1 Νοεμβρίου 2010 03:00

FEC – BER – Bitrate – Symbol rate

Οι έννοιες της δορυφορικής μετάδοσης

Γράφει: Αργύρης Νομικός

Featured | Παρακάτω θα μιλήσουμε για τις έννοιες που συναντάμε διαρκώς στη συναναστροφή μας με τη δορυφορική τηλεόραση. Οι έννοιες αυτές καθορίζουν κατά πολύ την ποιότητα του ψηφιακού σήματος και η κατανόησή τους βοηθάει στην καλύτερη αντίληψη της δορυφορικής μετάδοσης.

Ο θόρυβος στην ψηφιακή τηλεόραση σε σχέση με το θόρυβο της αναλογικής, έχει τεράστια διαφορά, αφού η βασικότερη πηγή “ψηφιακού θορύβου”, είναι η πιθανότητα εμφάνισης σφάλματος στα μεταδιδόμενα bits. Ως γνωστόν, το ψηφιακό σήμα μεταδίδεται με συνδυασμούς των bits 0 και 1, που αντιπροσωπεύουν στην πραγματικότητα δύο διαφορετικές τάσεις. Οι συνδυασμοί αυτών των δύο τάσεων, δημιουργούν το bitstream της πληροφορίας. Ο θόρυβος σε αυτήν την πληροφορία έχει ως αποτέλεσμα ένα 0 να εκληφθεί σαν 1 (ή αντίστροφα) και αυτό δημιουργεί το σφάλμα (error). Είναι λογικό ότι όσο ισχυρότερο είναι το σήμα, τόσο λιγότερα σφάλματα εμφανίζει, αφού λόγω ισχύος επηρεάζεται λιγότερο από εξωγενείς παράγοντες. Παρόλα αυτά, τα σφάλματα του ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος είναι πολλά και γι αυτό το λόγο έχουν προταθεί και εφαρμόζονται μέθοδοι διόρθωσης λαθών.

FEC
To FEC (Forward Error Correction) είναι μια διαδικασία, με την οποία, σε ένα ψηφιακό προς μετάδοση σήμα, προστίθεται μια πρόσθετη πληροφορία, γνωστή σαν check bits. Ο δέκτης αναλύει την πληροφορία των check bits για να εντοπίσει και να διορθώσει τα σφάλματα. Μια ομάδα από bits ονομάζεται στην ψηφιακή γλώσσα  «word» (λέξη). Όλα τα συστήματα διόρθωσης λαθών, προσθέτουν συγκεκριμένα «γράμματα» υπό μορφή bits, σε αυτήν την ψηφιακή «λέξη», δίνοντάς της έτσι συγκεκριμένη δομή. Αν η δομή αυτή δεν ανιχνευθεί κατά τη λήψη, σημαίνει ότι υπάρχουν σφάλματα, τα οποία διορθώνονται μέσω αλγορίθμων διόρθωσης, ώστε να επαναφέρουν τη «λέξη» στη σωστή δομή της. Η πληροφορία ελέγχου, στη συνέχεια απομακρύνεται και τα δεδομένα που παραμένουν, μετατρέπονται στην ωφέλιμη πληροφορία ήχου, εικόνας ή δεδομένων.

Ο σκοπός του FEC είναι να μειώσει τα σφάλματα μετάδοσης από θόρυβο και να ελαχιστοποιήσει έτσι την απαιτούμενη ισχύ που χρειάζονται τα συστήματα επικοινωνίας.  Αυτό το πετυχαίνει, όπως είπαμε, προσθέτοντας μια προσεκτικά σχεδιασμένη πληροφορία, στα δεδομένα (data) που εκπέμπονται από το κανάλι. Η διαδικασία πρόσθεσης αυτής της πλεονάζουσας πληροφορίας είναι γνωστή σαν channel coding και αποτελείται από δύο βασικές κωδικοποιήσεις, την Convolutional και την Block. H Convolutional κωδικοποίηση, εφαρμόζεται σε σειριακά δεδομένα, σε ένα ή μερικά bits κάθε φορά, ενώ η Block εφαρμόζεται σε μερικές εκατοντάδες bytes, που διαμορφώνουν ένα λογικό μήνυμα (block).

H Convolutional κωδικοποίηση με αποκωδικοποίηση Viterbi, είναι μια τεχνική FEC, που εφαρμόζεται σε κανάλια, όπου το σήμα τους επηρεάζεται κυρίως από ένα τύπο θορύβου, ο οποίος ονομάζεται Gaussian Noise (AWGN). Αυτός ο τύπος θορύβου έχει χρονική κατανομή τάσης, που περιγράφεται από τη μαθηματική στατιστική κατανομή Gauss.

Τα τελευταία χρόνια, για βελτίωση της απόδοσης του συστήματος, ακολουθείται μια πιο πολύπλοκη τεχνική, που συμπεριλαμβάνει και κωδικοποίηση Reed-Solomon. Τα πλεονεκτήματα των αλγορίθμων Reed-Solomon, είναι ότι χρησιμοποιούν τα ελάχιστα δυνατά check bits, αποκωδικοποιούνται ευκολότερα και επιτρέπουν πρόσθετους τύπους διορθώσεων (erasure), που τα άλλα συστήματα δυσκολεύονται ή αδυνατούν.

Τυπικά, η πληροφορία προς μετάδοση, κωδικοποιείται πρώτα με τον αλγόριθμο Reed-Solomon και εν συνεχεία με Convolutional κωδικοποίηση. Στην αποκωδικοποίηση, χρησιμοποιείται πρώτα ο αλγόριθμος Viterbi και εν συνεχεία o Reed-Solomon. Αυτή είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται από τα περισσότερα, αν όχι όλα τα δορυφορικά (DBS) συστήματα και σε αρκετά από τα VSAT συστήματα.

Πρόσφατα, μια καινούρια τεχνική, γνωστή και ως turbo coding, που θεωρητικά προσφέρει καλύτερα αποτελέσματα από τις Viterbi και Reed-Solomon, έχει αρχίσει να εφαρμόζεται σε ορισμένα συστήματα.


FEC
Rate
Θεωρητικά, όσο μεγαλύτερος αριθμός Check Bits προστίθεται στο σύστημα, τόσο καλύτερα αποτελέσματα έχει. Στην πράξη όμως, αν προσθέσουμε πολλά check bits, αφενός υπάρχει αυξημένη πιθανότητα να γίνουν τα ίδια πηγή σφάλματος, αφετέρου καταναλώνουμε πολύτιμο bandwidth, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ωφέλιμη πληροφορία. Το FEC Rate είναι ένας λόγος, που δείχνει τον αριθμό των bits ωφέλιμης πληροφορίας, προς το συνολικό αριθμό bits (πληροφορία και πρόσθετα check bits). Για παράδειγμα, FEC rate 1/2 σημαίνει ότι για κάθε bit πληροφορίας, προστίθεται και ένα check bit. Οι αντίστοιχοι λόγοι 2/3, 3/4, 7/8, δείχνουν ότι μειώνεται ο αριθμός των check bits στο συνολικό bitrate. Σαν γενικό κανόνα, μπορούμε να πούμε ότι αν υπάρχει πλεόνασμα bandwith, προστίθενται περισσότερα  check bits (FEC rate 1/2, 2/3), ενώ αν έχουμε πλεόνασμα ισχύος, προστίθενται λιγότερα check bits (FEC rate 3/4, 7/8). Στην πραγματικότητα βέβαια, η επιλογή FEC rate είναι πάντα συνάρτηση bandwidth και ισχύος και αν αναρωτιέται κάποιος γιατί και ισχύος, αναφέρουμε ότι όσο μεγαλύτερη ισχύ έχει το σήμα, τόσο λιγότερο θα επηρεάζεται από τυχαίους θορύβους, επομένως θα θέλει και λιγότερες διορθώσεις λαθών.

BER
Το BER (Bit Error Rate) ως έννοια, είναι ο λόγος των σφαλμάτων, προς το συνολικό αριθμό των bit, αλλά εκφράζει επίσης και το μέτρο της επάρκειας ενός FEC συστήματος. Είναι πραγματικά σημαντικό το πόσο αλλάζει το BER, πριν και μετά το FEC. Αν για παράδειγμα, μετρήσουμε το BER πριν το FEC και βρούμε μια τυπική τιμή γύρω στο 10-2,  που σημαίνει 1 σφάλμα ανά 100 bits, η μέτρηση αυτή μειώνεται δραματικά μετά το FEC σε 10-4, που σημαίνει 1 σφάλμα ανά 10.000 bits.
Το BER μπορεί ακόμα να ορισθεί και με τον όρο της πιθανότητας σφάλματος POE (Propability of error), που δίνεται από τη συνάρτηση στα αριστερά, όπου erf είναι η συνάρτηση θορύβου, Eb είναι η ενέργεια ενός bit και No είναι η φασματική πυκνότητα (spectral density) της ισχύος του θορύβου, που αντιπροσωπεύει με απλούστερα λόγια, την ισχύ του θορύβου σε bandwidth 1Hz.

Bitrate (
BR) και Symbol Rate (SR)
Σε οποιοδήποτε βίντεο σήμα, το bitrate (BR) δείχνει τον αριθμό των bits ανά δευτερόλεπτο. Όσο μεγαλύτερο είναι το bitrate, τόσο περισσότερη πληροφορία υπάρχει στο σήμα, επομένως η μέτρηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει και το βαθμό συμπίεσής του. Όσο μεγαλύτερο είναι το bitrate, τόσο λιγότερο έχει συμπιεστεί το σήμα και, φυσικά, τόσο καλύτερη ποιότητα έχει. Αναφέροντας ορισμένα τυπικά παραδείγματα, λέμε πως το σήμα DV με συμπίεση DCT, έχει bitrate 25Mbps (Megabits/sec), το HDV (High Definition πρότυπo υψηλής ανάλυσης 1080i ή 720p) έχει συμπίεση MPEG-2 και μέγιστο bitrate 25Mbps, ενώ ένα καλό DVD σήμα με συμπίεση MPEG-2 έχει bitrate 6-8Mbps (μπορεί να είναι και μικρότερο, με μεταβλητό V(ariable)BR). Τα πράγματα είναι σαφή, όσον αφορά τα σήματα και την ποιότητά τους στις συσκευές εγγραφής αναπαραγωγής (κάμερες, DVD κλπ), στα δορυφορικά σήματα, όμως υπεισέρχεται και ένας ακόμα παράγοντας, που είναι η μετάδοση. Το αρχικό bitrate του MPEG-2 σήματος θα αλλάξει, από τη στιγμή που θα προστεθούν check bits για το FEC και όλη η πληροφορία θα πρέπει να διαμορφωθεί και να μεταδοθεί με τέτοιο τρόπο, ώστε να «χωρέσει» σε ένα περιορισμένο bandwidth.

Η φέρουσα ενός ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος αποτελείται από παλμούς, που απαρτίζουν ένα συνεχές σήμα. Κάθε παλμός είναι και ένα Symbol. Κάθε Symbol παριστάνει τον αριθμό των μεταδιδόμενων bits. Ανάλογα με τη διαμόρφωση και τα bits, κάθε Symbol μπορεί να είναι 1 ή 2 ή 3 κλπ. Αυτός ο αριθμός των bits/symbol, δημιουργεί μια νέα παράμετρο, που ονομάζεται συντελεστής διαμόρφωσης (modulation factor), συμβολίζεται με m και έχει τιμές για BPSK=1, για QPSK=2, για 8PSK=3 κλπ. Αυτό που τελικά μεταδίδει ο παροχέας, είναι τα Symbols και έτσι δημιουργείται ο ρυθμός μετάδοσης των Symbols, που είναι το Symbol Rate (SR) και μετριέται σε symbols/sec. H σχέση Symbol Rate και Bitrate (BR) δίνεται από τη μαθηματική σχέση:

SR = ΒR / (m x CRv x CRrs)

όπου m είναι ο συντελεστής διαμόρφωσης (για  QPSK=2),  CRv είναι τοViterbi  forward error correction (FEC), δηλαδή 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 και CRrs είναι το Reed Solomοn forward error correction (FEC), με τιμή 188/204.

Επομένως, για να επιτευχθεί η καλύτερη τελική ποιότητα του σήματος, θα πρέπει όλοι αυτοί οι παράγοντες να ληφθούν υπόψη και να βρεθεί η χρυσή τομή. Βέβαια, μετά τις αποδιαμορφώσεις, αλγόριθμους FEC κλπ, αυτό που θα απομείνει είναι το MPEG-2 σήμα, με το αρχικό bitrate που έχει επιλέξει ο παροχέας και αυτό τελικά θα καθορίσει την ποιότητα του σήματος που θα δει ο θεατής. Προσωπικά, όταν καλούμαι να τεστάρω την ποιότητα ενός δορυφορικού μπουκέτου, ασχολούμαι μόνο με την τελική ανάλυση και bitrate (BR) του σήματος που φθάνει στην τηλεόρασή μου, χωρίς να ασχολούμαι με το πώς έγινε η διαμόρφωση τα FEC κλπ.


Μεγαλύτερο Bandwidth… Καλύτερο σήμα.
Ερχόμαστε λοιπόν στο σημείο, στο οποίο έχουμε αναφερθεί πολλές φορές, όπου οι τεχνολογικές ανάγκες συγκρούονται με τις οικονομικές. Όπως είναι προφανές μεγαλύτερη επιλογή Bandwidth ή ισχυρότερο σήμα, θα έχει σαν αποτέλεσμα καλύτερη ποιότητα στο θεατή. Η επιλογή αυτή είναι στην κρίση των poviders και πιο συγκεκριμένα …στο πορτοφόλι τους, αφού αν πλήρωναν για παράδειγμα, μεγαλύτερο bandwidth, θα μπορούσαν να μεταδώσουν και υψηλότερο αρχικό bitrate, επομένως και καλύτερη ποιότητα σήματος.

ΑΛΛΑ ΑΡΘΡΑ ΣΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

  • ENGEL 2.20m  

    ENGEL 2.20m  

    Η εταιρεία Astra Sat ανακοινώνει νέα παραλαβή δορυφορικών κατόπτρων αλουμινίου 2,20 μέτρων. Πρόκειται για prime focus παραβολικά κάτοπτρα της Engel, τα οποία έχουν διάμετρο 220 εκατοστών, βάρος αν...
  • IKUSI SZB+550

    IKUSI SZB+550

    Το πακέτο «Άρης» είναι ένα πλήρες Modular Headend IKUSI με τη σειρά SZB+550, με 3 μονάδες SZB+550, μαζί με το κατάλληλο τροφοδοτικό και τη βάση του. Το συγκεκριμένο πακέτο είναι το πιο δημοφιλές α...
  • AVM WireGuard

    AVM WireGuard

    Η πρόσβαση στο FRITZ!Box, το σύστημα NAS ή άλλες συσκευές του οικιακού δικτύου εν κινήσει, μπορεί να γίνει δυνατή με ένα ασφαλές εικονικό ιδιωτικό δίκτυο (VPN). Με τη νέα δυνατότητα WireGuard της ...
  • ANGA PS-6800ACT

    ANGA PS-6800ACT

    Η εταιρεία STAM Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου ANGA PS-6800ACT, το οποίο είναι ένα εργαλείο ειδικά σχεδιασμένο για εγκαταστάτες συστημάτων παρακολούθησης. Πρόκειται για ένα φορητό C...
  • MELICONI AMP 200 

    MELICONI AMP 200 

    Ο ψηφιακός ενισχυτής σήματος της Meliconi, ενισχύει πάνω από 10 φορές (20dB) το αναλογικό ή ψηφιακό τηλεοπτικό σήμα που προέρχεται από μια εξωτερική κεραία. Αυτό επιτρέπει στο σήμα να διανεμηθεί σ...
  • FAGOR AML 920 DC kit

    FAGOR AML 920 DC kit

    Σε διαθεσιμότητα από την AMF Electronics ο ενισχυτής ιστού AML 920 DC της Fagor που ανήκει στη σειρά MASTIO. Πρόκειται για έναν επαγγελματικό ενισχυτή που έχει ενσωματωμένο φίλτρο LTE 700MHZ και ε...
  • <strong>TRIAX TDcH Compact Headend 22STC-I</strong>

    TRIAX TDcH Compact Headend 22STC-I

    Κατασκευασμένο τόσο για τοποθέτηση σε τοίχο, όσο και για rack 19", το TDcH 22STC-I είναι εξοπλισμένο με 4 εισόδους DVB-S/S2, 1 είσοδο DVB-T/T2/C, 16 transmodulators DVB-S2X, 6 transmodulators DVB-...
  • FRITZ!OS 7.50  – Ανακοινώθηκε στην IFA 2022 η νέα έκδοση λογισμικού

    FRITZ!OS 7.50  – Ανακοινώθηκε στην IFA 2022 η νέα έκδοση λογισμικού

    Στην έκθεση IFA 2022 που έγινε στο Βερολίνο, η AVM ανακοίνωσε την κυκλοφορία της νέας έκδοσης του λογισμικού FRITZ!OS, που είναι η 7.50. Η ολοκληρωμένη ενημέρωση FRITZ!OS 7.50 θα φέρει περίπου 100...
  • <strong>INFOMIR MAG522W3 – </strong><strong>Νέο</strong><strong> MAG </strong><strong>με</strong><strong> </strong><strong>ενσωματωμένο</strong><strong> Wi-Fi 2T2R ac</strong>

    INFOMIR MAG522W3 – Νέο MAG με ενσωματωμένο Wi-Fi 2T2R ac

    Η εταιρεία TRONIX ανακοινώνει την παραλαβή του νέου μοντέλου της Infomir, του MAG 522W3. Πρόκειται για την τροποποιημένη έκδοση του μοντέλου MAG522 που περιλαμβάνει ενσωματωμένη μονάδα Wi-Fi διπλή...
  • <strong>Επαναφορτιζόμενοι φακοί υψηλής απόδοσης</strong><strong> </strong><strong>8009 / 8061 / 9021</strong><strong></strong>

    Επαναφορτιζόμενοι φακοί υψηλής απόδοσης 8009 / 8061 / 9021

    Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή μιας νέας σειράς επαναφορτιζόμενων φακών που είναι ιδανικοί για διάφορες χρήσεις σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους. Πρόκειται για τα μοντέλα...
  • <strong>Lemco – </strong><strong>Εκπαιδευτικά σεμινάρια 2022</strong>

    Lemco – Εκπαιδευτικά σεμινάρια 2022

    Στο πλαίσιο της διαρκούς ενημέρωσης για νέες τεχνολογικές λύσεις, η Lemco διοργανώνει διαδικτυακά σεμινάρια (webinars) με την παρακάτω θεματολογία: · Νέα σειρά headend - Compact Line 2 · IPT...
  • Astra Sat – συμμετοχή στην ENERGIA.TEC

    Astra Sat – συμμετοχή στην ENERGIA.TEC

    Η εταιρεία Astra Sat ανακοινώνει ότι θα συμμετέχει στην 4η ENERGIA.TEC, η οποία θα πραγματοποιηθεί από τις 21 έως τις 23 Οκτωβρίου στο εκθεσιακό κέντρο M.E.C. στην Παιανία και αναμένεται να ξεπερά...

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

  • Κυκλοφορεί το τεύχος Οκτωβρίου 2022 του περιοδικού “Ψηφιακή Τηλεόραση” μαζί με το “Security Report”

    Κυκλοφορεί το τεύχος Οκτωβρίου 2022 του περιοδικού “Ψηφιακή Τηλεόραση” μαζί με το “Security Report”

    Το νέο τεύχος Οκτωβρίου 2022 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας. Μετά από έ...
  • Αθλητικός τηλεοπτικός χάρτης 2022-23

    Αθλητικός τηλεοπτικός χάρτης 2022-23

    Μετά από ένα τηλεοπτικά κενό καλοκαίρι που πέρασε χωρίς τη διεξαγωγή κάποιας από τις σπουδαίες διεθνείς διοργανώσεις που παραδοσιακά πραγματοποιούνται τέτοια εποχή, φτάσαμε στη νέα αθλητική σεζόν ...
  • Semi-Automated Offside Technology

    Semi-Automated Offside Technology

    Όπως επιβεβαίωσε επίσημα η FIFA, μια νέα τεχνολογία που βασίζεται σε τεχνητή νοημοσύνη (AI) θα χρησιμοποιηθεί στο Παγκόσμιο Κύπελλο του Κατάρ, το οποίο θα διεξαχθεί από 21 Νοεμβρίου έως 18 Δεκεμβρ...
  • OPPO Reno7 Lite 5G

    OPPO Reno7 Lite 5G

    Η κινέζικη εταιρεία OPPO, ένας από τους μεγαλύτερους στον κόσμο κατασκευαστές smartphone, κάνει την είσοδό της στην ελληνική αγορά με την παρουσίαση ενός νέου της μοντέλου. Πρόκειται για το OPPO R...
ΤΑ ΠΑΝΤΑ
ΓΙΑ ΤΗΝ
ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ
ΨΗΦΙΑΚΗ
ΚΑΙ HD TV

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ
LIBRA PRESS
Καυκάσου 145, Αθήνα, 11364



ΕΝΗΜΕΡΩΤΙΚΑ ΔΕΛΤΙΑ


Digitaltvinfo.gr - Τα πάντα για τη δορυφορική, ψηφιακή και HD TV
Libra Press © Copyright 2022 | All Rights Reserved
Dual Design