Více

Jak cestuje digitální vysílání za svými diváky?

Zemské analogové vysílání vystřídá do konce desetiletí digitální standard DVB-T. To dnes ví už každý, kdo se zajímá o televizi a přenos jejího signálu. Ne všichni mají ale přehled o tom, jak se vysílaná data kódují a jak digitalizace řeší problémy terestrického přenosu. Odpověď se skrývá za zkratkou COFDM. Pokud vás zajímá nejen její rozluštění a význam, ale i další zajímavosti o cestě televizního signálu k divákovi, nepřehlédněte dnešní článek.

Každý ze standardů pro digitální vysílání se musí „poprat“ se skupinou problémů, které jsou charakteristické pro daný přenos. Například DVB–S se vypořádává s dlouhou přenosovou cestou kolem 72 tisíc kilometrů a obrovským útlumem. Útlum je daný vzdáleností a různými podmínkami v atmosférických pásech. Proto používá satelitní standard modulaci s menším počtem stavů než jeho další bratři. Pro porovnání uveďme, že DVB–C používá 16 – 256 stavů, ale DVB–S jen stavy čtyři.

Stav vypovídá o tom, kolik informací v podobě jedniček a nul se přenese při jedné změně v přenosové vlně. Změna může obecně znamenat zvýšení nebo snížení úrovně amplitudy, nebo změnu frekvence či fáze. Pro DVB–C, které využívá kódování QAM, to znamená změnu amplitudy a fáze. V případě DVB–S, jež funguje s kódováním QPSK, se jedná o změnu fáze.

Modulace

K přenosu signálu vzduchem potřebujeme daleko vyšší frekvence, které jsou vhodnější pro vysílání. Navazujeme tedy signál s daty na vyšší frekvenci, nazývané též nosná. Říkáme tomu modulovat signál. Existují tři základní druhy modulace, které jsme si už naznačili výše, a to amplitudová (data ovlivňují amplitudu nosné), frekvenční (data mění frekvenci nosné), a fázová (data posouvají fázi nosné).

COFDM I

Na obrázku: a) digitální data, b) amplitudová modulace, c) frekvenční modulace, d) fázová modulace.

Problémy pozemního vysílání

Vysílání pomocí antén musí řešit plno nepříjemných specifik. Pozemní vysílání dnes představuje nejvíce využívaný komunikační prostředek. Kolem nás se v podobě elektromagnetického vlnění šíří tisíce různých signálů. Všechna rádia, mobilní hovory, místní vysílačky, Wi–Fi a další rušivé vlivy, jako je například vedení vysokého napětí, tramvaje, vlaky a signály řady dalších přístrojů. Nesmíme samozřejmě zapomenout ani na klimatické podmínky a projevy počasí jako blesky, déšť a napětí při bouřkách. Všechny popsané jevy ovlivňují signál. Kapacita přenosového pásma je značně přetížená právě spoustou různých komunikací, a proto se o přidělování frekvencí stará v tuzemsku Český telekomunikační úřad a obdobné instituce v jiných státech.

Nejnepříjemnější vlastností pozemního přenosu jsou tzv. „odrazy“. Velmi vysoké frekvence ztrácejí schopnost projít skrze materiál a větší plochy na ně působí jako zrcadla. Každá zeď většího domu je pro kvalitní přenos problémová. U analogových televizí odraz pro diváky znamenal „duchy“ ve vysílání, obraz byl zdvojený a jeden z nich mírně slabší. Příčinou toho je právě odraz, který přijímač s malým zpožděním a útlumem zachycuje. Pro přenos v digitální podobě by takovýto datový šum způsobil daleko větší zmatky a nepředvídatelnosti. Proto odborníci museli přijít s technologii, která dokáže odrazu zabránit. Stala se jí modulace OFDM.

Test příjmových vlastností perex

Velký letní test set-top-boxů a pojmy v praxi

Přijde vám sice zajímavé číst si o tom, co která zkratka znamená a s čím souvisí, ale rádi byste viděli i konkrétní ukázky pojmů v praxi? Pak si pročtěte „Velký letní test set-top-boxů“. Ve třech dílech se dozvíte, jakou má sedm vybraných digitálních přijímačů citlivost, jaký požadují odstup signálu od šumu i kterak odolávají rušení ze sousedních kanálů. Sponzorem testu jsou společnosti Konsigna, Omko a Tipa. Měření proběhlo ve specializované laboratoři ČVUT.

Kódování a prokládání

Signál se pro bezproblematičnost modulování znáhodňuje. V praxi to znamená, že balíčky s daty (pakety) jsou rozmístěné do různých frekvencí, které se jeví náhodně. Ve skutečnosti jsou ale vysílané podle připraveného schématu. Situaci, kdy se signál vykazuje jako naprostý zmatek, ale „vyvolené“ přijímače v něm objeví použitelná data, se říká pseudonáhodné kódování. I zařízení na straně diváka musí být samozřejmě vybavené stejným schématem, aby mohlo sestavit původní posloupnost dat. Uvedený zákrok do signálu zaručuje dostatečný energetický rozptyl, který je nutný k modulaci. V dnešní době se využívá v mnoha oblastech a například armády si pomocí pseudonáhodné posloupnosti šifrují data.

COFDM II

Protichybové zabezpečení u jednotlivých typů přenosu.

Vnější kódování (FEC 1)

Znáhodněné pakety přicházejí k protichybovému zabezpečení, které – řečeno zjednodušeně –přidá k bitům v paketu další zabezpečující bity. Když se určitým číslem paket vydělí s přídavkem, nezůstane zbytek po dělení. Pokud dojde k chybě v přenosu, zjistíme chybu právě při provedení podílu. Tento způsob ochrany je schopen opravit až osm chybných bitů. Protože tento typ ochrany nezvládne opravit shluk chyb způsobených atmosférickými poruchami či dalšími vnějšími vlivy, data se prokládají a přidávají se mezi ně bezvýznamné bity.

Vnitřní kódování (FEC 2)

Kódování známé také jako konvoluční kódy. Používají se pro opravu samostatných přenosových chyb. K efektivnější redukci dat se používají tzv. zúžené redukční kódy. Základem je poměr 1/2, tedy celých 50 procent užitečných dat. V některých situacích se ovšem požaduje větší míra zabezpečení, a proto se využívají i jiné poměry hodnotných informací vůči celkovému součtu: 2/3, 3/4, 5/6 a 7/8. Spolu s informacemi se generují k zabezpečení dva polynomy, tedy zdrojová čísla, a ty pak vzájemně určují, jaké stavy můžou jít za sebou a které jsou vyloučené. Pokud přesto nastanou, systému je zřejmé, že došlo k chybě. Bohužel při větší sekvenci chyb dochází i ke ztrátě polynomů a pak přestává být jasné, jaké stavy mohou za sebou existovat. Proto se využívá i vnitřní prokládání, které funguje na stejném principu jako prokládání vnější.

Modulace COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multipex)

COFDM je zkratkou pro kódované ortogonální frekvenčně dělené multiplexování. Realizace probíhá v dosahu až 67,2 km, což je maximální vzdáleností vysílačů, ze kterých se šíří stejný signál v rámci jednofrekvenčních sítí (diváci naladí na celém takto pokrytém území jeden multiplex vždy na stejném kanále). Zemské digitální vysílání předepisuje použití OFDM a pro lepší zabezpečení se ještě kóduje. OFDM je založené na velkém počtu digitálně modulovaných subnosných vln rovnoměrně umístěných v přenosovém kanále. Prakticky to znamená, že různé informace se vysílají naráz na různých frekvencích, přičemž se používá velké množství subnosných vln. Standard připouští dva módy s jejich rozdílným počtem. Najdete je pod označením – 2k (1705 aktivních nosných) a 8k (6817 aktivních nosných).

COFDM III

Spektrum dílčích subnosných COFDM v přenosovém kanálu DVB-T.

Každá dílčí nosná vlna je digitálně modulovaná schématem QAM (16-QAM, 64-QAM). Data se vysílají po tzv. symbolech. Každý symbol je tvořen jedním konkrétním stavem všech nosných vln. Po symbolu se vysílá ještě ochrana a interval ve vysílání. Signál se dekóduje až po ustálení, kdy každá nosná vlna získá čistý sinusový průběh. Pokud do místa příjmu dorazí stejný signál vysílaný z dvou různých vysílačů na stejné frekvenci a vzájemný rozdíl v čase zvládne pohltit ochranný interval, pak se tyto dva zdroje nebudou navzájem rušit. Rušení signálů je důvěrně známe všem divákům analogového vysílání, kteří se s ním setkali v podobě „duchů“ na místech s nedokonalým příjmem. Na obrazovkách s digitálním příjmem signálu už žádné siluety nestraší, přesto o brilantním obrazu nemůžeme mluvit rozhodně pokaždé. Nízký datový tok a kostičkování dokážou divácký zážitek řádně zkazit i v DVB-T, ale to už je na jiné povídání.

Za odbornou revizi textu redakce děkuje Davidu Křížovi, čtenáři DigiZone.cz.

Anketa

Za koho se považujete, když je řeč o technické stránce digitálního vysílání?

11 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 8. 8. 2006 10:44

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+