TELEVISION NUMERIQUE

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1 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 MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS TELEVISION NUMERIQUE Séquence 4 : COMPRESSION VIDEO AUDIO, MPEG2 FLUX DE TRANSPORT Equipe des concepteurs : - Janvier FOTSING - Pierre TSAFACK Le contenu est placé sous licence /creative commons/ de niveau 5 (Paternité, Pas d'utilisation commerciale, Partage des conditions initiales à l'identique)..

2 Master Professionnalisant en Télécommunications (ENSP) Cours: Télévision Numérique Mr. Janvier FOTSING

3 Télévision Numérique Cours: TVN 224 Compression vidéo-audio, MPEG2 Flux de Transport Master Professionnalisant en Télécommunication

4 Plan du cours Introduction Le modèle DTTB Quelques standards Services de télé et de données DVB-S DVB-T Le progrès de l avenir

5 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).

6 Introduction La 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.

7 Introduction L 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).

8 Modèle DTTB

9 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

10 Historique 09/1993 : naissance du projet DVB. Consensus technique : Technologie entièrement numérique, Diffusion satellite et câble (puis diffusion terrestre) : mise à jour DVB 2.0 prise en compte de la sphère Internet : mise à jour DVB 3.0 Connexion/ accès aux contenus multimédia tout le temps, partout.

11 Quelques dates clés 11/1993 : MPEG-2/ISO. 12/1993 : DVB-S EN /1994 : DVB-C EN /1994 : UIT/DVB-S. 12/1995 : DVB-T EN /1996 : DVB-T (UK). 05/1998 : Internet par DVB-S en Afrique. 04/1999 : TNT en Suède. 04/1999 : TNT mobile. 11/2001 : TNT+MHP en Finlande.

12 Services de télé et de données 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.

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14 Aperçu Description du système (modulation et codage canal) pour des services de télévision numérique multi-programmes (TV ou HDTV) par satellite (voie satelliterécepteur). Modulation QPSK et concaténation d un code interne convolutionnel poinçonné et d un code externe Reed-Solomon (RS) raccourci.

15 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.

16 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.

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23 Codage canal Adaptation au multiplex MPEG-2 et embrouillage. Code externe RS raccourci. Entrelacement externe. Code interne convolutionnel poinçonné.

24 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 ( ou 47HEX).

25 Embrouillage Objectif : dispersion d énergie. Mise en oeuvre : utilisation d un générateur de PRBS (Pseudo-Random Binary Sequence). Polynôme générateur : 1+x14+x15.

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27 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.

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

30 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).

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42 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 Données France : Foyers avec TV : 22,3 millions (2000). Foyers avec TNT : en septembre Foyers avec satellite : 9 millions.

43 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.

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45 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.

46 Description générale

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

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49 Choix techniques par rapport aux 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.

50 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.

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53 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.

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61 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.

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67 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).

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78 Caractéristiques spectrales Symboles OFDM forment une juxtaposition de porteuses orthogonales situées à égale distance les unes des autres. Porteuses centrées sur les fréquences fk avec une PSD Pk(f)

79 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.

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81 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 coexistence 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).

82 Bibliographie DVB_TVNM: Formation Professionnelle : TELECOM PARIS, Robert VALLET DVB (Digital Video Broadcasting): IRIT; Benoît ESCRIG