazione molto più utile per le zone cittadine è quella del canale di Rice, che tiene conto, oltre che della presenza del rumore, anche dell’effetto della propagazione a cammini multipli, detta anche multi-path. Essenzialmente si ipotizza che il segnale dominante ricevuto dall’antenna è il segnale diretto proveniente dal trasmettitore, ma oltre al segnale diretto ci sono anche gli echi di segnale provocati dalle riflessioni del segnale trasmesso su ostacoli come montagne, colline, palazzi e simili. L’effetto della propagazione su cammini multipli è ben noto nel caso del segnale TV analogico, in cui si ottengono contorni doppi o tripli sulle immagini visualizzate, rendendo molto sgradevole la visione del programma. Lo standard DVB-T ha nettamente migliorato le conseguenze della propagazione

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multi-path in modo da eliminare definitivamente il noioso effetto “doppia immagine” tipico della TV analogica, come illustrato nella figura seguente.

ETSI EN 300 744

Il trasmettitore DVB-T riceve il TS su flusso ASI e modula un set di portanti (da circa 2000 a circa 8000 portanti) ad una frequenza intermedia (IF) pari a 36MHz utilizzando lo schema di modulazione COFDM (realizzato numericamente mediante una funzione matematica chiamata IFFT). Il segnale IF viene quindi inviato ad uno stadio di conversione di frequenza che lo trasla su un canale UHF o VHF e il risultato viene amplificato al livello di potenza desiderato per mezzo di una catena di amplificazione adeguata. L’uscita dell’ampli­ ficatore viene quindi indirizzata a un filtro passa banda in cavità, che sagoma lo spettro irradiato per evitare disturbi ai canali adiacenti. Il segnale risultante va al sistema di antenna, opportunamente progettato per coprire l’area desiderata. Possono essere usate diverse configurazioni ridondanti nel sito di trasmissione per garantire la massima continuità di servizio anche in caso di avarie a componenti dei sistemi di trasmissione. Con lo standard DVB-T è anche possibile realizzare sistemi combinati per la trasmissione su diversi canali a partire da una stessa postazione allo stesso modo

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PAG

La trasmissione sul canale terrestre

La ricezione in ambito cittadino diventa ancora più problema­ tica se si desidera ricevere il segnale mentre si è in movi­ mento perché la distribuzione Figura 7 – Propagazione multi-path degli echi e del rumore inter­ ferente cambia continuamente nel tempo, una condizione estremamente complicata per un apparato di ricezione. La soluzione adottata dal DVB Project per lo standard DVB-T è la modulazione COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), una modulazione multi-portante che occupa la stessa banda (8MHz in UHF e 7MHz in VHF) utilizzata per la trasmissione TV analogica.


con cui vengono realizzati per la trasmissione analogica utilizzando un unico sistema di antenna. Come si è già visto nel caso del modulatore DVB-S, anche nel modulatore DVB-T vengono adottati sistemi numerici per la correzione automatica degli errori sui bit causati da rumore o interferenze sul canale trasmissivo. Il meccanismo adottato dallo standard DVB-T è però più complesso di quello adoperato dal DVB-S, visto che sul canale trasmissivo terrestre le sorgenti di interferenza sono senza dubbio molto maggiori rispetto al canale satellitare. Anche in questo caso vengono utilizzati il codice Reed Solomon RS(204,188) ed un codice convoluzionale “punturato”, ma questa volta corredati da una serie di interleavers a vario livello che “aiutano” i due codici a correggere efficacemente gli errori anche in presenza di fading molto profondi sul canale trasmissivo. Il risultato è che anche nel caso dello standard terrestre DVB-T il ricevitore è in grado di demodulare e decodificare il segnale in presenza di un rapporto segnale/rumore molto basso. La modulazione COFDM prevede che ciascuna delle portanti del pacchetto IF possa essere modulata con uno schema (chiamato anche costellazione) QPSK, 16QAM o 64QAM. Lo schema di modulazione inferiore (QPSK) è più semplice e consente pertanto coperture più ampie ma ha una “efficienza spettrale” inferiore e quindi consente di trasmettere un bit-rate più basso sul canale UHF o VHF. La costellazione superiore (64QAM) consente di trasmettere un bit-rate più elevato grazie alla sua migliore efficienza spettrale ma, essendo più complessa, necessita di un rapporto S/N in ricezione più elevato per poter essere correttamente demodulata e quindi il risultato è quello di consentire aree di copertura più ridotte. La costellazione 16QAM è una via di mezzo e rappresenta in effetti un compromesso fra quantità di informazione trasportata e capacità di copertura attorno alla zona di emissione del segnale. www.elettronika.it/index.php?vers=ita&cat=2&id_cat=2&product_id=307 www.elettronika.it/index.php?vers=ita&cat=2&id_cat=2&product_id=512

Un altro parametro fondamentale della modulazione COFDM (il principale fautore della resistenza ai cammini multipli) è il cosiddetto Intervallo di Guardia, selezionabile da utente con i valori 1/32, 1/16, 1/8 o 1/4. Si tratta di un parametro che riveste una fondamentale importanza nella pianificazione di reti SFN, in quanto pone un limite superiore alla distanza fra i trasmettitori in una rete a singola frequenza. L’intervallo di guardia rappresenta una frazione del simbolo OFDM (cioè una frazione di tempo del segnale emesso) nella quale il trasmettitore non trasmette informazione utile (cioè dati audio e video) ma solo dati ridondanti, al preciso scopo di consentire una parziale sovrapposizione di echi di segnale in ricezione senza causare

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2k

8k

Durata di simbolo Intervallo di guardia Durata totale Distanza max TX Tabella 4 – Intervallo di guardia

Analizzato in maniera più esauriente, il modulatore DVB-T è caratterizzato da molti parametri di rete che possono essere programmati dall’emittente per scegliere il segnale irradiato più adatto: ampiezza di banda del canale (5MHz, 6MHz, 7MHz, 8MHz), modalità IFFT (2k, 4k, 8k), costellazione (QPSK, 16QAM, 64QAM), FEC rate (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) e Intervallo di Guardia (1/32, 1/16, 1/8, 1/4). Ogni combinazione di questi parametri porta a un diverso comportamento del trasmettitore, in termini di capacità del canale (che è il massimo bit-rate trasportato) e robustezza del segnale (misurata dal minimo rapporto segnale/rumore richiesto da parte del ricevitore per decodificare correttamente i programmi audio-video). La giusta combinazione di tali parametri dovrebbe essere scelta con cautela allo scopo di implementare il compromesso ottimale tra il bit-rate totale e la robustezza del segnale. La situazione si comprende meglio osservando la tabella 5, relativa ad una larghezza di banda di 8MHz ed estratta dalla normativa ufficiale ETSI EN 300 744.

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PAG

Modo

La trasmissione sul canale terrestre

interferenza distruttiva. Più grande è il valore di intervallo di guardia selezionato, maggiore sarà la sovrapposizione di echi consentita senza che ciò arrechi disturbi al segnale ricevuto. Ma questa superiore robustezza al multi-path viene pagata con una ridotta capacità di trasmettere dati utili, con il risultato di abbassare il valore massimo di bit-rate di trasmissione. In termini numerici più concreti, come riportato nella seguente tabella 4, l’intervallo di guardia può andare da un minimo di 7ms ad un massimo di 224ms. Questo implica che sono tollerabili sovrapposizioni di segnali che seguano percorsi diversi, con una differenza di percorso che va da un minimo di 2.1km ad un massimo di 67.2km. Questi ultimi valori sono indicati in tabella come “Distanza max TX” perché sono riferiti al caso di una rete SFN in cui i vari segnali che si sovrappongono al ricevitore sono generati da diversi trasmettitori sincronizzati sulla stessa frequenza.


C/N richiesto per BER = 2e-4 dopo Viterbi (QEF dopo Reed-Solomon) [dB]

La trasmissione sul canale terrestre

(Dalla ETSI EN 300 744)

Payload bit-rate disponibile [Mbit/s] Intervallo di guardia

Costellazione

FEC Rate

Canale di Rice (fisso)

Canale di Rayleigh (portatile)

1/4

1/8

1/16

1/32

QPSK

1/2

3,6

5,4

4,98

5,53

5,85

6,03

QPSK

2/3

5,7

8,4

6,64

7,73

7,81

8,04

QPSK

3/4

6,8

10,7

7,46

8,29

8,78

9,05

QPSK

5/6

8,0

13,1

8,29

9,22

9,76

10,05

QPSK

7/8

8,7

16,3

8,71

9,68

10,25

10,56

16QAM

1/2

9,6

11,2

9,95

11,06

11,71

12,06

16QAM

2/3

11,6

14,2

13,27

14,75

15,61

16,09

16QAM

3/4

13,0

16,7

14,93

16,59

17,56

18,10

16QAM

5/6

14,4

19,3

16,59

18,43

19,52

20,11

16QAM

7/8

15,0

22,8

17,42

19,35

20,49

21,11

64QAM

1/2

14,7

16,0

14,93

16,59

17,56

18,10

64QAM

2/3

17,1

19,3

19,91

22,12

23,42

24,13

64QAM

3/4

18,6

21,7

22,39

24,88

26,35

27,14

64QAM

5/6

20,0

25,3

24,88

27,65

29,27

30,16

64QAM

7/8

21,0

27,9

26,13

29,03

30,74

31,67

Tabella 5 – Parametri della modulazione DVB-T

Con l’ausilio della tabella 5, facciamo un esempio per meglio comprendere il problema. Un trasmettitore DVB-T UHF è configurato con ampiezza di banda 8MHz, modalità IFFT 8k, costellazione QPSK, FEC Rate 2/3 e intervallo di guardia 1/4. Dalla tabella 5 scopriamo che questa combinazione di parametri porta a un bit-rate totale massimo di 6.64Mbit/s, adatto al trasporto di un solo programma TV MPEG-2 con elevata qualità video. Quindi la capacità di canale di questa modalità DVB-T è molto bassa. Ma vediamo dalla stessa tabella che il minimo rapporto segnale/rumore richiesto da parte del ricevitore è circa 5,7dB per ricezione fissa, e questo significa che la modalità DVB-T è molto robusta contro il rumore perché un set-top box DVB-T mostrerà un’immagine perfetta anche con il segnale a soli 5,7dB sopra il livello del rumore. Prendiamo in considerazione un altro trasmettitore DVB-T UHF con pari ampiezza di banda e modalità IFFT, ma questa volta con costellazione 64QAM, FEC rate 5/6 e Intervallo di Guardia 1/32. Dalla tabella vediamo che questa combinazione di parametri porta a un bit-rate totale massimo di 30.16Mbit/s, adatto al trasporto di cinque programmi TV MPEG-2 con elevata resa visiva. Quindi la capacità di canale di questa modalità è molto maggiore. Per questa modalità vediamo dalla tabella che il minimo rapporto segnale/rumore richiesto dal ricevitore è di circa 20dB per ricezione fissa. Quindi,

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il maggiore bit-rate viene purtroppo compensato da una minore robustezza del segnale, poiché il livello del segnale al ricevitore deve essere almeno 20dB al di sopra del “tappeto” di rumore per ottenere un’immagine perfetta. Quindi se i due trasmettitori hanno la stessa potenza di uscita, il primo avrà una maggiore area di copertura rispetto al secondo. Quindi la modalità DVB-T deve essere accuratamente selezionata di volta in volta tenendo in considerazione il miglior compromesso tra bit-rate e copertura.

La trasmissione sul canale terrestre

Nell’ottica di una efficace trasformazione di un trasmettitore PAL analogico in un trasmettitore DVB-T, la frequenza IF (intesa come frequenza centrale del pacchetto COFDM) del modulatore DVB-T viene impostata al valore di 36.15MHz, in modo da poter sostituire il modulatore IF analogico senza variare la frequenza dell’oscillatore locale di conversione. In maniera più efficiente, però, si tende a sostituire l’intero eccitatore PAL con un eccitatore DVB-T con uscita direttamente in canale, assicurando in questo modo prestazioni superiori e una estrema rapidità di intervento da parte del personale tecnico. La modulazione COFDM richiede all’amplificatore di potenza di operare in modalità lineare per non generare prodotti di intermodulazione che ridurrebbero la qualità del segnale DVB-T emesso. Per questo motivo, dopo la trasformazione in DVB-T, si deve utilizzare una potenza di uscita RMS (Root Mean Square, potenza quadratica media integrata sulla banda del segnale, misurabile con una opportuna sonda calibrata) ad un livello pari a circa -6dB al di sotto della potenza di picco utilizzata in tecnica analogica (quindi un backoff di 6dB). Il valore di 6dB è riferito tipicamente ad un amplificatore realizzato con tecnologia LDMOS, utilizzando sistemi realizzati con tecnologie più vecchie come quella bipolare il valore di backoff aumenta talvolta anche fino a 10dB. Di primo acchito potrebbe dunque sembrare che il passaggio al DVB-T comporti uno svantaggio perché si è costretti a “sottoutilizzare” le potenzialità del proprio apparato di trasmissione. In realtà, l’apparente svantaggio del backoff di 6dB viene ampiamente compensato dalla superiore capacità di copertura (grazie all’effetto soglia di cui si è già discusso in precedenza) del segnale DVB-T e quindi il risultato finale è che, pur con un quarto della potenza analogica, si ottiene una copertura ben più ampia con il segnale DVB-T.

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PAG

Ai fini dell’emissione del segnale DVB-T sulla frequenza per cui si dispone di regolare licenza, si devono rispettare alcune importanti limitazioni sul segnale irradiato, così come avviene attualmente per il segnale TV analogico. Nel caso del segnale DVB-T, si devono rispettare delle maschere di emissione che vengono denominate maschera non critica e maschera critica (ved. fig. 8) nella normativa


ETSI EN 300 744. Entrambe le maschere fissano dei limiti massimi per la potenza di segnale emessa fuori banda, al fine di evitare disturbi sui canali adiacenti.

La trasmissione sul canale terrestre

Power level measured in a 4kHz bandwidth, Where 0 dB corresponds to the total output power

Figura 8 – Maschere di emissione DVB-T La maschera non critica è quella meno selettiva e viene Maschera non critica generalmente richiesta nella maggior parte dei casi, la ma­ schera critica è maggiormente selettiva fuori banda e viene richiesta quando sui canali adiacenti alla frequenza emessa esistono dei servizi a bassa potenza che vengono disturbati dalle emissioni fuori banda del segnale DVB-T. Oltre al rispetto della maschere di emissione, condizione es­ Frequency relative to centre of DVB-T channel (MHz) senziale per il rispetto dei “vi­ cini”, il trasmettitore DVB-T deve essere caratterizzato anche in base alla qualità del segnale emesso, evidenziando Maschera critica quanto il segnale si discosta dalle sue caratteristiche ideali a causa di distorsioni di varia natura. Per questa valutazione, direttamente legata alla capacità di copertura geogra­ fica del segnale, si utilizza un parametro chiamato MER. Il MER (Modulation Error Ratio) è il parametro più im­ portante di un sistema di tra­ smissione DVB-T, perché Frequency relative to centre of DVB-T channel (MHz) riassume in un unico valore numerico la qualità di un tra­ smettitore. Il MER riguarda la costellazione DVB-T usata dal modulatore COFDM (QPSK, 16QAM o 64QAM) ed

22

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La trasmissione sul canale terrestre

indica quanto la costellazione irradiata dal trasmettitore DVB-T è simile alla costellazione ideale che verrebbe irradiata senza alcuna distorsione o effetto di intermodulazione. Qualunque amplificatore di potenza (PA) introdurrà distorsioni nello spettro COFDM. Maggiore è la distorsione del PA, più la costellazione differisce da quella ideale, e il valore del MER è basso. Quindi il valore del MER dovrebbe essere massimizzato e il modo migliore per ottenere un MER elevato con un trasmettitore DVB-T è quello di effettuare una precorrezione digitale di alta qualità. Un maggior valore di MER porta a una maggiore area di copertura, quindi due trasmettitori DVB-T con la stessa potenza di uscita ma valori di MER diversi avranno diverse prestazioni di copertura. L’altro parametro tipico per la caratterizzazione della qualità di un trasmettitore DVB-T è l’altezza degli shoulders (le “spalle” dello spettro), e cioè il valore della reiezione di segnale agli estremi della banda utile. Anche in questo caso, un valore elevato di shoulders corrisponde ad una qualità superiore del segnale irradiato e deriva dalla linearità (MER) con cui il segnale viene emesso e dalla selettività del filtro di canale connesso subito a valle del trasmettitore. Dalla precedente analisi risulta evidente che un trasmettitore DVB-T dalle elevate prestazioni nasce solo se esiste una concomitanza di diversi fattori fondamentali: - modulatore DVB-T con prestazioni eccellenti; - amplificatore di potenza realizzato con tecnologia ad elevata linearità; - disponibilità di un motore di precorrezione digitale accurato; - stabilità di funzionamento assicurata da un sistema di controllo affidabile; - messa a punto effettuata da un team di collaudatori con notevole esperienza; - sistema di antenna progettato con scrupolosità.

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L’esperienza decennale di Elettronika nel settore DVB-T, insieme ad un Sistema Qualità certificato, garantiscono agli operatori del settore televisivo una competenza


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Approfondimento Un modulatore DVB-T consente di generare un set di portanti a frequenza intermedia modulate COFDM, così come indicato dalla normativa ETSI EN 300 744. Di seguito si riporta una breve descrizione di ciascun sottoblocco del modulatore DVB-T.

La trasmissione sul canale terrestre

- Energy Dispersal: il flusso di ingresso viene sottoposto ad un processo di randomizzazione, e cioè, mediante l’utilizzo di un generatore di sequenza pseudo-casuale, l’energia del segnale di banda base viene uniformemente distribuita all’interno della sua banda. - Reed-Solomon Encoder: si ricorre ad una codifica RS(204,188,8) che, basata sulla teoria dei campi di Galois, consente di correggere fino ad 8 bytes errati su 204 totali, conferendo alla modulazione OFDM una robustezza enormemente superiore rispetto alle altre modulazioni numeriche finora utilizzate. - Outer Interleaver: utilizza un algoritmo di interleaving byte-a-byte con profondità 12 che consente di estendere la capacità correttiva del precedente codice Reed Solomon. Il codice Reed Solomon è infatti di per sé debole nei confronti di burst di errori, ma l’Outer Interleaver è capace di tramutare dei burst di errori in sequenze con errori uniformemente distribuiti, facilmente ripristinabili da un decoder Reed Solomon. - Convolutional Encoder: si utilizza un codice convoluzionale a rate 1/2 (che raddoppia cioè il bit-rate rispetto a quello di partenza), seguito da una sezione di Puncturing che consente di ridurre la ridondanza iniziale del 100% a vari fattori più bassi a seconda della rumorosità del canale trasmissivo sul quale il modulatore DVBT sarà utilizzato. - Inner Interleaver: si tratta di un complesso algoritmo di interleaving che agisce in due stadi; il primo stadio opera sui singoli bit e il secondo opera su blocchi da 1512 (modo 2k) o 6048 (modo 8k) simboli OFDM. Il processo complessivo si differenzia a seconda che si utilizzi uno schema QPSK, 16QAM o 64QAM. - Mapper: questo blocco consente di selezionare lo schema di modulazione applicato a ciascuna delle portanti che formano il pacchetto OFDM e di applicare un modo gerarchico o non-gerarchico alla modulazione. Gli schemi di modulazione supportati sono il QPSK, il 16QAM e il 64QAM e vengono scelti in base alle condizioni di rumorosità dl canale trasmissivo da utilizzare. - OFDM: i simboli generati dal precedente blocco Mapper vengono organizzati in frames; questi ultimi vengono suddivisi fra le 6817 portanti del modo 8k e le 1705 portanti del modo 2k ricorrendo ad una sintesi di frequenza che utilizza come mattone fondamentale l’algoritmo FFT. Le portanti che trasportano dati vengono inoltre affiancate da portanti che trasportano informazioni di riferimento per il ricevitore. - Guard Interval Inserter: l’Intervallo di Guardia è una ripetizione ciclica di una parte del segnale utile e viene aggiunto prima del segnale utile stesso. Lo scopo di questa aggiunta è quello di rendere il segnale DVB-T immune a problemi di multipath tipici dei canali trasmissivi terrestri. Eventuali riflessioni (entro determinati limiti) hanno infatti un effetto costruttivo invece di distruggere il segnale, come avviene normalmente in presenza di effetti di multipath con il segnale televisivo analogico.

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6 Architettura di una rete DVB-T


Il primo quesito da porsi quando si deve pianificare una nuova rete DVB-T è quello più naturale: “quanti programmi possono essere trasmessi nel bouquet”? A questa domanda non esiste una risposta univoca, ma è bene elencare delle linee guida generali che servono a dimensionare il bouquet con criterio. Si è già visto nel capitolo precedente che il bit-rate massimo dipende fortemente dalla copertura desiderata, perciò se si tende ad ottenere una copertura estesa anche con un basso numero di trasmettitori si è costretti ad utilizzare una modalità DVB-T a bit-rate relativamente basso. Se invece si dispone di un numero elevato di trasmettitori sul territorio di copertura si possono utilizzare le modalità DVB-T a più alto bit-rate poiché si riesce ad avere un segnale sufficientemente alto su tutto il territorio di copertura. Supponiamo ad esempio di aver determinato il giusto compromesso e di aver trovato che la modalità DVB-T adatta al nostro caso (ipotizziamo di operare in UHF) sia: IFFT = 8k; costellazione = 64QAM; FEC = 2/3; intervallo di guardia = 1/32.

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Dalla tabella 5 riportata nel precedente capitolo si trova che il bit-rate massimo di questa modalità DVB-T è pari a 24.13Mbit/s. Per ricavare il numero di programmi massimo da inserire nel bouquet si deve conoscere il bit-rate di ciascun programma. A questo punto si può operare in due modi: il primo, semplice e rapido ma poco ottimizzato, consiste nello stabilire un bit-rate uguale per tutti i programmi del bouquet. Il secondo, più efficiente e professionale, consiste nell’assegnare a ciascun programma il bit-rate più adeguato in base al contenuto medio del programma stesso. Il metodo più semplice è quello di assegnare a ciascun programma un bit-rate che consenta di ottenere una buona qualità indipendentemente dal contenuto. Ad esempio, se si assegna un bit-rate di 4.5Mbit/s a ciascun programma si ottiene sicuramente (in MPEG2) una qualità PAL (standard definition) soddisfacente sia per programmi “lenti” come news e documentari, sia per programmi “veloci” come eventi sportivi o musicali. In questo caso si otterrebbe un bouquet da 5 programmi con una qualità sicuramente buona su tutto il palinsesto giornaliero. Un metodo per ottimizzare le risorse è invece quello di considerare che contenuti come eventi sportivi hanno bisogno, a parità di resa visiva, di un bit-rate più elevato rispetto a contenuti meno dettagliati e meno dinamici come notiziari o talk-show.


Architettura di una rete DVB-T

Dunque, se una partita di calcio ha bisogno di almeno 4.5Mbit/s per una resa visiva soddisfacente, un notiziario o un talk show possono essere trasmessi anche con 2Mbit/s senza arrecare disturbo alla visione. Se si vuole trasmettere, ad esempio, un bouquet con 2 canali sportivi, 3 canali dedicati alle news e 2 canali con contenuto vario, è possibile allocare nello stesso bouquet i 7 programmi se si assegnano 5Mbit/s a ciascun canale sportivo, 2Mbit/s a ciascun canale news e 4Mbit/s a ciascuno dei due programmi con contenuto vario. Un altro metodo, senza dubbio più efficiente ma molto più oneroso economicamente, consiste nell’uso di encoder a bit-rate variabile e di un multiplexer statistico. Gli encoder e il multiplexer operano analizzando in tempo reale la complessità del contenuto video su ciascun programma e sono in grado di adattare dinamicamente il bit-rate assegnato a ciascun encoder. Il risultato è la assegnazione di banda proporzionale alla complessità di ciascun contributo, eliminando gli “sprechi” di bitrate per contenuti statisticamente poco dettagliati o molto statici. A spese di un investimento iniziale più oneroso, si riesce ad ottenere un bouquet con più programmi grazie ad un uso ottimizzato delle risorse di banda. Un utilizzo più efficiente della banda è possibile utilizzando degli encoder MPEG4 invece di quelli MPEG2. Gli encoder MPEG4, come già analizzato in precedenza, consentono di risparmiare più del 50% del bit-rate su ciascun programma e quindi, a parità di bit-rate complessivo, si avrebbe a disposizione un numero di programmi almeno doppio sul bouquet. La codifica MPEG4, ad oggi più costosa dell’MPEG2, viene attualmente utilizzata da alcuni paesi europei ed extra-europei, specialmente per offrire contenuti ad alta definizione agli utenti. I risultati sono tecnicamente incoraggianti, ma il costo più elevato dei ricevitori compatibili allo standard MPEG4 sta posticipando la transizione dall’MPEG2 all’MPEG4 e quindi oggi quasi tutte le reti DVB-T europee sono basate sullo standard MPEG2.

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PAG

Un’altra scelta che è possibile effettuare nella pianificazione di una rete DVB-T è quella di operare in modalità MFN (Multi Frequency Network) o SFN (Single Frequency Network). Una rete MFN è una rete multi-frequenza nella quale, analogamente a quanto accade nelle reti analogiche, le frequenze di due qualsiasi trasmettitori adiacenti (aventi cioè una zona di copertura comune) devono essere differenti. Le reti a singola frequenza (SFN) sono il modo migliore per implementare reti DVB-T con una efficienza spettrale molto elevata. Il ricorso tipico alle reti SFN avviene per la costruzione di reti DVB-T medio-piccole per aree metropolitane o regionali. Una rete di portata nazionale MFN DVB-T può essere implementata in modo efficace


per mezzo di numerose reti SFN regionali, ognuna operante su una diversa frequenza. Il principio di base delle reti SFN è che tutti i trasmettitori della rete debbano irradiare simultaneamente gli stessi dati alla stessa esatta frequenza. Quindi gli apparati headend (cioè quelli che generano il bouquet) situati presso lo studio di produzione e tutti i trasmettitori della rete necessitano di un segnale di riferimento tem­ po/frequenza comune per sincronizzare i dati (Transport Stream) e le frequenze di uscita (oscillatori locali). Questa sincronizzazione viene implementata per mezzo del segnale GPS, disponibile simultaneamente in tutto il mondo. Presso lo studio, un dispositivo chiamato SFN Adapter collegato a un ricevitore GPS deve essere situato subito a valle del multiplexer allo scopo di inserire un segnale di sincronizzazione (chiamato MIP, Megaframe Initialization Packet) nel TS ASI. Il TS viene quindi distribuito a ogni sito di trasmissione per mezzo di una rete di distribuzione molto accurata che si fa carico dell’assoluta integrità del TS originale. Si è già fatto notare in precedenza, a questo proposito, che i ponti digitali terrestri di Elettronika offrono la funzionalità “SFN Transport” dedicata a questa applicazione molto delicata. Ogni trasmettitore DVB-T deve essere fornito di un ricevitore GPS per essere sincronizzato con tutti gli altri trasmettitori della rete e per compensare automati­ camente il ritardo di propagazione della GPS Receiver rete di distribuzione, come illustrato nella GP S Re c ei ve r figura 9. TX DVB-T ASI

TS + MIP

GPS Receiver

ASI ASI

MPEG-2 Multiplexer

S FN Ad apt er

GPS Receiver TX DVB-T

Figura 9 – Sincronizzazione di una rete SFN con il GPS

TX DVB-T

Il risultato di questa sincronizzazione globale è che nelle aree coperte da più di un trasmettitore l’interferenza risultante risulta perfettamente costruttiva. Il requisito aggiuntivo per consentire tale condizione è che la distanza tra ogni trasmettitore della rete e quelli adiacenti sia inferiore alla distanza coperta dal segnale durante il valore dell’Intervallo di ETSI TS 101 191 Guardia selezionato (vedi tabella 4).

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Dunque l’uso della rete GPS è fondamentale per la sincronizzazione di una rete SFN fino al punto da far considerare la rete GPS il fondamento stesso di una SFN. Attualmente questa considerazione corrisponde a verità, ma recentemente sono in fermento una serie di studi interessanti su reti di sincronizzazione alternative al GPS, in modo da poter implementare una rete SFN “GPS-free”. La spinta a questi canali di ricerca deriva dall’impossibilità di ricevere il segnale GPS in alcune postazioni in cui la banda utilizzata dal segnale GPS è interferita da altri segnali (più o meno leciti) e anche dalla osservazione che il GPS è un sistema militare statunitense e numerosi operatori televisivi preferirebbero essere indipendenti da questo sistema.

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PAG

25k m

Architettura di una rete DVB-T

Al termine della fase di progettazione e pianificazione di una rete DVB-T, il passo successivo è l’installazione dei trasmettitori per una valutazione concreta della copertura del segnale irradiato. Al di là di rari casi di situazioni geografiche eccezionalmente favorevoli, esiste sempre un certo numero di zone d’ombra, cioè aree raggiunte da un segnale troppo debole per poter essere correttamente decodificato dai ricevitori DVB-T. La copertura delle zone d’ombra viene implementata per mezzo di apparati di ripetizione di potenza medio-bassa chiamati ripetitori (o transposers, in inglese) quando la frequenza del segnale trasmesso è diversa da quella del segnale ricevuto o gap fillers quando il segnale irradiato viene trasmesso alla stessa frequenza di quello ricevuto. 4 kW (ERP) 4 kW (ERP) Ovviamente, in caso di rete MFN entrambi i tipi di CH 30 UHF CH 30 UHF apparati possono essere utilizzati (dopo aver valutato quale sia la soluzione ottimale per ogni località) per coprire le zone d’ombra, mentre per le reti SFN 500 W (ERP) i gap filler sono l’unica so­ GAP FILLER CH 30 UHF m luzione consentita. 40k Il gap filler viene di solito installato su montagne o colline in una posi­ 15k zione tale da ricevere m 4 kW (ERP) un segnale di intensità CH 30 UHF Zona d’ombra soddisfacente, con l’antenna di trasmis­ sione progettata con uno schema di irradiazione utile a Figura 10 – Esempio di applicazione coprire ottimamente la zona d’ombra. di un Gap Filler in una rete SFN


In figura 10, a titolo esemplificativo, è riportato un esempio di una rete SFN operante in banda UHF che presenta una zona d’ombra generata da una collina, sulla quale viene installato il gap filler.

Architettura di una rete DVB-T

Il problema tipico di una installazione di gap filler, per intrinseche cause strutturali, è l’inevitabile accoppiamento RF tra il segnale irradiato dall’antenna di trasmissione e quello ricevuto dall’antenna di ricezione. Se il livello di accoppiamento è troppo elevato, la situazione diviene pericolosa in quanto il ritorno dall’antenna trasmittente a quella ricevente può portare a un feedback positivo che può facilmente danneggiare l’hardware dell’apparato. Se il gap filler è installato nell’ambito di una rete SFN, come nel caso illustrato in figura 10, il problema peggiora in quanto, oltre al ritorno dall’antenna di trasmissione, capta l’antenna ricevente capta anche gli echi provenienti dagli altri trasmettitori della rete. La soluzione a questo problema strutturale è l’uso di un Digital Echo C a n c e l l e r n e l l a s e z i o n e d i e l a b o r a z i o n e d i g i t a l e d e l g a p f i l l e r. Riassumendo, la progettazione di una rete di trasmissione DVB-T è - in ogni caso dominata da considerazioni riguardanti la massimizzazione della copertura del territorio di riferimento, con l’obiettivo di ottenere, con la minima potenza trasmessa, il massimo della probabilità di ricevere e decodificare correttamente il segnale nella zona di interesse. Il problema della massimizzazione della copertura risulta ancora più complesso negli ultimi tempi, dopo l’ufficiale adozione di uno standard per la Mobile TV, denominato DVB-H, che rappresenta un miglioramento dello standard DVB-T nel campo della ricezione mobile. Il modello di riferimento di una rete DVB-H è un Internet Service Provider (ISP) che invia contenuti video e audio all’operatore broadcast di rete e all’operatore radio di una rete telefonica mobile. Attraverso queste operazioni, il contenuto viene trasmesso all’utente finale in possesso di un terminale telefonico compatibile DVB-H. Si comprende facilmente che, se si vuole assicurare continuità di ricezione ad un terminale mobile, anche in condizioni di ricezione indoor, la copertura richiesta tende al 100% del territorio ed esige valori di campo più elevati rispetto al caso di ricezione unicamente fissa. Elettronika offre agli operatori TV un accurato ed estremamente professionale servizio di pianificazione di rete, con l’ausilio di software di simulazione e di network planning, in modo da prevedere con elevata accuratezza la copertura sul territorio di una data rete DVB-T (o DVB-H), evitando spiacevoli sorprese dopo la installazione e la messa in opera dei trasmettitori.

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7 Applicazioni ad alto valore aggiunto


Uno dei vantaggi più evidenti della transizione alla TV Digitale per gli operatori televisivi è quello di poter espandere l’offerta oltre il limite classico dei programmi audio-video offerti nel palinsesto analogico. La TV Digitale, grazie alle profonde interazioni fra hardware e software, consente di offrire all’utente finale una interessante serie di applicazioni ad alto valore aggiunto, suscitando nel cliente un rinnovato interesse verso il mezzo televisivo e generando per l’operatore nuove opportunità di business, finora impossibili con la tecnica analogica. Una delle possibilità più remunerative per gli operatori televisivi è senza dubbio quella del Sistema di Accesso Condizionato (CAS), ovvero la tecnica di criptare uno o più programmi per proteggerli da una visione non autorizzata, un modello già utilizzato da tempo nella piattaforma satellitare e noto anche come Pay-TV. Agli utenti viene richiesto di pagare un canone mensile o annuale per ottenere l’accesso ad un particolare canale (pay-per-channel) o, in alternativa, un importo per un singolo programma (pay-per-view). ENCODER

ASI ASI

ENCODER

ASI

ENCODER

ASI

ENCODER

ASI

S CRA MBL ER

ASI

SERVER CAS + SMS

RETE DI DISTRI BUZIONE

TRASMETTITORE

Figura 11 – Apparati per un Sistema di Accesso Condizionato

Anche se un sistema di criptaggio totalmente sicuro non è pensabile, il DVB Project ha sviluppato un sistema di scrambling “comune”, supportato da tutti i produttori di sistemi di accesso condizionato. Le specifiche di questo sistema non sono pubblicate, in modo da rendere più difficile il lavoro dei “pirati” che cerchino di decifrare i sistemi di criptaggio. La procedura utilizzata per lo scrambling è illustrata in figura 11, a partire dagli apparati utilizzati nella rete di trasmissione. Lo “scrambler” è l’apparato che effettua il criptaggio dei dati, che può essere realizzato a livello di PES (Packetised Elementary Stream) o a livello di TS (Transport Stream), avendo cura di non includere i byte di sincronizzazione fra i dati criptati per non compromettere l’aggancio da parte dei sistemi di ricezione.

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Applicazioni ad alto valore aggiunto

Come si può notare dalla figura, lo scrambler (può essere anche interno al multiplexer) viene inserito a valle del multiplexer e questo accorgimento consente di intervenire su uno o più programmi contenuti nel bouquet semplicemente andando a modificare le informazioni contenute nelle tabelle di sistema del TS, ed in particolar modo nella CAT (Conditional Access Table). Lo scrambler è connesso, generalmente mediante una connessione Ethernet di tipo TCP/IP, con un Server CAS (Conditional Access System) e SMS (Subscriber Management System). La sezione CAS del server è quella che genera i codici di criptaggio dei programmi, aggiornandoli periodicamente per rendere il sistema il più possibile immune da hacking. La sezione SMS del server si occupa della gestione degli utenti finali, distribuendo agli utenti abilitati (in possesso di una smart card legittimata) i permessi di accesso ai servizi criptati. Ciò avviene gestendo un database dei clienti autorizzati, aggiornato in real-time in base ai pagamenti effettuati al fornitore dei servizi. Molto spesso, quando l’emittente TV si trova a dover gestire sistemi Pay-TV differenziati, con il controllo contemporaneo di clienti ad abbonamento mensile e clienti di tipo pay-per-view, il sistema di gestione dei clienti diventa piuttosto complesso, e il server SMS viene coadiuvato da un ulteriore server dedicato (“billing server”) che si occupa di gestire automaticamente i vari tipi di clienti in un database di complessità superiore. E’ possibile però, per network televisivi di dimensioni inferiori, utilizzare sistemi di criptaggio con una gestione dei clienti molto semplificata, facendo ricorso a scratch cards (i cosiddetti “grattini”) vendute ad esempio nelle tabaccherie, che contengono un codice da inviare al provider mediante un messaggio SMS con il cellulare. In questo modo l’investimento necessario per implementare un sistema di accesso condizionato viene ridotto al minimo e può essere in seguito aggiornato ad un sistema di complessità superiore aggiungendo degli elementi alla rete esistente. Tecnicamente, il sistema di descrambling (de-criptaggio) è fondato su due tipi di messaggi che vengono inviati ai decoder all’interno della rete. Gli ECM (Entitlement Control Messages, generati dal server CAS) informano il ricevitore sulle operazioni da effettuare per poter decodificare il segnale criptato e gli EMM (Entitlement Management Messages, generati dal server SMS) sono utilizzati dal decoder per verificare in tempo reale se l’utente ha il permesso di accesso al programma selezionato.

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Esistono sul mercato diverse soluzioni per il criptaggio dei programmi televisivi e i set-top box DVB-T generalmente non supportano tutti i sistemi esistenti sul mercato, ma solo una parte di essi, dichiarata fra le specifiche tecniche. Se da un lato esiste questa differenza fra i vari modelli di set-top box disponibili, dall’altro essi sono


dotati di una interfaccia standard denominata Common Interface. La Common Interface è una interfaccia hardware e software standardizzata per la decodifica dei segnali digitali televisivi e radiofonici a pagamento. Tutti i decoder etichettati come “Common Interface” dispongono tipicamente di uno o due slot (fessure) nei quali vanno inseriti i moduli CAM (Common Access Module) compatibili con i sistemi di codifica più diffusi tra le Pay-TV. Ogni modulo CAM è dotato al suo interno anche di uno o due lettori di smart card per alloggiare le tessere di abbonamento ai servizi Pay-TV. Una delle caratteristiche della maggior parte dei decoder DVB-T presenti sul mercato è quella di essere dotati di un modem telefonico. Molti sono anche etichettati con la sigla “MHP” e si distinguono dai decoder più semplici ed economici denominati “zapper”. La presenza del modem e del marchio MHP (Multimedia Home Platform) sono indici di un’altra fondamentale applicazione ad alto valore aggiunto della TV Digitale, l’interattività. Si è visto fino a questo momento che, nella TV digitale, i segnali audio e video sono acquisiti, trasmessi e presentati come una sequenza di valori numerici e si è descritta sommariamente la tecnica di elaborazione di questi segnali in ciascuna sezione della rete che va dallo studio di produzione all’utente finale. Tuttavia, fino a questo punto, si è considerata soltanto la distribuzione dei segnali digitali in un’unica direzione e cioè quella che va dal provider televisivo verso l’utente finale. Come accade nel mondo del web, anche nell’ambito della TV Digitale si desidera sempre più che l’utente interagisca con il fornitore di contenuti o addirittura che contribuisca egli stesso alla creazione dell’informazione trasmessa. Per consentire questo livello di interattività, è necessario che l’utente disponga di un canale di ritorno che gli consenta di inviare dei dati dal luogo in cui guarda il programma verso il fornitore dei servizi. Il decoder utilizzato per fruire di servizi interattivi ha una architettura simile ad un piccolo computer, con un processore a bordo dotato di un sistema operativo (tipicamente una Java Virtual Machine) e di sufficiente memoria di sistema. Il principio di base dei servizi interattivi è che questo tipo di decoder può anche eseguire delle applicazioni scaricando dei file dal canale a radiofrequenza ed eseguendoli su comando dell’utente finale. Il fornitore di servizi, dunque, può inserire all’interno del bouquet DVB-T dei file (corredati da una serie di tabelle descrittive) che compongono una o più applicazioni interattive che verranno eseguite sui r icevitori compatibili con la piattaform a di interattività utilizzata.

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In ambito europeo la piattaforma standard per l’interattività è la MHP (Multimedia Home Platform), una piattaforma software aperta basata su applicazioni Java, completamente documentata per gli sviluppatori di applicazioni. www.mhp.org

Applicazioni ad alto valore aggiunto

Con il termine “servizi interattivi”, in realtà, viene indicata una intera gamma di offerta di servizi che richiede diversi livelli di interattività fra l’utente e il fornitore di servizi. Il livello minimo di interattività, detto interattività locale, si sviluppa tutto all’interno del decoder dell’utente. Per questo tipo di interattività i dati vengono trasmessi e memorizzati nel decoder e le applicazioni reagiscono agli input dell’utente senza la necessità di comunicare con il provider attraverso il canale di ritorno. La vera TV interattiva (detta anche iTV) prevede però un livello elevato di interattività con il fornitore di servizi, come votare per uno dei partecipanti ad un gioco televisivo o acquistare della merce su un canale di shopping televisivo. Per questo tipo di interattività l’utente ha bisogno del canale di ritorno per inviare i suoi dati e, nel caso dell’acquisto di merce, sarà anche necessario ricevere una notifica di pagamento dal provider una volta inviata la somma richiesta. Si comprende facilmente che la TV interattiva assomiglia molto ad un computer collegato ad internet e pertanto la varietà di applicazioni che possono essere offerte all’utente finale spazia dai servizi di pubblica utilità, ai giochi, alla comunicazione personale con altri utenti e tutto ciò che la fantasia degli sviluppatori sarà in grado Figura 12 - Esempi di applicazioni interattive

Prenotare le vacanze Gestire il conto corrente Ordinare la spesa

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Films on-demand


Applicazioni ad alto valore aggiunto

di concepire su un sistema totalmente aperto. Gli esempi riportati in figura 12 rappresentano solo alcune idee, le potenzialità della piattaforma MHP sono davvero infinite e senza dubbio dopo lo switch-off del sistema analogico assisteremo allo sviluppo di applicazioni sempre più utili ed interessanti. Le applicazioni interattive sono tipicamente realizzate e gestite da aziende specia­ lizzate (software houses) che forniscono il flusso digitale al provider televisivo, il quale si occupa di allocare una frazione della banda (bit-rate) del bouquet DVB-T alle applicazioni interattive e di rendere disponibile un ingresso ASI del multiplexer per iniettare le applicazioni nel TS. La frazione di banda richiesta dalle applicazioni interattive è genericamente trascurabile rispetto a quella necessaria per i programmi audio/video, solitamente un contributo di 1-2Mbit/s è sufficiente per aggiungere al bouquet tre-quattro applicazioni interattive di media complessità. In figura 13 è illustrato uno schema a blocchi in cui si evidenziano gli elementi di rete che devono essere considerati quando si vogliono aggiungere delle applicazioni interattive MHP ad un bouquet DVB-T. MHP Carousel Generator

MPEG-2 Multiplexer

Trasmettitore DVB-T

ASI

MHP Editor and Publisher

ASI

MHP Server MPEG-2 Encoder

Basato su Java Interfaccia web-browser Creazione di pagine Conversione di immagini Animazioni Trame pre-confezionate

Gestione pagine Contenuti di terze parti Anteprime Gestione di canali di ritorno

Linea telefonica

Figura 13 – Apparati per la generazione di applicazioni interattive MHP

Gli elementi denominati “MHP Editor and Publisher” e “MHP Server” sono tipicamente localizzati presso la sede della azienda ideatrice delle applicazioni interattive. Per la creazione delle applicazioni non è necessario conoscere a fondo il linguaggio Java, esistono piattaforme software (chiamate “Authoring Tools”) simili a quelle che consentono di creare siti web per la rete internet, le differenze fondamentali consistono nei formati grafici e nelle impostazioni di visualizzazione. Una volta generato il flusso dati, l’MHP Server provvede ad instradarlo (mediante un collegamento IP) verso la sede della emittente TV, dove viene ricevuto da un apparato chiamato MHP Carousel Generator, posizionato subito a monte del multiplexer.

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ETSI TR 101 202 ISO/IEC 13818-6

I servizi interattivi sono potenzialmente il vero punto di forza della TV Digitale Terrestre rispetto alla tradizionale TV analogica, alle emittenti televisive è lasciato il compito di sviluppare questo enorme potenziale per offrire servizi sempre più attraenti e fidelizzare in tal modo l’audience verso il proprio network, con un notevole ritorno in termini di opportunità di business. Negli ultimi due-tre anni la TV Digitale ha anche aperto le sue porte verso la cosiddetta “Mobile TV”, cioè la TV ricevuta su un telefono cellulare in qualsiasi punto e a qualsiasi ora (anywhere and anytime), anche mentre ci si sta spostando a piedi o con vari mezzi di trasporto. La ricezione mobile è senza dubbio un obiettivo tecnologicamente complesso, viste le notevoli difficoltà esistenti nel ricevere un segnale in movimento, in ambienti chiusi, in ambiti cittadini molto popolati, con un dispositivo alimentato a batteria e in presenza di varie sorgenti di interferenza. Il DVB Project ha ideato una estensione dello standard DVB-T, denominata DVB-H (Digital Video Broadcasting – Handheld), che risolve le difficoltà tecniche legate alla ricezione mobile per offrire all’utente finale una soddisfacente esperienza visiva in automobile o in treno, ma anche in casa o al ristorante. Lo standard DVB-H è stato ideato in modo da essere compatibile con lo standard DVB-T. Ciò significa in pratica che una rete DVB-T già esistente può essere sempre aggiornata (mediante apparati aggiuntivi) per poter trasmettere dei programmi verso i telefoni cellulari compatibili DVB-H utilizzando gli stessi trasmettitori e le stesse frequenze. Un operatore che desideri costruire una rete dedicata unicamente al DVB-H può

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Applicazioni ad alto valore aggiunto

Il Carousel Generator ha la funzione di trasformare il flusso IP in un flusso ASI gestibile dal multiplexer e serve a generare al proprio interno dei flussi di dati strutturati secondo il protocollo DSM-CC (Digital Storage Media – Command and Control) per poter interagire con il sistema operativo dei set-top box nella gestione dei servizi interattivi. Il Carousel Generator viene spesso utilizzato anche per inviare agli utenti finali i software per l’aggiornamento periodico dei set-top box. Fra le applicazioni interattive più interessanti, su cui gli esperimenti attuali sono maggiormente concentrati, ci sono senza dubbio quelle legate a servizi di pubblica utilità. Ad esempio diversi enti locali della Pubblica Amministrazione stanno attualmente sperimentando servizi al cittadino quali consultazione di archivi anagrafici, prenotazione di esami clinici, pagamento di imposte, il tutto utilizzando il solo telecomando del decoder digitale.


Applicazioni ad alto valore aggiunto

comunque farlo anche senza inviare programmi DVB-T sulla stessa frequenza. In questo modo si ottengono senza dubbio prestazioni migliori in termini di copertura e di qualità dell’immagine sui programmi della TV Mobile, dato che è possibile dedicare totalmente una data banda ai servizi DVB-H, senza condividerla con programmi DVB-T pre-esistenti. La tecnica del DVB-H è basata sulla generazione di un flusso IP che trasmette contenuti video (a risoluzione ridotta perché destinati a schermi piccoli) codificati con lo standard H.264 in modalità multicast e sul successivo incapsulamento di questo flusso IP all’interno di un Transport Stream in formato standard MPEG-2. Inoltre, la tecnica di trasmissione DVB-H prevede l’emissione del segnale utile non continuamente nel tempo, ma ad intervalli regolari denominati “time slices” (letteralmente “fette di tempo”). I telefoni compatibili DVB-H demodulano il segnale soltanto durante i time slices attivi (consentendo così una durata estesa della batteria) ed estraggono il flusso IP incapsulato nel TS. Un software di playout del tutto simile a quelli per guardare la TV su internet viene utilizzato sul telefono cellulare per visualizzare il programma DVB-H prescelto ed un sistema operativo a bordo del telefono gestisce gli eventuali servizi interattivi presenti sul programma stesso. In figura 14 è illustrata schematicamente, a titolo di esempio, una rete che trasmette soltanto tre programmi DVB-H. Il percorso di segnale indicato dalle frecce realizza una rete DVB-H SFN, che è la più utilizzata per la TV Mobile perché consente all’utente di non perdere il segnale quando transita da una cella ad una immedia­ tamente adiacente (cell handover). Figura 14 – Rete per la trasmissione di tre servizi DVB-H

MPEG-4 Encoder

MPEG-4 Encoder Ethernet Switch*

IP Encapsulator

SFN Adapter

Trasmettitore DVB-H

MPEG-4 Encoder

ESG Server Ricevitore

CAS Server GPS Receiver

(*) oppure generica rete IP Multicast

In figura 14 sono presenti numerosi elementi di rete, di seguito è riportata una breve descrizione della funzione di ciascuno di essi.

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- MPEG-4 Encoder: codifica il video in MPEG-4 (H.264) e l’audio in AAC e produce il segnale su IP in uscita. È necessario un encoder per ogni servizio DVB-H da

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it.wikipedia.org/wiki/DVB-H www.dvb-h.org

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Applicazioni ad alto valore aggiunto

trasmettere; - ESG Server: aggiunge la Electronic Service Guide (ESG) al flusso trasmesso. L’ESG permette ai cellulari DVB-H di agganciarsi ai servizi disponibili e di decodificarli; - CAS Server: aggiunge l’informazione di Accesso Condizionato (chiave di criptaggio) al flusso trasmesso. Il CAS consente la ricezione solo da parte di utenti autorizzati (gestione di smart card); - Ethernet Switch: combina i flussi IP generati dagli encoder, dal server ESG e dal server CAS; - IP Encapsulator: trasforma il flusso IP proveniente dallo Switch Ethernet in un Transport Stream MPEG-ASI e gestisce il time slicing e le caratteristiche MPE-FEC DVB-H. Aggiunge inoltre le tabelle SI come da standard ETSI; - SFN Adapter + GPS Receiver: per la sincronizzazione della SFN (se è prevista la modalità SFN); - Trasmettitore DVB-T/H: per la modulazione COFDM e la trasmissione RF; - Ricevitore DVB-H: telefono cellulare con chipset per ricezione DVB-H integrato e capacità di de-criptaggio. L’operazione di de-criptaggio necessita di una SIM con una applicazione software pre-caricata che consente la ricezione dei soli servizi DVB-H trasmessi dall’operatore che distribuisce la SIM.


8 Unal futuro rapido sguardo


Mentre il mondo della TV è attualmente rivoluzionato dalla transizione al DVB-T, gli esperti del DVB Project stanno già pensando a come sarà il futuro della TV Digitale in Europa dopo il definitivo spegnimento della TV analogica. Come è accaduto per lo standard per la TV satellitare, per il quale è stato definito lo standard DVB-S2 di seconda generazione, anche per la TV digitale terrestre il DVB Project ha stabilito la necessità di uno standard di seconda generazione. Il DVB-T2 è infatti un nuovo standard per il broadcasting digitale terrestre. Dopo una accurata analisi tecnica e commerciale, il DVB Project ha infatti concluso che un nuovo standard è necessario per fornire al canale terrestre una superiore capacità di trasporto e una mi­ gliore robustezza, principalmente (anche se non esclusivamente) per le trasmissioni in alta defi­ nizione verso ricevitori fissi e portatili. I risultati positivi ottenuti con lo standard DVB-S2 nell’apportare una capacità trasmissiva supe­ riore al canale satellitare (circa 30% di payload in più rispetto allo standard DVB-S a parità di larghezza di banda a radiofrequenza) sono stati la fonte di ispirazione per l’avvio dei lavori sul DVB-T2.

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I punti chiave che hanno guidato nella definizione del nuovo standard sono riassumibili nelle seguenti considerazioni: - il DVB-T2 deve poter riutilizzare i sistemi di antenna già utilizzati con il DVB-T; - il DVB-T2 deve fornire servizi a ricevitori mobili e portatili; - il DVB-T2 deve essere in grado di fornire un incremento di payload almeno del 30% rispetto al DVB-T a parità di condizioni; - il DVB-T2 deve offrire delle prestazioni superiori in reti SFN rispetto al DVB-T; - il DVB-T2 deve fornire un meccanismo per differenziare la protezione offerta a diversi servizi all’interno dello stesso bouquet, ad esempio proteggendo maggiormente un canale dedicato alla ricezione mobile rispetto ad altri canali pensati per la ricezione fissa; - il DVB-T2 deve essere flessibile in frequenza e in larghezza di banda; - il DVB-T2 deve possibilmente offrire un sistema per ridurre il fattore di picco del


segnale in modo da richiedere amplificatori meno lineari e ridurre in tal modo i costi di trasmissione. A Giugno 2008 il DVB Project ha emesso il suo documento ufficiale che descrive il nuovo standard ed è attualmente in attesa di ratifica da parte dell’ETSI. DVB BlueBook A112 en.wikipedia.org/wiki/DVB-T2 www.dvb.org/technology/dvbt2/index.xml

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schemi di FEC (Forward Error Correction) a prestazioni più elevate; costellazione 256QAM; costellazioni “ruotate”; modalità IFFT 1k, 16k e 32k; intervallo di guardia pari a 1/128; larghezze di banda pari a 1.7MHz e 10MHz; configurazioni multiple di antenne; multiplexing flessibile con supporto multi-encapsulation per la gestione di servizi multipli all’interno dello stesso bouquet; - codifica MPEG-4 per audio e video con supporto HD. Ovviamente per la ricezione del futuro standard servirà un nuovo decoder e dunque l’utente finale sarà costretto ad una nuova spesa per aggiornarsi alla novità. Siamo però ancora agli albori del nuovo standard e le condizioni tecniche e commerciali della transizione allo standard DVB-T di seconda generazione saranno definite nel corso degli anni a venire. Al momento non ci resta che attendere i nuovi sviluppi mentre ci apprestiamo tutti a spegnere la TV analogica per il definitivo passaggio al DVB-T. Il passaggio alla TV Digitale è senza dubbio la seconda rivoluzione che ha investito il mondo della televisione, dopo l’introduzione del colore. Il DVB-T2 probabilmente non rappresenterà la “terza rivoluzione” ma avrà un impatto tecnico-commerciale notevole, come promettono gli esperti del DVB Project.

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Un rapido sguardo al futuro

Da un punto di vista strettamente tecnico, le nuove caratteristiche dello standard DVB-T2 sono riassumibili nelle seguenti:


9 Domande frequenti


Cosa devo fare per trasformare il mio vecchio trasmettitore analogico in un trasmettitore DVB-T? Trasformare un trasmettitore TV analogico in un trasmettitore DVB-T richiede alcuni passi da eseguire attentamente. Il Servizio Clienti di Elettronika è sempre pronto a fungere da guida in questo processo. Anzitutto è necessario preoccuparsi della frequenza da usare per trasmettere il canale DVB-T, richiedendo la relativa licenza al Ministero delle Telecomunicazioni. Solitamente il passaggio finale al digitale viene preceduto da un periodo di sperimentazione in cui sia i segnali digitali che quelli analogici possono essere trasmessi. Si può decidere di trasmettere i due segnali simultaneamente usando due canali differenti e un combinatore di antenna, o di trasmettere il segnale analogico e quello digitale sullo stesso canale in diverse ore del giorno, per esempio analogico di giorno e digitale di notte. Per implementare questo schema, Elettronika propone uno scambiatore a tempo, programmabile per effettuare lo scambio alle ore desiderate. Trasformare il trasmettitore analogico in DVB-T richiede la sostituzione dell’eccitatore analogico con un eccitatore DVB-T. Chi poss iede un eccitator e televisivo di ultima ge nerazi one (www.elettronika.it/index.php?vers=ita&cat=2&product_id=96) può anche sostituire soltanto il modulatore a IF riutilizzando il convertitore di frequenza dell’eccitatore analogico. L’amplificatore esistente può essere usato per il segnale digitale dopo aver applicato un opportuno back-off alla potenza di uscita. Sarà quindi necessario cambiare il filtro passa banda analogico di uscita con un nuovo filtro in cavità più selettivo per il DVB-T. Il numero di canali che è possibile trasmettere nel bouquet non è un valore fisso, si tratta di un compromesso tra la qualità video e la capacità di canale. In ogni caso si raccomanda di codificare un programma TV ad almeno 3,54Mbit/s in MPEG-2 per garantire una qualità video soddisfacente. Una regola generale è che un programma con un elevato contenuto sportivo necessita di un maggiore bit-rate di codifica rispetto a un programma con pochi dettagli e movimento, come notiziari o documentari. Cosa devo fare per trasformare il mio vecchio ponte radio analogico in un ponte radio digitale? Anche i ponti a microonde esistenti possono essere utilizzati per la TV digitale. Come per i trasmettitori, anche i link possono portare più programmi su un

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singolo canale RF. I ponti esistenti possono essere riutilizzati per costruire un nuovo ponte sostituendo il modulatore FM analogico con un modulatore QPSK con uscita IF e ingresso ASI. Il back-off tipico da applicare rispetto alla potenza di uscita utilizzata in analogico è di circa 3dB e i circuiti limitatori sullo stadio di conversione devono essere sostituti da stadi di controllo automatico di guadagno (AGC). L’uscita IF del ricevitore del ponte deve essere convertita in banda L con un semplice ed economico modulo e inviata a un demodulatore QPSK con decoder integrato che fornirà in uscita il segnale ASI e i segnali audio-video di un programma TV. È meglio usare un filtro a cavità critico o non critico in uscita al trasmettitore?

Domande frequenti

Solitamente un filtro non critico è costituito da sei cavità, e nella maggior parte dei casi fornisce una sufficiente soppressione dei segnali fuori banda. In alcuni casi è necessaria una ulteriore attenuazione, soprattutto quando il segnale DVB-T interferisce con segnali TV analogici o digitali molto bassi presenti nella stessa area sui canali adiacenti. In questo caso viene utilizzato un filtro con maschera critica, che può anche essere composto da otto cavità. Si deve tenere in considerazione che la maggiore reiezione fuori banda del filtro critico è però accompagnata da una maggiore perdita di inserzione, dovuta al numero superiore di cavità. Come posso scegliere il miglior valore per l’Intervallo di Guardia?

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Il valore più alto dell’Intervallo di Guardia (1/4) garantisce la massima immunità a condizioni di cammini multipli (“multi-path”). Il valore più basso (1/32) fornisce la minima immunità al multi-path. Quindi se la distorsione multi-path influenza notevolmente la ricezione nell’area di copertura, si dovrebbe incrementare il valore dell’Intervallo di Guardia. Bisogna considerare che, a parità degli altri parametri di rete, un aumento dell’Intervallo di Guardia porta sempre a una riduzione del bit-rate netto della modalità DVB-T. Per esempio, una modalità DVB-T con 8MHz, costellazione 64QAM, FEC 2/3 e Intervallo di Guardia 1/32 ha un bit-rate massimo di 24,13Mbit/s. Se viene aumentato il solo Intervallo di Guardia a 1/4, il bit-rate massimo sarà 19,91Mbit/s, quindi una maggiore immunità ad effetti di multipath si paga con una minore capacità di canale. Anche in questo caso, dunque, la scelta ottimale deriva da una soluzione di


compromesso. Quando è preferibile la modalità 2k IFFT alla modalità 8k? La modalità 2k è preferibile per la ricezione DVB-T mobile, dato che è più tollerante all’Effetto Doppler generato dai ricevitori in movimento. Ma la modalità 2k è meno adatta alle reti SFN perché permette una distanza massima inferiore tra i trasmettitori della rete. Quindi se la ricezione mobile è una questione importante, si dovrebbe usare la modalità 2k, mentre se si sta costruendo una SFN sarebbe preferibile la modalità 8k in quanto permette di usare un numero inferiore di trasmettitori nella rete. La grande maggioranza di reti DVB-T sono ad oggi dedicate alla ricezione fissa casalinga e pertanto, non essendo rilevante la ricezione mobile, viene utilizzata la modalità 8k che possiede un intervallo di guardia di durata quadrupla rispetto al caso 2k, ottenendo in tal modo una migliore immunità agli effetti dei cammini multipli. Cosa serve per criptare dei programmi DVB-T? Il criptaggio viene implementato per mezzo di un Sistema di Accesso Condizionato (CAS) che viene installato presso lo studio di produzione tra il multiplexer e la rete di distribuzione del TS. Il Sistema di Accesso Condizionato è composto da uno Scrambler, un Server CAS e un sistema di addebito. Lo Scrambler e il server CAS lavorano insieme per inserire chiavi di criptaggio nei programmi selezionati e il sistema di addebito viene usato per gestire le tariffe pagate dagli utenti. Solo gli abbonati autorizzati possono avere accesso ai programmi criptati, e il controllo di autorizzazione viene effettuato per mezzo di una smart card acquistata dall’abbonato. Possono essere usati diversi metodi di sottoscrizione: abbonamento mensile, pay-per-view con una smart card prepagata, “grattini” o altri sistemi. Cosa è lo standard CI Plus?

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CI Plus (CI+) è una specifica tecnica che aggiunge ulteriori funzionalità e un superiore livello di sicurezza al comprovato standard DVB Common Interface (CI) per la gestione dei servizi TV a pagamento. Queste funzionalità estese dello standard CI Plus permetteranno ai dispositivi “consumer” compatibili


CI+ (come televisori digitali integrati e set-top box) l’accesso a una vasta gamma di servizi Pay-TV per mezzo di moduli CI+ “plug-in” laddove la tecnologia CI Plus sarà supportata dal fornitore di Pay-TV locale. Lo standard CI Plus nasce essenzialmente per offrire servizi di Pay-TV in alta definizione e per la protezione dei diritti di autore anche in caso di registrazione su supporti hard-drive nei televisori digitali di ultima generazione. Un televisore o set-top box compatibile con lo standard CI non potrà essere aggiornato al nuovo standard CI+ ma, al contrario, un modulo CI potrà funzionare senza problemi in un televisore a standard CI+. La piattaforma DVB-T può supportare i programmi in Alta Definizione?

Domande frequenti

Sì, il supporto è previsto. I programmi in Alta Definizione (HD) si codificano meglio usando encoder MPEG-4, dato che un programma HD codificato con compressione MPEG-2 avrebbe bisogno di circa 20Mbit/s, mentre sono sufficienti solo 6-7Mbit/s usando un encoder MPEG-4. Pertanto è necessario un encoder MPEG-4 HD per ogni programma HD che si desideri aggiungere al proprio bouquet. L’uscita di questi encoder sarà totalmente compatibile con l’ingresso ASI del multiplexer, pertanto i programmi potranno semplicemente essere aggiunti al multiplexer stesso. L’utente finale che desideri ricevere questi programmi HD dovrà avere una TV HD e un set-top box DVB-T compatibile HD MPEG-4 che consenta la ricezione di programmi sia in alta definizione che in definizione standard. Quali parametri devo osservare se voglio continuamente monitorare la qualità del segnale emesso dal mio trasmettitore DVB-T?

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I principali parametri di prestazione di un trasmettitore DVB-T sono essenzialmente il MER e gli “shoulders” che indicano rispettivamente la qualità del segnale irradiato e l’entità delle emissioni fuori banda che ricadono sui due canali adiacenti. Un trasmettitore DVB-T al momento della installazione dovrebbe avere tipicamente un MER pari ad almeno 35-36dB e degli shoulders pari ad almeno 40dB se si utilizza il filtro passa-banda a maschera non critica. Generalmente se si osserva un degrado del MER dovrebbe osservarsi anche un degrado degli shoulders e questo effetto potrebbe essere legato ad un malfunzionamento all’interno dell’amplificatore. Se invece si osserva un sensibile degrado del MER ma il valore degli shoulders rimane inalterato, molto probabilmente è sorto un problema nell’oscillatore di conversione del modulatore DVB-T. Se invece si osserva un degrado degli shoulders ma il


valore del MER non è cambiato, molto probabilmente è necessaria una ritaratura del filtro a cavità di uscita. Una rapida ispezione visiva può essere utile, per chi ha l’occhio “allenato” anche osservando lo spettro e la costellazione del segnale emesso. In entrambi casi la valutazione è di tipo qualitativo ma l’informazione visiva data da questi due diagrammi può essere molto utile per affiancare l’informazione puramente numerica data da MER e shoulders. Posso utilizzare un ponte radio digitale DVB-S per trasportare un TS destinato a pilotare trasmettitori DVB-T in una rete SFN?

Domande frequenti

Sì, è possibile. La questione fondamentale del trasporto di un TS nell’ambito di una rete SFN è l’impossibilità di effettuare alcun tipo di cambiamento sul flusso per eventuali adattamenti di bit-rate alle varie interfacce presenti nella rete di trasporto. In particolare, per le tratte in ponte radio, si porrebbe la necessità di modificare il bit-rate di uscita dall’SFN Adapter per poterlo adattare al bit-rate di modulazione corrispondente ai parametri DVB-S selezionati sul modulatore. Nel caso delle reti SFN questo meccanismo non è praticabile dato che non può essere aggiunto né rimosso neppure un singolo bit dal flusso, pena la perdita di sincronizzazione fra i trasmettitori della rete. I ponti radio digitali di Elettronika, grazie ad un nuovo sofisticato algoritmo di elaborazione real-time, consentono di realizzare, a costi competitivi, delle tratte in ponte radio da utilizzare per la distribuzione del TS in reti DVB-T SFN. E’ sufficiente richiedere a Elettronika un ponte radio digitale dotato della opzione “SFN Transport” che assicura un perfetto funzionamento anche in condizioni fortemente rigorose come il trasporto in reti SFN. E’ possibile fornire un servizio di connessione ad internet sulla piattaforma DVB-T? Sì, è possibile. Ogni piattaforma DVB (satellite, terrestre e cavo) può essere alimentata da un flusso dati generico, utilizzando una apposita conversione di protocollo a seconda della applicazione specifica. Nel caso della fornitura di un flusso IP per la connessione ad internet tramite la piattaforma DVB-T, presso lo studio di produzione deve essere installato un “DVB Gateway” che si occupa della conversione di protocollo e dell’incapsulamento del flusso IP proveniente da un Internet Service Provider (ISP) in un flusso TS che deve essere inviato al multiplexer. Gli utenti finali

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possono ricevere il flusso internet utilizzando un PC o un laptop equipaggiati con un modulo di ricezione DVB-T che si occupa di demodulare il segnale DVB-T e di estrarre il TS trasmesso. Una applicazione software estrae il flusso IP dal Transport Stream ricevuto e un normale internet browser (Internet Explorer, Mozilla Firefox o simili) può navigare tra le pagine web fornite dall’ISP. Il sistema risulta molto utile per fornire servizi internet a zone rurali non raggiunte da infrastrutture cablate, per le quali il costo di un servizio wireless risulta più conveniente rispetto alla costruzione ex-novo di tratte su cavo o fibra ottica. Cosa è una EPG?

Domande frequenti

EPG è l’acronimo di Electronic Program Guide, Guida Elettronica ai Programmi. Si tratta di una serie di informazioni che il decoder utilizza per fornire all’utente in tempo reale indicazioni sui programmi trasmessi sui canali DVB-T che sta in quel momento ricevendo. Le informazioni relative alla EPG sono contenute all’interno delle tabelle EIT (Event Information Table) che vengono generate dallo studio di produzione ed aggiornate in tempo reale in modo da fornire all’utente finale informazioni costantemente aggiornate sui programmi in onda nella giornata corrente ed eventualmente anche in un certo numero di giorni a seguire. Che differenza c’è fra Pay-per-View e Video-on-Demand?

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Entrambe sono modalità di TV a pagamento (Pay-TV) che utilizzano un Sistema di Accesso Condizionato per consentire la visione dei programmi ai soli utenti autorizzati. Esiste però una differenza sostanziale fra le due modalità. La Pay-per-View (spesso indicata con l’acronimo PPV) è una modalità che consiste nella fruizione a pagamento di uno o più programmi selezionati da un archivio messo a disposizione dal network emittente con possibilità di acquisto in un tempo immediatamente precedente la loro disponibilità. In pratica l’emittente trasmette un certo numero di programmi criptati con un palinsesto ben definito e pubblicizzato nei giorni precedenti e l’utente interessato ad esempio ad un film che sarà trasmesso alle 21:30 di Venerdì utilizza una carta prepagata per acquistare l’evento un po’ di tempo prima dell’inizio del film stesso. Il Video-on-Demand (spesso abbreviato con VOD) è un sistema concettualmente diverso, non basato su un palinsesto definito a priori, ma fondato su un vasto


Domande frequenti

archivio di programmi messo a disposizione degli utenti, i quali possono fruirne in qualsiasi momento essi decidano. In questo caso l’utente che desideri guardare il film può selezionarlo da una lista fornita dal provider televisivo, pagare la somma stabilita dal provider, scaricarlo sul suo decoder e guardarlo sul suo televisore. Dal punto di vista tecnico, dunque, la differenza fondamentale è che per la Pay-per-View i programmi vengono trasmessi secondo un determinato palinsesto anche se non richiesti dagli utenti, mentre con il Video-on-Demand i programmi vengono “inviati” solo all’atto della richiesta da parte dell’utente. Dunque, mentre per la Pay-per-View una classica piattaforma di broadcasting come il DVB-T ben si adatta al tipo di servizio erogato, nel caso del Videoon-Demand una rete di connessioni punto-punto fra il provider e gli utenti finali risulta molto più adatta al tipo di servizio offerto. Questo è il motivo per cui le offerte Pay-per-View sono molto comuni sulle piattaforme DVB-T e DVB-S e le offerte Video-on-Demand sono diffuse soprattutto fra le TV che trasmettono su internet o su reti di telecomunicazioni private. Esistono alcuni casi di piattaforme Video-on-Demand su DVB-T e sono realizzate utilizzando set-top box DVB-T dotati di un supporto di memoria su hard disk in modo da supportare il download dell’evento prescelto e la visione in un momento successivo. Per la piattaforma DVB-T, tuttavia, il costo di esercizio della soluzione Video-on-Demand è senza dubbio superiore a quello richiesto dall’offerta Pay-per-View e dunque quest’ultima risulta la soluzione Pay-TV largamente più utilizzata in ambito TV Digitale Terrestre.

Ho una domanda che non è compresa in tutte quelle finora elencate. Come posso ottenere una risposta? Basta inviare una email a latvdigitaleintasca@elettronika.it ed in brevissimo tempo si otterrà una risposta soddisfacente. Anche questo utile servizio è possibile grazie alla tecnologia digitale!

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Notes

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ELETTRONIKA Srl da oltre 30 anni nel settore del broadcasting nasce dall'intuizione dell'Ing. Raffaele Fasano, ha la sede principale a Palo del Colle (Bari), dove in tre moderne strutture lavorano i tecnici dei reparti ricerca&sviluppo, produzione e i responsabili dell’area commerciale; inoltre conta altre cinque sedi distaccate a Miami negli USA (Elettronika America), a Hillcrest in Sud Africa (Elettronika Africa), a Tirana in Albania (Elettronika Albania), a Brasov in Romania (Elettronika Research) e a Canton in Cina (Guangdong Jinyi Broadcasting Equipment). E’ sicuramente una delle aziende leader nel settore broadcasting radiotelevisivo, commercialmente presente in più di 40 paesi ed in tutti i continenti direttamente o attraverso rivenditori, partner-ship e Joint Ventures. Tra le poche a produrre contemporaneamente per i settori broadcasting radio, televisivo e digitale. Le innumerevoli installazioni presenti in Africa, Asia, Europa, Americhe e Australia sono frutto di una produzione in grado di rispondere a qualsiasi tipo di esigenza e necessità, dalle piccole alle installazioni di grande potenza “chiavi in mano” che vengono seguite sempre direttamente, dallo studio di fattibilità all’assistenza post-vendita. Lo spirito di Lo spirito di ricerca, il dinamismo e l'attenzione verso tutte le potenziali evoluzioni tecnologiche consente a Elettronika di essere presente sul mercato con prodotti sempre tecnologicamente avanzati e dall'ottimo

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rapporto qualità/prezzo. La spinta verso la continua ricerca di nuove tecnologie e applicazioni ha portato l’azienda a diverse preziosissime collaborazioni, tra le altre quella con il Politecnico di Bari dove il continuo scambio di esperienze permette a Elettronika di migliorare costantemente le capacità della propria squadra di progettisti, mirando ad ottenere sempre più affidabilità, migliori prestazioni e contenute dimensioni. Inoltre grazie ad un efficientissimo reparto di assistenza è in grado di seguire e supportare il Cliente nella fase di Pre e Postvendita fornendo tutte le indicazioni necessarie, ottimizzando le diverse configurazioni in funzione degli obiettivi, fornendo su richiesta progetti completi e formando lo staff tecnico del Cliente. La sua attuale produzione com­ prende: - Trasmettitori & Ripetitori TV - Amplificatori TV di bassa e media potenza - Amplificatori TV di alta potenza - Apparati ausiliari TV - Trasmettitori FM - Amplificatori FM di media potenza - Amplificatori FM di alta potenza - Apparati ausiliari FM - Scambiatori - Telemetria - Ponti a microonde TV - STL FM

Tutta la linea del nuovo sistema digitale nello standard DVB, ATSC e DTMB per il broadcasting TV e nello standard DAB e IBOC per quello radiofonico. Una lunga serie di accessori fra cui distributori di segnale , codificatori stereo ed RDS, sistemi di antenna, sistemi di accoppiamento ecc.

ELETTRONIKA, una realtà che da oltre 30 anni è nel mondo un punto di riferimento per tutti coloro che richiedono apparati compatti, di grande affidabilità e durata e sempre più clienti hanno individuato in essa un partner professionale su cui poter contare sempre!

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Palo del Colle (Bari) ITALY S.S. 96 km 113 Zona Industriale Tel. +39 080 626755 Fax +39 080 629262 elettronika@elettronika.it www.elettronika.it


Marco Fiore, Project Manager presso Elettronika, si occupa da dieci anni di progettazione di apparati e reti per il Broadcasting Digitale radiotelevisivo. La sua formazione comprende corsi specialistici presso il Politecnico di Bari e il Training Center della Rohde&Schwarz GmbH. Ha curato la realizzazione di progetti pilota DVB-T in Europa, Asia ed Africa e coordinato la collaborazione con numerosi Centri di Ricerca europei per lo svolgimento di progetti di ricerca in vari ambiti applicativi. Attualmente è anche Direttore Tecnico di Elettronika Research, il centro di ricerca di Elettronika presso Brasov, in Romania, orientato alle nuove tecnologie della convergenza digitale.

Info e quesiti:

latvdigitaleintasca@elettronika.it


La parola “digitale” è utilizzata correntemente nel lessico quotidiano, ad evidente testimonianza del considerevole impatto che le nuove tecnologie numeriche stanno avendo sullo stile di vita di ognuno di noi. Per la televisione, in particolare, la parola “digitale” assume una accezione quasi rivoluzionaria, nel senso che la trasformazione dei tradizionali impianti di trasmissione analogici nei nuovi impianti digitali sta imponendo ai network televisivi delle radicali trasformazioni tecnologiche. Oltre alla problematica puramente economica legata agli investimenti necessari per il rinnovamento degli apparati di trasmissione, l’avvento del digitale nel mondo televisivo è anche accompagnato da un problema di carattere culturale. Gli operatori del settore, infatti, si trovano catapultati in un mondo di novità senza avere il tempo necessario per “digerire” i concetti tecnici alla base della nuova piattaforma di broadcasting digitale ideata dal DVB Project. La TV Digitale in Tasca non pretende di essere un manuale esaustivo sulle tecniche di trasmissione digitale, ma mira ad essere un pratico ed utile supporto quotidiano al lavoro degli operatori del broadcasting che devono prendere importanti decisioni sulla realizzazione e gestione dei loro network. Un manuale, tante soluzioni.

La TV Digitale in Tasca  

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