Czym jest MPEG ?
MPEG jest standardem, którego nazwa pochodzi od angielskiego skrótu Moving (lub
Motion) Picture Experts Group - jest to organizacja zrzeszająca firmy
zainteresowane tworzeniem standardu kompresji dla transmisji telewizyjnych.
Metoda ta jest bardzo podobna do kompresji JPEG (Joint Picture Experts Group),
przeznaczonej do kompresji obrazu stałego.
Istnieje również standard, znany jako M-JPEG (Moving JPEG), ale używany jest
głównie przez firmy zajmujące sie systemami zabezpieczeń.
MPEG opisuje sposób kompresji danych cyfrowych, bedących ruchomymi obrazami,
takich jak obraz telewizyjny. Standard ten pozwala na kompresję fonii
zsynchronizowanej z video.
MPEG1 jest kompresją używaną na platformie sprzętowej komputerów IBM PC (oraz
innych komputerach) tworząc pliki o rozszerzeniu *.mpg. Xing, Mediamatics, a
także inne firmy dostarczają oprogramowania do tej kompresji. Prawie wszystkie
karty graficzne (oprócz może najtanszych kart PC VGA) dostosowane są sprzetowo
do plików MPEG1. Do odtwarzania tych plików z odpowiednią predkością (25 lub
wiecej klatek na sekunde )zwykle potrzebny jest komputer Pentium PC. MPEG1 nie
jest jednak wykorzystywane w przypadku TV satelitarnej.
Dla celów telewizji satelitarnej i cyfrowej potrzebny był system szybszy i
doskonalszy. Musiał on spełniać nastepujące wymagania: mieć mniejszą tendencje
do efektu pixelizacji, obraz nie mógł pokazywać sie w charakterystycznych dla
MPEG1 blokach, wymagane było zmniejszenie efektu poklatkowego. Wymagania te są
istotne ze wzgledów zarówno technicznych jak i marketingowych.
Obecnie przemysł satelitarny podąża w kierunku zwiekszenia liczby kanałów w
obrebie pasma przenoszenia transponderów. Telewizja analogowa korzysta z pasma
szerokości od 15 do 36 MHz, na której przenoszony są sygnały FM video + audio FM
na dwóch podnośnych dla każdego kanału.
Nadawca pragnie umieszczać 5, 10, lub wiecej kanałów na jednym paśmie cyfrowym.
Pozwala to na obniżenie kosztów transmisji oraz zwielokrotnienie oferty
programowej z pojedynczego satelity. Istotny jest tutaj współczynnik kompresji,
który może bya zmienny w zależności od oczekiwanej jakości obrazu. Jakośa
studyjna np. wymaga transmisji rzedu 12MBit/s, jakośa obrazu dla potrzeb
telewizji - 8MBit/s, VHS - 2MBit/s.Należy pamietać, że wielkość współczynnika
kompresji jest zmienna i powinna być dostosowana do potrzeb odbiorcy obrazu
(kompresja MPEG jest kompresją z utratą danych, a wielkość współczynnika
kompresji decyduje o jakości obrazu kompresowanego tą metodą).
Dane cyfrowe z kilkunastu kanałów, wraz z różnymi kanałami audio (który może
zawierać cyfrowy dźwięk przestrzenny oraz wiele jezyków), mogą bya multipexowane
(łączone) w jeden sygnał MPEG
Istnieje wersja MPEG1.5 bedąca wersją przejściową pomiedzy MPEG1i MPEG 2 Dowolny
odbiornik MPEG2 powinien bya kompatybilny z poprzednimi wersjami (MPEG1 i 2).
Ciekawą właściwością tego systemu kompresji jest brak możliwości kompresji
szumów obrazu i fonii (zapewniają to dopiero nowo wdrażane algorytmy kompresji
MPEG 3 i 4). Aby to zjawisko wytłumaczyć przyjrzyjmy sie nastepującemu
przykładowi: Wyobraźmy sobie film w transmisji MPEG w trakcie którego pokazywany
jest monitor nie podłączony do żadnej anteny, pokazujący wyłącznie szum. Obraz
taki nie może być skompresowany, gdyż jest zupełnie przypadkowy i nie zawiera
żadnych powtarzalnych ani nadmiarowych informacji. Dopiero algorytmy MPEG 3 i 4
mają zawierać możliwość kompresji sygnału w pełni przypadkowego.
Modulacja
Świat rzeczywisty ma postać analogową. MPEG 2 jest sygnałem transportowanym
przez analogową fale radiową. Tradycyjny sygnał telewizji satelitarnej
przekazywany jest metodą modulacji czestotliwości (FM). Podobnie możliwa jest
modulacja fazy fali zamiast jej czestotliwości. Wykorzystywane jest to do zapisu
informacji binarnej. 0 stopni (bez przesuniecia fazy) odpowiada binarnemu 0
natomiast 180 stopni(z odwróceniem fazy) binarnej 1.
W
praktyce trudno jest zachowaa stałośa wychylenia tej fazy. Rozwiązuje sie to
dokonując przesuniecia fazy w stosunku do poprzedniego cyklu, a nie w stosunku
do wzorca. Metoda ta znana jest pod nazwą DPSK (differential phase shift
keying).
Osoby znające metody wykorzystywane w transmisji modemowej wiedzą, że DPSK nie
jest metodą najskuteczniejszą. Istnieją różne metody, które pozwalają na 2 -
4-krotne, lub wieksze zwiekszenie przesyłu danych przy tej samej prędkości.
Metoda QPSK (Quaternary lub Quadrature phase shift keying) wykorzystuje symbole
2-bitowe zamiast 1 bitowych jak to ma miejsce w przypadku DPSK. Opiera sie ona
na 4 możliwych fazach. Unika sie wysyłania fali o przesunieciu 0 stopni aby
uniknąć długich okresów sygnału niemodulowanego, który może powodować problemy
(dość złożone). Natomiast najcześciej wykorzystywanymi przesunięciami fazy są:
45,135,225 i 315 stopni. W ten sposób zyskujemy wiekszą przepustowość sygnału w
bit/s niż dotychczas. Analogicznie metoda może bya rozszerzana do 8 lub 16 lub
wiecej faz. Liczba ta jest jednak limitowana stosunkiem sygnału właściwego do
szumu oraz tolerancją błędów transmisji. Jest to powód dla którego modemy
komputerowe mają problemy z komunikacją po złej jakości łączach i zamiast np.
33Kbit/s redukują predkość do 9600 bit/s.
Inne transmisje cyfrowe mogą nadal wykorzystywać MPEG 2, ale muszą korzystać z
innej metody modulacji niż QPSK. Najcześciej stosowana jest metoda QAM przy
transmisji kablowej (QPSK może tu być wykorzystane jako modulacja kanału
zwrotnego). Natomiast naziemna telewizja cyfrowa bedzie wykorzystywała metodę
CODFM (coded orthoganal digital frequency modulation).
Wybór metody modulacji jest oparty na właściwościach ośrodka w którym emitowany
jest sygnał. CODFM jest metodą odporną na interferencje wielościeżkową
(multipath). Jest to typ zakłóceń` odpowiedzialny za duchy - cienie na ekranach
telewizorów analogowych.
DVB
Podobnie jak w przypadku MPEG istnieje grupa odpowiedzialna za stworzenie
standardu DVB (Digital Video Broadcasting), zrzeszająca instytucje
zainteresowane stworzeniem ujednoliconego standardu transmisji telewizyjnej.
Podobne organizacje istnieją np. wśród producentów komputerów PC (np. standard
VESA PC) DVB został stworzony przez EBU (European Broadcast Union) jako standard
transmisji cyfrowej telewizji
Podstawowe założenia standardu opublikowano i stworzono przy współudziale ETSI
(European Telecommunications Standards Institute) znanego ze stworzenia
standardu telefonii cyfrowej GSM.
W rzeczywistości DVB jest zbiorem standardów dla kilku sposobów transmisji:
DVB-S Satelitarna
DVB-C Kablowa
DVB-T Naziemna
DVB-SI (Specification for Service Information) - wyspecyfikowanym dla potrzeb
serwisów informacyjnych
DVB-CI Common Interface for conditional access - wyspecyfikowana dla potrzeb
warunkowego dostępu (dekoderów)
Dla potrzeb DVB używane są jedynie niektóre z algorytmów kompresji audio i video
MPEG2. Poniżej zdefiniowane są wymagania, jakie musi spełniać IRD (Integrated
Receiver Decoder np. satellite box), aby mógł zapewniać odbiór DVB.
Aby odbiornik telewizji kablowej lub satelitarnej był przystosowany do odbioru
sygnału DVB (DVB Document A001-revision 1) musi spełniać nastepujące cechy:
* System
o Wykorzystuje przesył zgodny z normą MPEG-2 Transport Stream is used
o Informacja serwisowa oparta jest na specyfikacji programowej MPEG2
o Kodowanie zgodne z definicją i normami CA Technical Group
o Dostep warunkowy wykorzystuje deskryptor MPEG-2 CA_descriptor
* Video
o Wykorzystywany jest główny profil poziomu głównego MPEG-2 /Main Profile at
Main Level MPEG-2/ (1.5-15 Mbits/s)
* szybkość zmiany obrazu wynosi 25 klatek na sekundę
Enkodowane obrazy mogą mieć następujące proporcje obrazu:
4:3 (normalny format telewizyjny), 16:9 (format szerokoekranowy "widescreen")
2.21:1 (format kinowy panoramiczny)
o IRD musi zapewnia proporcje obrazu 4:3 i 16:9 oraz opcjonalnie 2.21:1.
o IRD musi zapewnia możliwośa przeliczenia wektorowego obrazu zakodowanego w
formacie 16:9, tak aby mógł być w pełni wyświetlany na monitorze pracującym w
formacie 4:3.
o IRD musi zapewniać możliwość wyświetlenia na całym ekranie obrazów o
rozdzielczości 720 x 576 pixeli oraz 704 x 576 pixeli, bedące nominalną
rozdzielczością pełnego ekranu
o IRD musi zapewniać właściwą konwersje obrazu w celu wyświetlania obrazu na
pełnym ekranie o rozdzielczości 544 x 576 i 480 x 576 oraz nominalnych
wartościach 352 x 576 oraz 352 x 288 pixeli.
Audio
o IRD musi zapewniać wykorzystanie warstw I i II MPEG-2,
o Użycie warstwy II jest rekomendowane dla enkodowanego strumienia bitów.
o IRD musi zapewniać zarówno pojedyncze jak i podwójne kanały, połączone w
sygnał stereo, oraz ekstrakcje pary stereo z kompatybilnych do MPEG-2
multikanałów audio.
o IRD musi zapewniać nastepujące częstości samplingu dźwieku: 32 kHz, 44.1 kHz i
48 kHz
o Enkodowany strumien bitów nie musi być wzmacniany.
Uwaga!!! Amerykanskie odbiorniki
DSS, DirecTV i inne nie są zgodne z DVB, i mogą nie pracować poprawnie w
Europie.
Co to jest Diseq
Diseq - kontroler wyposażenia dla cyfrowej telewizji satelitarnej (Digital Satellite Equipment Controller). Standard ten został wprowadzony przez Eutelsat w celu ułatwienia ustawiania odbiorników satelitarnych. Spowodowane zostało to istnieniem na rynku kilku typów konwerterów - takich jak uniwersalny (Universal), rozszerzony (Enhanced), telekomunikacyjny (Telecom). Dodatkowo, w Europie zaczęto korzystać z innych satelitów, a nie tylko z Astry. Eutelsat zaproponował inteligentny konwerter, który mógł sie komunikować z odbiornikiem.
Odkąd konwerter uniwersalny z oscylatorem o 22KHz przełączniku tonu stał sie
"standardem" (tzw. fullband), zadecydowano sie rozszerzyć użycie sygnału
tonowego 22KHz "presence or absence" do dwukierunkowej komunikacji pomiedzy
odbiornikiem a konwerterem (lub innymi składnikami zestawu antenowego - np.
multiswitche).
W DiSEqC na czestotliwości 22KHz zamiast obecności lub braku sygnału (jak dotąd)
może on przejść w inny tryb pracy (burst - wybuchowy, rozprzestrzeniający sie,
multiple pulse).
Odbiornik wyposażony jest w prosty modem oraz połączony z nim mikrokontroler. W
konwerterze znajduje sie odbiornik DiSEqC. Komunikacja jest możliwa na różnych
poziomach począwszy od podstawowego polecenia "Tone Burst", a kończąc na
poleceniach umożliwionych przez 8-bitowy dostep + format parzystości danych. Nie
wszystkie możliwe kody zostały wprowadzone, co pozwala na późniejsze dodanie
nowych funkcji w przyszłości.
Urządzenie DiSEqC Compatible (mini DiSEqC) to jedynie generator tonowy
wyposażony w 2-stanowy przełącznik.
DiSEqC 1.0 umożliwia przesył jednokierunkowy, od odbiornika do urządzeń
peryferyjnych
DiSEqC 2.0 jest podobny do 1.0, umożliwia jednak komunikacje dwukierunkową.
Właściwość ta może być wykorzystywana do odczytu czestotliwości w LNB.
DiSEqC 3.0 posiada wszystkie poprzednio wymienione cechy. Dodatkowo pozwala na
zewnetrzną kontrolę urządzeń peryferyjnych z możliwością rozpoznawania stanu
każdego z współpracujących urządzeń. W przyszłości pozwoli to na automatyczną
instalację wyposażenia, do której to instalujący bedzie wykorzystywał menu
odbiornika poprzez wybór polecenia "auto - instal". Nastąpi wtedy komunikacja
pomiedzy konwerterem i odbiornikiem, ustalenie kanałów z właściwym lokalnym
oscylatorem (przełączanym pomiedzy wszystkimi czestotliwościami), pozycjonery
zostaną ustawione na prawą pozycje itd... Ułatwi to instalacje systemów
zbiorczych i indywidualnych anten sat. z możliwością kontroli przełączników,
polaryzacji tym podobnych przez "DiSEqC Bus" - zapis ustawień kontroli (a nawet
sygnału) kabli.
Format danych jest tutaj podobny do używanych w nowoczesnych systemach zdalnej
kontroli używanych w TV, VCR, a także odbiornikach satelitarnych.
Wiecej informacji może udzielić Eutelsat. Pomimo, że standard ten został
stworzony tylko dla odbiorników cyfrowych, obecnie zaczyna być stosowany również
w odbiornikach analogowych. Istnieją pewne dodatki do generatorów DiSEqC
pozwalające starszym wersjom sprzętu na wykorzystanie przełączników i innych
urządzeń opartych na standardzie DiSEqC.
Niezbędne wyposażenie
Przede wszystkim potrzebny jest konwerter uniwersalny (full band). Najlepiej
jeżeli jest to konwerter rekomendowany do pracy ze sprzętem cyfrowym. Parametr
konwertera - nawet najlepszy współczynnik szumu podawany przez producenta jest
parametrem szumu dla modulacji FM- czestotliwościowej przy transmisji
analogowej. Transmisja cyfrowa jest modulacją fazy. Wymaga to w konwerterze
niskiego szumu modulacji fazowej, tak aby nie zakłócać pracy modulatora QPSK
(patrz rozdział modulacja).
Konwerter powinien posiadać dwa oscylatory lokalne L.O. jeden 9,75 GHz jako
oscylator domyślny oraz drugi 10,6 jako oscylator uruchamiany sygnałem 22kHz
(sygnałem tonowym).
Przy wyborze odbiornika należy zwrócić uwagę na to, czy nie jest on przeznaczony
wyłącznie do odbioru jednego pakietu, od jednego nadawcy. Cześć odbiorników
przeznaczona jest tylko na jeden pakiet. Tak jest z francuskimi odbiornikami TPS
(Television par Satellite) oraz z obecnymi na rynku tunerami PACE. Cześć
odbiorników mimo tego, że jest przeznaczona na pakiet nadaje sie do odbioru
prawie wszystkiego. Tak jest np. z D-BOX-em - patrz opis niżej....
Oczywiście poważna cześć kanałów jest kodowana. Na dzien dzisiejszy istnieje
kilka systemów kodowania (Modułów Dostępu Warunkowego - Conditional Access
Module - CAM).
Trochę o kodowaniu: DVB-CI - w tym standardzie chciano umożliwić wykorzystywanie przez wszystkich nadawców tego samego systemu kodowania. Nie zgodziła sie na to komisja Unii Europejskiej odpowiedzialna za działania antymonopolistyczne. Jedynie znormalizowane jest złącze modułu. Jeżeli tuner nie jest zablokowany w tym względzie, lub jeżeli moduł nie jest ograniczony do jednego pakietu to można wykorzystywać je elastycznie. Sytuacja jest podobna do zaistniałej w analogowych systemach kodowania. Koegzystować bedzie kilka do kilkunastu systemów kodowania.
IRDETO - wykorzystywany częściowo przez holenderski pakiet Canal+
Digitaal, niemiecki pakiet Premiere (specjalna odmiana, stosowana jedynie przez
tego operatora - Betacrypt), obecnie jest również dostępny system który w
przyszłości zastąpi orginalny system Irdeto, które nie radzi sobie z piractwem -
Irdeto v2
SECA - Tak jak poprzedni, tak i ten system powoli jest zastępowany przez jego nową wersję, zwaną potocznie Seca2. System Seca1 jest jeszcze stosowan przez francuski pakiet AB-Sat i włoski RAI. System ten występuje również pod nazwą Mediaguard.
Viaccess - Nadal dość popularny system, choć już dość dawno
złamany przez amatorów darmowego ogladania, obecnie, stosowany jeszcze częściowo
przez Canal+ Satelitte, TPS+Multivision (specjalna odmiana stosowana jedynie
przez tego operatora tzw. TPSCrypt). System również doczekał się kolejnych
mutacji które mają odciąć możliwość pirackiego oglądania pakietów kodowanych
wcześniej w systemie V1.
Cryptoworks - System stworzony przez koncern Philips Electronic, nadal sprawia niemałe problemy z pirackim dekodowaniem pakietów kodowanych tą metodą. Ostatnio jednak zaczyna nieco przegrywać z amatorami free-tv. Stosowany m.in przez pakiet UPC Direct.
Więcej o systemach kodowania stosowanych w Europie, możesz przeczytać tutaj.
Moduły CAM (Conditional Acces Modules) dekoderów wykorzystują złącze typu PCMCIA
- standard znany z konstrukcji notebooków, Umożliwia to łatwą wymiane modułów
dostepu warunkowego (dekoderów). Nie stanowi problemu zamiana np. Irdeto na
Viaccess. Zajmuje to tylko chwilę.
Uwaga, wymiana modułu jest prosta, jednak nie koniecznie musi on współpracować z
oprogramowaniem odbiornika. Doradzamy poczytać instrukcje. Wszelkich doświadczeń
ze sprzętem dokonują Panstwo na własne ryzyko i odpowiedzialność.
Moduły CAM są na ogół dostarczane z odbiornikiem. Trzeba sie liczyć z tym, że
niektóre odbiorniki celowo pozbawiono możliwości współpracy z innymi systemami
kodowania niż pierwotny.
