Y - ramos on

Transcrição

Y - ramos on

Sistema Brasileiro de TV Digital
Fundamentos e o Padrão ISDB-TB
Prof. Dr. Luciano Mendes
Eng. MSc. Juliano Silveira
Eng. Anderson Fagiani
Instituto Nacional de Telecomunicações
Agência Brasileira de Cooperação
[email protected]
[email protected]
[email protected]
1/364
Seminário TV Digital – Santiago, Chile, Novembro 2011
Agenda
• Camadas de um padrão de TV Digital.
• Princípios sobre compressão de vídeo digital.
• Perfis e níveis do MPEG-4.
• Estrutura de Transporte para MPEG.
• Princípios sobre compressão de áudio.
• Estrutura do sistema de transmissão de TV Digital.
• OFDM: princípios, vantagens e desvantagens.
• Camada de transmissão do padrão ISDB-TB.
• Camada de multiplexação do padrão ISDB-TB.
• Rede de Frequência Única.
• Análise de qualidade no sistema ISDB-TB.
• Estrutura dos receptores de TV Digital
2/364
Camadas da TV Digital
Conteúdo
1
Música
Vídeo
0
0
1
0
1
Multiplexação
1
0
1
0
0
1
Dados e
Interatividade
Camada Física
Radiodifusão
Telespectador
1
0
Canal de Interatividade
3/364
Imagem
• Imagem é a representação de uma cena real.
• Cenas em movimento podem ser representadas como
imagens estáticas sucessivas, apresentadas a pequenos
intervalos de tempo.
• Quadro é uma imagem estática, que é apresentada em uma
área finita bidimensional.
4/364
Imagem
• Pixel é o menor elemento de imagem.
• Os pixels possuem intensidade e cor próprias, definidas para
representar a cena com maior realidade.
5/364
Imagem
• Cada quadro corresponde a uma matriz com L linhas e C colunas.
• O número de quadros por segundo depende do padrão estabelecido em
cada país. Valores típicos são: 24Hz, 25Hz, 29,97Hz e 30Hz.
• O sinal de vídeo proveniente de uma câmera colorida é composto por
três componentes: Vermelho, Verde e Azul (RGB).
Vermelho
Magenta
Amarelo
Branco
Verde
6/364
Cyan
Azul
Imagem
• Todas as cores visíveis podem ser obtidas através da combinação
linear destas três cores básicas.
• Portanto, cada pixels da imagem é um vetor com três componentes.
• Cada componente de cor possui 255 níveis diferentes de amplitude, ou
seja, cada pixel pode ter 16 milhões cores distintas.
• Portanto, cada pixel possui 24 bits.
7/364
Imagem
• As TVs Preto e Branco utilizam apenas o sinal de luminância
(intensidade de luz) e são incompatíveis com os sinais RGB.
• Os sinais RGB podem ser combinados para obter o sinal de
luminância:
Y  0,257R'0,504G'0,098B'16
• Dois sinais de diferença de cor são necessários para que o sinal RGB
seja recuperado para ser exibido em uma TV colorida.
• Os sinais de diferença de cor são obtidos a partir dos sinais RGB:
Cr  0,439R'0,368G'0,071B'128
Cb  0,148R'0,291G'0,439B'128
• R, G e B podem variar entre 0 e 255.
• Os sinais Y, Cr e Cb também são representados com 8 bits cada.
8/364
Resolução
• A resolução define o número de pixels presentes em cada quadro do
sinal de vídeo.
• Principais resoluções empregadas em sistemas de TV Digital:
 SDTV - 640 x 480
 EDTV - 1280 x 720
 HDTV - 1920 x 1080
 LDTV - 320 x 240
9/364
Relação de Aspecto
• Relação de Aspecto é a razão entre a largura e a altura do quadro.
• Basicamente, existem duas relações de aspecto:
 4:3 – Relação empregada nos sistemas analógicos e SDTV.
 16:9 – Relação empregada no cinema, EDTV e HDTV.
L = 16/9 h
L
L = 4/3 h
(a)
h = 9/16 L
h = 3/4 L
h
(b)
10/364
Exercício
• Encontre a taxa de bits por segundo necessária para transmitir sinais
de vídeo em cada uma das resoluções abaixo, considerando uma taxa
de 30 quadros por segundo.
 SDTV - 640 x 480
 EDTV - 1280 x 720
 HDTV - 1920 x 1080
 LDTV - 320 x 240
• Qual seria a eficiência espectral necessária para transmitir cada um
destes sinais em um canal de 6MHz?
11/364
Princípios de Compressão
• A taxa de bits necessária para representar um sinal de vídeo é muito
elevada.
• Para viabilizar a transmissão de vídeo em um meio de transmissão
limitado em faixa é necessário comprimir o sinal.
• Comprimir consiste em eliminar as redundâncias do sinal, com
distorções controladas na entropia.
• O sinal decodificado deve ter qualidade satisfatória, embora não seja
mais igual ao sinal original.
Redundância
Entropia
Redundância
Entropia
Entropia
Redundância
Compactação
12/364
Compressão
Subamostragem de Cor
• O olho humano é mais sensível à intensidade da luz do que ao seu
comprimento de onda.
• Por isso, é possível subamostrar as cores dos pixels.
Y
Y
Y
Y
CB
CB
CB
CB
Y
CR
Y
CR
Y
CR
Y
CR
CB
CB
CB
CB
Y
CR
Y
CR
Y
CR
Y
CR
CB
CB
CB
CB
Y
CR
Y
CR
Y
CR
Y
CR
CB
CB
CB
Y
CR
Y
CR
Y
CR
Y
CB
CB
CR
Formato 4:4:4
CR
Y
Y
CB
Y
Y
Y
Y
Y
CR
Y
CB
Y
Y
Y
CB
CB
CB
CR
CR
CR
CR
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
CB
CB
CB
CB
CR
CR
CR
CR
Y
Y
Y
Y
Formato 4:2:2
Y
Y
CR
CB
CB
Y
CR
Y
Y
Formato 4:2:0
13/364
Subamostragem de Cor
• Taxa de bits necessária para representar um sinal de vídeo com
subamostragem de cor:
𝑅𝑏 = 𝐿 × 𝐶 × 24 × 𝑓𝑟
𝐿×𝐶
𝐿×𝐶
𝑅𝑏 =
× 24 +
× 8 × 𝑓𝑟
2
2
𝑅𝑏 = 𝐿 × 𝐶 × 16 × 𝑓𝑟
𝐿×𝐶
3
𝑅𝑏 =
× 24 + × 𝐿 × 𝐶 × 8 × 𝑓𝑟
4
4
𝑅𝑏 = 𝐿 × 𝐶 × 12 × 𝑓𝑟
14/364
4:4:4
4:2:2
4:2:0
Exercício
• Determine a taxa de bits necessária para representar um sinal HDTV a
30 quadros por segundo empregando os três esquemas de
subamostragem de cor apresentados.
15/364
Hierarquia no MPEG
• No MPEG, os pixels são organizados em uma hierarquia.
• O menor elemento tratável pelo MPEG é o Bloco, formado por uma
matriz de 8x8 pixels.
Slice
Bloco
Macrobloco
Quadro
16/364
Compressão Espacial
• Tipos de compressão: espacial e temporal.
• Compressão Espacial: reduzir as redundâncias entre as
partes de uma mesma cena.
Blocos com alta correlação
• Ferramentas utilizadas para reduzir a redundância espacial:
Predição Espacial e DCT.
17/364
Predição
• O princípio da estimação consiste em afirmar que um dado pixel pode
ser estimado a partir da combinação linear dos pixels a sua volta.
Varredura horizontal
Pixels
B
C
A
X
D
Varredura vertical
• Ao invés de enviar o pixel X, envia-se somente a diferença entre o
pixel real e a sua predição.
• Se a predição for acertada, então essa diferença será pequena e poderá
ser representada por poucos bits.
• Existem diferentes tipos de predições, sendo as mais comuns as de
primeira, segunda e terceira ordem.
Xˆ  α A  β B  C
18/364
Predição
• A predição de primeira ordem mais óbvia é fazer a=1, b=0 e =0,
resultando em:
Xˆ  A
• A predição de segunda ordem é obtida fazendo-se a=1/2, b=0 e =1/2,
resultando em:
Xˆ  0,5 A  0,5C
• Algumas predições de terceira ordem úteis:
Xˆ  A  B  C
Xˆ  0,75 A  0,5B  0,75C
• Predição adaptativa é aquela em que a regra de definição do valor do
pixel estimado varia de acordo com o valor dos pixels vizinhos.
19/364
Predição
• Tabela com alguns coeficientes de predição e seus resultados.
Coeficientes de predição
Sinais Compostos
Variância
a
b

2
Y
1
1
0,75
0,875
-0,5
-0,5
-0,625
0,5
0,75
0,75
53,1
29,8
27,9
26,3
Cr
1
0,5
0,625
-0,5
-0,5
1
1
0,875
22,6
5,6
4,9
4,7
Cb
1
0,5
0,375
-0,5
-0,25
1
1
0,875
13,3
3,2
2,5
2,5
20/364
DCT
• O quadro já com os predição espacial ainda possuem uma quantidade
elevada de redundâncias.
• Essas redundâncias podem ser removidas no domínio da frequência.
• Tipicamente, uma imagem possui apenas componentes de baixa
frequência com amplitudes significativas.
• Para explorar esta característica, o MPEG emprega a seguinte técnica:
 Aplica-se a DCT em cada bloco do quadro.
 Divide-se o bloco no domínio da frequência por uma matriz Q.
 Arredonda-se o resultado para o inteiro mais próximo.
 Compacta-se o resultado do arredondamento.
• Como as posições de elevada frequência possui valores pequenos,
então a quantidade de zeros resultantes deste processo será elevada,
aumentando a eficiência do algoritmo de compactação
21/364
DCT
Bloco: 8x8 pixels
Y: 8x8 pixels
22/364
DCT quantizada
DCT
• Cômputo da DCT:
7 7
1
 2 x  1u 
 2 y  1v 
F (u, v)  CuCv   f x, y cos 
cos



4
16
16

x 0 y 0
1
2
1
Cv 
2
Cu 
para u  0, Cu  1 caso contrário
para v  0, Cv  1 caso contrário
• Cômputo da IDCT
1 7 7
 2 x  1u   2 y  1v 
f ( x, y)    Cu Cv F u, v cos 
cos 


4 u 0 v 0
 16
  16
23/364
DCT
• A qualidade do processo de compressão pode ser medida através do
erro quadrático médio:
7
7
2


Ye
(
x
,
y
)

Y
(
x
,
y
)

MSE 
x 0y 0
64
• Quanto maior for o erro quadrático médio, mais visíveis são os efeitos
da compressão.
24/364
Compressão Temporal
• As mudanças entre os pixels de um quadro para o outro são
sutis, o que significa que diversos pixels são repetidos ao
longo do tempo.
• A compressão temporal visa aproveitar esta correlação, de
tal modo que os pixels não sejam transmitidos novamente
entre quadros sucessivos.
25/364
Estimação de Movimento
• A Estimação de Movimento é a técnica empregada para descobrir qual
é a posição do pixel no quadro anterior.
• Se a Estimação de Movimento estiver correta, então a diferença entre
o pixel do quadro atual e o pixel do quadro anterior será pequena.
Quadro anterior
• Ao invés de se transmitir o pixel do
quadro atual, transmite-se a diferença
e o vetor de movimento.
• O quadro de diferenças também passa
pelo processo de compressão espacial.
Quadro atual
J
K
M
N
P
X
S
T
A
B
C
D
E
F
G
H
I
L
O
U
Tempo
26/364
• O método de casamento de bloco é uma técnica eficiente para
determinar o vetor de movimento.
• Esta técnica consiste em encontrar o valor dos coeficientes c e d que
minimizam a diferença:
Yi, j (t )  Yi c, j  d (t  τ)
• O erro aceitável entre Yi,j(t).e Yi+c,j+d (t-t) irá definir a qualidade da
estimativa e o tempo necessário para encontrar o vetor de movimento.
27/364
• Exemplo para determinação do vetor de deslocamento.
Quadro anterior
(1,1)
Quadro atual
(1,4)
(1,1)
Y
(1,4)
t
Y
(4,1)
(4,4)
(4,1)
(4,4)
Yi , j (t )  Yi  c, j  d (t  τ)
c  3  2  1
Y2,2 (t )  Y3,3 (t  t)  
d  3  2  1
[c, d ]  [1, 1]
28/364
Método de Casamento de Bloco
• Este algoritmo procura por um bloco de pixels, dentro de uma área
pré-definida.
• O pixel de referência é aquele no centro da matriz.
• O algoritmo escolhe o vetor deslocamento que minimiza a função erro
de predição.
k
l
1
PE (c, d ) 
Yi  m, j  n t   Yi  c  m, j  d  n (t  t)


M  N m k n  l
29/364
Método de Casamento de Bloco
• O valor de PE(c,d) deve ser calculado para todas as possíveis
variações de deslocamento dentro da área definida.
• Pode-se fazer saltos maiores, visando uma relação de compromisso
entre velocidade e precisão.
[0, 0]
[0, 19]
[14, 0]
[14, 19]
Posição do
bloco 3  3 em
(t - t)
[3, 6]
Posição do
bloco 3  3 em
t
[7, 9]
Área de
exploraçã
o
11  11
30/364
Tipos de Quadros
• Intraquadro ou quadro I: é um quadro cuja codificação é realizada
utilizando apenas as informações contidas no próprio quadro. Em
outras palavras, este quadro sofre apenas compressão espacial e não
compressão temporal.
• Quadro de predição ou quadro P: é um quadro que contém os vetores
de movimento e as diferenças entre o último quadro I ou P para o
quadro atual. Sofre grande compressão temporal.
• Quadro bidirecional ou quadro B: é um quadro construído a partir da
interpolação entre o quadro P ou I anterior e o quadro P ou I posterior.
31/364
GOP
• GOP são agrupamentos de quadros I, B e P.
I B B B P B B B P B B B P I
Grupo de Quadros
•
•
•
•
Os quadros P utilizam os quadros I como referência.
Os quadros B utilizam tanto os quadros I como P para referência.
Os quadros B nunca são utilizados como referência.
Se os quadros forem transmitidos na mesma sequência na qual eles
são gerados, o receptor terá que armazenar todos os quadros B entre
dois quadros I e P ou entre quadros P antes de decodificar.
32/364
GOP
• Por isso os quadros são reordenados para a transmissão.
I B B B P B B B P B B B P I
Grupo de Quadros para exibição
I P B B B P B B B P B B B I
Grupo de Quadros para transmissão
33/364
Camada de Transporte
• Elementary Stream (ES): são os bits provenientes do codificador de
áudio ou vídeo.
• Packetized Elementary Stream (PES): são pacotes de dados
formados a partir dos ES’s. Esses pacotes possuem tamanho variável,
dependendo de como as informações são arranjadas em um
determinado codificador.
• Por exemplo, um codificador pode colocar um quadro inteiro dentro
de um pacote. Cada pacote possui um cabeçalho que traz a identificação
do payload, informações de sincronismo, etc.
Elementary Stream
H
Max: 64kbytes
H
PES
H
PES
34/364
PES
H
PES
• Camadas de transporte: existem duas formas de enviar os dados de
áudio e vídeo comprimidos para os usuários:
1) Program Stream (PS): necessita de uma base de tempo
comum e é recomendada para ambiente livre de erros.
2) Transport Stream (TS): não necessita de base de tempo para
transportar diversos programas distintos. É designado para o
uso em canais ruidosos.
• O DVD utiliza o Program Stream, pois a mídia óptica pode ser
considerada um meio confiável, onde a probabilidade de erro é baixa.
• Os sistemas de difusão (cabo, terrestre ou satélite) utilizam o
Transport Stream, uma vez que todos esses meios são considerados
canais ruidosos.
35/364
Sistema de Transporte e
Multiplexação
Fonte de
Vídeo
Compressão
e
Codificação
Fonte de
Áudio
Compressão
e
Codificação
Sistema de RF/Transmissão
TS
ES1
Outras fontes de dados
PES1
ES2
PES2
ES n
PES n
Codificador
de
Canal
Modulador
Cabo
Terrestre
Dados Auxiliares
Satélite
Dados de Controle
36/364
• TS: consiste em uma estrutura de multiplexação e transporte que
permite a transmissão de diversos programas distintos em um meio não
confiável.
• Emprega pacotes pequenos de 188 bytes, o que facilita o uso de
códigos corretores de erro.
• O MPEG não define o código de correção de erro, uma vez que este
parâmetro do sistema depende do tipo de canal de comunicação.
188 bytes
H
Byte de
Sincronismo
Indicador
erro tranporte
Indicador de
Início
Prioridade de
Transporte
Adaptação + Payload
PID
Identificação
do Programa
Controle de
Embaralhamento
Controle de
Adaptação de
Campo
Contador de
Continuidade
Adaptação de
Campo
4 bytes
37/364
Multiplexação de TS
• PID: Program Identification – é usado para identificar cada pacote de
188 bytes no fluxo do TS.
• PMT: Program Map Table – esta tabela lista todos os PID’s
associados a um programa específico, incluindo o vídeo, áudio principal,
áudio secundário, dados, legendas, etc.
• PAT: Program Association Table – esta tabela carrega os PID’s de
todas as PMT’s existentes no fluxo de dados do TS.
• A PAT possui sempre PID=0.
38/364
188 bytes
H
Conditional Access Table
( PID 1)
Lists the PIDs of the EMMs
PAYLOAD
Transport Stream
PAT
0
Prog 1
PMT
Prog 3
PMT
CAT
Prog 1
Audio2
Prog 3
Audio2
22
33
1
49
82
Prog 3
Video1
19
Prog 1
Video1
Prog 3
Audio1
Prog 3
Video1
54
81
19
Program Map Table
Program 1 - ( PID 22 )
Program Association Table
( PID 0 )
Program 0
Program 1
Program 3
--Program k
---
16
22
33
Stream 1
Stream 2
Stream 3
--Stream k
---
55
39/364
Video
Audio
Audio
54
48
49
Data
66
Program Map Table
Program 3 - ( PID 33 )
Stream 1
Stream 2
Stream 3
--Stream k
---
Video
Audio
Audio
19
81
82
Data
88
MPEG-4
• Inicialmente, o MPEG-4 foi desenvolvido com foco na compressão de
sinais com taxas muito baixas. Três faixas de taxas eram de especial
interesse, sendo elas:
1) Abaixo de 64kb/s
2) entre 64kb/s e 384kb/s
3) entre 384kb/s e 4Mb/s.
• Outro fator de grande interesse era o desempenho em ambientes
ruidosos. Era fundamental que o MPEG-4 não fosse muito sensível
aos erros do canal, o que tornava este padrão ideal para transmissão de
vídeo digital para dispositivos móveis.
• O MPEG-4 também possui níveis e perfis que permitem taxas de até
38,4Mb/s. Existem trabalhos em desenvolvimento para atender taxas
de até 1,2Gb/s que serão necessárias em estúdios (studio profiles).
40/364
40
MPEG-4
• O MPEG traz um conceito totalmente novo de codificação
multimídia, com poderosas ferramentas para a interatividade que
podem ser utilizadas em uma enorme gama de aplicações.
• Um dos mais importantes conceitos introduzidos pelo MPEG-4 é o
objeto.
• Partes diferentes de uma cena podem ser codificadas e transmitidas
separadamente como objetos de vídeo ou objetos de áudio. Esses
objetos são agrupados novamente pelo decodificador para montar a
cena final.
• Os diferentes objetos podem ser codificados utilizando técnicas
distintas, ou seja, pode-se escolher a melhor ferramenta de
compressão para cada caso.
41/364
MPEG-4
• Um exemplo interessante apresentado pelo grupo MPEG sobre as
potencialidades do MPEG-4 foi de um jogo de futebol.
• As cenas foram processadas para separar a bola (um objeto) do resto
da cena (outro objeto).
• A bola foi codificada com acesso condicional enquanto que o campo
não sofreu limitação. Assim, qualquer pessoa podia decodificar o
campo, mas apenas as pessoas que haviam pago podiam ver a bola.
• Esta é apenas uma possibilidade que mostra como as operadoras de
radiodifusão podem utilizar o MPEG-4 para desenvolver novos
serviços e, consequentemente, obter novas receitas.
42/364
Estrutura Básica do MPEG-4
Pontos de interação do usuário
Fonte
de
Vídeo
Separação
em objetos
Codificação
de Objeto
Decodificação
de Objeto
Codificação
de Objeto
Decodificação
de Objeto
Codificação
de Objeto
Multiplexador
Demultiplexador
Decodificação
de Objeto
Objetos
Adicionais
Codificação
de Objeto
Decodificação
de Objeto
Objetos
Adicionais
Codificação
de Objeto
Decodificação
de Objeto
43/364
Composição
da Cena
Tela
MPEG-4
• Nenhuma técnica de compressão é universalmente adequada.
 A DCT não é adequada para compressão de texto ou de
imagens artificiais.
• A separação dos objetos que compõem a cena permite aplicar a
técnica mais adequada a cada tipo de objeto, em função da sua
natureza.
• O tratamento do vídeo codificado desta forma é mais complexo para o
decodificador.
• O decodificador deve possuir todos os mecanismos de descompressão
necessários para a correta recuperação da informação.
44/364
MPEG-4
• Resumindo, o MPEG-4 possui 2 grandes inovações:
1) Múltiplos objetos podem ser codificados utilizando diferentes
técnica, sendo que o decodificador é capaz de recompor a cena.
2) Máquina de compressão mais eficiente: H.264.
• Esses recursos, no entanto, não precisam ser obrigatoriamente
utilizados.
• O MPEG-4 versão 2 oferece uma técnica de compressão que é
ligeiramente melhor do que a solução presente no MPEG-2.
• Da mesma forma, é possível codificar todo o vídeo empregando o
H.264 sem a necessidade da separação em objetos.
45/364
Hierarquia de Vídeo no MPEG-4
• O MPEG-4, quando emprega a separação de objetos, passa a trabalhar
com GOV (Group of Video Objects).
VS
Cena de Vídeo Completa
VO
Objeto de Vídeo
Completo
VOL
Informações
Básicas
VO
Objeto de Vídeo
Completo
VOL
Informações
Finas
VOL
Informações
Básicas
VOL
Informações
Finas
GOV
Amostras ao longo
do tempo
GOV
Amostras ao longo
do tempo
VOP
Amostra em um
instante de tempo
VOP
Amostra em um
instante de tempo
Fonte de Quadros
Fonte de Quadros
46/364
Escalonabilidade
• O MPEG-4 permite tanto a escalonabilidade espacial e temporal no
nível do objeto.
• Em ambos os casos, esta técnica é utilizada para gerar uma camada
básica, representando uma qualidade mais baixa e camadas mais
incrementadas.
• A escalonabilidade pode ser empregadas em diversas situações:
1) quando há uma limitação conhecida de banda, o codificador utiliza a camada
básica para enviar as informações de baixa definição. As informações necessárias
para alta definição são envidas por outro canal ou simplesmente não são oferecidas
para o cliente.
2) quando a tela de recepção é de baixa definição, o decodificador pode descartar as
informações oferecidas nas camadas finas e considerar apenas a camada básica.
3) Quando a relação sinal-ruído no receptor é baixa e o receptor pode passar a operar
em um modo mais robustos, de menor vazão, e descartar os dados da camada fina.
47/364
Escalonabilidade
Entrada de VOP's
Subtração
Interpolação
para alta
resolução
Codificador
da Camada
de Base
Decodificador
da Camada
de Base
VOL de Camada Fina
Redução de
Qualidade
Codificação
da Camada
Fina
Multiplexador
VOL de Camada Básica
48/364
Escalonabilidade
• Quadros da camada básica servem de referência para os quadros de
camada fina.
• Quadros de camada fina não são empregados como referência para a
camada básica.
Camada Fina
P
B
B
Camada Básica
I
P
P
49/364
Perfis e Níveis
• O MPEG-4 possui uma estrutura de perfis e níveis, pois assim o
decodificar para uma aplicação não necessita ter implementado
funcionalidades que não são necessárias.
• O perfil define as funcionalidades que devem estar presentes no
decodificador e o nível define a faixa de valores permitidos para cada
uma destas funcionalidades.
• Esta divisão é fundamental para a redução de custos do decodificador,
pois as possibilidades previstas no MPEG-4 são imensas.
• Um decodificador capaz de lidar com todas essas possibilidades teria
um custo muito elevado e seria totalmente inviável economicamente.
• A parte visual do padrão provê perfis para a codificação de conteúdo
de vídeo natural, sintético e híbrido (sintético e natural).
50/364
Perfis e Níveis
SNR e Esconabilidade
Temporal
Advanced
Coding
Efficiency
Core
Core
Scalable
Advanced
Simple
Simple
Simple
Scalable
Maior
Robustez a
erros
Advanced
Realtime
Simple
Não Escalonável
51/364
Core Studio
Simple
Studio
Formas retangulares
Fine
Granularity
Scalable
Main
Ferramentas e
Funcionalidades
Adicionais
Formas Arbitrárias
Maior
Eficiência de
Codificação
Escalonável no tempo e
no espaço
Perfis e Níveis
• Simple Visual Profile: provê uma codificação eficiente e robusta aos
erros introduzidos pelo canal, para objetos de vídeo de formas
retangulares. Sua principal aplicação é para redes móveis sem fio.
• Simple Scalable Visual Profile: adiciona a habilidade de realizar
codificação escalonável (temporal e espacial) de objetos de vídeo ao
Simple Profile. Este perfil é útil para aplicações que atendam a mais
de um nível de qualidade, como aplicações para a Internet e
aplicações onde os decodificadores podem ser incapazes de receber
todas as informações.
• Core Profile: este perfil adiciona suporte a formas arbitrárias e
escalonamento temporal ao Simple Profile. É ideal para aplicações que
permitem uma interatividade simples.
52/364
Perfis e Níveis
• Main Profile: adiciona suporte para codificação de Sprites, de sinais
de vídeo entrelaçados e semitransparentes ao Core Profile. É indicado
para interatividade e entretenimento de alta qualidade (como em
DVD’s e radiodifusão de TV Digital).
• Advanced Real Time Profile: provê uma maior robustez aos erros de
canal para a codificação de objetos de vídeo com formas retangulares,
utilizando uma melhor resolução temporal e um menor atraso no
buffer. É ideal para aplicações como videoconferência .
• Core Scalable Profile: adiciona a capacidade de realizar codificação
escalonável (temporal e espacial) de objetos com formas arbitrárias ao
Core Profile. A principal função deste perfil é permitir a codificação
escalonável para alguns objetos de interesse na cena.
53/364
Perfis e Níveis
• Advanced Coding Efficiency Profile: melhora a eficiência de
codificação de objetos tanto de forma retangular quanto de forma
arbitrária. É usado em aplicações como radiodifusão para recepção
móvel ou obtenção de imagens de câmaras domésticas.
• Fine Grain Scalability Profile: Este perfil permite que a resolução de
uma imagem varie ao longo do tempo, em função da largura de faixa
disponível ou da capacidade dos decodificadores.
• Studio Profile: desenvolvido para atender aplicações e edições em
estúdios, onde a qualidade do sinal é a maior possível. Permite os
formatos 4:4:4 e 4:2:2 além de possuir ferramentas para
interatividade.
54/364
Perfis e Níveis
• Exemplo de descrição dos níveis de um perfil.
NÍVEL H.264
Resolução
IMAGENS /
SEGUNDOS
TAXA DE BITS
MÁX (bit/s)
REF QUADROS
MÁX
1
1.b
1.1
1.2
1.3
2
2.1
2.2
3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
5
5.1
QCIF
QCIF
CIF ou QCIF
CIF
CIF
CIF
HHR(480i/576i)
SD(720∗480i/576i)
SD(720∗480i/576i)
1280x720p
1280x720p
720/1080p
720/1080p
1920x1080p
2k*1K
2K*1K ou4K*2K
15
15
7,5(CIF)/(30QCIF)
15
30
30
30 ou 25
15
30 ou 25
30
60
60 ou 50/30 ou 25
60 ou 50/30 ou 25
60
72
120/ 130
64K
128K
192K
384K
768K
2M
4M
4M
10M
14M
20M
20M
50M
50M
135M
240M
4
4
2(CIF)/9(QCIF)
6
6
6
6
5
5
5
4
4
4
4
5
5
55/364
Anatomia Auricular
56/364
Captação
57/364
Mascaramento na Frequência
58/364
Mascaramento na Frequência
59/364
Mascaramento no Tempo
60/364
Diagrama em Blocos
61/364
Digitalização
MPEG 2
MPEG 1
Camada 1
Camada 1
Camada 1
Camada 2
Camada 2
Camada 2
Camada 3
Camada 3
Camada 3
Mono e estéreo
32 kHz
44,1 kHz
48 kHz
Mono e estéreo
16 kHz
20,05 kHz
24 kHz
5 canais
32 kHz
44,1 kHz
48 kHz
AAC Advanced Audio Coding / MPEG 4
 Possui até 48 canais.
 Taxa de amostragem 48kHz, 96kHz e 192kHz.
 Melhor resolução de bit’s por amostragem.
 Predição opcional.
62/364
Digitalização
Quantização Linear
Quantização Não-Linear

Ax
, para 0  x  1
sgn x 
A
1  ln  A

y
sgn x  1  A x , para 1  x  1

A
1  ln  A
y  sgn x 
ln 1   x 
ln 1   
63/364
 1, x  0

sgn x   0, x  0
 1, x  0

Digitalização
1
127
111
112
110
96
101
80
100
64
011
48
010
32
001
16
µ=100
µ=5
µ=1
0
1
A=100
A=5
000
0
S1
S2
S3
A=1
Código de
Quantização
Polaridade
P1
1
Q1
Q2
Q3
Q4
0
1
Curvas normalizadas
Segmento
64/364
Erro de Quatização
Sinal
Quantizado
Sinal
Original
Erro de
Quantização
Erro de Quantização = Sinal Original – Sinal Quantizado
 fs3 

S / EdB  16  10 log
2 
 fb fi 
65/364
Onde:
S/EdB ≡ Erro Quadrado Médio;
fs ≡ Freqüência de Amostragem;
fb ≡ Largura de banda do Ruído;
fi ≡ Freqüência do Áudio;
Potência Sonora

Algumas definições são utilizadas para expressar o
desempenho da compressão:
140
Decolagem de avião
130
Motor de avião na
proximidade dos reatores
Carro de Formula 1
120
Nível de Pressão Sonora
Martelo pneumático
110
Passagem de um trem
100
P
SPL  20 log
 Po




ou
P
SPL  10 log
 Po




90
80
70
onde:
onde:
dB
Restaurante com
muito movimento
60
50
Po  20 10 6 N m 2
Sirene de uma viatura
ou Fones de ouvido
Po  110 12 W m 2
Escritório
40
Quarto
30
20
10
66/364
Especificações

Baseado na área da sensibilidade auditiva:
 Máxima frequência auditiva: 20Hz;
 Frequência de amostragens: em torno de 40kHz;
 Broadcast: 48kHz, CD: 44.1kHz;
 Faixa dinâmica auditiva: 120dB
 Bits de quantização: 20 ou mais;
 Condição Inaudível
 Ruído de fundo: 15dB;
 Potência sonora eficaz: 90dB;
 Margem de pico: 20dB;
 90 + 20 -15 = 95dB
 Bits de quantização: 16bits
67/364
Áudio Perceptual

A parcela do sinal abaixo dos limiares de mascaramentos não necessita de
serem codificados;
 O limiar de mascaramentos é fortemente dependente do sinal;
 Decompõe o áudio de entrada em sub-bandas espectrais;
 O modelo psico-ácustico determina o nível de mascaramento em cada
componente de frequência com base no sinal de entrada analisado;
68/364
Áudio AAC

O MPEG-2 AAC: ISSO/IEC 13818-7, tratamento do áudio de alta
qualidade, para taxas de 64kb/s/canal para operação em múltiplos canais;
 3 perfis: Main, LC (Low Complexity), SSR LC (especificado no Japão)
 5 canais (+1 LFE) audio para ISDB-T;
69/364
Áudio AAC
Banco de filtro (bloco transformada
MDCT) switching 2048 ou 256
amostras supressão de pré-eco.
 Decompõe o sinal de entrada;
 Utiliza fator de escala para moldar os
limites críticos de cada sub-bandas
auditiva;
 Cada bloco de amostras de entradas é
sobreposto (overlapped) em 50% para
suavizar as bordas.
70/364
Áudio AAC
Para áudio em múltiplos canais pode ser
utilizado M/S
 A soma normalizada (M) e os sinais
diferença (S) são explorados sã
trasnitidos no lugar dos canais
esquerda e direto.
 Intensity / Coupling: explora a
percepção sonora em alta frequencias
71/364
Áudio AAC
Codificação do ruído:
 É aplicado para a quantização do
espectro, diferentes fatores de escala,
e informações de canais.
72/364
Pacotes de Áudio
73/364
Medidas de Áudio
74/364
Medidas de Áudio
• Sinais descorrelacionados (L C R Ls e Rs)
• Níveis idênticos para os canais (L C R Ls e
Rs) e de mesma fase. Gerando sinais
fantasmas nos canais adjacentes.
75/364
Medidas de Áudio
• Canal L fora de fase
• Forte presença do canal central. Note que a
barra central está acima dos níveis da direita
e esquerda. Impactando em áudio central de
maior amplitude e será mais perceptível que
o som ambiente.
76/364
Medidas de Áudio
• Fraca presença do canal central. Note que a
barra central está abaixo dos níveis da direita
e esquerda. Impactando em áudio central de
menor amplitude e será menos perceptível
que o som ambiente.
• Canais Ls e Rs gerando sinais fantasmas no
canal central.
77/364
Princípios da TV Digital
Resoluções da TV Digital
HDTV
L
D
T
V
HDTV
EDTV EDTV
D
SDTV
D
SDTV SDTV SDTV SDTV
D
Algumas possíveis combinações de TV Digital na banda disponível
78/364
Arquitetura da TV Digital
• A camada física é praticamente a mesma para todos os
padrões.
dados
Dispersão de
Energia
Codificação
Externa
Entrelaçador
Codificação
Interna
Modulador
Transmissor
79/364
1
dados
Dispersão de
Energia
1
0
Codificação
Interna
Codificação
Externa
Entrelaçador
Modulador
Transmissor
Função: aleatorizar os dados de entrada (pacotes MPEG-2).
O embaralhador realiza uma operação XOR dos bits de entrada com os bits de uma
seqüência pseudo-aleatória.
80/364
dados
Dispersão de
Energia
1
0
Codificação
Interna
Codificação
Externa
Modulador
1
0
Entrelaçador
Transmissor
É realizada sobre cada pacote MPEG.
Emprega um codificador do tipo Reed-Solomon.
Esses codificadores trabalham com pacotes de M bytes, aos quais adicionam outros N
bytes de paridade.
81/364
Codificação de Canal
• Como funciona a codificação de canal?
1 0 1 00 1 1 00000 1 1 00
0
0
0
0
0
0
0
82/364
0
Codificação de Canal
• Seqüência transmitida
1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 10 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
BUM!
0
1 0 1 00 1 1 00000 1 1 00
83/364
dados
Dispersão de
Energia
Codificação
Externa
Entrelaçador
Codificação
Interna
Modulador
Transmissor
Função: quebrar longas cadeias de erros de transmissão – que não poderiam ser corrigidas
pelos decodificadores.
Utiliza-se um entrelaçador de bytes do tipo convolucional. A característica desse circuito
influenciará a capacidade do sistema de lidar com rajadas de erros provocadas por ruídos
impulsivos no canal.
84/364
Com Entrelaçador
Sem Entrelaçador
Símbolos Transmitidos
S0
S1
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S9
S2
S7
S5
Símbolos Recebidos
S1
S2
S3
S4
S5
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S1
S6
S2
S9
S4
S3
S8
S0
S4
S3
S8
S0
S7
S8
S9
Interferência
Interferência
S0
S3
Símbolos Entrelaçados
Símbolos Transmitidos
S0
S2
S6
Símbolos Recebidos
S7
S8
S9
S9
S2
S7
S5
S1
S6
S2
S9
Erros em rajada
Erros em rajada
Símbolos desemtrelaçados
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
Erros dispersos
85/364
Exercício
• Considere a seguinte sequência de dados:
s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 s10 s11 s12 s13 s14 s15
• Encontre a sequência na saída de um entrelaçador
matricial.
86/364
dados
Dispersão de
Energia
Codificação
Externa
Entrelaçador
Codificação
Interna
Modulador
Transmissor
Utilizados para proteger os bits na transmissão – devido ao entrelaçador de dados não existe
mais a noção de pacotes MPEG-2.
Os codificadores utilizados são em treliça – TCM (Trellis Coded Modulation), ou códigos
em bloco (Block Code).
87/364
dados
Dispersão de
Energia
Codificação
Externa
Entrelaçador
Codificação
Interna
Modulador
Transmissor
É a grande diferença entre os sistemas.
Modulação empregada na interface aérea: portadora única ou múltiplas portadoras.
88/364
Múltiplas ou apenas uma?
89/364
90/364
91/364
92/364
93/364
Canais para Radiodifusão
• Modelo para um canal de radiodifusão.
A 2 s(t
-t 2)
Ao s(t)
A1
Transmissor
)
-t 1
Receptor
• Resposta ao impulso do canal
• Resposta em freqüência
I 1
I 1
H ( f )   ai exp  j 2 f t i 
hc (t )   ai  t  t i 
i 0
i 0
s(t
94/364
Canais para Radiodifusão
• Resposta ao impulso e resposta em freqüência do canal.
1
1.4
0.8
1.3
1.2
0.6
1.1
h(t)
|H(f)|
0.4
0.2
1
0.9
0
0.8
-0.2
-0.4
0.7
0
0.5
1
1.5
tempo [ms]
2
2.5
95/364
3
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
freqüência normalizada
0.3
0.4
0.5
Banda de Coerência
• A banda de coerência de um canal de comunicação é definida como
sendo a largura de faixa dentro da qual o canal pode ser considerado
plano.
1
BWc 
50  TRMS
TRMS  T2  T
I 1
 |a |
2
T1 
i
i 0
I 1
ti
 |ai |
2
2
1
i 0
I 1
 |a |
2
T2 
i 0
i
 ti2
I 1
2
|
a
|
 i
i 0
• Canal seletivo: BWs>BWc
• Canal plano: BWs<BWc
96/364
Exercício
• Calcule a banda de coerência do canal abaixo.
1
0.8
0.6
h(t)
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
0
0.5
1
97/364
1.5
tempo [ms]
2
2.5
3
Efeitos do Canal
• No caso de sistemas de transmissão que necessitam de altas taxas de
dados, a largura de faixa do sinal é maior do que a banda de coerência do
canal.
• O sinal irá sofrer desvanecimento seletivo, o que pode inviabilizar a
recepção do sinal.
• Simulação - Desvanecimento Seletivo QPSK.vsm.
Comparar os resultados da simulação com e sem o canal seletivo. Alterar
a resposta ao impulso do canal para verificar a influência no sinal
recebido.
98/364
OFDM
• A largura de faixa ocupada por um sinal depende da taxa de bits e do número
de bits por símbolo.
BWsmin
Rb
Rb


k log 2 ( M )
• Redução de banda em um sistema de portadora única:
a) Reduzir a taxa de bits, o que compromete a Qualidade de Serviço ou;
b) Aumentar o número de bits por símbolo, o que implica em um
aumento de potência que pode ser proibitivo.
• Pode-se solucionar o problema dividindo os dados em N feixes.
BWMC
99/364
BWs

N
Exercício
•
•
•
•
Considere um sistema OFDM com 8 portadoras.
A taxa de dados a ser transmitida é de 8196 bits por segundo.
A constelação empregada é a QPSK.
Determine a frequência de todas as subportadoras, sabendo que a frequência
da primeira subportadora é 1kHz.
100/364 Seminário TV Digital – Santiago, Chile, Novembro 2011
OFDM
• Se o número de subportadoras for alto o suficiente, então BWMC<BWC e
cada subportadora irá sofre um desvanecimento plano.
f [Hz]
(a) Resposta em freqüência do canal
(b) Desvanecimento em um sistema
portadora única
f [Hz]
(c) Desvanecimento em um
sistema OFDM
f [Hz]
• No sistema de portadora singela, toda a informação transmitida é perdida.
• No sistema com múltiplas portadoras, apenas as informações transmitidas nas
portadoras mais afetadas são perdidas. As informações transmitidas nas demais
portadoras são recuperadas com sucesso..
OFDM
• Condição de ortogonalidade entre duas portadoras:
T

0
 
cos i t  cos  j t dt  0  i  j
• Espaçamento de frequência que garante a ortogonalidade entre as
subportadoras:
f  f k  f k 1 
1
RMC
RMC 
Rs
N
• Na década de 60, o pesquisador R. Chang apresentou uma maneira de
gerar e detectar símbolos OFDM que ficou conhecida como método
da Força Bruta.
OFDM
• Transmissor OFDM utilizando o método da força bruta.
cos(0t)
c0
i 0+jq0
i0
Cplx
Re
q
Im 0
sin(0t)
cos(1t)
m(t) Modulador cn=in+jqn
Digital
c1
i 1+jq1
Conversor
Serial/Paralelo
.
.
.
.
.
.
cN-1
Cplx
iN-1 +jq N-1
Cplx
i1
Re
Im q 1
sin(1t)
S
sOFDM(t)
cos( N-1 t)
iN-1
Re
q
Im N-1
sin( N-1 t)
OFDM
• O símbolo OFDM gerado pode ser expresso através da soma
ponderada das N senóides e cossenóides pelos símbolos complexos
cn=in+jqn.
N 1
sOFDM (t )   in cos nt   qn sin nt 
n 0
• Note que o tempo do símbolo OFDM é N vezes maior que o tempo de
sinalização serial.
• A detecção dos símbolos OFDM é feita utilizando correlatores,
aproveitando o fato das portadoras serem ortogonais entre si.
OFDM
• Receptor OFDM utilizando o método da Força Bruta
cos(0t)
2
T
2
T


i'0
Re
Im
Cplx
c'0
q'0
sin(0 t)
cos(1t)


.
2
T
2
T
r(t)
sin(1t)
i'1
Re
Im
Cplx
c'1
q'1
Conversor
Paralelo/Serial c'n=i'n+jq'n
Detector
m'(t)
.
.
cos( N-1t)
2
T
2
T
sin(N-1t)


i'N-1
Re
Im
Cplx
c'N-1
q'N-1
OFDM
• Problemas para a implementação do método da Força Bruta:
a) Sincronizar os N osciladores complexos no transmissor, para evitar a
interferência entre as subportadoras;
b) Sincronizar os N osciladores do transmissor com os N osciladores do
receptor.
• Solução do problema: utilizar a Transformada Rápida de Fourier para gerar e
detectar os símbolos OFDM.
• A Transformada Rápida de Fourier Inversa (IFFT) é utilizada para gerar os
símbolos e a Transformada Rápida de Fourier (FFT) é utilizada para detectar
os mesmos.
OFDM
• Sistema OFDM utilizando a IFFT/FFT.
i0+jq 0
c0
m(t) Modulador c(t)
Digital
Amostrador
fs =Rs
cn=in+jqn
i 1+jq 1
c1
.
.
.
Conversor .
Serial/Paralelo .
.
c N-1
IFFT
N amostras
i'1+jq' 1
Detector
c'L
Canal
Complexo
iN-1 +jqN-1
i'+jq'
0
0
m'L
Sinal
Complexo
Conversor
Serial/Paralelo
.
.
.
i'N-1 +jq'N-1
c' 0
c' 1
.
FFT
.
. N amostras
r(m)
Amostrador
fs =Rs
c' N-1
• A IFFT/FFT é mais eficiente se o número de portadoras for um
número de base 2:
N  2p
OFDM – Tempo de Guarda
• Tempo de guarda: aumentar a robustez frente aos múltiplos percursos e
interferência intersimbólica (ISI).
s(t)
• Este intervalo de tempo consiste em uma cópia do final do símbolo para
seu início.
• O valor da última amostra do símbolo OFDM é igual ao valor da
primeira amostra.
t

Tu
OFDM – Tempo de Guarda
• Proteção do símbolo desejado através do uso do tempo de guarda.
1
0.5
Símbolo
Anterior
Sinal desejado
Tempo de
guarda
0
s(t) e s(t- t)
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
Símbolo
Posterior
0
0.2
Interferência Intrasímbolo
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Tempo [s]
Tempo útil
• A inserção do tempo de guarda reduz a vazão do sistema.
Juliano
Objetivo
- Entender a estrutura
do sistema de
transmissão do padrão
de TV Digital ISDB
Introdução ao padrão
ISDB-T / ISDB-TB
Diagrama simplificado de uma emissora
Recepção
TS - Transport Stream
BTS - Broadcast Transport Stream
Diferentes tipos de receptores
ISDB-T
- O padrão ISDB-T (Integrated System Digital
Broadcasting - terrestrial) é também chamado de padrão
JAPONÊS de TV Digital.
- Em 1 de Dezembro de 2003 entrou em operação
comercial no Japão o padrão ISDB-T.
- Em 24/07/11 o Japão encerra as transmissões
analógicas, atendendo 120 milhões de pessoas.
Destaques do ISDB-T: flexibilidade, suporte à mobilidade
e portabilidade;
Características principais do padrão ISDB
Largura de banda: 6, 7 ou 8 MHz (depende do país).
Taxa de transmissão: Configurável. Depende dos parâmetros
de transmissão.
Parametrizável: Pode-se configurar o esquema de modulação
(DQPSK, QPSK, 16QAM, 64 QAM )
Pode-se configurar a taxa do codificador convolucional;
Modulação: multi-portadora (COFDM - Coded Orthogonal
Frequency Multiplex);
Características principais do padrão ISDB
A utilização da modulação OFDM possibilita a operação do
sistema em redes SFN (Single Frequency Network).
SFN ou rede de frequência única, é formada por vários
transmissores irradiam a mesma informação, no mesmo canal;
Transmissão Hierárquica permite transmitir 3 sinais com
robustez totalmente diferentes simultâneamente;
ISDB-T
Transmissão hierárquica: 3 layers/camadas
ISDB-T
Principais características técnicas:
- Segmentação da banda de transmissão em 13 subbandas/segmentos úteis;
ISDB-TB
- No dia 29 de junho de 2006 foi decretado que o SBTVD
adotaria o padrão ISDB-T incorporando inovações
tecnológicas,
como:
middleware
Ginga/DTVi
e
compressão de áudio e vídeo MPEG-4 e máscara de
emissão de RF.
O padrão ISDB-T + inovações passou a se chamar:
ISDB-TB (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial
Brazil).
Transmissões no Brasil: Experimentais: junho de 2007;
Comerciais: 2 de dezembro de 2007;
Cronograma de implantação da TV no Brasil
Set/11
Set/11
Recepção
TS x BTS
Diferenças entre TS e BTS
TS – Transport Stream
É o fluxo de saída do encoder e de entrada do multiplexador;
possui
como
principais
características:
• Taxa (bps) configurável (encoder)
• Transporta principalmente os sinais de
comprimidos e tabelas SI/PSI
• Fluxo formado por pacotes de 188 bytes
•
áudio
e
vídeo
BTS – Broadcast Transport Stream
É o fluxo de saída do multiplexador e possui como principais
características:
• Fluxo formado por pacotes de 204 bytes
• Taxa fixa em 32,508 Mbps
• Controla a distribuição dos pacotes nas camadas hierárquicas
do transmissor (Re-mux).
• Transporta principalmente os TS´s multiplexados, parâmetros
de configuração do transmissor.
Os pacotes do BTS
O BTS é formado por pacotes de 204 bytes
resultantes do acréscimo de 16 bytes ao final de
cada pacote do TS.
Os pacotes do BTS
Dos 16 bytes inseridos na geração do BTS:
8 transportam informações de controle do pacote,
que, por exemplo, informam em qual camada
hierárquica
o
pacote
deve
ser
transmitido.
• 8 estão previstos para paridade e são opcionais. As
paridades devem ser geradas por um codificador ReedSolomon RS(204,196) e são utilizados para detecção e
correção de erros inseridos durante o transporte do BTS.
Caso não sejam utilizadas as paridades, estes bytes
transportam o valor 0xFF.
ISDB-T / ISDB-TB
Norma ARIB B31 / ABNT 15601
Diagrama genérico de um sistema de
transmissão de TV Digital
TS
Dispersão
de energia
Codificação
Interna
Codificação
Externa
Modulador
Entrelaçador
Transmissor
ISDB-T
Diagrama de Transmissão resumido
Division of
TS into
hierarchical
levels
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
OFDM-frame structure
Outer
code
(204, 188)
Energy
dispersal
Frequency interleaving
TS
re-multiplexer
Combining of
hierarchical levels
MPEG-2
multiplexer
Byte -> Bits
MSB first
Time interleaving
Diagrama de transmissão ISDB-T
IFFT
Guardinterval
addition
Pilot signals
TMCC signal
Implemented blocks
Figura desenvolvida pelo
Eng. Alexandre Carvalho Ferreira.
Diagrama do receptor ISDB-T
Antenna
Down converter
FFT
~
Time deinterleaving
De-mapping
QPSK
16QAM
64QAM
Synchronization
regeneration
Bit deinterleaving
De-puncturing
Bit deinterleaving
De-puncturing
Bit deinterleaving
De-puncturing
Combining of
hierarchical levels
Frame
extraction
Division into
hierarchical levels
Frequency deinterleaving
Viterbi
decoding
TMCC
decoding
Byte deinterleaving
Energy
inversedispersal
Byte deinterleaving
Energy
inversedispersal
Byte deinterleaving
Energy
inversedispersal
Combining of
hierarchical levels
~
A/C
Carrier demodulation
(differential
demodulation,
SP demodulation)
Division into
hierarchical levels
IF circuit
Orthogonal
demodulation
RS
decoding
Block to be developed.
Block developed.
Main information.
Transmissin system information
Eng. Orlando dos Reis Pereira.
ISDB-T
TS- remultiplexer / re-mux (simplificado)
- Responsável por distribuir os pacotes do TS/BTS nas
camadas hierárquicas do transmissor
ISDB-T
TS- remultiplexer / re-mux (simplificado)
Pacote do BTS
188
16
188
RS
RS adiciona 16 bytes de paridade
à cada pacote de 188 bytes
Codificador Reed Solomon
O codificador utilizado é RS(204,188).
Adiciona 16 bytes de paridade ao término de cada 188
bytes de dados. Os 16 bytes finais do pacote de BTS são
previamente descartados.
188 Bytes
RS
188 bytes
Paridade
16 bytes
As paridades adicionadas possibilitem a detecção e
correção de erros no receptor (FEC - Forward Error
Correction).
Gerador de PN do Randomizador
Função: espalhar a energia dos dados dentro banda de
transmissão.
Randomizador
O randomizador atua sobre cada byte dos pacotes
entregues pelo codificador Reed-Solomon
O byte de sincronismo dos pacotes MPEG NÃO são
randomizados ou aleatorizados.
Estado inicial da PN é inicializada a cada início de quadro
OFDM.
203 Bytes
SYNC
47
Pacote do RS
204 Bytes
Randomizador
203 Bytes
Aleatorizados
SYNC
47
Pacote
randomizados
Entrelaçador / Interleaving de bytes
O Entrelaçado Convolucional é composto por 12 linhas ou
ramos, sendo que cada ramo possui atrasadores (de bytes)
com incremento de 17 atrasadores a cada ramo.
1
2
17 x 1
3
17 x 2
4
17 x 3
12
17 x 11
Entrelaçador x Desentrelaçador
17 x 11
1
2
17 x 1
17 x 3
3
17 x 2
17 x 2
4
17 x 3
17 x 1
12
17 x 11
Ajuste de atraso / Delay Adjustment
O processo de entrelaçamento e desentrelaçamento de
dados insere um atraso no sistema chamado de end-todelay.
No padrão ISDB-T tomou-se o cuidado de compensar os
atrasos inseridos nos entrelaçadores, de forma que o
atraso inserido nas diferentes camadas/layers sejam
idênticos entre si.
Isto possibilita que o receptor conheça o atraso do
sistema e possa fazer uso de menor número de memória
interna.
Condificador Convolucional (Interno)
O codificador codificador convolucional (mãe) utilizado
possui taxa 1/2.
Puncionador
(Puncturing)
x
Bits
Codificador
Convolucional
y
Bits
Puncionador
Além do Codificador, o padrão ISDB faz tudo de um puncionador que
permite configurar a taxa de codificação.
É possível selecionar as taxas: 1/2, 2/3, ¾ 5/6 e 7/8;
O puncionador elimina alguns bits da saída do codificar mãe de taxa
1/2. (De acordo com a tabela do próximo slide)
No lado da recepção insere-se dado nas posições dos dados
descartados ( com valor 0 por, exemplo) e o decodificador consegue
corretamente decodificaras informações recebidas.
Exemplo de puncionamento
x
Bits
Codificador
Convolucional
y
Bits
Puncionador
Taxa 2/3:
X3
X2
X1
x
y
Y3
Y2
Bits
X1
Y1
Y2
X3
Puncionador
Y1
Codificador Convolucional e Puncionador
Taxa de código
x
Bits
Codificador
Convolucional
y
Bits
Puncionador
Possíveis taxas de codificação (Code rate):
1/2, 2/3, ¾ 5/6 e 7/8;
A taxa de codificação define a
taxa de saída do puncionador.
Taxa (em Bits):
Taxa de saída= Taxa de entrada x [ 1 / (Taxa de codificação)]
Exercício
1 – A cada 2 bytes que entra no codificador
convolucional,quantos bits são entregues na saída para as
configurações de puncionamento:
a) Taxa 1/2
b) Taxa 3/4
c) Taxa 7/8
Revisão
1 – Quais as principais
transmissão ISDB-T?
características
do
sistema
de
2 – Quais as principais diferenças entre o padrão ISDB-T e
ISDB-TB?
3 – Quais as principais diferenças entre fluxos TS e BTS?
4 – Os pacotes do BTS são transmitidos na íntegra?
5 – Por que há inserção de atrasos
(ajustes de atraso ou delay adjustment)
no transmissor?
6 – Como o transmissor ISDB distribui os
pacotes recebidos em sua entrada dentre
suas camada hierárquicas?
Division of
TS into
hierarchical
levels
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Outer
code
(204, 188)
Delay
adjustment
TS
re-multiplexer
Energy
dispersal
Combining of
hierarchical levels
MPEG-2
multiplexer
Byte -> Bits
MSB first
Time interleaving
IFFT
Guardinterval
addition
Pilot signals
TMCC signal
Figura
desenvolvida
pelo
Implemented
blocks
Mapeamento x Entrelaçamento
Os dados que irão ser transmitidos em cada portadora do sinal OFDM
são mapeadas segundo o esquema de modulação configurado para
cada camada.
Antes do processo de mapeamento os dados passam por um
entrelaçador ou interleaving de bit.
O bits são agrupados de acordo com o número de bits por
símbolos da modulação e passam então pelo processo de
entrelaçamento.
Mapeamento x Entrelaçamento
Entrelaçador / Interleaving de Bit
Mapeamento
Os bits da saída do entralaçador/interleaving de bit são então
mapeados segundo a modulação selecionada.
No mapeamento cada grupo de bits é convertido em um dos
símbolos (pontos) da constelação correspondente.
DQPSK, QPSK
16QAM
64 QAM
: 2 bits/símbolo
: 4 bits/símbolo
: 6 bits/símbolo
DQPSK
A modulação
DQPSK não é
utilizada na prática
16 QAM
64 QAM
Modulação OFDM
Símbolo OFDM
O sinal modulado a ser transmitido é formado por uma sucessão de
símbolos OFDM.
Cada símbolo OFDM é formado por milhares de portadoras que são
transmitidas simultaneamente.
K Portadoras
Símbolo
OFDM
Freq.
Símbolo Símbolo Símbolo
OFDM
OFDM
OFDM
tempo
Cada portadora transporta um dos símbolos da constelação.
Portadora x Segmento x Símbolo OFDM
As portadoras que formam cada símbolo OFDM são agrupadas em 13
grupos,chamados de SEGMENTOS.
Símbolo
OFDM
Símbolo
OFDM
SegmentoSegmentoSegmento
0
1
2
Segmento
12
O parâmetro MODO, permite configurar quantas portadoras formarão
cada símbolo e segmento OFDM.
Portadoras da dados úteis x modo
Modo
Portadoras/
Segmento
Portadoras/
Símbolo OFDM
1
96
1248
2
192
2496
3
384
4992
Independente do MODO sempre são transmitidos 13 segmentos.
Camadas/layers x Segmento
Cada uma das 3 camadas/layers hierárquicos do transmissor é
responsável por gerar os dados de um número configurável de
segmentos, desde que a soma total dos segmentos utilizados seja
igual a 13.
Camadas/layers x Segmento
O segmento central, também chamado de One seg
(1 segmento), é controlado pela camada A e é utilizado
para a transmissão dos sinais para receptores portáteis.
Division of
TS into
hierarchical
levels
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Carrier modulation
Bit interleaving
Mapping
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Byte -> Bits
MSB first
Energy
dispersal
Delay
adjustment
Bits -> Byte
MSB first
Byte
interleaving
Byte -> Bits
MSB first
Convolutional
coding
Outer
code
(204, 188)
Energy
dispersal
TS
re-multiplexer
Combining of
hierarchical levels
MPEG-2
multiplexer
Byte -> Bits
MSB first
Time interleaving
IFFT
Guardinterval
addition
Pilot signals
TMCC signal
Implemented blocks
Transmissão Hierárquica
Processamento Hierárquico
2 layers
TS/BTS
Portadoras
do símbolo OFDM
FEC
Esquema de modulação
Combinador hierárquico / Combiner
Layer x Num. Seg.
Ax ;Bx ;Cx ;
Revisão
1 – Quantas camadas/layers hierárquicos estão disponíveis
no sistema ISDB? O que eles possibilitam?
2 – A afirmação está correta? Justifique.
“Todos os layers do transmissor devem estar ativos em uma
transmissão hierárquica”
3 – Comente sobre a segmentação de banda do
ISDB, incluindo a relação
camada x combinador x segmentos.
Revisão
4 – Sabe-se que uma dada emissora opera no
modo 3. O que se pode afirmar sobre:
a) Número de segmentos estão sendo transmitidos
simultaneamente?
b) Se afirmarmos que a emissora utiliza 64 QAM,
quantos bits de dados serão transportados a cada
segmento?
c) É possível que esta emissora esteja
utilizando apenas uma camada hierárquica
em sua transmissão? E duas ou mais?
Entrelaçador temporal / Time interleaving
Embaralha os dados pertencentes à um mesmo segmento.
Há, portanto, 13 entrelaçadores.
Entrelaçador temporal / Time interleaving
É
possível
configurar,
para
cada
PROFUNDIDADE (I) do entrelaçador.
camada
hierárquica
a
De acordo com o (I) configurado, varia-se o atraso que deve ser
inserido antes do entrelaçador.
Entrelaçamento na frequência
Há um entrelaçamento dos dados de segmentos diferentes, porém
que transportam dados de um mesmo tipo de modulação.
Modulação OFDM
Portadoras x Modo
*Considerando BW de 6 Mhz
O algoritmo de geração do sinal OFDM, a IFFT, é calculada em valores de
2^n.
A BW de transmissão, 6 MHz, é dividida em 14 segmentos,
sendo 13 utilizados para a transmissão de informação e
1 como banda de guarda.
Aproximadamente,
cada
segmento
430 KHz, ocupando 5.6 MHz da banda.
ocupa
cerca
de
De maneira menos aproximada:
6 MHz/14 = 428,57 KHz
428 KHz x 13 = 5,571 MHz
Quadro OFDM
K Portadoras
1 Símbolo
OFDM
1 Quadro
OFDM
1
2
3
204
1 Quadro OFDM (OFDM Frame) é formado por:
204 símbolos OFDM;
Características da modulação OFDM
Intervalo de guarda possíveis:
(1/4), (1/8), (1/16) e (1/32)
Quanto menor for esta relação maior é a taxa de transmissão
útil e menor é a proteção do sinal contra os múltiplos
percursos.
IG
símbolo útil
Tg
Tu
Parâmetros da modulação OFDM
Portadoras que
formam o símbolo
OFDM
Além das portadoras
de dados, os símbolos
OFDM
transportam
portadoras especiais
como:
SP
CP
TMCC
AC
Portadoras Especiais
SP (Scattered Pilot) - Pilotos espalahadas
Mudam de posição na frequência a cada símbolo OFDM.
CP (Continual pilots) – Pilotos Contínuas
Possuem de posição fixa na frequência.
AC (Auxiliary channel) – Piloto de canal auxiliar
Previstas para transporte de dados auxiliares
TMCC – (Transmission and multiplexing Configuration Control)
Portadoras de parâmetros de transmissão, multiplexação,
controle e configuração
Portadoras Pilotos SP e CP
As portadoras PILOTOS transmitem informações de referência
para o receptor.
São transmitidas com potência superior às portadoras de
dados.
São transmitidas com modulação BPSK e transportam dados
gerados por uma PN.
São utilizadas para recuperar o sincronismo de frequência e para
estimar a resposta em frequência do canal, possibilitando a
equalização do sinal recebido pelo receptor.
CP são transmitidas nos segmentos de modulação diferencial.
SP são transmitidas nos segmentos de modulação coerente.
Portadoras TMCC
As portadoras TMCC são responsáveis por transportar dos
parâmetros de configuração do sistema de transmissão.
Transportam as configurações por exemplo de:
Modo e intervalo de guarda
Parâmetros das camadas como:
Taxa de código, esquema de
segmentos, etc.
modulação,
número
de
Transporta 204 bits de informação a cada quadro OFDM.
Modulação utilizada DBPSK.
TMCC – informações do sistema
Distribuição das portadoras em um segmento
(modulação coerente, modo 1)
TMCC e o Modulador
Os parâmetros de trasnmissão do sistema ISDB são
transmitidos pelo modulador em algumas portadoras especiais
chamadas
de
TMCC
(Transmission
and
Multiplexing
Configuration Control).
Capacidade de transmissão
do sistema ISDB
O sistema possui uma capacidade de transmissão que varia de
acordo com os parâmetros de transmissão configurados.
A capacidade máxima de transmissão é de 23,2 Mbps.
A taxa de transmissão é resultante da soma da capacidade de
transmissão das 3 camadas hierárquicas.
Taxa para 1 segmento
Taxa para 13 segmentos
Exemplo de Transmissores profissionais
Exercício
1 – Calcule a taxa útil de transmissão do sistema ISDB para as
seguintes configurações:
a) Parâmetros de modulação: Modo 3, IG 1/8
Layer A: 13 segmentos, QPSK, FEC 1/2
b) Parâmetros de modulação: Modo 3, IG 1/16
Layer B: 12 segmentos, 64 QAM, Fec 5/6
c) Parâmetros de modulação: Modo 3, IG 1/16
Layer B: 8 segmentos, 16 QAM, FEC ¾
Layer C: 4 segmentos, 64 QAM, FEC 5/6
Dica: Realize os cálculos a partir do tempo
de quadro OFDM;
Exercício
1 – Calcule a taxa útil de transmissão do sistema ISDB para as
seguintes configurações:
a) Parâmetros de modulação: Modo 3, IG 1/16
b) Parâmetros de modulação: Modo 3, IG 1/8
Layer A: 1 segmentos, QPSK, FEC ½
Layer B: 12 segmentos, 64 QAM, FEC 3/4
Dica: Realize os cálculos a partir do número
de pacotes por quadro OFDM
Revisão
1 – Na formação dos símbolos OFDM são transmitidas apenas
portadoras de dados?
2 – Qual o papel das portadoras TMCC no sistema de transmissão?
3 – Comente sobre a taxa de transmissão disponível no sistema
ISDB.
4 – Dada a configuração de emissora:
Modo 3; IG 1/16
Layer A: 1 Segmento, QPSK, FEC 2/3
Layer B: 12 Segmentos, 64QAM, FEC ¾
Qual a vazão de dados disponível em cada
layer? (consulte tabela)
Objetivo
- Entender a estrutura
do sistema de
transmissão do padrão
de TV Digital ISDB
Juliano
Recepção
Etapa de compressão - Encoder
PES
ES
Encapsulador
Codificador
de vídeo
Codificador
de áudio
TS
Mux
PES
ES
Encapsulador
Unidade de apresentação
ES – Elementary Stream
PES – Packetized Elementary Stream
Formação do fluxo de saída do encoder
Os pacotes
seguidos
do PES
pela
possuem
sua
um cabeçalho inicial
carga
(payload).
O cabeçalho transporta, entre outras informações, a
identificação dos dados presentes em sua carga (áudio,
vídeo ou dados), a indicação do tamanho
do pacote PES e as informações de tempo (estampas de
tempo) para informar ao decodificador quando:
- Decodificar (Decoding Time Stamps- DTS)
ou
- Apresentar (Presentation Time Stamps- PTS)
as informações de vídeo e de áudio.
O comprimento do pacote
tempo de exibição (quadro).
PES
está
relacionado
com
seu
Como a taxa de compressão varia instantaneamente de acordo com o
sinal de áudio e vídeo, o PES possui tamanho variável, podendo
chegar até 64 Kbytes. No caso do áudio, um pacote PES transporta o
equivalente a 24 ms de amostragem.
Os pacotes PES são utilizados principalmente para a transmissão
encapsulada de fluxos elementares de áudio e vídeo.
Porém os pacotes PES podem também ser utilizados para transporte
de outros tipos de dados, como será mencionado mais a frente.
O PES é dividido em pacotes menores e de tamanho fixo
(188 bytes) dando origem ao fluxo chamado de Transport Stream
(TS).
Com a utilização de pacotes de tamanho menor fica mais fácil o
controle de erros nos dados bem como a multiplexação de
diversos programas em um mesmo fluxo (ex. multi-programação).
Informação
“útil”
trasporta
o TS
Recepção
Exemplo de um arquivo de TS
Como é formado o TS?
TS - Transport Stream: principais normas
A formação do TS e suas principais tabelas são definidas pela
norma
do
MPEG-2
(Moving
Picture
Experts
Group):
ISO/IEC 13818-1
Existe um guia de medidas a serem realizadas com relação a
integridade de um TS, que é o:
Measurement guidelines ETR 290/TR101290
Analisadores de TS
Analisadores de TS tem o importante papel de auxiliar na verificação
de integridade do TS.
Possibilitam a análise e detecção de erros e problemas ocasionados
durante a geração ou transmissão do TS.
Normalmente implementam análises baseadas no guia ETR 290.
Analisadores de TS – Análise de prioridades
O guia ETR 290/TR101290 estabelece níveis de prioridades nas
análises de erros.
Estes níveis de prioridade são:
Prioridade 1 - indicam erros que IRÃO influenciar na decodificação
do TS
Prioridade 2 - indicam erros que PODERÃO influneciar na
decodificação do TS
Prioridade 3 - indicam erros que não afetam diretamente a a
decodificação do TS, mas sim algum informação adicional.
Analisadores de TS
Exemplo de análises através de níveis de prioridades exibidas pelo
software TEKTRONIX MPEG TS COMPLIANCE ANALYSER e pelo
equipamento Tektronix MTM 400.
O TS é o fluxo da camada de transporte do padrão MPEG-2,
formado por pacotes de tamanho fixo de 188 bytes, sendo que 4
bytes são de cabeçalho e 184 de carga / payload.
Cada pacote possui seu PID (Packet Identifier ) que é a
identificação do pacote.
TS: o byte de sncronismo
O byte inicial de cada pacote do TS transporta o valor
47 Hex. Este valor pode ser encontrado dentro do conteúdo
do pacote, porém o byte inicial do pacote estará 188 bytes
distante do próximo byte com valor 47Hex.
47h
188
Bytes
47h ...47h ... 47h
Dado
Como os dados transportados dentro dos pacotes do TS
seguem uma sintaxe muito bem definida, o byte de inicial,
chamado de byte de sincronismo tem um importante papel em
todo o processo de transmissão e decodificação do TS.
TS: o byte de sincronismo
Os receptores e analisadores de TS validam sequencialmente
uma determinada quantidade de bytes 47 hex antes de
considerar que encontrou o sincronismo do TS.
De forma semelhante os receptores e analisadores de TS
admitem uma determinada quantidade de erros no byte de
sincronismo antes de considerar a perda de sincronismo com o
TS.
TS: o byte de sincronismo
1.1 - Erro de sincronismo indica que foi perdido o sincronismo
do TS, ou seja, não se pode afirmar onde começa ou termina
cada pacote do fluxo.
1.2 – Erro de byte de sincronismo indica que um primeiro byte
de um pacote do fluxo transporta um valor diferente de 47
Hex.
TS – PID
Cada pacote possui seu PID (Packet Identifier ) que é a
identificação do pacote.
A identificação dos pacotes - PID
O PID - Packet identifier - campo transportado no
cabeçalho dos pacotes e identifica cada pacote do TS.
É atribuído ao pacote de acordo com a informação que
ele
está
transportando
em
sua
carga.
Pacotes que transportam informações de ES diferentes
(áudio, vídeo) e os pacotes que transportam dados (EPG,
interatividade, etc.) deverão ter valores de PID diferentes
entre si.
Para cada Elemetary Strem um PID diferente
PES
ES
Encapsulador
Codificador
de vídeo
Mux
Pid 200
Pid 300
PES
ES
Codificador
de áudio
TS
Encapsulador
A identificação dos pacotes - PID
Alguns valores de PID são reservados ou préestabelecidos pela norma do MPEG (ISO 13818-1), tal
como mostra a Tabela abaixo, e outros são reservados
para a transmissão de tabelas do sistema.
Valor do PID
Descrição
0x0000
Pacote que transporta a tabela PAT
0x0001
Pacote que transporta a tabela CAT
0x0002 - 0x000F
Valores de PID’s reservados
0x1FFF
Identificação do pacote nulo
Tabelas
Alguns pacotes do TS transportam informações adicionais
sobre como está estruturado o TS, sobre o meio que este
está sendo transmitido, etc.
Estes pacotes com informações adicionais sobre o TS são
chamada de TABELAS (Tables).
As tabelas são essenciais para o processamento de um TS
em um receptor; Decodificador.
Tabelas x Seções
As tabelas possuem uma sintaxe de formação muito bem
definida.
As tabelas seção trasnportadas em estruturas chamadas
de SEÇÕES. As seções, por sua vez, são transportadas no
payload dos pacotes do TS.
Pacote do TS – 188 bytes
Header
PID
Seção (Tabela)
Table ID
Assim como os pacotes
possuem uma
identificação individual
(PID), as seções também
o tem (Table ID).
Tabelas importantes definidas pelo MPEG
- PAT (Program Association Table): tabela que lista os
programas ou serviços presentes no TS e associa cada
programa do fluxo ao PID dos pacotes que transportam a
sua PMT.
- PMT (Program Map Table): Tabela que lista os PIDs dos
pacotes que transportam áudio, vídeo, PCR, dados, etc.
Que
estão
associados
a
um
determinado
programa/serviço.
- CAT (Conditional Access Table): transporta informações
sobre o acesso condicional aos programas.
Exemplo de um TS:
estrutura definida pelas tabelas PAT e PMT
O conceito de programa ou serviço
Os programas ou serviços transportados no TS referemse aos fluxos ES que possuem uma mesma base de
tempo
(PCR).
Geralmente cada encoder é o responsável pela geração
de
um
único
programa.
Lembrando
que
o
encoder
gera
o
PCR.
Um mesmo programa do TS pode transportar diversos
programas televisivos (ou eventos) ao longo do dia.
Exemplo de programa televisivo: filme, novela, jornal,
etc.
Evento
X
Programa/Serviço
Evento ou
Programa
Televisivo
Ex. Filme, novela
Programa ou
Serviço
Ex. HD, LD
Análise dos PIDS e principais Tabelas
Dentre os principais erros acusados pelos analisadores de TS se
encontram a verificação da PRESENÇA no fluxo das principais
tabelas e PIDs mencionados por elas.
Erros relacionados a PAT (ETR 290)
1.3.a – Análise mais completa que a 1.3 e é a recomendada pela
norma. A análise 1.3 não faz análise a nível de seção.
Os
erros
na
análise
1.3.a
indicam
que:
• Não foram encontradas, pelo menos a cada 0.5 s, seções que
transporta
a
PAT
(Table
ID=0x00).
• Seções com Table ID diferente de 0x00 foram encontradas dentro
dos pacotes com PID 0x00.
• O pacote com PID0x00 possui
O campo Scrambling Control diferrente de 00
(a Tabela nao pode estar criptografada ).
Erros relacionados a PMT (ETR 290)
1.5.a – Análise mais completa que a 1.5 e é a recomendada pela
norma. A análise 1.5 não faz análise a nível de seção.
Os erros na análise 1.5.a indicam que:
• Não foram encontradas, pelo menos a cada 0.5 s, seções que
transporta a PMT (Table ID=0x02), para cada programa indicado pela
PAT.
• Pacote com seção da PMT (Table ID 0x02) possui o campo
Scrambling Control diferrente de 00
(a Tabela não pode estar criptografada ).
Erros relacionados a CAT (ETR 290)
Os erros na análise 2.6 indicam que:
• Foram encontrados no fluxo pacotes com o campo Scrambling
Control trasnportando valores diferrentes de 00 (criptografado),
porém não foram encontradas seções que transportam a CAT (Table
ID 0x01).
• Seções com table ID diferentes de 0x01 foram encontrados dentro
dos pacotes com PID 0x01 (PID da CAT).
Erros relacionados a PID (ETR 290)
Os erros na análise 1.6 indicam que:
• Um PID referenciado (esperado) não foi encontrado dentro de um
intervalo de tempo especificado pelo usuário.
Ex. pelo menos um pacote com PID que transporta vídeo (ou áudio)
deve ser encontrados no fluxo a cada 5s.
Existem algumas exceções para pacotes que transportam serviços de
dados e áudio (ISO 639 Language Descriptor).
TS – Trasport Scrambling Control
Indica se o conteúdo transportado pelo pacote sofreu algum tipo de
criptografia. A utilização de criptografia pode restringir o acesso a
determinados pacotes a somente um grupo de usuários que tiverem
permissão para tal.
Trasport Scrambling Control
Significado
Valor do
campo
00
Não criptografado
01
Definido pelo usuário
10
11
Trasport Scrambling Control X CAT
A norma do MPEG ISO IEC 13818-1 não estabelece os mecanismos
de
criptografia.
Ela apenas indica que, caso seja utilizado algum tipo de criptografia
nos dados transmitidos, deve estar presente no fluxo a tabela CAT.
A CAT informa ao receptor maiores detalhes sobre o processo de
criptografia que foi utilizado.
Conforme comentado, a presença de pacotes criptografados (ou com
o campo transport Scrambling Control com valor diferente de 00) no
fluxo e a não presença da CAT, será avalida como um erro de
prioridade 2.
TS – Continuity Counter
Este campo transporta um contador sequencial que possibilitará ao
receptor detectar a perda ou mudança na ordem dos pacotes do TS.
É um campo formado por 4 bits que transporta o valor de um
contador que é incrementado a cada pacote enviado com o mesmo
PID.
Este contador possibilita identificar a perda ou repetição de pacotes,
ou mesmo desordenamento dos pacotes do fluxo, já que o valor
esperado para os pacotes de um mesmo PID deve assumir
sequencialmente os valores de 0 a 15.
Ao término da contagem, o contador é reiniciado e descontinuidades
nesse contador podem ser indicadas através de um sinalizador
especial localizado no adaptation field.
1.4 - Erro de continuidade acontece quando há:
- Ordenamento incorreto dos pacotes do fluxo
- Perda de pacote um mesmo pacote é recebido mais de uma
vez
TS – Adaptation Field Control
Indica se entre o cabeçalho inicial e a carga do pacote existe um
campo especial chamado de Campo de Adaptação ou adaptation
field.
Adaptation Fiel Control
Significado
Valor do
campo
00
Valor reservado
01
Pacote sem adaptation field, somente
com payload
10
Pacote sem payload, com adaptation
field somente
11
Pacote com adaptation field seguido
pelo payload
Adaptation Field
Pode-se transmitir entre o cabeçalho do TS e sua carga um
campo especial chamado de adaptation field.
Dentre as informações transportadas no adaptation field
pode-se
destacar
o:
Program Clock Reference (PCR)
Pacote do TS com Adaptation Field
Referências de tempo – PCR
A utilização de referêcias ou estampas de tempo transportadas no TS
– PCR (Program Clock reference) - possibilita a correta e síncrona
decodificação e apresentação dos sinais de vídeo e de áudio.
Emissora
Receptor
Transmissão
Encoder
(Codificador)
Decoder
(decodificador)
PCR
Clock
27MHz
Clock
27MHz
Permite sincronizar os relógios
Referências de tempo – PCR
Vídeo
Áudio
Tabelas
Tabela
ES Encoder
PCR
Contador
M
u
x
Meio de
transmissão
PLL 27Mhz
Vídeo
Áudio
ES Decoder
PCR
Contador
PCRs
PLL 27Mhz
Formação do PCR
O PCR é formado por dois sub-campos ou contadores – o PCR
Base e PCR Extension.
PCR Base
Contador de
33 bits
Clock
27MHz/300
ou 90 KHz
PCR Extension
Contador de
9 bits
0 - 299
Clock
27MHz
Pacote do TS transportando PCR
Transmissão do PCR no TS
Amostras dos contadores são tomadas de tempo em
tempo e transmitidas no TS.
PCR
PCR
Tempo
PCRb, PCRe=
4960258316 , 60
Contadores
PCRb e PCR
4960261361 , 240
PCR=(PCRb x300) + PCRe
PLL 27Mhz
PCR
Para que o sistema opere perfeitamente, os valores de
PCR devem ser enviados com certa frequência e as
diferenças entre os valores dos contadores recebidos
pelo decodificador e seu contador local devem ter certa
precisão (ACCURACY).
A norma do MPEG (13818-1) indica que o máximo
espaçamento de tempo entre PCR transmitidos (TIME
INTERVAL) seja de 40 ms e que erros de precisão não
ultrapassem
os
+/500
ns.
O sistema ISDB, por outro lado, admite espaçamento
entre PCRs maior que 60 ms.
Para facilitar os estudos vamos propor um PCR fictício formado
por um contador incrementado a cada 1 s
14
10
PCRficticio=
10
11
12
13
14
Temp
o
O valor transportado pelo PCR tem relação com o instante
no tempo de envio do pacote.
TS Original
PCRficticio=
10
TS Alterado 1
TS Alterado 2
Com ERRO
14
10
11
11
10
12
13
Tempo
14
15
14
Análises de PCR
Erros sinalizados relacionados
prioridade 2 pela ETR 290.
ao
PCR
são
considerados
de
Juliano
Objetivo
- Entender a camada de
multiplexação
do
sistema ISDB
Recepção
O multiplexador do sistema ISDB
O multiplexador é responsável por entregar um único fluxo à
entrada do transmissor e também por configurar os
parâmetros
de
transmissão
do
mesmo.
O multiplexador recebe vários TS’s (Transport Stream) em sua
entrada, mais os dados e configurações e os multiplexa.
O BTS (Broadcast Transport Stream) é como é chamado o fluxo
de saída do multiplexador.
O BTS é de certa forma um TS preparado para o sistema de
trasnmissão ISDB.
O multiplexador do sistema ISDB
O multiplexador gera um fluxo único (BTS)
a ser entregue ao transmissor
O processo de multiplexação de TS é necessário quando se
deseja unir ou misturar as informações transportadas por ou
mais TS´s diferentes.
TS
Áudio
Encoder HD
Vídeo
Áudio
TS
Mux
de
TS
TS
Encoder LD
Vídeo
Multiplexação de TS – Ordem dos pacotes
1 2
Encoder HD
3
4
TS
Mux
de
TS
1
Encoder LD
2
3
1
1
2
2
3
4
4
TS
Multiplexação de TS – Atualização de Tabelas
PAT – 1 programa
PAT – 2 programas
Encoder HD
PAT – 1 programa
Encoder LD
Mux
de
TS
TS
Multiplexação de TS – Taxa de transmissão
13 Mbps
4
3
2
1
32.508 Mbps
Encoder HD
TS
400 Kbps
3
Encoder LD
2
Mux
de
TS
4
2
3
1
2
1
1
TS
É o fluxo de entrada do multiplexador e possui como principais
características:
• Taxa (bps) configurável (encoder)
• Transporta principalmente os sinais
comprimidos e tabelas SI/PSI
• Fluxo
formado
por
pacotes
de
de
áudio
188
e
vídeo
bytes
Multiplexador - Diferenças entre TS e BTS
BTS – Broadcast Transport Stream
É o fluxo de saída do multiplexador e possui como principais
características:
• Fluxo
formado
por
pacotes
de
204
bytes
• Taxa fixa em 32.508Mbps
• Controla a distribuição dos pacotes
hierárquicas do transmissor (Re-mux).
• Transporta
principalmente
os
TS´s
parâmetros de configuração do transmissor
nas
camadas
multiplexados,
Estudo do BTS
Estudo do BTS:
a ordem dos pacotes
dentro do BTS
(quadro de multiplexação)
Quadro de Multiplexação - Multiplex Frame
A distribuição dos pacotes no BTS devem seguir uma
distribuição determinada pela lei de formação do quadro de
Multiplexação.
O Quadro de Multiplexação determina a ordem com que os
pacotes devem ser entregues às camadas hierárquicas do
transmissor.
A ordem leva em consideração a sequência dos dados de saída
de cada camada hierárquica na saída de um RECEPTOR
MODELO.
Pacotes do BTS
B A B A B B B N A N
O receptor Modelo
Sequência na saída (SW4):
B A B A B B B N A N
Quadro de Multiplexação X Quadro OFDM
BTS
RF
Mux
Modulador
X Pacotes
Quadro de Multiplexação
204 Símbolos OFD
Quadro OFDM
Mesma duração no tempo
Transportam a mesma quantidade de dados úteis
A taxa do quadro de multiplexação
A taxa do quadro de multiplexação é fixa e de valor igual a 4
vezes a taxa de amostrtagem da IFFT (que irá gerar o sinal
OFDM no modulador), e tem portanto valor igual a:
TaxaQM = 4 x (512/63) = 32,5079365 Mbps
Esta é a taxa do BTS (32,508Mbps)
Durante a geração do quadro de multiplexação, são inseridos
pacotes nulos para que essa taxa seja mantida fixa
independente das configurações de transmissão. Estes pacotes
nulos são descartados pelo modulador.
Pacotes por quadro de multiplexação
O número de pacotes transmitidos, assim como sua ordem
dentro do quadro de multiplexação é determinado pelas
configurações de transmissão do modulador, conforme
mostrado a seguir.
Pacotes de 204 bytes / Quadro de Multiplexação
Alguns destes pacotes são pacotes nulos inseridos
para completar a taxa do quadro que é de 32.508 Mbps
O quadro de multiplexação
Para o modo 1, Intevalo de Guarda 1/4, cada quadro de
multiplexação será formado por 1280 pacotes de 204 bytes.
B A B A B
B N A N B A B A B
Quadro 1
1280 pacotes
B N A N
Quadro 2
1280 pacotes
Capacidade de transmissão do sistema ISDB
Taxa de transmissão
Observe que a máxima taxa de transmissão do sistema ISDB
não ultrapassa 24 Mbps. Esta taxa é bem inferior a taxa do
BTS
que
é
de
32.508
Mbps.
O BTS gerado pelo multiplexador deve transportar uma taxa
útil de dados IGUAL à esperada pelo sistema de transmissão
para que não ocorra enchimento (overflow) ou esvaziamento
(underflow)
nos
buffers
de
dados
do
transmissor.
Portanto, caso a taxa útil de dados contida no BTS não esteja
de acordo com o esperado pelo transmissor, todo o processo
de
transmissão
será
comprometido.
Quadro de Multiplexação X Quadro OFDM
BTS
Mux
Modulador
X Pacotes
NUN
RF
204 Símbolos OFDM
U
Quadro de Multiplexação
Quadro OFDM
Ex. Modo 3, IG 1/16, 64QAM, código 7/8
Taxa útil de dados de 23,234 Mbps
32,508 – 23,234 = 9,274 Mbps (nulos dentro do BTS)
Estudo do BTS
Configurações de transmissão
e a IIP
Multiplexador e modulador
Conforme podemos observar o multiplexador trabalha em
conjunto com o modulador e seus funcionamentos são
relacionados.
Por exemplo as configurações de transmissão do modulador
influenciam na taxa de dados úteis transportadas no BTS.
As configurações de transmissão são definidas pela IIP
transmitida
no
BTS
do
gerado
pelo
Multiplexador.
IIP – ISDB-T Information Packet
O IIP é um pacote que transporta informações a respeito dos
parâmetros de transmissão do sistema ISDB e tem como
PID o valor 0x1FC0h.
A cada quadro de multiplexação deve ser transmitido um
pacote contendo o IIP.
Ele transporta as informações da configuração do transmissor
e, em caso de troca de alguns desses parâmetros, controla o
processo de transição das configurações, que leva 15 quadros
de multiplexação.
IIP x quadro de Multiplexação
Para cada quadro de multiplexação, é transmitido um
pacote, com PID 0x1FF0, trasnportando a IIP.
B A B A B
B N A IIP B A B A B
Quadro 1
B N A IIP
Quadro 2
Normalmente ele é transmitido na mesma posição dentro do
quadro de multiplaxação.
IIP – ISDB-T Information Packet
Estrutura de formação do IIP:
IIP - Estrutura
IIP - Estrutura
IIP e o Modulador
O modulador identifica o pacote IIP no BTS e extrai dele os
seus
parâmetros
de
configuração.
Tais parâmetros são transmitidos pelo modulador em algumas
portadoras especiais chamadas de TMCC (Transmission and
Multiplexing Configuration Control).
Configurações do Multiplexador
Estudo do BTS:
os pacotes do BTS
Os pacotes do BTS
O BTS é formado por pacotes de 204 bytes resultantes do
acréscimo de 16 bytes ao final de cada pacote do TS.
Os pacotes do BTS
Dos 16 bytes inseridos na geração do BTS:
8 transportam informações de controle do pacote, que,
por exemplo, informam em qual camada hierárquica o
pacote
deve
ser
transmitido.
• 8 estão previstos para paridade e são opcionais. As
paridades devem ser geradas por um codificador ReedSolomon RS(204,196) e são utilizados para detecção e
correção de erros inseridos durante o transporte do BTS.
Caso não sejam utilizadas as paridades, estes bytes
transportam o valor 0xFF.
Multiplexador ISDB
X
sistema de transmissão:
cenários reais
Filtragem de PID
Encoder HD
Encoder SD
Encoder SD
Encoder LD
TS
TS
TS
?
Mux
BTS
E agora,
Filtro de PIDs?
TS
Filtragem de PID
Interface de configuração do filtro de PIDs
Programação Local x Externa
DVB-S/S2
RX Sat
E as TABELAS?
?
TS (Sat)
Mux
Encoder HD
Encoder LD
TS (Local)
E agora,
Filtro de PIDs?
TS (Local)
Re-transmissão: cenário 1
DVB-S/S2
ISDB
Modulador
ISDB
Mux ISDB
RX Sat
TS
BTS
DVB-S/S2
ISDB
Modulador
ISDB
RX Sat
BTS ??
Mux ISDB
Problema:
DVB (TS - 188 bytes) x ISDB ( BTS - 204 bytes)
Link via satélite de de 32.508 Mbps
Mux
ISDB
Compressor
TX DVB-S2
DVB-S/S2
ISDB
BTS
Comprimido
TX
ISDB
Descompressor
RX DVB-S2
O receptor Modelo
Sequência na saída (SW4):
B A B A B B B N A N
BTS x BTS Comprimido
BTS
32,508 Mbps
x
BTS
Comprimido
+/- Taxa útil
de transmissão
Recepção
Revisão
1 – Qual o papel do multiplexador no sistema de transmissão
ISDB?
2 – Descreve as principais diferenças entre TS e BTS.
3- Comente sobre a taxa de transmissão do BTS e a taxa útil
transmitida pelo modulador.
4 – Qual o papel da IIP ?
5 – Comente o que vem a ser filtragem de PIDs.
6 – É possível utilizar enlaces DVB-S para
distribuição de sinal ISDB? Comente e desenhe diagramas.
Objetivo
- Entender a camada de
multiplexação
do
sistema ISDB
Anderson
SFN
Rede SFN
 Vantagens:
• Maior disponibilidades de canais de TV;
• Alta qualidade de recepção na área de serviço;
Brasil
• Baixo custo de infraestrutura, operação e manutenção;
• Utilização de baixa potência de transmissão;
• Redução da interferência externa;
• Diversidade espacial dos transmissores;
• Maiores possibilidades geométricas, para uma determinada
área de cobertura;
• Redução da poluição ambiental causada por RF;
SFN
Rede SFN
 Parâmetros de irradiação:
• Possuir a mesma frequência;
• Estar no mesma base de tempo;
• Ter a mesma taxa de transmissão;
SFN
Tipos de Rede SFN – Distribuída (BTSin - RFout)
 Sincronização Escrava:
• Clock Mestre (10MHz) é gerado
na estação principal e é enviado
juntamente com o BTS.
 Sincronização mestre de um GPS:
• Clock Mestre (10MHz) é gerado de GPS.
• Para mais de um enlace ou
equipamentos de baixa estabilidade devese tomar cuidado com Jitter.
SFN
Tipos de Rede SFN – Envio da FI ou Retransmissão do Canal
 Sincronização Master:
 Sincronização Master:
• É feita somente entre MUX e o
Modulador.
• FIin - RFout
• É feita somente entre MUX e o Modulador.
• Deve-se ter alta isolação entre as antenas
de RX e TX (Gap-Filler).
• FIin – RFout (mod – TX principal)
• FIin – RFout (TX principal – Gap-Filler)
SFN
Diferença entre a Rede SFN e Gap-Filler
Rede SFN (Single Frequency Network): é a tecnologia que permite
cobrir determinadas áreas, com maiores possibilidades geometrias
do sinal de cobertura.
 Cada estação recebe o sinal em banda base para modulação;
 Sincronismo = GPS;
 Feixe deve ter uma marcação de
tempo referido ao GPS;
SFN
Diferença entre a Rede SFN e Gap-Filler
Gap-Filler: é a tecnologia que permite cobrir determinadas áreas,
cujo sinal do transmissor principal é obstruído totalmente ou
parcialmente por obstáculos naturais ou artificiais.
 A estação toma o sinal do TX principal e o re-transmite no mesmo
canal;
 Não regeneração de sinal = não estabelecimento
do intervalo de guarda;
 Limite de retransmissão dado pelo
intervalo de guarda;
 Alta isolação entre as antenas
de RX e TX;
 Cancelamento de eco;
SFN
Gap-Filler
 O conceito vem da década de 50, na qual era chamada de “Hot Link”
ou “Active Relay”. Onde um amplificador era conectado a antena de
RX, amplificando o sinal que era retransmitido por uma outra antena de
TX.
 Simples filtros limitavam a frequência de operação e eventualmente
AGC’s mantinham o sinal estável.
SFN
Gap-Filler
 É claro que esta solução é perfeita em situações onde a antena de RX é
totalmente desacoplada da antena de TX.
 Pois se alguma parte do sinal transmitido for recebido pela antena de
RX irá gerar graves interferências no sinal recebido.
 Em sistemas OFDM com ISDB-Tb, isto pode facilmente ser
identificado como um eco, e ser medido por instrumentos.
SFN
Gap-Filler
 Condições de oscilações são muito perigosas, pois podem destruir
uma grande faixa de frequências e afetar o sinal em uma grande área.
SFN
Transmissão
Gap-Filler
 Quando o sistema de amplificação é superior a isolação entre
antenas, inicia-se a oscilações e somente param ao removermos o
sinal de saída.
 Relação frente-costa
 Diretividade
SFN
Rede SFN - IIP e o Modulador
 O Modulador identifica o pacote IIP (ISDB Information Packet) no BTS e
extrai dele os seus parâmetros de configuração;
 Tais parâmetros são transmitidos pelo modulador em algumas
portadoras especiais chamadas de TMCC (Transmission and
Multiplexing Configuration Control).
SFN
Rede SFN – Estrutura de formação do IIP
SFN
Rede SFN - IG
TX
RX
SFN
Transmissão
Rede SFN
1µs – 300m
3,33µs – 1km
SFN
Rede SFN – Máximo Atraso
𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = 300𝑚𝑠
SFN
Rede SFN – Time Offset
TX “1”
Time Offset = 0µs
𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝐷𝑒𝑙𝑎𝑦 = 300𝑚𝑠
TX “2”
Time Offset = 33,33µs
SFN
Rede SFN
 Dinâmico (Static Delay OFF):
• Calcula o atraso automático da rede (Maximum Delay);
• Adiciona / Subtrai o Time Offset;
Exemplo:
 Estático (Static Delay ON):
• Insere exatamente o valor especificado pelo Time Offset;
Exemplo:
SFN
Rede SFN – Time Stamps
SFN
Transmissão
Rede SFN - Estrutura de Formação
do IIP
SFN
Rede SFN – Time Stamps
 É um contador de que utiliza uma frequência de clock de 10MHz, que
serve de referencia para a medida de tempo.
SFN
Rede SFN – TX Principal
Time offset: 0ms
Path Delay: 0ms
Local Delay: 376.45ms
SFN
Rede SFN – TX Principal
Time offset: 0ms
Path Delay: 0ms
Local Delay: 376.45ms
SFN
Rede SFN – TX Principal + TX 2
Atraso 3.3µs
Distância: 1km
-16dB
SFN
Rede SFN – TX Principal + TX 2
Atraso 33.33µs
Distância: 10km
-16dB
SFN
Rede SFN – Equipamento
SFN
-9.7µs
2.9km
-11dB
SFN
8.8µs
2.6km
-17.8dB
Medidas para TV Digital
Multiplexação – Taxa de Bits de Saída
Onde:
Rb = Taxa de bits efetivamente transmitida
Nc = Número de portadoras úteis: 96 (modo 1) ; 192 (modo 2) ; 384 (modo 3)
Md = Método de modulação: 2 (QPSK ∴ 22 = 4 = 𝑄); 4 (16QAM ∴ 24 = 16); 6 (64QAM
∴ 26 = 64)
Rcc = Razão do codificador convolucional: 1/2 ; 2/3 ; 3/4 ; 5/6 ; 7/8
RRS = Razão do codificador Reed-Solomon: 188/204
Ns = Número de segmentos
Tu = Tempo útil do símbolo OFDM: 252µs (modo 1) ; 504µs (modo 2) ; 1008µs (modo 3)
k = Razão do intervalo de guarda: 1/4 ; 1/8 ; 1/16 ; 1/32
Frequência Central de Transmissão
UHF (14 ao 69):
VHF Alto (07 ao 13):
Brasil
 Onde: c é número do canal.
Exercício:
Calcule as frequências centrais dos canais: 36 e 12.
Largura de Banda
TX
Fonte de
mensagem
Codificador
Modulador
f
f
c
Onda
Portadora
Largura de Banda
Imagem
Ilustrativa
(não condiz
com a
medida real)
 A largura de banda ocupada do sinal de TV Digital é à parte da resposta
em frequência do canal que está na faixa de 3dB da resposta na
frequência central.
 A especificação para a radiodifusão de televisão digital terrestre deve
ser usada a largura de banda de 5,7MHz. (Resolução Nº 498 de 27 de
março de 2008)
Medida de Potência
Potência Efetiva
 Escalas de Potências:
𝑃𝑑𝐵𝑚 = 10𝑙𝑜𝑔
𝑃𝑤
𝑃𝑑𝐵𝑤 = 10𝑙𝑜𝑔
𝑃𝑑𝐵𝑘𝑤 = 10𝑙𝑜𝑔
1 ⋅ 10−3
𝑃𝑤
𝑃𝑤
1
1 ⋅ 103
 Relação entre Potência e Nível de tensão:
𝑒𝑜𝑢𝑡 =
𝑃𝑜𝑢𝑡 × 𝑍𝑜𝑢𝑡
(Lei de Ohm)
Medida de Potência
Potência Efetiva
 Caso a impedância do medidor diferente da impedância do
circuito, deve-se efetuar uma correção:
𝑁
𝑑𝐵𝑚 𝑟𝑒𝑎𝑙
=𝑁
𝑑𝐵𝑚
𝑅𝑚
𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 + 10𝑙𝑜𝑔
𝑅𝑐
Onde: 𝑁 𝑑𝐵𝑚 𝑟𝑒𝑎𝑙 ≡ Valor da potência real.
𝑁 𝑑𝐵𝑚 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 ≡ Valor apresentado pelo medidor.
𝑅𝑚 ≡ Impedância do medidor.
𝑅𝑐 ≡ Impedância do circuito.
Medidas com Modulações Digitais
Potência
Exercício:
Calcule o valor real da potência fornecida pelo transmissor. Neste
momento desconsidere as perdas encontradas no cabo.
Medida de Potência
Potência Efetiva
TV digital
 A potência é medida na banda inteira quebrando o conceito
de pico de sincronismo;
 Wattímetro de absorção e sempre em RMS;
Medida de Potência
Potência Efetiva
TV analógica
 Potência varia com a cena;
 Padronizou pico de sincronismo;
 A potência é aproximadamente quatro vezes maior do que um
transmissor digital para cobertura de uma mesma área.
A potência é medida aqui.
Medida de Potência
Potência - ERP
 ERP – Effective Radiated Power.
 Considerações relativas as Recomendações Nacionais e
Internacionais são feitas com relação à ERP.
 Normalmente expressos em dBW.
𝐸𝑅𝑃 = 𝑃𝑇𝑋 + 𝐺𝑇𝑋 − 𝑝 ∗ 𝜂
Onde:
𝑃𝑇𝑋 ≡ Potência do Transmissor.
𝐺𝑇𝑋 ≡ Ganho das antenas.
𝑝 ≡ Perdas do sistema de transmissão.
𝜂 ≡ Eficiência de irradiação na direção desejada.
Medida de Potência
Potência - ERP
Exercício (ERP)
Determine a ERP para o sistema ilustrado abaixo, dado que a antena opera na faixa de
freqüências de UHF com um ganho de 13,85 dBd, na direção desejada a eficiência de
transmissão apresentada é de 99%. O transmissor opera com 2kW. A linha de transmissão
apresenta uma atenuação de 2,5dB/100m. Os conectores (flanges) do transmissor para a linha de
transmissão e o conector da linha de transmissão para antena (4 conectores) apresentam perdas
Conectores externos
de 0,2dB.
LT p/ antena 0,5dB
28m
1m
16m
0,5dB
Conectores internos
TX p/ LT
Medida de Potência
Potência – Classificações das Estações
Medida de Potência
Potência – Critério de Utilizações das Máscaras
Medida de Potência
Potência – Configurações
Medida de Potência
Potência – Critério de Utilizações das Máscaras
Medida de Potência
IM – Inter Modulação
NEC
MER
 Para análise de desempenho de enlaces digitais as melhores
opções de medidas são a Relação do Erro de Modulação (MER –
Modulation Error Ratio) ou a Magnitude do Vetor de Erro (EVM –
Error Vector Magnitude).
 Os valores de MER e EVM são melhores e mais completos do
que a relação portadora ruído em comunicação digital, pois
combina os efeitos do ruído (CNR), efeitos de não linearidade
(Intermodulações de Segunda e Terceira ordem), retardo de
grupo (Group Delay), problemas de resposta dentro do canal (Tilt
e Ripple) e Micro Reflexões.
MER
Por qual motivo mede-se o MER?
 Medida direta da qualidade da modulação;
 Relação direta com a BER;
 Boa medida para verificar o desempenho, permitindo detectar
possíveis causas de deterioração;
 Pode ser usada em conjunto com sinais adjacentes para
estimar distorções lineares e não lineares.
MER
Q
Potência Média
do Erro
M ER  10 log
Potência Média
do Símbolo
 X
2
j
 Yj2 
 X
2
j
 Yj2 
N
j 1
N
j 1
I
Potência Média do Símbolo
MER  10 log

 Potência Média do E rro 
MER
 Dentro da estrutura de transmissão a deterioração da MER entre a saída
do modulador ou do up-converter e os sinais devidamente combinados na
entrada da antena de transmissão não pode superior a 1[dB].
 É importante verificar se os medidores de MER estão equalizados ou não,
pois medidas equalizadas podem mascarar alguns efeitos na modulação e
com isso impedir o descobrimento de possíveis causas.
 Os valores de MER medidos, podem serem distintos, dentro da mesma
área de cobertura, mesmo que todos tenham a mesma relação (C/N). Isto
ocorre pois cada percurso entre o ponto de recepção e o transmissor tem
suas diferenças, como atrasos, reflexões e interferências.
MER
 O valor limite para a modulação QPSK varia entre 10[dB] e
13[dB] dependendo do fabricante e modelo de receptores.
 Um boa prática de engenharia é trabalhar com valores
6[dB] acima do mínimo.
Ideal
Ruído
Tom CW
Filtronic - Sigtek
MER
 O valor limite para a modulação 16-QAM varia entre 17[dB]
e 20[dB] dependendo do fabricante e modelo de
receptores.
 Um boa prática de engenharia é trabalhar com valores
6[dB] acima do mínimo.
Ideal
Ruído
Tom CW
Filtronic - Sigtek
EVM
Por qual motivo mede-se o EVM?
 Alguns profissionais da área técnica são mais familiarizados
com o EVM;
 Medidas na Escala Linear;
 As medidas se relacionam de forma direta com que se
visualiza na constelação.
EVM
Amplitude do erro
Q
Vetor de erro
Sinal medido
EVM: É a amplitude do
vetor desenhado entre a
referência ideal e a
posição do sinal medido.
Sinal de referência (Ideal)
θ
Erro de Fase
I
EVM
 Existem equipamentos que medem o valor de EVM para a recepção.
 O valor de EVM normalmente é obtido em analisadores vetoriais de
sinais.
Sunrise
Telecom
Relação entre MER e EVM

 1
MER  20 log
 EVM

Onde
  Máxima Amplitude do Símbolo 
dB
  

  Amplitude Média do Símbolo 
 Máxima Amplitude do Símbolo 
 Amplitude Média do Símbolo  dB


Assume os seguintes valores:
0 dB para QPSK
3.02 dB para 8-QAM e 16-QAM
Ruído de Fase
X[dBC]
Ruído de Fase dBC   X dBC   10 logRBW 
Sinal afetado por jitter
Ref Lvl
CF
20 MHz
SR
2 MHz
0 dBm
Meas Signal
Eye [I]
Demod
QPSK
1.5
REAL
A
T1
-1.5
0
SYMBOLS
Ref Lvl
0 dBm
4
CF
20 MHz
SR
2 MHz
Meas Signal
Eye [Q]
Demod
QPSK
1.5
IMAG
B
T2
-1.5
0
Date:
SYMBOLS
31.JUL.2002
4
14:01:48
Ruído de Fase:
PLL e amostragem
da FFT não estão
locados.
Interferência AM:
Causado por fading
e AGC
Ruído Gaussiano:
Degeneração
do
C/N e degradação
da MER
Interferências
 As interferências podem ocorrer na recepção ou até
mesmo nos ambientes de transmissão por interferência
entre estágios;
 As interferências podem ser coerentes ou intermitentes:
As interferências coerentes podem
identificadas como serão apresentadas;
ser
facilmente
As interferências intermitentes dependem de observações
mais demoradas e nem sempre suficientes para verificação do
efeito;
Interferências
Constelação do
sinal 64-QAM com
interferência
coerentes
Interferências
Constelação do
sinal 64-QAM com
interferência
intermitentes
BER
Constelação 16QAM, BER no Viterbi (Inner Code) e no Reed-Solomon
(Outer Coder),
Código Convolucional: 7/8,
Número de segmentos: 13,
Intervalo de guarda: 1/8,
Modo de operação: 8k (modo 3).
Com ruído desligado, alterando somente o nível do sinal
Constelação 16QAM, BER no Viterbi (Inner Code)
e no Reed-Solomon (Outer Coder), para:
Modo de operação: 8k (modo 3);
Constelação 16QAM, BER no Viterbi (Inner Code) e no Reed-Solomon (Outer Coder),
C/N = 15dB;
Constelação 16QAM, BER no Viterbi (Inner Code) e no Reed-Solomon (Outer Coder),
C/N = 15dB;
Relação Sinal-Ruído de Pico da Imagem
PSNR

É uma medida em escala logarítmica, e que depende da medida do erro
quadrado médio (MSE) e entre a imagem original e a imagem reconstruída:


 2n  1 2 

PSNRdB  10 log
 MSE 


Onde:
1 n
2
MSE   Pi  Qi 
n i 1
Pi ≡ Denota os pixels da imagem original.
Qi ≡ Denota os pixels da imagem reconstruída.
n ≡ Número de bit’s por amostras.
Relação Sinal-Ruído de Pico da Imagem
PSNR
Imagem Original
34,1 dB
38 dB

Y - ramos on

Transcrição

Documentos relacionados

Referências

Vencedor do concurso cultural Dia dos Namorados Bella Città

Nemesio Antunes - TNT

Untitled - redminera

Contactos

Baixe PDF

O não cumprimento de qualquer dos pontos anteriores será motivo

Santiago Cultural Raízes Chilenas

mensaje final de la 13ª

Chile - Julho