Ile programów cyfrowych można transmitować w miejscu jednego programu analogowego?

Jak już pisałem wcześniej wprowadzenie transmisji cyfrowej pozwoliło nie tylko na poprawę odporności transmitowanego sygnału na zakłócenia, ale także umożliwiło transmisję większej ilości kanałów telewizyjnych w miejscu jednego kanału telewizyjnego nadawanego analogowo. Pytanie jakie można sobie zadać w tym miejscu to: ile programów telewizyjnych można nadawać w jednym multipleksie czy z jednego transpondera satelitarnego?

Odpowiedź na to pytanie jest dość prosta: każdą cyfrową transmisję obrazu czy dźwięku charakteryzuje tzw. bitrate (czyli przepustowość). Bitrate jest wyrażany zazwyczaj w kilobitach czy megabitach na sekundę. Łączna ilość transmitowanych danych w jednym kanale transmisyjnym musi być co najwyżej równa łącznej przepustowości tegoż kanału.

W jaki sposób można policzyć przepustowość danego transpondera czy multipleksu? Ogólnie rzecz ujmując należy efektywność modulacji, w jakiej transmitowany jest dany przekaz przemnożyć przez szerokość kanału, w jakim nadawany jest dany przekaz i to co wyjdzie skorygować o przepustowość zużytą na dane korekcyjne. Powyższe słowa brzmią nieco zagmatwanie, jednak myślę, że odpowiedni przykład od razu zademonstruje o co tutaj chodzi.

Policzmy więc przepustowość standardowego transpondera satelitarnego na satelicie HotBird 13°E. Z tego satelity jest transmitowanych większość polskich platform cyfrowych. Na tym satelicie transpondery mają szerokość 36MHz, co odpowiada parametrowi symbol rate (SR) na poziomie 27.500, czyli 27,5 megasymboli na sekundę. Standardowo używana modulacja (w przypadku transmisji DVB-S), czyli QPSK zapewnia wydajność 2 bitów na symbol, tak więc totalna przepustowość transpondera wynosi:

gross_data_rate = 2 bits/symbol • 27.5 Megasymbols/s = 55 Mbit/s

Powyższa przepustowość nie uwzględnia jednak ilości danych naprawczych umieszczanych w strumieniu danych (streamie). W przypadku transmisji DVB-S stosuje się dwa mechanizmy korekcji danych: pierwszy to Reed-Solomon, a drugi to korekcja FEC. Nie wgłębiając się w szczegóły techniczne pierwszy algorytm znany jest np. z zapisu danych na płytach audio CD. Pisząc skrótowo algorytm ten wylicza sumę kontrolną, która jest dodawana na końcu każdego transmitowanego pakietu danych. Umożliwia to skorygowanie błędów w wielkości połowy dodawanych do pakietu danych naprawczych. W przypadku MPEG-2 transport stream pakiety mają długość 188 bitów, a korekcja Reed-Solomon ma 16 bitów, czyli totalna długość pakietu wynosi 204 bity. Mechanizm ten (Reed-Solomon) w przypadku transmisji DVB-S potrafi naprawić co najwyżej do ośmiu błędów w pakiecie. Po uwzględnieniu kodowania RS nasza przepustowość wynosi:

net_data_rate Reed-Solomon =  gross_data_rate • 188/204 = 55 Mbit/s • 188/204 = 50.69 Mbit/s

Statystyczna liczba błędów występująca w przypadku przekazu satelitarnego przekracza liczbę błędów, które można naprawić za pomocą kodowania RS. Dlatego w transmisjach satelitarnych stosuje się dodatkowy mechanizm ochrony danych. Algorytm ten, zwany FEC – forward error correcion „konsumuje” pewną część pasma. W przypadku transmisji DVB-S FEC wynosi 1/2, 2/3,…,7/8. Oznacza to, że dane naprawcze wynoszą od jednej ósmej transmitowanych danych do jednej drugiej. Jak łatwo się domyślić FEC=1/2 zapewnia największą ochronę przed zakłóceniami, najmniejszą FEC=1/8, ale za to umożliwia transmisję największej ilości danych. Rozsądnym kompromisem jest FEC=3/4, który zazwyczaj stosują platformy cyfrowe.

net_data_rate DVB-S 3/4 = code_rate • net_data_rate Reed-Solomon = 3/4 • 50.69 Mbit/s = 38.01 Mbit/s

Podobną ilość danych można transmitować zarówno przez sieci kablowe. Różnice w stosunku do wyliczeń dla DVB-S są takie, że używana modulacja to 64 QAM – 256  QAM. Wydajność 64QAM wynosi 6 bit/symbol, a szerokość kanału wynosi 8MHz, co daje 6.9 ms/s. Z uwagi na niski poziom zakłóceń w sieciach kablowych używa się jedynie korekcji Reed-Solomon. Ostatecznie daje to przepustowość 38,15 Mbit/s, czyli niemal identyczną ilość co w przypadku telewizji satelitarnej. W przypadku cyfrowej telewizji naziemnej otrzymywane przepustowości są nieco mniejsze niż w przypadku przedstawionym powyżej. Z uwagi na fakt, że DVB-T w Polsce dopiero jest wdrażane i w sumie w Internecie nie ma dużo informacji na ten temat dokładne wyliczenia dla tego systemu z dokładnym tłumaczeniem zaprezentuję mam nadzieję dość szybko.

A teraz wróćmy do sedna: czyli odpowiedzi – ile kanałów można transmitować przez pojedynczy transponder czy multipleks. Wszystko zależy od jakości transmitowanego programu, czyli jego bitrate’u. Niezłe jakościowo kanały w standardowej rozdzielczości przy kodowaniu MPEG-2 potrzebują bitrate’u w ilości 4-6Mbit/s. Czyli daje to w praktyce możliwość transmisji 6-10 programów telewizyjnych w obrębie jednego transpondera. Wynajmowanie pojemności satelitarnych jest kosztowne. Widzowie chcą mieć dostęp do jak największej ilości kanałów telewizyjnych. Z tego powodu, nie mogąc zbytnio zwiększyć przepustowości transponderów redukuje się bitrate kanałów do średniej wielkości od około 2Mbit/s do około 3,5Mbit/s w zależności od danego kanału. W oczywisty sposób powoduje to utratę jakości wyświetlanego obrazu. Efekt ten jest tym bardziej widoczny im większy jest ekran, na którym wyświetlany jest ten obraz. Swego rodzaju ratunkiem, szczególnie w przypadku telewizji satelitarnej, jest wprowadzenie bardziej efektywnego algorytmu kompresji obrazu – czyli H.264 AVC. Jego skuteczność jest co najmniej dwa razy taka jak wydajność MPEG-2, co oznacza, że bitrate można obniżyć dwa razy z zachowaniem tej samej jakości obrazu. Jednak z drugiej strony platformy cyfrowe na szeroką skalę nie mogą wprowadzić tej metody kompresji obrazu, gdyż standardowy odbiornik telewizji satelitarnej (DVB-S) nie jest w stanie wyświetlić poprawnie takiego obrazu. Oznacza to potrzebę wymiany odbiorników, co przy ilości abonentów np. na poziomie 2-3 milionów wcale nie jest takie proste i tanie. Jak więc sobie radzą z tym problemem platformy cyfrowe? Najprościej jak tylko się da. Należy uświadomić ludzi, że obraz ten jest obrazem standardowej jakości i dlatego wygląda on jak wygląda, a aby poprawić jakość wyświetlanego obrazu należy zaopatrzyć się w odbiornik i telewizor umożliwiający wyświetlenie obrazu wysokiej rozdzielczości (czyli HDTV). Jak łatwo się domyśleć takie kanały są zazwyczaj w dodatkowo płatnych opcjach do pakietów. Tym o to sposobem klient nie ma żalu do operatora, że obraz bardziej przypomina puzle, a może jeszcze dodatkowo skusi się na płatny dodatek do pakietu…

Comments (2)

  1. dfds

    Fajny artykul, chociaz brakuje informacji na temat ilosci bledow ktore mozna skorygowac za pomoaca roznych FEC

  2. syslay79

    Dzieki, za sedno sprawy: „6-10″
    To w tunerze FTA , aby nagrać film na USB, będe miał wybór z „6-10″ pogramów do nagrania i ogladania jednocześnie- drugiego kanału też z „6-10″
    typ:
    SEMI-TWIN TUNER,
    1. W trakcie nagrywania kanału naciśnij OK aby wyświetlić listę kanałów dostępnych z tego
    transpondera.
    2. Jeśli nagrywany jest kanał niekodowany – wybierz dowolny inny kanał, który chcesz w
    tym czasie oglądać.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>