SISTEMA DE TRANSPORTE EN TELEVISION DIGITAL

Transcripción

1 SISTEMA DE TRANSPORTE EN TELEVISION DIGITAL Generación y CAD Producción/Postproducción 4:4:4 4:2:2 4:2:0 Audio Flujo de transporte de programa MUX Flujo MPEG-2 Audio digital Compresión Otros datos

2 Sistema Analógico Video Modulador Audio Amplificadores de potencia Un programa por canal de RF Al medio de transmisión Sistema Digital Flujo progr. 1 Flujo progr. 2 Flujo progr. 3 MUX Codificación de Canal Modulación de RF y Amplificación Flujo progr programas por canal de RF

3

4

5 Fuentes para codificación (vídeo, audio, etc.) Codificadores de Aplicación Flujos elementales Empaquetado y Multiplexado de Transporte Formato de Transporte Al Transmisor Reloj Extremo Transmisor

6 Flujos elementales con errores Presentación Decodificadores de Aplicación Desempaquetado y Demultiplexado de Transporte Flujo de transporte con errores Del medio de transmisión Sincronismo Reloj Control de reloj Extremo Receptor 188 bytes 4 bytes Ecabezado de enlace Encabezado de adpatación (longitud variable) Carga útil de información Formato de los paquetes de transporte

7 Byte de sincronismo Identificador de Programa (PID 13 bytes Prioridad de Transporte - 1 bit Indicador de inicio de unidad de carga útil (payload) de información - 1 bit Indicador de error en paquete de transporte Encabezado de adaptación o carga útil de información Contador de continuidad - 4 bits Control de campo de adaptación - 2 bits Control de aleatorización (scrambling) de transporte - 2 bits Encabezado de adaptación Fuente del programa a insertar PID de mapa de programa PID de mapa de programa Actualización de la tabla del mapa de programa Segmentación Flujo de transporte de programas de entrada Segmentación Flujo directo Flujo de transporte de programas de salida Terminación (extracción) de flujo elemental Arquitectura de la inserción de programas

8 Flujo elemental 1 (p. ej. vídeo1) Flujo elemental 2 (p. ej. audio1) Flujo elemental 3 (p. ej. audio2) PID1 PID 2 PID3 Flujo elemental n-1 (p. ej. datos j) Flujo elemental n (p. ej. datos k) PID (n-1) PID (n) Multiplexor Flujo multiplexado de transporte de programa Mapa del flujo elemental (tabla del mapa de programa) PID (n+1) Multiplexado de flujo de transporte de programa Flujo de transporte de programa 1 Flujo de transporte de programa 2 Flujo de transporte de programa 3 Flujo de transporte de programa n Mapa de flujo del programa (tabla de asociación del programa) Multiplexor Múltiplex del nivel de Sistema Múltiplex del nivel del sistema

9 PIDs 1 a "n" PID1 PID2 PIDn Flujos binarios individuales para un programa Flujo binario del sistema PID del mapa de programa PID = 0 Extracción de los PIDs de los flujos binarios elementales Vaciado de otros paquetes de transporte Extracción del PID del mapa del programa (PID del flujo binario que contiene la tabla del mapa del programa) Identificación del programa Demultiplexado de transporte para un programa Receptor de satélite Servidor de vídeo Transmisor de satélite Demultiplexor Remultiplexor Radioenlace de microondas Radioenlace de microondas Codificador MPEG Vídeo local A red troncal de cable Cabecera de cable Combinación de flujos de transporte en TV digital

10 CODIFICACION DE CANAL Constantino Pérez Vega Departamento de Ingeniería de Comunicaciones La codificación n para la detección n y corrección n de errores se designa como codificación n de canal. La codificación n de canal se emplea tanto en transmisión n como en la grabación n digital.

11 Inaceptable Digital Calidad de señal Regular a mala Aceptable Analógico A Buena a muy buena Degradación de la relación s/n con la distancia En los sistemas analógicos la calidad de una señal depende de la relación n señal a ruido (S/N). En los sistemas digitales es más m s frecuente utilizar la tasa de errores o la probabilidad de error. En transmisión n digital los factores que más m s afectan a la tasa de errores son el ruido y los efectos multicamino.

12 Efectos multicamino Producen desvanecimientos rápidos e interferencia entre símboloss

13 Errores en la transmisión El parámetro más m s utilizado suele ser la tasa de errores en bits en función de la relación n portadora/ruido (C/N): Eb C B 10log N0 N Rb E b = Energía a por bit N 0 = Densidad espectral de potencia de ruido en watt/hz B = Ancho de banda en Hz Probabilidad de error 1 POE erfc 2 E b N 0

14 Mejora en la reducción n de la tasa de errores Sin codificación Tasa de errores de bit Con codificación Dirección de mejora en la reducción de errores 4 8 Ganancia de codificación C/N (db) Q Q B A s n B s n A I s r I C D C D Q Magnitud del vector de error Vector de la señal ideal e r Error de fase s n s r Vector de la señal recibida Magnitud del error I

15 Codificación n de canal Codificación n de la forma de onda Transforma la forma de onda de la señal a fin de que el proceso de detección n sea más m s inmune a los errores de transmisión. n. Codificación n mediante secuencias estructuradas Transforma las secuencias de datos en ʺsecuencias mejoresʺ, agregando redundancia.

16 Codificación n de forma de onda: Modulación n digital Supóngase la secuencia: Que puede codificarse mediante símbolos s de dos bits como: Supóngase que a cada símbolo s se le asigna un voltaje, por ejemplo: 00 1V 01 2V 10 3V 11 4V Y supóngase que estos niveles son los voltajes de salida de un modulador cuya entrada son los símbolos s correspondientes y cuyo oscilador funciona a una frecuencia de 1 Hz/símbolo.

17 La salida del modulador para el símbolo s del ejemplo sería: Este tipo de modulación n digital se designa como ASK (Amplitude( Shift Keying), ), con dos bits/hz y es la base de la modulación n QAM. Si esta señal se aplica a un modulador de RF para su transmisión, n, la forma de onda de la señal modulada será:

18 Detección n de errores: Paridad Supóngase que los símbolos s a transmitir se extraen de un alfabeto octal (3 bits/símbolo) Supóngase que se transmite un 2 (010) y que ocurre un error en la transmisión n que ocasiona que en lugar de un 2, el receptor reciba un 3 (011). El receptor no puede ʺsaberʺ que el símbolo s recibido es erróneo y la información n que entregue a la salida será falsa.

19 Paridad Supóngase ahora que al alfabeto octal se le agrega un bit adicional, de modo que el número n de bits 1 por cada símbolo s sea par. Este bit adicional introduce redundancia y no forma parte de la información. n Cuál l es el proceso de detección n de error? TRANSMISION Símbolos de entrada n bits/símbolo Cómputo de paridad n + k bits/símbolo RECEPCION si Da por buenos los n bits del símbolo n' + k' Separación de paridad n' Cómputo de k" paridad k' =k"? no Indicación de error k'

20 La consecuencia inmediata del empleo de la paridad es la expansión n del alfabeto y por tanto el aumento del ancho de banda al transmitir más m s bits por símbolo s de los estrictamente necesarios. El precio para poder detectar errores es el aumento del ancho de banda El empleo de paridad simple en el ejemplo anterior permite la detección de errores, pero no su corrección. Una forma simple de detección n y corrección n es la paridad cruzada, código c cruzado o de producto Supóngase que se tiene el siguiente bloque de datos formado por 4 símbolos de un alfabeto octal: Información Paridad Capacidad de corrección: 1 bit/bloque

21 Código de Hamming (1949) Capaz de detectar hasta dos errores de bit por símbolo. s Capaz de corregir un error de bit por símbolos Regla de Hamming d + p p d = número n de bits de información n o datos p = número n de bits de paridad Generación n de paridad Bits de información Matriz Generadora r = [ ] c = r G = [ ] G G = [I:A] Información Paridad Matriz unitaria [ I ] Matriz de paridad [ A ] c es el símbolo s a transmitir

22 Detección n de errores c = vector de información n transmitida r = vector de información n recibida El receptor (decodificador) conoce la matriz generadora y realiza las operaciones siguientes: H = A T I H Síndrome: s = H r Si s = 0, r = c No es necesaria corrección El código c Hamming es un tipo de código de bloque y se usa extensamente en memorias RAM. Es adecuado cuando los errores son aleatorios. En Televisión: El efecto visual de un error depende de la posición n significativa del bit erróneo. En los sistemas con compresión n puede hacerse que todos los bits sean igualmente significativos. Dado el elevado nivel de compresión n en televisión, un error puede deteriorar la señal de manera importante. En transmisión, n, particularmente terrestre y también n vía v a satélite, ocurren errores en ráfaga r que pueden destruir varios símbolos s contiguos.

23 Tipos de decodificación DECODIFICACION DURA Sin codificación de canal o cuando no se puede corregir el error, la información se entrega al decodificador tal como se recibe, sin intentar ninguna corrección. DECODIFICACION SUAVE El demodulador de canal hace una estimación del símbolo más probable y lo entrega al decodificador Codificador de canal en DVB T Flujo de Transporte Dispersión de Energía Codificador de Bloque (R S) Intercalado externo Al modulador Intercalado interno Codificador convolucional

24 Dispersión n de energía Dos objetivos: Dispersar la energía a de modo que la señal tenga características de ruido blanco. Con esto se reduce la componente de c.c. Esta operación n distribuye los bits de modo que no haya grupos de grandes de unos o ceros. Con esto se reducen los errores en ráfaga. r Permiso (enable) Restablecer (clear) Salida de datos aleatorizados DVB...8 Señal OFDM en el dominio del tiempo

25 Codigo Externo (Bloque) En DVB T T y en DTV (8VSB) se emplean dos códigos c concatenados, uno externo, de bloque, Reed Solomon (R S) y otro interno, convolucional o trellis. El flujo de transporte sobre el que actúa a la codificación n de canal en transmisión n digital de TV está constituído por bloques de 188 símbolos s de 8 bits (bytes). En DVB T T se utilizan 16 bits de paridad y el código c se designa como RS(204,188). Puede corregir hasta 8 bytes erróneos. En DTV, el código c es RS(208,188), con 20 bytes de paridad y capaz de corregir hasta 10 bytes erróneos Efecto de la codificación n de bloque en la probabilidad de error

26 Codificación n de Bloque Bloque de símbolos de mensaje Mensaje Paridad Cómputo de paridad Símbolos de paridad Bloque de datos codificados con protección contra errores Intercalado (Interleaving( Interleaving) Su función n es la de dispersar los símbolos s de modo que los errores en ráfaga afecten al menor número n de símbolos, s generalmente a uno solo. Supóngase la siguiente secuencia de símbolos s transmitidos: ABCDEFGHIJKLMNOP En la transmisión, n, un error en ráfaga r la deja como ABCXXX XXXHIJKLMNOP El decodificador no será capaz de corregir este error. Para evitarlo, la secuencia a transmitir se baraja o intercala. El principio es el siguiente:

27 Se ordena en forma de matriz como: A B C D E F G H I J K L M N O P Y se lee columna a columna, de modo que la secuencia de salida del intercalador será: AEIMBFJNCGKODHLP AEIXXXX XXXXNCGKODHLP AXCDEXGHIXKLXNOP

28 Codificación n convolucional Tiene ʺmemoriaʺ, es decir tiene en cuenta la información n anterior. Los códigos de bloque no tienen memoria y actúan an sólo s sobre la información n presente. V 1 U 1 U 1 U 0 U -1 U -2 V 2 Codificador (2,1,4) 0 bit 00(000) 00(000) 11(100) 00(000) 11(100) 11(010) 00(110) 00(000) 11(100) 11(010) 00(110) 10(001) 01(101) 01(011) 10(111) 00(000) 11(100) 11(010) 00(110) 10(001) 01(101) 01(011) 10(111) 11(000) 00(100) 00(010) 11(110) 01(001) 10(101) 10(011) 01(111) 1 bit 11(100) 11(011) 00(110) 01(010) 01(101) 01(011) 10(111) 10(000) 01(100) 00(010) 11(110) 01(001) 10(101) 10(011) 01(111) 00(000) 11(100) 11(010) 00(110) 10(001) 01(101) 01(011) 10(111) 11(000) 00(100) 00(010) 11(110) 01(001) 10(101) 10(011) 01(111)

29 t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t (00) 0(00) 0(00) 0(00) 0(00) 1(11) 1(11) 001 1(11) 1(11) 0(11) 1(11) 0(11) 0(10) 1(00) 0(10) 1(00) 0(10) (11) 0(11) 1(01) 0(11) 0(11) 100 0(01) 1(10) 1(01) 101 1(00) 1(00) 0(01) 1(00) 1(10) 1(00) 1(01) 0(01) 110 1(10) 1(10) 111 1(10) 0(10) 0(10) El diagrama se repite

30