Πόσα HD κανάλια χωράνε σε ένα επίγειο ψηφιακό stream?

Με αφορμή την πρόσφατη αντιπαράθεση της πολιτείας με τα κανάλια, έχουμε διαβάσει το τελευταίο διάστημα και από τις δύο πλευρές εκτεταμένες τερατολογίες στον γενικό τύπο και στο διαδίκτυο. Το κυριότερο σημείο τριβής εστιαζόταν στον αριθμό των καναλιών που μπορούν να εκπέμψουν σήμερα σε ένα επίγειο ψηφιακό stream. Μέσα σε αυτή την αντιπαράθεση είδαμε την Digea …

Με αφορμή την πρόσφατη αντιπαράθεση της πολιτείας με τα κανάλια, έχουμε διαβάσει το τελευταίο διάστημα και από τις δύο πλευρές εκτεταμένες τερατολογίες στον γενικό τύπο και στο διαδίκτυο. Το κυριότερο σημείο τριβής εστιαζόταν στον αριθμό των καναλιών που μπορούν να εκπέμψουν σήμερα σε ένα επίγειο ψηφιακό stream. Μέσα σε αυτή την αντιπαράθεση είδαμε την Digea να εκπέμπει εσπευσμένα μερικά από τα κανάλια της σε “ποιότητα HD”, ώστε να μπορέσει να “στηρίξει” με παράδειγμα την επιχειρηματολογία της ότι σε χωράνε άνετα 4 κανάλια HD μέσα σε ένα stream.

Φαίνεται ότι το πρόβλημα της αντιπαράθεσης λύθηκε πλέον με την απόφαση του ΣτΕ, την ανάθεση των όρων του διαγωνισμού στο ΕΣΡ και την επιτέλους συγκρότηση του, αφού τα κόμματα κατάφεραν να συνεννοηθούν στην τελευταία διάσκεψη των προέδρων της βουλής και δημιούργησαν την αναγκαία συμφωνία των 4/5 του σώματος.

Οπότε είναι ευκαιρία να δούμε τώρα με ψυχραιμία και μακριά από πολιτικές σκοπιμότητες ποιες είναι οι καλύτερες επιλογές και πόσα πραγματικά HD κανάλια “χωράνε” μέσα σε ένα ψηφιακό stream DVB-T.

Είναι πραγματικά τεράστιο το θέμα με τις βέλτιστες επιλογές των ψηφιακών παραμέτρων εκπομπής, ώστε να επιτύχουμε ανθεκτική εκπομπή και υψηλό bit rate. Θα κάνουμε μια προσπάθεια να αναφέρουμε περιληπτικά τα βασικά και να απαντήσουμε τα παραπάνω ερωτήματα.

Στον πίνακα 1 φαίνονται οι τυπικές τιμές bit rates για τους διαθέσιμους συνδυασμούς διαμόρφωσης, code rate & guard interval, για την ψηφιακή διαμόρφωση DVB–T.
Οι τιμές με έντονο πράσινο είναι αυτές που εκπέμπει η ΕΡΤ και με έντονο μπλε αυτές που εκπέμπει η Digea τα SD κανάλια. Με ανοιχτό πράσινο είναι οι παράλογες τιμές που εκπέμπει «δοκιμαστικά» η Digea τα κανάλια HD και ακριβώς από επάνω πάλι με ανοιχτό πράσινο, ένας λογικότερος αλλά ακόμα όχι ικανοποιητικός συνδυασμός τιμών.
Όπως βλέπουμε υπάρχει ένας πολύ μεγάλος αριθμός πιθανών συνδυασμών των 3 παραμέτρων: διαμόρφωσης, code rate & guard interval, οι οποίοι δίνουν εντελώς διαφορετικές τιμές bit rate.
Οι ακραίες τιμές δίνουν σχεδόν 5 Mbps ανά stream για τον ακραίο συνδυασμό διαμόρφωσης QPSK, CR 1/2, GI 1/4 και σχεδόν 32 Mbps για τον άλλο ακραίο συνδυασμό διαμόρφωσης 64QAM, CR 7/8, GI 1/32.
Η πρώτη σκέψη που μας έρχεται στο μυαλό είναι πως θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε το συνδυασμό που μας δίνει την μεγαλύτερη δυνατή τιμή ροής δεδομένων και αυτό κάνουμε σχεδόν πάντα στα κλειστά (προστατευμένα) καλωδιακά δίκτυα, υπάρχουν όμως βασικές δυσκολίες που περιορίζουν τις επιλογές μας όταν πρόκειται για εκπομπή στον αέρα. Οι κύριες αιτίες είναι οι εξής:

Guard Interval
Σε αρκετές ιστοσελίδες υπάρχουν εκλαϊκευμένα άρθρα το οποίο περιγράφει πως εντοπίζουμε τα προβλήματα που δημιουργούνται στα SFN όταν το Guard Interval είναι μικρό για την περιοχή που εφαρμόζεται.

Με απλά λόγια, όταν το Guard Interval έχει τιμή 1/4, επιτρέπει διαφορετικές διαδρομές σήματος με μέγιστη διαφορά απόστασης 75 Km, σε αντίθεση με το Guard Interval με τιμή 1/8 όπου η μέγιστη επιτρεπόμενη διαφορά διαδρομής είναι 37,5 Km.
Δηλαδή η ΕΡΤ που χρησιμοποιεί Guard Interval 1/4, μπορεί να συγχρονίσει σε ένα σημείο όπου έχουμε λήψη από δύο Κέντρα Εκπομπής με διαφορά διαδρομής από το κάθε κέντρο μέχρι τη λήψη 75 Km, ενώ αντίθετα η μέγιστη απόσταση για την Digea που χρησιμοποιεί Guard Interval 1/8, μπορεί να συγχρονίσει με διαφορές μόνο μέχρι 37,5 Km.
Για την ιστορία να πούμε ότι οι διαθέσιμες τιμές 1/16 & 1/32 είναι σχεδόν αδύνατο να χρησιμοποιηθούν στην πράξη για το Guard Interval σε SFN, αφού οι μέγιστες διαφορές αποστάσεων γίνονται 19 & 9,5 Km αντίστοιχα. Φυσικά για τον ίδιο λόγο είναι αδύνατο να χρησιμοποιηθεί σε εκπομπή στον αέρα και σε SFN το Guard Interval του 1/128 για το DVB-T2, αφού σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για μέγιστες διαφορές διαδρομών της τάξης των 2,5 Km.
Από την άλλη πλευρά, όλες αυτές οι τιμές είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για κλειστά δίκτυα και εκεί τις χρησιμοποιούμε κατά κόρο.

Διαμόρφωση
Από τον πίνακα φαίνεται πως η ροή δεδομένων είναι διπλάσια στο 16QAM σε σχέση με το QPSK, ενώ στα 64QAM η ροή γίνεται τριπλάσια!!!
Η απλή λογική λέει ότι θα έπρεπε πάντα να χρησιμοποιούμε το 64QAM, όμως το 16QAM είναι πολύ πιο ανθεκτικό από το 64QAM και το QPSK ακόμα πιο ανθεκτικό από το 16QAM. Πρακτικά, για να επιτύχουμε την ίδια κάλυψη σε ένα πομπό 64QAM σε σχέση με ένα πομπό 16QAM τοποθετημένο στην ίδια θέση και με το ίδιο διάγραμμα ακτινοβολίας, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ονομαστική ισχύ (και EIRP) κατά 6 dΒ υψηλότερη – δηλαδή τετραπλάσια ισχύ.
Με άλλα λόγια, αν έχουμε δύο ίδιους πομπούς στην ίδια θέση και με ίδιο διάγραμμα ακτινοβολίας, εκ των οποίων ο ένας είναι 64QAM και ό άλλος 16QAM, η εμβέλεια του πρώτου θα είναι ακριβώς η μισή από αυτή του δεύτερου. Έτσι, αν ένας μας δίνει οριακό συγχρονισμό σε απόσταση 20 Km, ο δεύτερος θα μας δώσει τον ίδιο οριακό συγχρονισμό σε απόσταση 40 Km.
Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο όταν έχουμε οριακή λήψη, χάνουμε πρώτα την ΕΡΤ η οποία εκπέμπει με διαμόρφωση 64QAM και μετά τη Digea που εκπέμπει με 16QAM.
Γιατί η ΕΡΤ επιλέγει να εκπέμψει με 64QAM? Μα επειδή πρέπει από ένα stream να δώσει 4 κανάλια SD, ένα HD και 6 ραδιόφωνα!!! Δεν θα μπορούσε να το κάνει διαφορετικά και για αυτό το λόγο έχει σπρώξει όλες τις τιμές στα όρια (20 Mbps με 64QAM, 2/3 & 1/4), χάνοντας αναγκαστικά σε εμβέλεια, αφού οι πομποί της εκπέμπουν στην ίδια ισχύ με αυτών της Digea.
Αντίστοιχα η Digea εκπέμπει χαλαρά τα 4 SD κανάλια της με (16,5 Mbps με 16QAM, 3/4 & 1/8), θυσιάζοντας μάλιστα τον εύκολο συγχρονισμό στο SFN για να κερδίσει μόνο 1,5 Mbps από το GI, το οποίο επιλέχθηκε να είναι 1/8 αντί για το πιο λογικό 1/4.

Code Rate
Κατά τη διαδρομή των δεδομένων σε ένα μέσο και για διάφορες αιτίες χάνονται κάποια από αυτά. Για αυτό το λόγο κάθε ψηφιακή εκπομπή στέλνει μαζί με τα χρήσιμα δεδομένα και ένα σοβαρό αριθμό διορθωτικών δεδομένων και οδηγιών, με σκοπό να μπορέσει το σύστημα λήψης να βάλει στη θέση τους τα δεδομένα που χάθηκαν κατά τη μετάδοση.
Την πραγματική εικόνα για τα χαμένα bit την έχουμε από τις παραλλαγές του BER (Bit Error Rate): CBER (χαμένα δεδομένα πριν τη διόρθωση στη λήψη) & VBER (χαμένα δεδομένα μετά τις διορθώσεις από τα κυκλώματα Viterbi & Reed Solomon).
Το Code Rate είναι λοιπόν η παράμετρος η οποία ορίζει ποια ποσότητα δεδομένων εκπέμπουμε για να βάλουμε στη θέση τους τα δεδομένα που χάθηκαν λόγω της μετάδοσης. Τα κλάσματα δείχνουν το πραγματικό αριθμό χρήσιμων δεδομένων σε σχέση με τα διορθωτικά δεδομένα – δηλαδή 7/8 σημαίνει ότι τα 7/8 των δεδομένων είναι χρήσιμα δεδομένα και το 1/8 (12,5%) διορθωτικά, ενώ το 3/4 σημαίνει ότι το 1/4 (25%) είναι διορθωτικά και το 2/3 σημαίνει ότι το 1/3 (33,3%) είναι διορθωτικά.
Είναι φανερό λοιπόν ότι με δεδομένες σταθερές τιμές στη διαμόρφωση & το Guard Interval, το πραγματικό bit rate ενός stream αυξάνεται η μειώνεται ανάλογα με το Code Rate. Στα κλειστά δίκτυα δεν χρειαζόμαστε ιδιαίτερη προστασία, άρα το 7/8 είναι η κλασσική επιλογή, ενώ στις εκπομπές συνήθως χρησιμοποιείται το 2/3 όταν έχουμε διαμόρφωση 64QAM και το 3/4 όταν έχουμε διαμόρφωση 16QAM.
Σημειώνεται ότι η χρήση του Code Rate 2/3 από την ΕΡΤ είναι δόκιμη, αφού με μικρή σχετικά απώλεια στο bit rate, μας δίνει μια καλύτερη λειτουργία στη διαμόρφωση 64QAM από πλευράς σταθερότητας & εμβέλειας σε σχέση με το 3/4.

Τι κάνουν οι πάροχοι στην Ελλάδα

Μετά τα παραπάνω είναι φανερό ότι ο ακραίος συνδυασμός διαμόρφωσης 64QAM, CR 7/8, GI 1/32 που μας δίνει σχεδόν 32 Mbps και τον χρησιμοποιούμε σχεδόν πάντα στα κλειστά δίκτυα, δεν είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί στον αέρα επειδή η εμβέλεια του θα περιοριζόταν δραματικά αφού δεν είναι καθόλου ανθεκτικός σε θόρυβο, παρεμβολές, ανακλάσεις κλπ.
Για τους ίδιους λόγους ο συνδυασμός 64QAM, 3/4 & 1/8 που έχει χρησιμοποιήσει η Digea για την «ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ» εκπομπή με 4 κανάλια HD, δίνει μεν 24,8 Mbps αλλά ΔΕΝ είναι δόκιμος για κανονική χρήση στο DVB-T, αφού απαιτεί τετραπλάσια ισχύ από αυτόν της κανονικής εκπομπής της Digea για τα SD κανάλια, ώστε να δώσει την ίδια κάλυψη και φυσικά οι πομποί είναι δεδομένοι και ήδη εγκατεστημένοι, δηλαδή η ισχύς τους δεν μπορεί να τετραπλασιαστεί.

Ο συνδυασμός της ΕΡΤ 64QAM, 2/3 & 1/4 που δίνει 19,9 Mbps, είναι ο πλέον συνηθισμένος, ενώ οριακά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από την Digea ο συνδυασμός 64QAM, 2/3 & 1/8 που δίνει 22,1 Mbps, αφού έτσι και αλλιώς έχει «κάψει» το χαρτί του συγχρονισμού στα SFN σε διαφορές αποστάσεων μεγαλύτερες από 37,5 Km.

Συμπερασματικά
Με αυτά τα δεδομένα πολύ δύσκολα χωράνε 3 κανονικά κανάλια HD σε ένα stream, εάν θέλουμε να έχουμε αξιοπρεπή εικόνα HD. Τα 4 πραγματικά HD κανάλια για εκπομπή DVB-T είναι απλά στη σφαίρα της φαντασίας.
Φυσικά η υφιστάμενη «ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ» εκπομπή με 4 κανάλια HD, μόνο περιεχόμενο πραγματικού HD δεν μας δίνει, αφού και το bit rate είναι εξαιρετικά χαμηλό για το κάθε κανάλι, αλλά και η ποιότητα εκπομπής είναι επιεικώς απαράδεκτη για τα περισσότερα από τα κανάλια.
Το πιο λογικό είναι να βάλουμε σε ένα stream δύο ποιοτικά κανάλια πραγματικού HD με συνολικό ρυθμό 19,9 Mbps. Με αυτό τον τρόπο θα μπορούσαν να παίξουν τα HD κανάλια έχοντας το μόνο μειονέκτημα που έχει και σήμερα η ΕΡΤ (χάνεται η λήψη της πιο εύκολα από την Digea), αλλά όσοι έχουν καλή λήψη, θα έχουν αξιοπρεπέστατη εικόνα HD.
Εναλλακτικά θα μπορούσαν προσωρινά να παίξουν στα 22,1 Mbps, εάν είναι αναγκαίο να λειτουργήσουν παράλληλα τα ίδια κανάλια και σε εκπομπή SD, ώστε να δοθεί ένα χρονικό διάστημα στους καταναλωτές να αναβαθμίσουν τηλεοράσεις & STB. Σε αυτή την περίπτωση το περιεχόμενο SD θα βγει με αρκετά χαμηλή ποιότητα (1,5-2 Mbps όπως και τα περισσότερα περιφερειακά σήμερα), απλά για λόγους προσαρμογής της αγοράς.

Αν δεν προκριθεί η ταυτόχρονη εκπομπή και σε SD, τότε στο συνδυασμό 64QAM, 2/3 & 1/8, που μας δίνει 22,1 Mbps θα μπορούσαν να παίξουν 3 κανάλια HD σε κάθε stream, με κάποιο συμβιβασμό στο bit rate του καθενός και το επίπεδο ποιότητας που θα προσφέρουν, ίσως και με μια ελάττωση της ανάλυσης από 1920 x 1080 σε 1440 x 1080.
Εννοείται πως για όλα τα παραπάνω είναι αναγκαία η στατιστική πολυπλεξία, ώστε να αξιοποιείται με τον καλύτερο τρόπο το διαθέσιμο bit rate ανάλογα με τη ροή του περιεχομένου.
Ελπίζουμε ότι τα παραπάνω απλοποιημένα και περιληπτικά, φωτίζουν κάπως το σύνθετο θέμα με τις βέλτιστες επιλογές των ψηφιακών παραμέτρων εκπομπής, ώστε να επιτύχουμε ανθεκτική εκπομπή και παράλληλα το υψηλότερο δυνατό bit rate, βάζοντας στη θέση τους τις τερατολογίες που έχουν δει το φως της δημοσιότητας από εύπιστους δημοσιογράφους, για την εύκολη εκπομπή πολλών δεκάδων καναλιών HD στο πρότυπο DVB-T.

Παρατηρήσεις:

1. Όλα όσα αναφέρονται παραπάνω ισχύουν για το DVB-T το οποίο θα έχουμε στην Ελλάδα τουλάχιστον μέχρι το 2020, ίσως και περισσότερο. Η έλευση του LTE2 θα περιορίσει το φάσμα των UHF κατά 12 ακόμα κανάλια (96 MHz), αλλά θα γίνει μαζί με την αλλαγή του DVB-T σε DVB-T2 το οποίο επιτρέψει μεγαλύτερα bit rate ανά stream και ίσως με χρήση του αλγόριθμου συμπίεσης H.265 που προσφέρει πολύ καλύτερη συμπίεση των δεδομένων από το H.264 που χρησιμοποιούμε σήμερα.Αυτό σημαίνει πως ο περιορισμός των συχνοτήτων το 2020, δεν θα επιφέρει νέο περιορισμό στον αριθμό των καναλιών που θα λειτουργούν μέχρι τότε.
2. Μετά το LTE2 έχει αποφασιστεί ότι θα έχουμε 2 +2 συχνότητες για κρατικά και ιδιωτικά πανελλαδικά κανάλια αντίστοιχα, πιθανολογούμε όμως ότι με τις κατάλληλες διαπραγματεύσεις στους διεθνείς οργανισμούς, θα μπορούσαμε να δεσμεύσουμε τουλάχιστον ένα ακόμα για τα ιδιωτικά (2 + 3).

Να μην ξεχνάμε ότι μέχρι σήμερα είναι διαθέσιμα 2 + 4 streams για τα πανελλαδικά και ανάλογα με την περιοχή 1 έως 3 streams για τα περιφερειακά – δηλαδή συνολικά από 7 έως 9 streams στις διαφορετικές περιφέρειες της χώρας.

{gallery}18554{/gallery}