Mobilo iekārtu apraides sistēma DVB-H

 

Lielākā daļa lasītāju ir informēti par tik plaši izmantojamiem standartiem kā DVB-S (Digital Video Broadcasting, Satellite) un DVB-T (Digital Video Broadcasting, Terrestrial). Uzreiz ir skaidrs, ka DVB-H, tāpat kā divi iepriekšminētie, arī ir apraides standarts, bet, protams, ar speciālu mērķi. Kas tad ir šis mērķis?

 

Ieguvēji

DVB-H ir speciāli izstrādāta digitālās apraides sistēma mobilajām iekārtām (Digital Video Broadcasting, Transmission System for Handheld Terminals). DVB-H nodrošina iespēju skatīties TV programmas, klausīties radio un izmantot interaktīvos pakalpojumus neatkarīgi no lietotāja atrašanās vietas. Tas padara šo sistēmu pievilcīgu lietotājiem, kuri negrib izlaist jaunāko ziņu raidījumu, izklaides šovu, kārtējo seriāla sēriju vai vēlas baudīt mūzikas programmu. Ar DVB-H sistēmas palīdzību būs iespējams skatīties TV programmas, pavadot laiku ceļā sabiedriskajā vai privātajā transportā, gaidot rindā vai pusdienojot.

Izplatītākā iekārta, kur DVB-H uztvērēji tiks izmantoti, ir mobilie telefoni, precīzāk, – mobilas daudzfunkcionālās individuālās iekārtas, bet tikpat labi DVB-H TV uztvērējs var būt atsevišķa portatīva iekārta ar ekrānu vai arī pievienojams modulis plaukstdatoriem vai piezīmjdatoriem. Turklāt DVB-H uztvērēju var integrēt autotransporta un sabiedriskā transporta TV/Video sistēmās.

Ieguvums lietotājam - iespēja skatīties TV programmas un izmantot papildu pakalpojumus uz mobilās iekārtas. Programmu veidotājiem - jauns veids, kā piegādāt programmas līdz skatītājiem, kā arī iespēja veidot programmas speciāli mobilo TV lietotājiem. Apraides operatoriem ir iespēja izmantot pašreizējo infrastruktūru DVB-H signāla apraidei. Mobilo telefonu operatoriem tā ir iespēja nodrošināt interaktīvo saiti un uzturēt klientu norēķinu sistēmu.

 

Situācija pasaulē

Pasaulē ir veikti daudzi testi un aptaujas, kas rāda, ka par mobilo televīziju ir patiesa interese un ir arī pieprasījums pēc tās. Operatori jau piedāvā video straumēšanas pakalpojumus, izmantojot tādus mobilo telefonu datu pārraides standartus kā GPRS, EDGE un UMTS. Tie nodrošina (point to point) datu pārraidi no viena punkta uz otru (point to point). Tas neļauj samazināt pakalpojuma izmaksas un ierobežo lietotāju skaitu, kas ir atkarīgs no tīkla resursiem. Lai visiem nodrošinātu mobilās televīzijas pakalpojumu par zemākām cenām, bija nepieciešama jauna no viena punkta uz daudziem punktiem (point to multipoint) apraides sistēma.

Pasaulē gandrīz vienlaikus izstrādātas šādas sistēmas: ISDB-T Japānā, DBM-T Āzijā, MediaFLO ASV un DVB-H Eiropā. Nopietnus testus veic daudzi lielākie mobilo telefonu, apraides aparatūras pusvadītāju un programmatūras ražotāji, iesaistot mobilo telefonu operatorus un programmu veidotājus. Pilotprojekti notiek Austrālijā, Francijā, Nīderlandē, Spānijā, Lielbritānijā un ASV, bet Somijā un Vācijā tie jau ir pabeigti. Eiropas DVB-H produktu izstrādē un ražošanā ir iesaistījušās ap 50 kompāniju, piemēram, Nokia, BenQ/Siemens, Motorola, Philips, Samsung u.c.

ASV ir izveidota īpaša organizācija, kuras uzdevums ir paātrināt DVB-H sistēmas ieviešanu Ziemeļamerikā, un tajā ietilpst tādas kompānijas kā Intel, Modeo, Nokia, Motorola un Texas Instruments. Nokia 2005. gada novembrī prezentēja jauno mobilo telefona modeli N92, kurā ir iebūvēts DVB-H uztvērējs. Tā parādīšanās tirdzniecībā ir plānota 2006. gada vasarā. Arī citas kompānijas drīzumā plāno demonstrēt savus DVB-H produktus.

 

Sadarbības modeļi

Veidojot DVB-H apraidi, ir iespējama dažāda sadarbības un biznesa modeļu struktūra. Tā ir atkarīga no dažādiem apstākļiem. Apraides operatoru, mobilo telefonu operatoru un programmu piegādātāju iespējamās sadarbības struktūra parādīta 2. attēlā. TV apraides operatora uzdevums būtu piegādāt DVB-H signālu lietotājam, mobilo telefonu operatori nodrošina interaktīvo saiti un uztur klientu norēķinu sistēmu. Pārējo funkciju sadale ir atkarīga no sadarbības modeļa.

 

Tehniskā puse

No tehniskā viedokļa DVB-H sistēma pamatojas DVB-T standartā, bet ar izmaiņām un papildinājumiem, kuri to piemēro mobilajai apraidei. Galvenās mobilās TV prasības ir nodrošināt uztveršanu dažādos apstākļos (arī kustībā), nelielu strāvas patēriņu un labu attēla kvalitāti nelielā datu pārraides ātrumā. To visu nodrošina DVB-H.

Par DVB-T sistēmu ir rakstīts iepriekšējos žurnāla numuros, tāpēc apskatīsim tikai galvenās izmaiņas. Apraide DVB-H sistēmā ir paredzēta UHV TV diapazonā, bet ierobežota ar 49 (698 MHz) kanālu, lai nodrošinātu DVB-H uztvērēja veiksmīgu kopdarbību ar mobilo telefona sistēmu GSM 900, kas lieto 880-960 MHz frekvenču diapazonu.

Galvenās atšķirības ir jauna videosignāla kompresijas tehnoloģija H.264: IP adreses iekapsulēšana (IP encapsulation), papildu kodēšana (FEC-MPE), laika sadale (time slicing), 4K moda, papildu TPS biti, papildu simbolu dziļā pārslāņošana (in depth interleaving) un iespēja izmantot 5 MHz frekvenču kanālu.

Videosignāla kompresijai tiek izmantota jaunā un ļoti efektīvā H.264 tehnoloģija, kas ir MPEG4 standarta 10. daļa. Šo tehnoloģiju ir plānots plaši izmantot videokompresijā, arī augstas kvalitātes televīzijā HDTV. Salīdzinājumā ar jau pazīstamo MPEG2, lai nodrošinātu tādu pašu attēla kvalitāti, ir nepieciešams līdz pat 50 procentiem zemāks datu pārraides ātrums. Vienas videoplūsmas ātrums ir 384 kbit/s, un teorētiski ir iespējams vienlaikus pārraidīt līdz 50 programmām vienā frekvenču kanālā. Kopējais datu pārraides ātrums tāpat kā DVB-T sistēmā ir atkarīgs no apraides parametriem.

DVB-H sistēmā lieto IP protokolu, un IP plūsma tiek iekapsulēta MPE-FEC sektoros, kas satur tieši vienu IP datagrammu. Papildus FEC lieto, lai uzlabotu mobilo uztveršanu. Izmanto arī laika sadali, kas nozīmē, ka katra programma tiek pārraidīta noteiktā laika sprīdī datu zibšņa (Burst) veidā. Tas dod iespēju samazināt mobilā TV uztvērēja enerģijas patēriņu, izslēdzot uztverošo daļu uz laiku, kad netiek pārraidīti izvēlētās programmas dati. Tas teorētiski ļauj samazināt enerģijas patēriņu uztvērējā līdz 90 procentiem, kas ir ļoti būtiski. Ja vajag, enerģijas taupīšanas laikā uztvērējs var pārslēgties uz citu apraides torni.

No MPE-FEC sektoriem veido transporta plūsmu, kas pēc struktūras ir analoga MPEG2 transporta plūsmai DVB-T sistēmā. Tādēļ to var multipleksēt DVB-T plūsmā.

Izvērtējot DVB-T sistēmas trūkumus mobilajai uztveršanai, tika izvēlēta 4K moda ar 3409 aktīviem nesējiem. Tas nodrošina daudz labāku mobilitāti - uztveršanu lielākā kustības ātrumā, salīdzinot ar 8K modu, kas rodas Doplera efekta dēļ. Turklāt ir iespēja divas reizes palielināt vienas frekvences apraides tīklu, salīdzinot ar 2K modu. Papildu simbolu dziļā pārslāņošana (in depth interleaving) palielina noturību pret impulsa trokšņiem. DVB-H sistēma lieto papildu apraides parametrus TPS, kas bija rezervēti DVB-T sistēmā. Apraidei Eiropā ir paredzēts lietot 8 MHz frekvenču kanālu, bet teorētiski var izmantot, piemēram, 6 MHz, kā tas ir ASV.

Lietojot DVB-H sistēmu, ir iespējama dažāda tīklu struktūra, var veidot vienas frekvences vai daudzu frekvenču tīklus. Tas ļauj noklāt lielākas teritorijas vai zonas, kur ir nepietiekams signāla līmenis.

Turklāt DVB-T programmas, izmantojot vienu apraides kanālu, var uztvert arī ar mobilajiem telefoniem. To var darīt, multipleksējot DVB-H transporta plūsmu kopā ar DVB-T plūsmu vai arī izmantot hierarhisko modulāciju, kā to pieļauj DVB-T standarts. Multipleksējot tiek savstarpēji sadalīts kanāla datu pārraides ātrums, kā arī tiek izmantoti apraides parametrus (modulācija, kodēšanas ātrums), kas nav īpaši piemēroti mobilai apraidei.

Izmantojot hierarhisko modulāciju, tiek efektīvāk izmantots frekvenču kanāls, kas mobilajai apraidei var nodrošināt labākus parametrus. Šādā gadījumā DVB-H programmas būtu ar augstāku prioritāti, un tas pieļauj zemāku minimālo nesējs/troksnis C/N (carreier/noise) attiecību, bet DVB-T programmas būtu ar zemāku prioritāti. Tas nodrošina augstāku datu pārraides ātrumu, kas arī ir nepieciešams. Jāņem vērā, ka, lietojot hierarhisko modulāciju, var būt problēmas ar vecākiem DVB-T sistēmas uztvērējiem.

Tomēr, lai maksimāli nodrošinātu mobilo apraidi, jāizvēlas 4K modu ar papildu simbolu pārslāņošanu. Tas nodrošina ļoti zemu minimālo pieļaujamo C/N attiecību, pie kādas vēl būs iespējams skatīties TV pārraides.

DVB-H sistēmā ir iespējams izvēlēties apraides parametrus, tāpat kā tas ir DVB-T. Tā kā mobilajai apraidei ir cits uzdevums, salīdzinot ar DVB-T, nav nepieciešams maksimāls datu pārraides ātrums, bet gan zemāka C/N attiecība. Piemēram, var lietot šādus apraides parametrus: 16QAM modulācija ar ½ kodēšanas ātruma (code rate), ¼ aizsardzības intervāla (Guard interval) un ¾ MPE-FEC kodēšanas ātrumu. Kopumā šādi parametri nodrošina 7,5 Mbit/s datu pārraides ātrumu, kas ir pietiekams apmēram 15 TV programmām.

 

Secinājumi

DVB-H ir speciāli izstrādāts standarts, kas piedāvā ļoti lielam lietotāju skaitam iespēju skatīties TV programmas, lietojot mobilos telefonus, plaukstdatorus u.c. Pateicoties jaunākajām tehnoloģijām, ko lieto DVB-H sistēmā, tiek nodrošināta augsta attēla un skaņas kvalitāte, zems akumulatora elektroenerģijas patēriņš un laba mobilā uztveršana.

Ņemot vērā apraides izmēģinājumu rezultātus, daudzos iespējamos struktūras un biznesa modeļus, kā arī izvērtējot DVB-H priekšrocības, droši var apgalvot, ka pēc neilga laika šo sistēmu strauji ieviesīs Eiropā. Tas dod cerības, ka arī Latvijas TV skatītāji tuvākajā nākotnē to varēs izmantot.

Agris BURMISTRIS,

Latvijas Valsts radio un televīzijas centra Tehniskās plānošanas un projektēšanas dienesta radio un TV sakaru inženieris