Projet Thème EEAII : Introduc4on aux Télécommunica4ons Présenté par : Ghali CHNIBER 1
Plan de la présenta4on : I. Introduc4on : De l analogique au numérique II. Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : I. Codage Source vidéo et audio II. Codage Canal III. Modula4on IV. OFDM V. Démodula4on 2 III. Conclusion :
Introduc4on : De l analogique au numérique TAT : Télévision classique reçue directement à par4r de l antenne VHF ou UHF ordinaire. Besoin de plus de réalisme et de neteté dans l image, plus de qualité dans le son Passage de la SD a la HD. La TNT est devenu le successeur de la télévision analogique terrestre (TAT). 3
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Video Objec4f : Codage et Compression de la vidéo Constat : Vidéo = Séquence d images fixes ( Principe de la Persistance ré4nienne a 25 ips ) Solu4on : Etendre le JPEG a la vidéo Mise en place du MPEG : Moving Pictures Experts Group 4
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Video Caractéris4ques d une image : Ø Redondance Spa4ale : Les valeurs des pixels dans une même image ne sont pas indépendantes. Ø Redondance Temporelle : Il existe une corréla4on entre 2 images successives : 5 Crédits photo : Sébas4en Crespin
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Video MPEG : L extension du JPEG a la video (MPEG) se fait par principe de GOP (Group Of Pictures) En JPEG on divise l image en blocs et Macroblocs (Cf. Présenta4on JPEG) Pour le MPEG on ajoute la donnée d un vecteur de Mouvement de transla4on des blocs. 6
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Video Principe de GOP : On part d une image fixe I = Intra que l on code en JPEG. On prédit l évolu4on de cete image par l image P = Prédite. On crée une interpola4on des images I et P par l image B = Bidirec4onnelle. 7 Crédits photo : Sébas4en Crespin
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Audio Objec4f : Garan4r une bande passante audio de 20 Khz. On échan4llonne à 40 Khz (Théorème d échan4llonnage de Shannon) Probléma4que : Le son est plus exigeant que l image en terme de signaux indésirables Un signal parasite doit rester inférieur a 80 db en dessous du niveau nominal. Solu4on Primaire : Pour être inférieurs a 80 db, On doit donc coder chaque piste (Droite et Gauche) sur 8 bits chacune. Un signal audio stéréophonique est codé sur 16 bits ce qui nous garan4t une imprécision due a la numérisa4on de 96 db. Primaire mais pourquoi? Un signal stéréophonique est encombrant : 2 canaux de chacun 44100 nombre de 16 bits/s = 1,4112 Mbits/s (plus connu comme le débit non compréssé des CD- audios ) 8
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Source Audio Probléma4que : le signal audio échan4llonné toutes les 22,7 µs (44,1Khz) est non compressé : méthode primaire Solu4on Alterna4ve : Codage MUSICAM inspirée de la psycho acous4que de l oreille : Sensibilité maximale sur [500Hz ; 10Khz] Phénomène de Masquage fréquen4el Phénomène de Masquage Temporel Principe du Codage : On divise grâce a des filtres le spectre du signal en 32 bandes de fréquence. On applique a chaque bande de sous fréquence le modèle psycho acous4que de l oreille. On adapte le nombre de bits sur lesquels on va coder le signal => Compression. 9
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Canal Probléma4que : La TNT est diffusée par ondes hertziennes qui restent a la surface de la terre. On reçoit malheureusement grâce a l antenne de récep4on, une succession d échos résultants de la réflexion sur les obstacles. Solu4on : Codage Canal avec codes correcteurs Crédits photo : Michel NAJMAN 1 ere étape : Dispersion d énergie : permet d uniformiser le spectre RadioFréquence. 10
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Codage Canal Codage REED- SOLOMON : But : rajouter de la redondance pour corriger les éventuelles erreurs de transmission Efficacité : Le Code RS permet de corriger 8 erreurs, on ajoute 16 octets de parité au delà de 8 erreurs le paquet est signalé comme erroné. Exemple : on souhaite coder le mot : 02 09 12 Entrelacement : But : Dispersion temporelle des erreurs pour augmenter l efficacité du codage convolu4onnel de Viterbi Code convolu4onnnel de Viterbi : But : Detec4on et correc4on des erreurs isolées suite a l entrelacement 11
Modula4on : Télévision Numérique Terrestre Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Modula4on Mots de 6 bits à transmetre Représentés dans le plan complexe et repérés par leur abscisse a k (3 premiers bits) et leur ordonnée b k (3 derniers bits) Ils peuvent être représentés graphiquement par une constella4on : 12 Crédits photo : www.freewebs.com
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Modula4on Modula4on : Comment transmetre physiquement les bits? Comment représenter physiquement les mots complexes? Transmission des bits : Les bits sont des en4tés mathéma4ques représentés par des niveaux de tensions Mots complexes : on doit transmetre des groupes de 3 bits pour chaque coordonnée 13 Source : Télévision numérique, A.MARTIN et A. PELAT
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Modula4on Transmission des mots : But : transmetre simultanément les coordonnées (a k,b k ) de chaque mot Méthode : QAM (modula4on d amplitude en quadrature) 14 Source : htp://www.enseirb- matmeca.fr/~kadionik/forma4on/tx_num/tx_num.html
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : OFDM Principe de l OFDM: On transmet des suites de N mots de 6 bits (issus de la constella4on) Modula4on monoporteuse vue en cours : transmission des mots les uns à la suite des autres sur une seule porteuse Idée de l ofdm : transmetre simultanément N mots sur N sous- porteuses pour augmenter le débit de données 15
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : OFDM Problème posé : On occupe une certaine bande de fréquence prédéfinie pour la transmission On désire u4liser un maximum de sous- porteuses sur la bande de fréquence pour transmetre un maximum de mots La sous- porteuse modulée par le signal a pour spectre un sinus cardinal Avec T s la durée d un mot f j la fréquence de la sous- porteuse Comment garan4r que le récepteur soit capable de séparer et retrouver chaque mot émis sur chaque sous- porteuse? 16
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : OFDM Solu4on : U4lisa4on de sous- porteuses orthogonales entre elles dans le domaine fréquen4el Explica4on : Spectre d une sous- porteuses : sinus cardinal Ce sinus cardinal s annule pour un espacement de f- f j = k/ T s entre les fréquences des sous- porteuses 17 Source : htp://www.rennes.supelec.fr/ren/fi/elec/yp/docs/signal/ofdm.pdf
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : OFDM Problème des échos : Il peut y avoir des signaux arrivant en retard par la transmission des ondes électromagné4ques Solu4on : intervalle de garde Source: - >Pdf : «Le pourquoi et le comment du COFDM», J.H. StoT 18
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : OFDM La TNT en France : Choix du système normalisé «8k» 64- QAM (2 6 mots de 6 bits possibles) Emission sur 6817 sous- porteuses dont 6048 u4les Durée d un symbole : 924 µs dont 28 µs d intervalle de garde Débit total (en tenant compte du codage canal) : (6 bits/symbole) x 1/(durée du symbole) x (nombre de sous- porteuses) =32.27 Mb.s - 1 Débit u4le (sans la redondance du codage canal) : (Débit total)x (efficacité code de Reed- Solomon)x (efficacité code convolu4f) =24.14 Mb.s - 1 19
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Demodula4on Demodula4on : Comment peut- on visualiser la TNT avec une Télévision classique non compa4ble? + 20
Principe de la Télévision Numérique Terrestre (TNT) : Demodula4on Demodula4on : La demodula4on se fait grâce au décodeur numérique (ou Set Top Box : STB) Il est composé d'une base hardware pilotée par des logiciels embarqués temps réel Le decodeur con4ent : Tuner Demul*plexeur Decodeur MPEG 21
Conclusion : Avantages de la TNT : ü Op4misa4on de l'usage des ressources de fréquences radiodiffusions disponibles ü Diminu4on des coûts de diffusion par programme ü Augmenta4on des chaines de télévisions de proximité (locales, régionales, associa4ves,...) ü Qualité de l'image et du son accrue ü De nouveaux usages : Interac4vité, Récep4on portable et mobile, etc. 22