TV Digital DVB

Introdução

O padrão DVB(Digital Video Broadcasting ou melhor “Emissão de Video Digital”), criado no ano de 1993 pelo grupo ELG(European Lauching Group), foi adotado em aproximadamente quinze Países Europeus, além da Austrália e Nova Zelândia. Detém um mercado atual de 270 milhões de receptores.

Trabalha com conteúdo audiovisual nas três configurações de qualidade de imagem: HDTV (1080 linhas), EDTV (480 linhas) e SDTV (480 linhas). Nas duas últimas configurações, permite a transmissão simultânea de mais de um programa por canal, permitindo uma média de 4. No início de sua implantação, apresentou dificuldades de recepção na Inglaterra, sendo sujeito à interferência de ruídos de eletrodomésticos ou motores.

É o padrão adotado pelas principais operadoras privadas de TV por assinatura por satélite. Em Portugal tem sido adoptado nos canais pay-per-view de televisão por cabo como alternativa ao sistema analógico.

O padrão DVB é designado de acordo com o serviço ao qual está vinculado:

DVB-T - Transmissões Terrestres (TV aberta em VHF ou UHF convencional)
DVB-S - Transmissões por Satélite (TV por assinatura por satélite)
DVB-C - Serviço de TV por Cabo
DVB-H - Transmissão para dispositivos móveis, tais como celulares e PDA's
DVB-MHP - Padrão de middleware Multimedia Home Plataform.

O padrão DVB-H ainda encontra-se em processo de desenvolvimento. Emprega o MPEG-2 para a codificação de áudio e vídeo e adotou o middleware(Multimedia Home Plataform - MHP) para dar suporte a aplicações interativas . Opera na freqüência de 8 MHz, fator que o deixa em desvantagem em relação ao japonês e ao americano, que operam em 6 MHz, mesmo espectro usado no Brasil para a TV aberta.

A principal caracteristica da TV Digital DVB-T é a modulação COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que consiste num sistema multiportadora, onde cada portadora é ortogonal com relação as demais.Cada sub-portadora pode ser modulada utilizando QPSK, 16QAM ou 64 QAM, dependendo das condições de transmissão e da taxa de bits requerida.

O uso da modulação OFDM garante uma grande robustez do sistema em canais com multipercursos, pois no OFDM existe um tempo de guarda, que permite a sobreposição temporal entre símbolos OFDM adjacentes, sem perdas de informação. Para isso, no entanto, faz-se necessário que o tempo de guarda do sinal OFDM seja maiordo que a dispersão temporal introduzida pelo canal. No sistema de TV Digital DVB-T é previsto tempos de guarda de 1/4, 1/8,1/16 e 1/32 do tempo de simbolo OFDM. Quanto maior o tempo de guarda, maior será a rebustez aos múltiplos percursos, porém há redução na taxa de transmissão.

Aparelho receptor DVB

Uma visão sobre DVB-S, DVB-C, e DVB-T

No começo dos anos 1990, a mudança estava vindo à indústria transmitindo do satélite europeu, e era o espaço livre tornando-se que os sistemas uma vez avançados do MAC teriam que dar a maneira à tecnologia toda digital. Tornou-se desobstruído que o satélite e o cabo entregariam os serviços digitais da televisão da primeira transmissão. Poucos problemas técnicos e um clima regulador mais simples mostraram que poderiam se tornar mais rápido do que o sistemas terrestre. As prioridades do mercado impuseram que os sistemas de transmissão digitais do satélite e do cabo teriam que ser desenvolvidos rapidamente. A transmissão terrestre seguiria. O sistema de DVB-S para a transmissão digital do satélite foi desenvolvido em 1993. É um sistema relativamente direto usando QPSK. A especificação descreveu ferramentas diferentes para o coding da canaleta e a proteção de erro que foram usadas mais tarde para outros sistemas de meios da entrega.

O sistema de DVB-C para redes digitais do cabo foi desenvolvido em 1994. É centrado no uso de 64 QAM, e para o ambiente europeu do satélite. A especificação de DVB-CS descreveu uma versão que pudesse ser usada para instalações mestras satélite da televisão da antena.

O sistema terrestre digital DVB-T da televisão era mais complexo porque se pretendeu lidar com um ambiente diferente do ruído e da largura de faixa, e multi-path. O sistema tem diversas dimensões do receptor ‘agility’, onde o receptor é requerido para adaptar sua decodificação de acordo com sinalizar. O elemento chave é o uso de OFDM. Há duas modalidades: 2K portadores mais QAM, portadores 8K mais QAM. A modalidade 8K pode permitir a proteção mais multi-path, mas a modalidade 2K pode oferecer as vantagens de Doppler onde o receptor se está movendo. Os ‘guidelines’ para as aplicações estão disponíveis.

Há dois sistemas para MMDS, uns sistemas ‘multi-channel’ da distribuição da microonda, um para os sistemas que se operam nas freqüências de rádio abaixo de 10 Ghz (DVB-MC, que é como o sistema de DVB-C), e um para os sistemas que se operam nas freqüências de rádio acima de 10 Ghz (DVB-MS, que é como o sistema de DVB-S).

DVB-T

Um padrão que funciona

O DVB-T é o mais novo dos três sistemas núcleo DVB – DVB-C para cabo e DVB-S para satélite – e o mais sofisticado. Baseado em COFDM (Coded Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Freqüência Ortogonal Codificada) e modulação QSPK, 16 QAM e 64 QAM, é o mais sofisticado e flexível sistema de transmissão terrestre digital atualmente. O DVB-T permite aos provedores igualar e até mesmo aprimorar a cobertura analógica, usando uma fração da energia. Ele amplia o âmbito da televisão terrestre digital no campo móvel, o que antes não era possível, ou com outros sistemas digitais. Assim, será sempre atual.

Diversidade e recepção móvel

Como era de se esperar, muito se trabalhou para se melhorar o desempenho do sistema DVB-T. Embora não tenha sido projetado originalmente para os receptores móveis, o desempenho do DVB-T foi tal que a recepção móvel não só é possível, como também forma a base dos serviços comerciais. A melhor compreensão de como o DVB funciona no mundo real levou à utilização de várias técnicas para incrementar seu desempenho, especialmente para receptores internos portáteis e móveis. Por exemplo, o uso de vários receptores com duas antenas costumam representar uma melhora de 5 dB em domicílios, e espera-se uma redução de 50% dos erros em automóveis. Esses sistemas de antenas diversificados não são novos, mas as características específicas do DVB-T permitem melhoras significativas.

Agregar valor – DVB-H e IP Datacast

Está claro que o DVB-T oferece recepção móvel excelente. Para tirar a prova, tome um ônibus em Cingapura ou Xangai. Mas para se aproveitar totalmente essa capacidade, e tornar possível a transmissão para receptores de mão, o DVB precisou tratar de várias questões importantes. O problema principal diz respeito ao consumo de energia. Receptores de mão alimentados por bateria não têm energia suficiente para receber o sinal normal DVB-T por um período razoável. O novo padrão DVB-T trata desta e outras exigências específicas da transmissão em dispositivos de mão. Um mecanismo chamado de “time-slicing” permite desligar os receptores em períodos de inatividade, proporcionando uma economia de energia de cerca de 90%. A introdução do modo 4K e o correção de erro antecipada no nível do multiplexador (MPE-FEC) permite recepção de 15 Mbit/s em um canal de 8MHz em uma SFN (rede de freqüência única) em área ampla, em alta velocidade. Outra área de trabalho importante para o DVB, que trabalha em conjunto com o DVB-H, é o desenvolvimento de facilidades para IP-Datacasting. Isto facilitará a interoperabilidade das redes de telecomunicações e transmissão, um assunto complexo que envolve trabalho detalhado da interface em vários níveis de serviço.

Adoção mundial

O DVB-T é o sistema de televisão terrestre digital mais popular em todo o mundo, adotado em mais países do que qualquer outro. É utilizado com êxito no Reino Unido, na Alemanha, Suécia, Finlândia, Espanha, Itália, Países Baixos, Suíça, Cingapura e Austrália. Testes com o DVB-T estão sendo conduzidos na China, Malásia, Tailândia, Vietnã, Ucrânia, Azerbaijão, Croácia, África do Sul e outros. O DVB-H está em fase de testes na Alemanha, Finlândia e nos Estados Unidos, e em breve também no Reino Unido e na Austrália. Mais e mais países estão descobrindo que os padrões DVB oferecem a melhor solução para se fazer a transição para televisão digital terrestre .

DVB-H

Transmissão de IP para dispositivos de mão com base em DVB-T

Quando o DVB-T apareceu pela primeira vez em 1997, não era destinado a receptores móveis. No entanto, depois de resultados experimentais muito positivos, os serviços móveis DVB-T foram lançados em Cingapura e na Alemanha, com muitos testes comerciais em outros países. De fato, com o advento de vários receptores de antena, os serviços destinados à recepção fixa podem ser recebidos em qualquer lugar. Por que então o DVB-H? Bateria que dura… Apesar do sucesso da recepção móvel DVB-T, a preocupação principal com dispositivos de mão é a duração da bateria. O consumo de energia atual e projetado das interfaces de usuário do sistema DVB-T é alto demais para os receptores de mão, que devem durar de um a vários dias com apenas uma carga. Outros requisitos importantes para o DVB-H eram a capacidade de receber 15 Mbit/s em um canal de 8 MHz e em uma rede de freqüência única (SNF) em alta velocidade. Esses requisitos foram criados após muito debate e já prevendo o advento dos dispositivos de convergência que oferecem serviços de vídeo e outros serviços de transmissão de dados para dispositivos de mão 2.5G e 3G. Além disso, tudo isso seria possível mantendo-se compatibilidade máxima com sistemas e redes DVB-T existentes.

Características técnicas

Para atender às exigências acima, a especificação do DVB-H inclui:

Time-Slicing

Em vez de transmissão contínua de dados, como no DVB-T, o DVB-H utiliza um mecanismo em que pacotes de dados são recebidos de cada vez, conhecido como IP Datacast carousel. Isso quer dizer que o receptor permanece inativo na maior parte do tempo e pode assim, por meios de sinalização de controle inteligente, ser “desligado”. O resultado é uma economia de energia em torno de 90%, e até mais em alguns casos.

Modo 4-K

Com o acréscimo de um modo 4K com cerca de 3409 operadoras ativas, o DVB-H beneficia-se de um ajuste entre a capacidade SFN de alta velocidade em área pequena de 2K DVB-T e a SFN de 8K DVB-T de velocidade mais baixa em área mais ampla. Além disso, com o auxílio de entrelaçamento profundo nos modos de 2K e 4K, o DVB-H é muito mais imune a interferência de ignição.

MPE-FEC

O acréscimo de um esquema opcional de correção de erro no multiplexador significa que as transmissões DVB-H podem ser ainda mais robustas. Isso é uma vantagem se considerarmos os ambientes hostis e projetos fracos (mas bonitos) de antena, típicos dos receptores de mão.

Compatibilidade com DVB-T

Assim como o DVB-T, o DVB-H pode ser usado em ambientes com canais de 6, 7 e 8 MHz. No entanto, a opção de 5 MHz também é especificada para ambientes que não sejam de transmissão. Um dos requisitos iniciais principais, e recurso importante do DVB-H, é que ele pode coexistir com o DVB-T em um mesmo multiplexador. Assim, um operador pode escolher ter 2 serviços DVB-T e um serviço DVB-H no mesmo multiplexador geral DVB-T.

DVB-H e 3G

A difusão (broadcasting) é uma excelente maneira de atingir novos usuários com um único serviço (configurável). O DVB-H combina a difusão com um conjunto de medidas para assegurar que os receptores alvo possam operar a partir de uma bateria e em movimento. Assim, é o companheiro ideal para telecomunicações 3G, oferecendo serviços de multimídia bidirecionais simétricos e assimétricos.

E os outros órgãos padronizadores?

2004 é o ano da multimídia móvel e portátil. Isso rouba a posição do sistema ATSC como operador único (8-VSB) dos EUA. O ISDB-T, desenvolvido e em operação no Japão, possui um modo que pode oferecer serviços móveis de datacasting, mas ainda há preocupações sobre a bateria, custo de receptor e complexidade do sistema. Há também uma proposta para modificar as especificações DAB existentes de modo a incorporar transmissão multimídia. Uma dessas propostas, o DBM-T, vem de um grupo de emissoras coreanas, mas, uma vez mais, surgem preocupações sobre o consumo da bateria e o fluxo limitado de dados. Essas duas questões foram resolvidas a contento com o DVB-H, o que o tornou uma ferramenta poderosa para entrar em novos mercados dos serviços DVB.

DBV-S e DVB-S2

Milhões de IRDs DVB-S são utilizados em todo o mundo. O DVB-S2 é criado para se beneficiar do progresso tecnológico para atender as exigências mais desafiadoras da transmissão por satélite de hoje.

O DVB-S2 oferece:

• 30% mais eficiência que o DVB-S; • um número maior de aplicações pela combinação da funcionalidade DVB-S (para aplicações direto-a-domicílio) e DVB–DSNG (para aplicações profissionais); • técnicas como codificação adaptativa para maximizar o uso de recursos de transponder via satélite.

O preço da implementação do DVB-S ainda é tão baixo quanto na época de sua primeira utilização, em 1994. O DVB-S2 atingiu suas metas de maneiras que excederam todas as expectativas.

Áreas de aplicação do DVB-S2

A fim de lidar com uma gama maior de aplicações típicas da codificação e modulação de um canal de satélite DVB , o DVB-S2 é projetado para ser usado nas seguintes áreas de aplicação: Serviços de Transmissão (BS) Atualmente, o BS é coberto com o DVB-S, mas com a flexibilidade adicional do VCM (Variable Coding and Modulation – Modulação e Codificação Variável) que permite vários níveis de proteção para cada serviço (por exemplo, SDTV, robusto, com HDTV, menos robusto). Há também o BC-BS (serviços de transmissão de compatibilidade retroativa) para interoperabilidade adicional com os decodificadores DVB-S, e um NBC-BS (sem compatibilidade retroativa) mais otimizado.

Serviços Interativos (IS)

Os IS são criados para uso com padrões de canal de retorno DVB existentes (por exemplo) RC-PSTN, RCS, etc.). O DVB-S2 pode operar nos modos CCM (Constant Coding & Modulation - Modulação e Codificação Constantes) e ACM (Adaptive Coding and Modulation - Codificação e Modulação Adaptativas). O ACM permite que cada estação receptora controle a proteção do tráfego endereçado a ela. Aquisição de Notícias Via Satélite e Contribuição de TV Digital (DTVC/DSNG) O DTVC/DSNG baseia-se no padrão DVB-DSNG, que facilita comunicações ponto a ponto ou ponto a multiponto de um feixe de transporte MPEG único ou múltiplo usando o modo CCM ou o ACM. Outras Aplicações Profissionais (PS) Incluem, por exemplo distribuição/entroncamento de conteúdo de dados: em geral, este modo é reservado para aplicações profissionais ponto a ponto ou ponto a multiponto usando as técnicas CCM, VCM ou ACM descritas acima.

Características técnicas

Com maiores exigências de flexibilidade e um desejo de criar um sistema que, em média, teria 30% de ganho de desempenho sobre o DVB-S, o DVB-S2 tem as seguintes características: Modos de modulação Há quatro módulos de modulação: QSPK, 8PSK para aplicações de transmissão através de transponders não lineares levados quase à saturação. 16APSK e 32APSK mais direcionados para aplicações profissionais que requerem transponders semilineares. Estes dois últimos esquemas sacrificam uso eficiente de energia em troca de uma capacidade de transmissão muito maior.

Largura de banda e Roll-off:

Para oferecer mais controle sobre ajustes de banda larga, o DVB-S2 acrescenta fatores roll-off de “alfa”=0,25 e “alfa”=0,20 ao roll-off do DVB-S tradicional, de “alfa”=0,35

Correção de erro antecipada (FEC)

O DVB-S2 usa um poderoso sistema de FEC baseado na concatenação de BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) com codificação interna LDPC (verificação de paridade de baixa densidade). O resultado é o desempenho, que às vezes fica a apenas 0,7 dB do limite Shannon. A escolha dos parâmetros de FEC depende dos requisitos do sistema. Com o VCM e o ACM, as taxas de codificação podem ser mudadas dinamicamente, quadro a quadro.

E quanto ao desempenho?

O DVB-S2 promete uma eficiência espectral entre 0,5 bit/s/Hz e 4,5 bit/s/Hz, fornecendo alta flexibilidade para a operadora de satélite. O DVB-S2 pode operar com taxas de “carrier-to-noise” de 2-dB (sim, abaixo do limite mínimo de ruído) com QPSK até +16 dB usando 32 APSK. Ao operar em taxas baixas de “carrier-to-noise”, a sincronização do receptor pode se tornar um problema, e o DVB-S2 prevê “pilotos” opcionais para auxiliar o sistema de recuperação da operadora.

Aplicações típicas

Com o advento de novas técnicas de codificação de origem, por exemplo, Microsoft Windows Media 9, MPEG-4 Part 10 / AVC, o DVB-S2 é a plataforma ideal para transmissão avançada de vídeo e áudio para consumidores. Portanto, o DVB-S2 é muito adequado para transmissão de HDTV.

Adoção e uso de sistemas de DVB

O sistema DVB-S foi concordado em 1994, e nos primeiros serviços da transmissão de DVB na Europa iniciada em 1995 pelo operador de TV por assinatura na França. O sistema de DVB-T foi concordado mais tarde, em 1997. As primeiras transmissões de DVB-T começaram na Suíça e no Reino Unido em 1998. Os serviços de DVB-T começaram nas partes da Alemanha em 2002. Por 1997 o desenvolvimento do projeto de DVB tinha seguido com sucesso as plantas iniciais, e o projeto tinha incorporado sua fase seguinte, promovendo seu padrão abertos global, e fazendo a televisão digital uma realidade. Os padrões de DVB foram adotados ‘worldwide’ e transformaram-se a marca de nível para a televisão digital. O sistema de DVB-S é usado através do mundo. O sistema de DVB-C é usado também extensamente durante todo o mundo. O sistema de DVB-T é menos usado extensamente, o desenrolar da televisão terrestre digital durante todo o mundo foi mais lento do que o satélite digital e o cabo.

Países que adotaram o sistema

Áustria inicia serviços DVB-T e MHP

Em 26 de outubro 2006, a Áustria começou a implementação de serviços de TV Digital com o modelo de TV terrestre, pelo qual 95 por cento da população receberá os novos serviços digitais quando da data do desligamento do sistema analógico em 2010. A Fase 1 da implementação dos serviços DVB-T em Viena e nas capitais provinciais, incluindo as áreas próximas, traz os novos serviços DTTV à maioria do público austríaco. No início deste ano, o governo austríaco concedeu à ORS, uma rede de televisão, licença para lançar os serviços DTT na Áustria. A empresa empregou 11 transmissores DVB-T para o lançamento do MUX A de modo a atingir 70 por cento da população com 3 serviços de programas de televisão da rede estatal (ORF1, ORF2) e serviço comercial da ATV. Além disso, já está disponível uma segunda versão regional da OFR2. O DVB-T é vantajoso com relação à transmissão analógica, principalmente o recurso de MultiText, no qual aplicações interessantes usam MHP para oferecer várias possibilidades aos telespectadores. O Teletext analógico do país é um serviço de informações conhecido e muito procurado, que migrou na forma de um serviço baseado em multimídia chamado MHP MultiText. A Áustria é o primeiro país do mundo a usar MHP v.1.1.2. O serviço contém novos recursos, como imagens integradas, função PiP e alto uso. A Agência Reguladora Austríaca para Televisão e Telecomunicações (RTR-GmBH) oferece um subsídio de 40 euros para os primeiros cem mil domicílios que comprarem as caixas com MHP. Há também um subsídio para famílias de baixa renda para a compra das caixas receptoras. A RTR-GmBH acredita que este incentivo provocará queda no preços das caixas num estágio inicial, e assim, todos os domicílios serão beneficiados.

Filipinas escolhem DVB-T

A Comissão Nacional de Telecomunicações das Filipinas publicou uma minuta de um conjunto de Normas e Regulamentos para Serviço de Transmissão de Televisão Digital Terrestre (DTT), apontando o DVB-T como o único padrão de transmissão de televisão digital terrestre para o país. A NTC é o órgão regulador filipino para transmissões e telecomunicações e a minuta de Memorando com a escolha do DVB-T e as condições para o lançamento dos serviços DVB-T nas Filipinas, surgem após deliberações de um grupo inter-setorial chamado Grupo Técnico de Trabalho para Transmissão de Televisão Digital Terrestre. O grupo examinou as alternativas como ATSC e ISDB e recomendou o DVB-T por apresentar “vantagens em termos de transmissão/rede terrestre, interoperabilidade com outras aplicações de tecnologia, capacidade comprovada para recepção terrestre móvel, capacidade atender satisfatoriamente o problema de multipath/fantasma, e sua capacidade de suporte a redes de freqüência única”.

Mapeamento Global da adoção de Normas DVB.

Mapa Mundial DVB-T

Mapa Mundial DVB-S

Mapa Mundial DVB-C

Referências Bibliográficas