Ψηφιακές μεταδόσεις τηλεοπτικού σήματος

Τα τηλεοπτικά κανάλια δορυφορικής και επίγειας λήψης που παρακολουθούμε στην τηλεόραση συνοδεύονται από ορολογίες με τις οποίες έχουν πλέον εξοικειωθεί οι περισσότεροι, χωρίς όμως να γνωρίζουν και τι ακριβώς αντιπροσωπεύουν. Στα μεγάλα πολυκαταστήματα μάλιστα, τα χαρακτηριστικά μιας σύγχρονης τηλεόρασης ή ενός δέκτη που παρουσιάζονται…

Τα τηλεοπτικά κανάλια δορυφορικής και επίγειας λήψης που παρακολουθούμε στην τηλεόραση συνοδεύονται από ορολογίες με τις οποίες έχουν πλέον εξοικειωθεί οι περισσότεροι, χωρίς όμως να γνωρίζουν και τι ακριβώς αντιπροσωπεύουν. Στα μεγάλα πολυκαταστήματα μάλιστα, τα χαρακτηριστικά μιας σύγχρονης τηλεόρασης ή ενός δέκτη που παρουσιάζονται από τον πωλητή περιλαμβάνουν τους όρους DVB και MPEG, χωρίς όμως να κάνουν σοφότερο τον επίδοξο αγοραστή που δεν κατέχει σχετικές γνώσεις. Θεωρήσαμε ενδιαφέρον λοιπόν να σας παρουσιάσουμε ένα άρθρο, στο οποίο θα περιγράψουμε με απλά λόγια τι σημαίνουν αυτοί οι όροι.

Οι ψηφιακές μεταδόσεις τηλεοπτικών σημάτων καλύπτουν συγκεκριμένες τεχνικές προδιαγραφές, οι οποίες βασίζονται σε διεθνώς συμφωνημένα πρότυπα. Για τις εκπομπές των δορυφορικών, επίγειων και καλωδιακών προγραμμάτων χρησιμοποιείται το ψηφιακό πρότυπο DVB, ενώ το σήμα τους διαμορφώνεται και συμπιέζεται με τεχνολογία που βασίζεται στον αλγόριθμο MPEG, ώστε να απαιτούν μικρό εύρος ζώνης, αλλά και να μη χάνεται η ποιότητά τους.

Τι είναι το DVB;

Το DVB (Digital Video Broadcasting) σημαίνει ψηφιακή μετάδοση βίντεο και είναι ένα σύνολο διεθνώς ανοικτών προτύπων για την ψηφιακή τηλεόραση. Τα πρότυπα DVB στηρίζονται στο DVB Project, μια διεθνή βιομηχανική κοινοπραξία με περισσότερα από 270 μέλη και δημοσιεύονται από την Ευρωπαϊκή Τεχνική Επιτροπή (JTC) του Ευρωπαϊκού Ινστιτούτου Τηλεπικοινωνιακών Προτύπων (ETSI), την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης (CENELEC) και την Ευρωπαϊκή Ένωση Ραδιοφωνίας (EBU). Τo DVB χρησιμοποιείται για τη διανομή δεδομένων σε δορυφορική, καλωδιακή και επίγεια ψηφιακή τηλεόραση. Για την ακρίβεια, αναφέρεται στη μετάδοση ψηφιακού video και περιλαμβάνει διάφορα συστήματα μετάδοσης. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει τα δορυφορικά συστήματα DVB-S, DVB-S2 και DVB-S2X, τα καλωδιακά συστήματα DVB-C και DVB-C2, τα συστήματα επίγειας ψηφιακής μετάδοσης DVB-T και DVB-T2, καθώς και το DVB-H που αναφέρεται στην επίγεια ψηφιακή μετάδοση για mobile συσκευές και δε θα μας απασχολήσει εδώ. Τα πρότυπα αυτά χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση δεδομένων σε ροές μεταφοράς (transport streams) MPEG με κάποιους πρόσθετους περιορισμούς (DVB-MPEG). Διαφέρουν δε μεταξύ τους, κυρίως στα χρησιμοποιούμενα σχήματα διαμόρφωσης και στους κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων που οφείλονται στους διάφορους τεχνικούς περιορισμούς. Σε σχέση με την παλαιότερη αναλογική, η ψηφιακή εκπομπή DVB μεταδίδει περισσότερα τηλεοπτικά προγράμματα μέσα από ένα αναμεταδότη, ενώ έχει δυνατότητα να προσφέρει υψηλότερη ποιότητα εικόνας και πολυκάναλο ήχο, εκπομπή ψηφιακών πληροφοριών όπως τον ηλεκτρονικό οδηγό προγράμματος, καθώς και υβριδικές υπηρεσίες (HbbTV) που εκπέμπουν παράλληλα με το γραμμικό πρόγραμμα των τηλεοπτικών καναλιών, όπως αυτές της ΕΡΤ Hybrid στη χώρα μας.

DVB-S / DVB-S2 / DVB-S2X

Το DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite) ξεκίνησε το 1995 και είναι η αρχική έκδοση του προτύπου DVB που χρησιμοποιήθηκε για την ψηφιακή μετάδοση video μέσω δορυφόρων. Εφαρμόζεται ακόμα και σήμερα σε δορυφορικά κανάλια που εκπέμπουν με συμπίεση MPEG-2 και εικόνα κανονικής ευκρίνειας (Standard Definition), ενώ το δορυφορικό σήμα χρησιμοποιεί για τη μετάδοσή του ψηφιακή διαμόρφωση κατά φάση τύπου QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) και 8PSK, ή κατά πλάτος τύπου 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Το DVB-S2 είναι το πρότυπο δεύτερης γενιάς για την ψηφιακή μετάδοση video μέσω δορυφόρων, το οποίο επικυρώθηκε το Μάρτιο του 2005 και αποτελεί μια βελτιωμένη έκδοση του αρχικού DVB-S. Διαθέτει τεχνολογία που του εξασφαλίζει 30% καλύτερη απόδοση, χρησιμοποιώντας διαφορετικό αλγόριθμο συμπίεσης, ενώ είναι το πιο διαδεδομένο πρότυπο δορυφορικών εκπομπών. Χάρη στο DVB-S2, τα δορυφορικά κανάλια μπορούν να μεταδίδονται με εικόνα υψηλής ευκρίνειας (High Definition), χρησιμοποιώντας τέσσερις τύπους διαμόρφωσης QPSK, 8PSK, 16APSK ή 32APSK, στην πράξη όμως υιοθετούνται από τους παρόχους οι μορφές QPSK και 8PSK. Η συμπίεση του δορυφορικού σήματος βασίζεται στον αλγόριθμο H.264/MPEG-4 AVC, κάτι που επιτρέπει τη μετάδοση video με εικόνα υψηλής ευκρίνειας στο ίδιο εύρος καναλιού με αυτό που χρησιμοποιείται από το DVB-S για την εκπομπή video με συμπίεση MPEG-2 και εικόνα κανονικής ευκρίνειας. Επίσης, έχει παρατηρηθεί ότι αρκετοί πάροχοι μεταδίδουν τηλεοπτικά κανάλια σε μορφή MPEG-2 μέσα από δορυφορικούς αναμεταδότες (transponders) που χρησιμοποιούν το DVB-S2 για την εκπομπή τους.

Το DVB-S2X είναι το πιο σύγχρονο πρότυπο δορυφορικών μεταδόσεων και αποτελεί την επέκταση του DVB-S2. Τυποποιήθηκε από το DVB Project το Μάρτιο του 2014 και αυξάνει την απόδοση του DVB-S2, διαθέτοντας νέες τεχνολογίες και χαρακτηριστικά που καλύπτουν τις ανάγκες δορυφορικών μεταδόσεων UHDTV. Χρησιμοποιεί υψηλότερα σχήματα διαμόρφωσης (64/128/256APSK) και μικρότερα roll-off (5%, 10%, 15%), αυξάνοντας έτσι το διαθέσιμο bandwidth. Επιπλέον, το DVB-S2X υλοποιείται σε συνδυασμό με το H.265/HEVC, το οποίο αποδίδει διπλάσιο ποσοστό συμπίεσης σε σχέση με αυτή του H.264/MPEG-4 AVC. Έτσι, με δεδομένο ότι το μέγεθος ενός UHD καναλιού απαιτεί για την εκπομπή του τετραπλάσιο bandwidth σε σχέση με αυτό ενός HD, με τη χρήση του H.265/HEVC το μέγεθος της απαιτούμενης χωρητικότητας μειώνεται στο μισό. Και μάλιστα, το DVB-S2X ενσωματώνει τεχνολογία σύζευξης καναλιών (channel bonding) που αυξάνει την στατική πολυπλεξία, χρησιμοποιώντας το συσσωρευμένο κέρδος της χωρητικότητας που περισσεύει σε διαφορετικούς transponders, ώστε να γίνεται εφικτή η εκπομπή ενός επιπλέον UHD καναλιού από ένα μεγάλο transport stream.   

DVB-C / DVB-C2

Το DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable) είναι το πρότυπο που χρησιμοποιείται για μετάδοση ψηφιακής τηλεόρασης μέσω καλωδιακής εκπομπής. Το πρότυπο αυτό δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά από το ETSI το 1994 και στη συνέχεια έγινε το πλέον διαδεδομένο σύστημα μετάδοσης ψηφιακής καλωδιακής τηλεόρασης στην Ευρώπη, την Ασία και τη Νότια Αμερική. Χρησιμοποιείται παγκοσμίως σήμερα σε ένα μεγάλο εύρος συστημάτων, από τα μεγαλύτερα δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης (CATV) έως τα μικρότερα συστήματα δορυφορικής κεραίας TV (SMATV). Το σύστημα αυτό μεταδίδει ένα stream ψηφιακού ήχου / ψηφιακού video με συμπίεση MPEG-2 ή MPEG-4, χρησιμοποιώντας διαμόρφωση QAM με κωδικοποίηση διαύλου. Συγκεκριμένα, το DVB-C χρησιμοποιεί διαμορφώσεις 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM και 256QAM, μεταφέροντας καλωδιακά MPEG transport streams με bitrates 6 έως περίπου 64 Mbit/s.

Το DVB-C2 χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 2009 και αποτελεί το δεύτερης γενιάς πρότυπο μετάδοσης ψηφιακής τηλεόρασης μέσω καλωδιακής εκπομπής. Σε σχέση με το αρχικό DVB-C είναι μια βελτιωμένη έκδοση που προσφέρει 30% υψηλότερη απόδοση του φάσματος υπό τις ίδιες συνθήκες, ενώ χρησιμοποιεί έως 4096 QAM διαμόρφωση που επιτρέπει έως 83,1 Mbit/s bitrate σε εύρος ζώνης 8MHz.

DVB-T / DVB-T2

Το DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) είναι το ευρωπαϊκό σύστημα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης, του οποίου οι προδιαγραφές οριστικοποιήθηκαν το 1999. Το πρότυπο αυτό έχει τεράστια απήχηση στην Ευρώπη, ενώ από τις 6 Φεβρουαρίου του 2015 ολοκληρώθηκε η μετάβαση της χώρας μας σε αυτό. Σε σχέση με την αναλογική που γνωρίζαμε μέχρι πριν λίγα χρόνια, η επίγεια ψηφιακή τηλεόραση DVB-T διαθέτει το πλεονέκτημα της ταυτόχρονης εκπομπής πολλών προγραμμάτων μέσα από την ίδια συχνότητα (αναμεταδότη), με πεντακάθαρη εικόνα και ήχο. Μειώνοντας κατά την εκπομπή το λόγο σήματος προς θόρυβο, επιτυγχάνει αποτελεσματικότερη χρήση του φάσματος συχνοτήτων. Στο DVB-T τα τηλεοπτικά κανάλια μεταδίδονται με συμπίεση MPEG-2 ή MPEG-4, ενώ εφαρμόζεται πολύπλοκη μέθοδος διαμόρφωσης COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Η διαμόρφωση αυτή πραγματοποιείται με μια κωδικοποιημένη ορθογώνια πολυπλεξία διαίρεσης συχνοτήτων, εκπέμποντας παράλληλα πολλά πακέτα δεδομένων σε ορθογώνιο σχήμα μεταξύ τους, κάτι που στην πράξη εξουδετερώνει τα σήματα που οφείλονται σε αντανακλάσεις αντικειμένων.

Το DVB-T2 είναι το δεύτερης γενιάς πρότυπο μετάδοσης επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης, το οποίο έχει εφαρμοστεί σε αρκετές χώρες της Ευρώπης από το 2014. Σε σχέση με το DVB-T, χρησιμοποιεί τεχνολογία για την εκπομπή συμπιεσμένου ψηφιακού ήχου, video, και άλλων δεδομένων με υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης. Έχει καλύτερη απόδοση στην εκπομπή καναλιών υψηλής ευκρίνειας και θεωρείται το πρώτο βήμα για την επίγεια μετάδοση UHDTV. Αυτό βασίζεται στο γεγονός ότι το DVB-T2 υλοποιείται σε συνδυασμό με το H.265/HEVC που επιτυγχάνει διπλάσια συμπίεση σε σχέση με αυτή του H.264/MPEG-4 AVC, κάτι που επιτρέπει σε έναν πολυπλέκτη να φιλοξενεί διπλάσιο αριθμό τηλεοπτικών καναλιών.

Τι ισχύει στην Ελλάδα

Στην Ελλάδα δραστηριοποιούνται δύο πλατφόρμες που μεταδίδουν τα προγράμματά τους δορυφορικά, οι Nova και COSMOTE TV, εκπέμποντας το σήμα τους σε μορφή DVB-S2 με συμπίεση MPEG-4. Η καλωδιακή τηλεόραση δεν είναι αναπτυγμένη στη χώρα μας, καθώς δεν υπάρχουν οι ανάλογες υποδομές σε πόλεις ή οικισμούς για να υποστηριχτεί αυτή η μορφή ψηφιακής μετάδοσης. Τα καλωδιακά προγράμματα όμως χρησιμοποιούνται σε χώρους φιλοξενίας με τη χρήση επαγγελματικών Headend, τα οποία διαθέτουν ανάλογο software και hardware για να λαμβάνουν DVB-S/S2 δορυφορικά και να τα διανέμουν στα δωμάτια των επισκεπτών ως DVB-C/C2 καλωδιακά κανάλια. Σε ότι αφορά την επίγεια ψηφιακή τηλεόραση, η χώρα μας προς το παρόν ακολουθεί το πρότυπο DVB-T, ενώ τα τηλεοπτικά κανάλια εκπέμπουν σε MPEG-4. Η μετάβαση στο νεότερο DVB-T2 προϋποθέτει την απόδοση του Ψηφιακού Μερίσματος II (Ζώνη των 700MHz) σε κινητές ευρυζωνικές επικοινωνίες για την ανάπτυξη του 5G, κάτι που προβλέπεται να γίνει μέχρι το 2022. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το DVB-T2 πλεονεκτεί έναντι του απλού DVB-T που χρησιμοποιείται σήμερα στο γεγονός ότι υποστηρίζει τον αλγόριθμο συμπίεσης H.265/HEVC, γίνεται φανερό ότι με την εφαρμογή του θα χρειαστεί η αλλαγή του υφιστάμενου εξοπλισμού λήψης σε κάθε σπίτι. Ιδιαίτερη προσοχή χρειάζεται από εδώ και πέρα στην αγορά νέας τηλεόρασης (κυρίως) ή νέου επίγειου ψηφιακού δέκτη, καθώς δεν αρκεί μόνο να εξοπλίζονται με DVB-T2 tuner, αλλά και να υποστηρίζουν το H.265/HEVC, καθώς το H.264/MPEG-4 δε θα είναι πλέον συμβατό.