Alessio Raffaele, Curcio Andrea, Dellepiane Stefano

DVB domina il mondo di radiodiffusione digitale. Ci sono servizi numerosi di radiodiffusione usando i campioni di DVB. Ci sono centinaia dei fornitori che offrono a DVB l'apparecchiatura completa.Ci sono milioni di utenti soddisfatti intorno al mondo.

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I congressi del mondo di DVB presentano ogni anno gli ultimi sviluppi nel broadcasting digitale. Come gli altoparlanti e partecipanti caratterizzano tutte le personalità principali del progetto di DVB così come il tutti coloro che direttamente coinvolgono nel lavoro Dall'inizio dello sviluppo della televisione digitale, ci è stato una creazione ordinata dei campioni, che ha provocato i nuovi sistemi ed i servizi che sono introdotti nel mondo intero. Molto di questo è dovuto al progetto DVB.

Con il 2006 la televisione digitale terrestre italiana entra nel suo terzo anno di vita. Le statistiche di crescita sono molto incoraggianti: circa 3.700.000 famiglie dotate di decoder, trenta canali televisivi a diffusione nazionale, circa duecento canali locali, oltre una diecina di canali televisivi visibili mediante carta prepagata e, soprattutto, la grande innovazione resa possibile dalla tecnologia digitale: l’interattività, per accedere ai servizi della società dell’informazione (supertelevideo, partecipazione attiva a trasmissioni televisive, televoto, prenotazioni visite mediche, richiesta certificati, apprendimento a distanza, t-banking, t-commerce e tante altre applicazioni).

L’offerta televisiva in formato digitale continuerà a crescere, ma si svilupperanno soprattutto i servizi interattivi. Varie amministrazioni regionali e decine di amministrazioni locali metteranno in onda, nel corso del 2006, ulteriori servizi di utilità per il cittadino. Il caro vecchio apparecchio televisivo munito di decoder e di collegamento alla rete diventa un nuovo e pratico terminale da salotto utilizzabile da tutti i cittadini, in alternativa o in aggiunta a Internet e ai servizi fruibili attraverso il telefonino.

Ormai è avviato un processo irreversibile, di progressiva sostituzione dell'analogico con il digitale. Il destino della cara tv analogica è segnato; il vecchio sistema resisterà per il tempo stabilito dagli orientamenti nazionali e comunitari e necessario a permettere a tutti gli utenti di equipaggiarsi per la ricezione digitale. Il 9 agosto 2006 il Ministro della Comunicazioni Paolo Gentiloni, ha istituito con Decreto Ministeriale il Comitato “Italia Digitale”,con il compito di definire e coordinare le attività necessarie alla realizzazione dello switch-off nazionale per la transizione al digitale terrestre; una vera e propria cabina di regia cui spetterà definire tempistica e modalità di passaggio al digitale terrestre e incentivarne la diffusione, puntando soprattutto sui contenuti.

E’ solo l’inizio di una rivoluzione del nostro modo di agire come telespettatori. Dietro l’angolo ci sono ulteriori estensioni delle tecniche digitali: la televisione a portata di cellulare e di palmare con qualità soddisfacente e a costi molto contenuti (televisione mobile in tecnologia DVB-H) e la televisione ad alta definizione (HDTV). 

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DVB

L'acronimo DVB (Digital Video Broadcasting, Diffusione Video Digitale) rappresenta un insieme di standard aperti ed accettati a livello internazionale, concepiti per lo sviluppo e la diffusione della televisione digitale. Attualmente essi sono mantenuti dal DVB Project, un consorzio industriale con più di 270 membri, e vengono pubblicati da un Comitato Tecnico Congiunto (Joint Technical Committee, JTC) dell'Istituto Europeo per gli Standard di Telecomunicazione (European Telecommunications Standards Institute, ETSI), del Comitato Europeo per la Standardizzazione Elettrotecnica (European Committee for Electrotechnical Standardization, CENELEC) e dell'Unione Europea per la Radiodiffusione (European Broadcasting Union, EBU). Questi standard possono essere scaricati gratuitamente dal sito ETSI previa registrazione libera.

Il sistema DVB ha prodotto degli standard per ciascun mezzo trasmissivo (terrestre, satellite, via cavo) utilizzato dalla TV analogica. In particolare. si possono annoverare i seguenti:

DVB-S (la "S" sta per "satellitare"): in questo caso per ricevere i segnali video è necessario collegare il televisore ad un'antenna parabolica, che riceve i segnali direttamente dai satelliti posti in orbita geostazionaria;

DVB-C (la "C" per "cavo"): qui invece il segnale è ricevuto grazie ad un cavo coassiale;

DVB-T (la "T" sta per "Terrestrial"): infine in quest'ultimo caso, il segnale video è ricevuto attraverso le normali antenne televisive, andando (per il momento) ad affiancarsi alle trasmissioni analogiche, ossia quelle che siamo abituati a ricevere da anni. Quest'ultimo tipo di trasmissioni, però, è destinato per legge a scomparire, in quanto è previsto che nel mese di dicembre 2008 (o nella data che verrà fissata nel prossimo provvedimento legislativo) tutti i trasmettitori televisivi analogici d'Italia saranno spenti, e da quel momento in poi sarà possibile vedere i programmi televisivi solo dotandosi di un ricevitore digitale, che nei televisori più nuovi è già incorporato.

DVB-H (la "H" sta per "handheld"): è lo standard del consorzio europeo DVB per una modalità di radiodiffusione terrestre studiata per trasmettere programmi TV, radio e contenuti multimediali ai dispositivi handheld, come i più comuni smartphone e i palmari Pda. Si tratta di uno standard derivato dal DVB-T e funziona combinando gli standard del video digitale con l'Internet Protocol in modo da suddividere i contenuti in pacchetti di dati da trasferire sul cellulare e leggibili da parte dell'utente.

DVB-S

Il Digital Video Broadcasting - Satellite (DVB-S) è lo standard del consorzio europeo DVB per una modalità di trasmissione televisiva satellitare. Il sistema prevede la trasmissione di un flusso audio/video digitale della famiglia MPEG-2, utilizzando un sistema di modulazione QPSK con codifica concatenata.

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Schema a blocchi di un sistema di trasmissione DVB-S

Con riferimento alla figura, descriviamo brevemente le caratteristiche e lo scopo di ciascun blocco di elaborazione.

Codifica di sorgente e multiplazione (MUX) MPEG-2: un flusso video, uno audio e uno dati sono multiplati insieme a costituire un flusso di programma MPEG-2 PS (MPEG-2 Programme Stream). Uno o più flussi di programma costituiscono un flusso di trasporto MPEG-2 TS (MPEG-2 Transport Stream); tale flusso rappresenta la sequenza digitale che viene trasmessa e ricevuta nei Set Top Box (STB) domestici. La bit rate ammessa per il trasporto MPEG-2 dipende principalmente dalla larghezza di banda del transponder posto a bordo del satellite: essa può variare da circa 19 a circa 68 Mbps (si veda la figura in fondo per l'elenco completo).

Adattamento di MUX e dispersione d'energia: il flusso di trasporto MPEG-2 viene identificato come una sequenza di pacchetti dati di lunghezza fissa pari a 188 byte. Con una tecnica chiamata dispersione d'energia (scrambling), la sequenza di byte viene quindi scorrelata.

Codificatore esterno: un primo livello di protezione viene fornito ai dati trasmessi, usando un codice a blocchi non binario di tipo Reed-Solomon RS(204,188), che permette la correzione di un massimo di 8 byte errati per ogni pacchetto di 188 byte.

Interleaver esterno: si utilizza una tecnica di interleaving convoluzionale per mescolare la sequenza di dati trasmessa, in modo da renderla più robusta in caso di lunghe sequenze di errori.

Codificatore interno: un secondo livello di protezione è affidato all'uso di un codice convoluzionale binario con perforazione, che spesso viene indicato nei set top box con il termine FEC (Forward Error Correction). I valori di codifica ammessi sono cinque: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8.

Modulatore QPSK: questo blocco effettua la modulazione in banda-base digitale della sequenza di bit, producendo una sequenza di simboli. Il metodo di modulazione utilizzato è QPSK.

Sagomatura in banda-base: il segnale QPSK è opportunamente filtrato con un filtro a coseno rialzato, che permette di diminuire le interferenze mutue del segnale in ricezione.

DAC e front-end: il segnale digitale viene opportunamente trasformato in un segnale analogico, grazie ad un convertitore digitale-analogico (DAC, Digital to Analog Converter), ed infine modulato a frequenza radio (11-12 GHz) dal front end ad RF.

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Bit rate disponibili per un sistema DVB-S, assumendo un rapporto tra banda a -3 dB e symbol rate pari a 1.28 (modulazione QPSK e coefficiente di roll-off pari a 0.28). I valori espressi in corsivo sono in Mbps.

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DVB-C

Il Digital Video Broadcasting - Cable (DVB-C) è lo standard del consorzio europeo DVB per una modalità di trasmissione televisiva digitale via cavo. Il sistema prevede la trasmissione di un flusso audio/video digitale della famiglia MPEG-2, utilizzando un sistema di modulazione QAM con codifica di canale.

Schema a blocchi di un sistema di trasmissione DVB-C

Con riferimento alla figura, descriviamo brevemente le caratteristiche e lo scopo di ciascun blocco di elaborazione.

Codifica di sorgente e multiplexing MPEG-2: un flusso video, uno audio e uno dati sono multiplati insieme a costituire un flusso di programma MPEG-2 PS (MPEG-2 Programme Stream). Uno o più flussi di programma costituiscono un flusso di trasporto MPEG-2 TS (MPEG-2 Transport Stream); tale flusso rappresenta la sequenza digitale che viene trasmessa e ricevuta nei Set Top Box (STB) domestici. La bit rate ammessa per il trasporto MPEG-2 dipende dai parametri scelti per la modulazione: essa può variare da circa 6 a circa 64 Mbps (si veda la figura in fondo per l'elenco completo).

Adattamento di MUX e dispersione d'energia: il flusso di trasporto MPEG-2 viene identificato come una sequenza di pacchetti dati di lunghezza fissa pari a 188 byte. Con una tecnica chiamata dispersione d'energia (scrambling), la sequenza di byte viene quindi scorrelata.

Codificatore di canale: un alto livello di protezione viene fornito ai dati trasmessi, usando un codice a blocchi non binario di tipo Reed-Solomon RS(204,188), che permette la correzione di un massimo di 8 byte errati per ogni pacchetto di 188 byte.

Interleaver: si utilizza una tecnica di interleaving convoluzionale per mescolare la sequenza di dati trasmessa, in modo da renderla più robusta in caso di lunghe sequenze di errori.

Conversione byte/m-upla: i byte di dati vengono codificati in m-uple di bit (m = 4, 5, 6, 7, o 8).

Codifica differenziale: i due bit più significativi della m-upla sono sottoposti ad una operazione che rende il segnale trasmesso robusto.

Modulatore QAM: questo blocco effettua la modulazione in banda-base digitale della sequenza di bit, producendo una squenza di simboli. I metodi di modulazione ammessi sono 5: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM.

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Sagomatura in banda-base: il segnale QAM è opportunamente filtrato con un filtro a coseno rialzato, che permette di diminuire le interferenze mutue del segnale in ricezione.

DAC e front-end: il segnale digitale viene opportunamente trasformato in un segnale analogico, grazie ad un convertitore digitale-analogico (DAC, Digital to Analog Converter), ed infine modulato a frequenza radio dal front end ad RF.

Bit rate disponibili per un sistema DVB-C, assumendo un rapporto tra banda e symbol rate pari a 1.15. I valori espressi in corsivo sono in Mbps.

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DVB-T.

Il Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T) è lo standard del consorzio europeo DVB per una modalità di trasmissione televisiva digitale terrestre. Il sistema prevede la trasmissione di un flusso audio/video digitale della famiglia MPEG-2, utilizzando un sistema di modulazione OFDM con codifica concatenata. Altri sistemi di trasmissione video digitale della famiglia DVB sono il DVB-S per le trasmissioni satellitari, il DVB-C per le trasmissioni via cavo, e il DVB-H, per le trasmissioni digitali terrestri rivolte ai cellulari di nuova generazione.

Schema a blocchi di un sistema di trasmissione DVB-T

Con riferimento alla figura, descriviamo brevemente le caratteristiche e lo scopo di ciascun blocco di elaborazione.

Codifica di sorgente e multiplazione (MUX) MPEG-2: un flusso video, uno audio e uno dati sono multiplati insieme a costituire un flusso di programma MPEG-2 PS (MPEG-2 Programme Stream). Uno o più flussi di programma costituiscono un flusso di trasporto MPEG-2 TS (MPEG-2 Transport Stream); tale flusso rappresenta la sequenza digitale che viene trasmessa e ricevuta nei Set Top Box (STB) domestici. La bit rate ammessa per il trasporto MPEG-2 dipende dai parametri scelti per la modulazione: essa varia da circa 5 a circa 32 Mbps (si veda la figura in fondo per l'elenco completo).

Divisore: due diversi flussi di trasporto possono essere trasmessi contemporaneamente, utilizzando una tecnica chiamata Trasmissione Gerarchica. Lo scopo di questa tecnica è, ad esempio, quello di trasmettere un segnale video a definizione standard (SDTV) ed un segnale video ad alta definizione (HDTV). In genere, il segnale a definizione standard verrà protetto maggiormente, ed il segnale ad alta definizione sarà invece protetto in misura minore. In ricezione, a seconda della qualità del segnale ricevuto, il set top box può cercare di decodificare il flusso ad alta definizione oppure, se la qualità del segnale ricevuto è scarsa, passare al segnale a definizione standard (così facendo, i ricevitori vicini al sito di trasmissione potranno usufruire di un segnale ad alta definizione, e tutti quelli serviti nell'area di copertura, anche i più distanti, potranno ricevere il segnale a definizione standard).

Adattamento di MUX e dispersione d'energia: il flusso di trasporto MPEG-2 viene identificato come una sequenza di pacchetti dati di lunghezza fissa pari a 188 byte. Con una tecnica chiamata dispersione d'energia (scrambling), la sequenza di byte viene quindi scorrelata.

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Codificatore esterno: un primo livello di protezione viene fornito ai dati trasmessi, usando un codice a blocchi non binario di tipo Reed-Solomon RS(204,188), che permette la correzione di un massimo di 8 byte errati per ogni pacchetto di 188 byte.

Interleaver esterno: si utilizza una tecnica di interleaving convoluzionale per mescolare la sequenza di dati trasmessa, in modo da renderla più robusta in caso di lunghe sequenze di errori.

Codificatore interno: un secondo livello di protezione è affidato all'uso di un codice convoluzionale binario con perforazione, che spesso viene indicato nei set top box con il termine FEC (Forward Error Correction). I valori di codifica ammessi sono cinque: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8.

Interleaver interno: la sequenza di dati viene nuovamente mescolata, sempre per ridurre l'influenza nefasta di lunghe sequenze di errore. In questo caso, si utilizza una tecnica di interleaving a blocchi con legge di mescolamento pseudo-casuale (questa operazione è in realtà costituita da due processi di interleaving separati: uno che opera su singoli bit e uno che opera su gruppi di bit).

Mappatore: questo blocco effettua la modulazione in banda-base digitale della sequenza di bit, producendo una squenza di simboli. I metodi di modulazione ammessi sono tre: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.

Adattamento di trama: i simboli generati dal processo di mappatura sono raccolti in blocchi di lunghezza costante (1512, 3024 o 6048 simboli per blocco). Si genera una trama (frame) di lunghezza pari a 68 blocchi; quattro trame costituiscono una supertrama (superframe).

Segnali pilota e TPS: per permettere una migliore ricezione del segnale in seguito alla trasmissione sul canale radio terrestre, dei segnali di aiuto vengono inseriti in ogni blocco. I segnali pilota servono in fase di equalizzazione, mentre i segnali TPS (Transmission Parameters Signalling) si utilizzano per inviare i parametri del segnale trasmesso e per identificare univocamente la cella di trasmissione.

Modulazione OFDM: la sequenza di blocchi è sottoposta ad una operazione di modulazione secondo la tecnica OFDM, utilizzando un numero di portanti pari a 2048 (modo 2k), 4096 (modo 4k), oppure 8192 (modo 8k).

Inserimento intervallo di guardia: per diminuire la complessità del ricevitore, ciascun blocco modulato in OFDM viene esteso, copiando in testa ad esso la sua parte terminale (tecnica del prefisso ciclico). La durata dell'intervallo di guardia può essere 1/32, 1/16, 1/8 o 1/4 di quella del blocco modulato.

DAC e front-end: il segnale digitale viene opportunamente trasformato in un segnale analogico, grazie ad un convertitore digitale-analogico (DAC, Digital to Analog Converter), ed infine modulato a frequenza radio (VHF o UHF) dal front-end ad RF. La larghezza di banda occupata da ciascun singolo segnale DVB-T è studiata per accomodarsi in canali larghi 6, 7 o 8 MHz.

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Bit rate disponibili per un sistema DVB-T in canali da 8 MHz. I valori espressi in corsivo sono in Mbps.

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