MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS

TELEVISION NUMERIQUE

Séquence 4 : COMPRESSION VIDEO‐AUDIO, MPEG2 FLUX DE TRANSPORT  

Equipe des concepteurs : - Janvier FOTSING - Pierre TSAFACK

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REPUBLIQUE DU CAMEROUN Paix - Travail – Patrie

--------------------- UNIVERSITE DE YAOUNDE I

---------------------- ECOLE NATIONALE SUPERIEURE

POLYTECHNIQUE ----------------------

REPUBLIC OF CAMEROUN Peace - Work – Fatherland

-------------------- UNIVERSITY OF YAOUNDE I

-------------------- NATIONAL ADVANCED SCHOOL

OF ENGENEERING --------------------

MasterProfessionnalisant en Télécommunications

(ENSP)

Cours:

Télévision Numérique

Mr. Janvier FOTSING

Cours: TVN 224Compression vidéo-audio, MPEG2 Flux de Transport

Master Professionnalisant en Télécommunication

Télévision Numérique

Plan du cours

• Introduction• Le modèle DTTB• Quelques standards • Services de télé et de données • DVB-S• DVB-T• Le progrès de l’avenir

Objectifs

• Concevoir des standards pour la diffusion globale de télévision numérique et de services de données.

• Adaptation d’un flux MPEG-2 à un canal de transmission terrestre.

• Co-existence avec les systèmes analogiques dans les bandes VHF/UHF.

• Maximiser l’efficacité spectrale par l’utilisation de réseaux SFN (Single Frequency Network).

IntroductionLa radiodiffusion est au seuil du grand passage de

l’analogique au numérique.A terme, tous les moyens d’acheminement seront

entièrement numériques, qu’il s’agisse du satellite, du câble, du MMDS ou des systèmes par voie de Terre.

Chaque système d’acheminement a ses particularités et ses problèmes, mais la radiodiffusion de Terre est incontestablement le milieu qui présente le plus de difficultés techniques. Pourtant, il se peut qu’elle soit le principal moyen d’acheminement de la télévision numérique pendant de nombreuses années.

IntroductionL’élaboration d’un système numérique de Terre

apporte des avantages clairs et évidents. Il était inévitable que le Secteur des Radiocommunications de l’UIT (UIT–R), qui cherche à définir des normes mondiales pour tous les systèmes de radiodiffusion, ait voulu créer, lorsque le besoin s’en est fait sentir, un organe chargé de parvenir à un accord sur des normes mondiales relatives à la radiodiffusion télévisuelle numérique par voie de Terre (DTTB).

Modèle DTTB

Quelques standards• Transmission• Satellite: DVB-S (DVB-S2) et DVB-RCS (voie retour)• Câble: DVB-C• Terrestre: DVB-T• Mobiles DVB-H• Contrôle et système• DVB-SI• Contrôle d’Accès: DVB-CA et DVB-CI• Télévision Interactive: MHP• Télétexte: DVB-TXT

Historique• 09/1993 : naissance du projet DVB.Consensus technique :– Technologie entièrement numérique,– Diffusion satellite et câble (puis diffusion

terrestre).• 2001 : mise à jour DVB 2.0– prise en compte de la sphère Internet.• 2005 : mise à jour DVB 3.0– Connexion/ accès aux contenus

multimédia tout le temps, partout.

Quelques dates clés11/1993 : MPEG-2/ISO.• 12/1993 : DVB-S– EN 300 421.• 03/1994 : DVB-C– EN 300 429.• 11/1994 : UIT/DVB-S.• 12/1995 : DVB-T– EN 300 744.• 04/1996 : DVB-T (UK).• 05/1998 : Internet parDVB-S en Afrique.• 04/1999 : TNT en Suède.• 04/1999 : TNT mobile.• 11/2001 : TNT+MHP en Finlande.

Services de télé et dedonnées

• Format de codage des services de télévision :• MPEG-2.• Débits vidéo :– SD (Standard Definition) (720 x 576 lignes) : de 3

à 6 Mbps.– HD (High Definition) (1280 x 720 lignes) : de 18 à

20 Mbps.• Débits audio : quelques 100 kbps.• Trames de 188 octets (dont un octet de

synchronisation).• Services multiplexés en TDM.

Aperçu

Description du système (modulation et codage canal) pour des services de télévision numérique multi-programmes(TV ou HDTV) par satellite (voie satellite-récepteur).

Modulation QPSK et concaténation d’un code interne convolutionnel poinçonné et d’un code externe Reed-Solomon (RS) raccourci.

Système

• Système• Bande Ku downlink (uplink ~ 14GHz) :– Fixed Satellite Service : 11,7-12,2 GHz.– Broadcast Satellite Service : 12,2-12,7

GHz.• Plusieurs bandes passantes disponibles.• Compatible MPEG-2.

Contenu de la spécification

• Description générale du système.• Description détaillée du modulateur (pour

l’interopérabilité).• Grandes lignes du récepteur (pour la

concurrence).• Besoins en performances pour coller aux

objectifs en termes de qualité de service.

Codage canal• Adaptation au multiplex MPEG-2 et

embrouillage.• Code externe RS raccourci.• Entrelacement externe.• Code interne convolutionnel poinçonné.

Adaptation au multiplex• Adaptation au multiplex : prise en compte des données au

format MPEG-2.• Entrée du système : paquets MPEG-2 de 188 octets dont un

octet de synchronisation (01000111 ou 47HEX).

Embrouillage• Objectif : dispersion d’énergie.• Mise en oeuvre : utilisation d’un générateur de PRBS

(Pseudo-Random Binary Sequence).• Polynôme générateur : 1+x14+x15.

Embrouillage• Signal d’initialisation pour l’opération de désembrouillage :

inversion du premier mot de synchronisation (octet) d’un groupe de 8 paquets MPEG-2

• Inversion de 47HEX à B8HEX.

Embrouillage• Processus continu (synchro incluse).• Mots de synchro non embrouillés (sortie PRBS désactivée).• Embrouillage toujours actif (pas d’info ou non MPEG-2).

Codeur externe (RS)• Code raccourci RS(204,188,T=8) appliqué à chaque paquet de

188 octets.• Code obtenu à partir d’un code de base RS(255,239, T=8)• Polynôme Générateur du Code g(x).• Polynôme Générateur du Corps p(x).

DVB-T en France

• Législation : août 2000 (mise à jour en 2004).• Lancement complet : 31 mars 2005 (fin 2005

pour les chaînes payantes).• Fin de l’analogique prévu en 2010.• Données France :– Foyers avec TV : 22,3 millions (2000).– Foyers avec TNT : 685 000 en septembre 2005.– Foyers avec satellite : 9 millions.

Paramètres DVB-T en France• 6 multiplex de R1 à R6.• Bande : UHF– (300MHz – 3GHz).• Bande Passante : 8 MHz.• Mode OFDM : 8k.• Intervalle de garge : 1/32 **.• Modulation : 64-QAM• FEC : 2/3 **.• Principalement MFN **.• MPEG-2.• MPEG-4pt.10.• ** : paramètres différents pour R1 à Paris car petit SFN

GI 1/32, FEC 3/4.

Contenu

• Description générale du système.• Expression des besoins en termes de

performances.• Structure de l’émetteur détaillée (pour

l’interopérabilité)• Structure du récepteur non détaillée (pour

la concurrence).• Paramètres optionnels pour récepteurs

mobiles : DVB-H.

Description générale

• Réseaux SFN (contre MFN en analogique).• Multi-trajets dus aux émetteurs multiples.• Conséquence : sélectivité en fréquence.• Solution : transmission OFDM.

Choix techniques par rapportaux autres standards DVB

• DVB-C = Code externe– Protection minimale car bonnes conditions de

transmission.• DVB-S = Code externe+Code interne– Protection accrue car plus faible rapport Eb/N0.• DVB-T = Code externe+Code interne+OFDM.– Rajout de la protection contre les multi-trajets.

Utilisations des modes OFDM

• Mode 2K (1705 porteuses) :– réseaux à un seul émetteur,– petits réseaux SFN avec de petites

distances de transmission.• Mode 8K (6817 porteuses) :– réseaux à un seul émetteur,– réseaux SFN petits et grands.• Mode supplémentaire 4K pour DVB-H.

Architecture du récepteur

• Réception OFDM, démodulation,• Dés-entrelacement et décodage interne,• Dés-entrelacement et décodage enterne.• Passage d’un niveau de qualité à une

autre possibles (dégradation et amélioration) au prix d’une pause de 0,5s pour les images et 0,2s pour le son pour permettre de réinitialiser les algorithmes de décodage.

Constellations• 3 types :– QPSK (2bits/symbole)– 16-QAM (4 bits/symbole)– 64-QAM (6 bits/symbole)• Possibilité d’avoir des modulations non uniformes pour les

cas hiérarchiques.

Numérotation des porteuses• De 0 à 1704 (2K).• Espacement entre porteuses de 1/TU.• Espacement entre porteuse minimale et

maximale (K-1)/TU (K=1705 en 2K).

Caractéristiques spectrales

• Symboles OFDM forment une juxtaposition de porteuses orthogonales situées à égale distance les unes des autres.

• Porteuses centrées sur les fréquences fkavec une PSD Pk(f)

PSD totale

• Résultat de la somme de toutes les PSD de toutes les porteuses.

• Comme la durée du symbole ODFM est plus grande que l’inverse de l’espacement de deux porteuses, le lobe principal de chaque porteuse est plus petit que le double de l’espacement des porteuses.

• Conséquence : PSD non parfaitement constante dans la bande passante.

Masque hors bande

• Les niveaux de la PSD en dehors de la bande passante sont réduits par filtrage.

• Les masques sont donnés pour les cas de co-existence du système DVB-T avec d’autres systèmes de type analogique.

�Performances• Hypothèses : parfaite connaissance du canal et

pas de bruit de phase.• 3 types de canaux : AWGN, Rice (F1) et

Rayleigh (P1).

Bibliographie

• DVB_TVNM: Formation Professionnelle :TELECOM PARIS, Robert VALLET

• DVB (Digital Video Broadcasting): IRIT; Benoît ESCRIG