DVB-H - ELISteca.elis.org/1601/Fausto Schiavone.pdf · 2005. 11. 30. · Il lavoro sulle specifiche...

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI

"FEDERICO SECONDO"

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni

Dipartimento di Informatica e Sistemistica

MODELLI ARCHITETTURALI, DI

BUSINESS E DI SERVIZIO PER IL

DVB-H Relatore Chiar.mo Prof.

Simon Pietro Romano

Laureando mat. 039/1894

Fausto Schiavone

Correlatore Chiar.mo Ing.

Gennaro Galdo

ANNO ACCADEMICO 2004/2005

2

SOMMARIO

RINGRAZIAMENTI.................................................................................... 5

INTRODUZIONE........................................................................................ 6

Il contesto tecnologico ..................................................................................................... 7

Il dimensionamento tecnologico .................................................................................... 8

Il contesto socio-economico.......................................................................................... 10

Il dimensionamento socio-economico .......................................................................... 12

Il dimensionamento normativo...................................................................................... 13

I contributi apportati: la fase di proposal ..................................................................... 13

Open issues..................................................................................................................... 14

Il progetto WIND - DVB-H ............................................................................................... 16

1. IL DIMENSIONAMENTO TECNOLOGICO ...................................... 18

1.1. DVB-H.................................................................................................................. 18

1.1.1. Caratteristiche di sistema............................................................................ 18

1.1.2. Standardizzazione del DVB-H..................................................................... 20

1.1.3. System overview ......................................................................................... 21

1.1.4. Livello fisico ................................................................................................. 22

1.1.5. Time slicing.................................................................................................. 23

1.1.6. IP e ulteriore Forward Error Correction ....................................................... 27

1.1.7. Estensioni del livello fisico........................................................................... 30

1.1.8. La codifica video: H.264/AVC...................................................................... 33

1.1.8.1 Lo standard ............................................................................................. 34

1.1.8.2 Profili disponibili ...................................................................................... 34

1.1.8.3 Efficienza di codifica: H.264/AVC versus MPEG-2................................. 35

1.1.8.4 Architettura H.264/AVC - NAL ................................................................ 38

1.1.8.5 H.264/AVC over IP.................................................................................. 40

1.2. Architettura di rete DVB-H................................................................................. 41

1.2.1. DVB-H standalone....................................................................................... 42

3

1.2.2. Coesistenza DVB-T/H tramite remultiplexer ............................................... 42

1.2.3. Coesistenza DVB-H/T tramite modulazione gerarchica.............................. 43

1.2.4. Problematiche della ricezione Portable-Handheld ...................................... 44

1.3. IP Datacast.......................................................................................................... 46

1.3.1. Background dell’IP Datacast ....................................................................... 46

1.3.2. Convergenza ............................................................................................... 47

1.3.3. Scenari tecnologici per la convergenza fra DVB-H e UMTS....................... 48

1.4. Tecnologia competitor: T-DMB......................................................................... 52

1.4.1. T-DMB ......................................................................................................... 52

1.4.1.1 Architettura del T-DMB ........................................................................... 53

1.4.1.2 Vantaggi e svantaggi del T-DMB ............................................................ 55

2. IL DIMENSIONAMENTO SOCIO-ECONOMICO.............................. 58

2.1. La catena del valore del DVB-H ........................................................................ 58

2.1.1. Introduzione................................................................................................. 58

2.1.2. La catena del valore .................................................................................... 58

2.1.3. Catena circolare .......................................................................................... 62

2.1.4. Catene del valore alternative per la Digital TV............................................ 64

2.2. I servizi erogabile tramite DVB-H .................................................................... 68

2.2.1. Il quadro generale ....................................................................................... 68

2.2.2. Definizione dei servizi.................................................................................. 68

2.3. Le linee di tendenza ........................................................................................... 72

2.3.1. Gli italiani e la comunicazione mobile ......................................................... 72

2.3.2. La crescita dei mobile VAS ......................................................................... 76

2.3.2.1 Mobile VAS: e’ boom multimediale ......................................................... 77

2.3.2.2 Il trend dei mobile video .......................................................................... 79

2.3.2.3 Lo sviluppo dei VAS e il DVB-H .............................................................. 82

2.3.3. La sperimentazione in Germania sul DVB-H .............................................. 83

3. IL DIMENSIONAMENTO NORMATIVO........................................... 89

3.1. Il quadro normativo............................................................................................ 89

3.1.1. Il DVB-H si addentra nella giungla .............................................................. 89

3.1.2. Le barriere all’ingresso ................................................................................ 92

3.1.3. I possibili scenari futuri ................................................................................ 94

4

3.1.3.1 Digital Dividend ....................................................................................... 94

3.1.3.2 Accordi con i broadcaster locali .............................................................. 95

3.1.3.3 Liberazione di un canale ......................................................................... 96

3.1.3.4 Variazione della normativa italiana o europea........................................ 96

3.1.3.5 Possibile soluzione.................................................................................. 97

4. LA FASE DI PROPOSAL............................................................... 100

4.1. Business model per Wind su DVB-H ............................................................. 100

4.1.1. L’architettura di rete a supporto del servizio ............................................. 100

4.1.2. Le possibili strategie di business............................................................... 103

4.1.2.1 STRATEGIA 1: tecnologia DVB-H ........................................................ 104

4.1.2.2 STRATEGIA 2: tecnologia MBMS su frequenze DVB.......................... 108

4.1.2.3 STRATEGIA 3: accordi con i broadcaster ............................................ 111

4.1.2.4 STRATEGIA 4: nessuna integrazione .................................................. 114

4.1.2.5 STRATEGIA 5: partnership con i broadcaster...................................... 116

4.1.3. Proposal .................................................................................................... 118

4.1.3.1 Cos’è l’AHP ........................................................................................... 118

4.1.3.2 Applicazione del metodo al caso di studio............................................ 121

4.1.3.2.1. Definizione dei criteri ...................................................................... 121

4.1.3.2.2. La struttura gerarchica.................................................................... 122

4.1.3.2.3. I pesi locali e globali delle alternative e dei criteri .......................... 122

4.1.3.2.4. Il risultato finale............................................................................... 124

4.1.4. L’accordo Tim – Mediaset e i possibili risvolti ........................................... 125

4.1.5. Il DMB e la strategia T-Mobile ................................................................... 127

4.2. Esempio di servizio per il DVB-H ................................................................... 128

4.2.1. Modelli di servizio ...................................................................................... 128

4.2.2. Specifiche di progetto................................................................................ 132

4.2.3. Funzionamento dell’applicativo realizzato................................................. 133

5. OPEN ISSUES ............................................................................... 135

BIBLIOGRAFIA..................................................................................... 140

MATERIALE CONSULTATO ................................................................ 143

MATERIALE PRODOTTO PER LA JUNIOR CONSULTING................ 146

5

Ringraziamenti

La presente tesi è dedicata innanzitutto alla mia famiglia. Senza il loro

supporto e la loro fiducia in me sicuramente non sarei stato capace di

arrivare a questo importante traguardo.

Poi voglio ringraziare tutte le persone della Junior Consulting, da

Francesco e Luigi che mi hanno dato la possibilità di confrontarmi con

questa esperienza sfidante, ai ragazzi del gruppo Wind – DVB-H, Davide,

Bruno, Gennaro e Luca, e a tutti gli amici “colleghi” che ho incontrato

durante questi eccezionali sei mesi. Inoltre un particolare ringraziamento

va anche alla referente aziendale Maria Rita Spada, persona disponibile

che ha da subito dimostrato benevolenza e fiducia in noi giovani tesisti.

Inoltre vorrei ringraziare tutto le persone che mi sono state vicine durante

il mio percorso universitario. Innanzitutto il mio relatore, Simon Pietro,

persona disponibile e sincera, che ha seguito passo dopo passo tutta la

stesura della tesi. Poi i miei amici di corso e di studi, Paolo, Enzo,

Antonio, Stefania, Simeone, Giorgio e Luciano , dai quali ho ricevuto

amicizia e collaborazione e con i quali ho superato mille difficoltà.

Infine uno speciale plauso va ai miei amici di sempre Marco e Viola, grazie

per essermi stati vicini in ogni momento, a mio cugino Enzo, la persona

che è stata più presente per me in questi sei mesi romani, e a tutte quelle

persone che mi sono state vicine in questi anni, dai miei cari parenti, agli

amici salernitani e a quelli di Napoli, per passare per Delft e infine Roma:

di ognuno di voi porto un mattoncino che ha contribuito a costruire

qualcosa dentro di me.

Grazie a tutti di cuore.

Introduzione Università degli studi di Napoli "Federico Secondo"

6

Introduzione

Il presente lavoro di tesi si propone come scopo di studiare il Digital

Video Broadcasting – Hendheld, standard per il broadcastig digitale su

terminale mobile e portatile proposto dal consorzio DVB. L’analisi

effettuata è volta alla definizione di un modello architetturale e di business

per tale tecnologia, con la definizione finale di un prototipo di servizio

tramite lo sviluppo di uno specifico applicativo.

Tale tesi rientra nel progetto di formazione di Junior Consulting, società

consortile che dà la possibilità a laureandi in facoltà scientifiche di

sviluppare la propria tesi di laurea lavorando direttamente su di un

progetto di consulenza reale. Nello specifico tale progetto ha visto come

azienda committente Wind e, dunque, al fine di collimare con le esigenze

del cliente, il lavoro di dimensionamento e di analisi strategica sul DVB-H

è stata fatto dal punto di vista di un operatore cellulare intenzionato ad

entrare nel mercato del broadcasting digitale in mobilità.

La finalità perseguita è stata quella di operare un dimensionamento

tecnologico, socio-economico e normativo per il DVB-H su cui poi

sviluppare delle conclusioni che si sintetizzano essenzialmente in un

modello di business per l’azienda committente e lo sviluppo di un prototipo

di servizio interattivo

Dapprima viene preso in considerazione il contesto tecnologico e socio-

economico in cui si viene a porre la tecnologia oggetto di studio e da cui

parte l’analisi svolta, mettendo in risalto le tematiche analizzate. In seguito

si prendono in considerazione i contributi apportati, mettendo in evidenza i

punti critici affrontati e le relative soluzioni proposte e delineando in tal

modo un percorso di criticità in parte risolte e in parte consegnate a studi

futuri.

In ultima istanza viene illustrato il progetto svolto su cui si è poi modellato

il lavoro, calando quest’ultimo in un contesto più ampio di consulenza volta

all’innovazione tecnologica.


7

Il contesto tecnologico

La digitalizzazione dei tradizionali sistemi di broadcasting ha fatto

significativi progressi negli ultimi anni. Questo sviluppo ha portato alla

definizione di uno standard per la televisione digitale terrestre, il DVB-T

(Digital Video Broadcasting - Terrestrial), che viene già utilizzato in molti

paesi come la Germania, il Regno Unito e la stessa Italia.

La scelta del DVB-T come sistema televisivo terrestre nasce dalle

eccezionali caratteristiche di questo standard, fra le quali vi è anche la

possibilità di erogare servizi in modalità broadcast anche in un contesto di

mobilità. Naturalmente l’eventualità di raggiungere i terminali mobili tramite

un collegamento wireless punto-multipunto, unita alla copertura di ampie

zone geografiche e all’alta capacità trasmissiva offerte dal DVB-T, ha

attratto l’attenzione soprattutto degli operatori di telefonia mobile, in

quanto sviluppare e fornire servizi in modalità broadcast agli apparecchi

cellulari garantisce la possibilità di rispondere ai bisogni dei consumatori in

maniera più efficiente. Infatti, le attuali tecnologie utilizzate dagli operatori

mobili, quali il GPRS e l’UMTS, sono basate su trasmissioni unicast e

presentano problemi di capacità e di utilizzo della banda, costi superiori

rispetto ad una diffusione broadcast ed una qualità video in movimento

medio-bassa.

Per rispondere a tale interessamento, il DVB Project internazionale ha

definito un nuovo standard trasmissivo, l’ultimo in ordine temporale fra

quelli del DVB: il DVB-H (Digital Video Broadcasting- trasmission system

for Handheld terminals). Il lavoro sulle specifiche tecniche è cominciato

nell’autunno del 2002 ed è stato ultimato nel Febbraio del 2004; la

pubblicazione definitiva da parte dell’ETSI (European Telecommunications

Standards Institute) è avvenuta poi nel Novembre del 2004.

La tecnologia DVB-H è basata sullo standard DVB-T ed è perfettamente

compatibile a quest’ultimo, ma considera in più le specifiche caratteristiche

dei terminali mobili, che di norma sono piccoli, leggeri e alimentati con una

batteria. In particolare il DVB-H offre un canale in down-stream con un alto


8

data-rate (si arriva nominalmente ad un bit-rate di 11 Mbit/sec)

garantendo così la possibilità di un considerevole sviluppo della

comunicazione mobile e creando un ponte di collegamento tra i classici

sistemi di broadcasting e la rete cellulare. La grande capacità di

trasmissione in down-stream è utilizzabile per l’erogazione di flussi audio e

video, per il download di file e per molte altre applicazioni: si perviene

quindi alla diffusione in un contesto mobile di contenuti multimediali,

aggiungendo ai flussi standard audio/video ulteriori componenti (menù,

audio alternativo, videoclip, finestre grafiche, testi, animazione, programmi

dati).

Un altro importante aspetto della rete DVB-H è rappresentato dalla

complementarietà ed interoperabilità con altre piattaforme di

comunicazione. L’interoperabilità tra piattaforme rappresenta un fattore di

innovazione per la produzione dei programmi. In particolare fra i diversi

scenari di convergenza spicca per la sua importanza strategica l’IP

Datacasting, scenario tecnologico in cui il canale principale di erogazione

del contenuto è quello DVB-H e il canale di ritorno e di sussidio (per la

trasmissione in modalità unicast o eventualmente in zone di non copertura

del segnale broadcasting) è rappresentato da quello UMTS. La forza dello

scenario così delineato oltre che nella cooperazione tecnologica fra le due

reti sta nel poter offrire un “servizio” all’utente finale nell’accezione del

termine più ampia che si possa immaginare, associando al contenuto

digitale trasmesso in modalità broadcast un servizio interattivo tramite

canale UMTS ad esso direttamente correlato e pervenendo così ad un

valore aggiunto a cui diversamente non sarebbe possibile arrivare nella

fruizione disgiunta delle due tecnologie. Tale sistema quindi, introduce una

nuova modalità di distribuzione di servizi su terminali mobili, offrendo

numerose opportunità sia ai fornitori di contenuti che agli operatori di rete.

Il dimensionamento tecnologico

In tale scenario si inserisce il dimensionamento tecnologico effettuato.

Come già messo in evidenza, l’analisi svolta è stata fatta essenzialmente


9

a partire dal punto di vista di un telecom operator interessato ad inserirsi

nello scenario del broadcasting in mobilità e al contempo stesso

interessato a preservare il proprio asset aziendale rappresentato

dall’infrastruttura proprietaria UMTS. Per cui la finalità principale è stata

quella di studiare sì lo standard DVB-H, ma nella visione complessiva

dell’IP Datacasting, ossia in sinergia con la rete UMTS: in particolare sì è

cercato di studiare i punti di matching fra l’architettura DVB-H e quella

UMTS poiché l’informazione trasmessa possa essere veicolata

indifferentemente dalle due tecnologie e ricevuta sullo stesso terminale

mobile. La risposta a cui è giunto lo studio effettuato è stata

l’individuazione nel protocollo IP come una possibile interfaccia comune,

nella visione più globale di Next Generation Network: in un futuro sempre

più prossimo l’idea è quella di non differenziare più dal punto di vista

protocollare le varie infrastrutture di rete, da quella cellulare a quella fissa,

ma di avere una visione complessiva a più ampio raggio in cui la core-

network principale è IP-based e convoglia tutta l’informazione,

categorizzata nel termine più generale di Triple Play (audio, video e dati),

sulla quale poi si vanno ad interfacciare con diverse modalità d’accesso

tutte le possibili reti, che così si differenziano unicamente nel modo di

erogazione del servizio offerto e dal contesto di utilizzo che vanno a

coprire. In tale scenario tecnologico chiaramente si inserisce l’IP

Datacasting, ma si capisce che le possibilità di sinergia fra le reti sono le

più svariate possibili, e il futuro che si viene a prospettare è quello di un

mondo dell’informazione in cui l’utente finale tramite un solo device di

ricezione può decidere di accedere a qualsiasi tipo di informazione di cui

necessita differenziando la fruizione del servizio in base unicamente al

contesto in cui si trova (fisso, nomade o mobile).

A conclusione di questa fase si è operato un breve accenno ad una

tecnologia competitor, il T-DMB, mettendo in risalto le differenze tecniche

e prestazionali rispetto al DVB-H.


10

Il contesto socio-economico

La tecnologia oggetto del presente studio con le sue caratteristiche di

multimedialità e di interattività viene a proporsi come piattaforma per

l’offerta, l’accesso e la diffusione in un contesto mobile di servizi

multimediali interattivi, in complemento alle altre reti mobili già consolidate

(GPRS e UMTS).

Le dinamiche presenti sul mercato, quali la progressiva diffusione di

servizi televisivi digitali e il successo dei videogames e di altri servizi video

avanzati, sono indicatori di un interesse per l’innovazione e di un

cambiamento del modello di consumo dei servizi video, che si sta

indirizzando verso una maggiore personalizzazione ed interattività. Proprio

tali caratteristiche fanno sì che il contenuto video possa essere

decontestualizzato rispetto ai canonici luoghi di visione (essenzialmente

l’ambiente domestico) e possa migrare verso un contesto di utilizzo

“mobile”, nel senso che l’utente finale è libero di decidere a suo

piacimento e dovunque egli sia di usufruire del contenuto o servizio da lui

personalizzato. Tali tendenze rappresentano gli elementi centrali attorno

ai quali l’industria dell’informazione e dell’intrattenimento stanno

riformulando la propria offerta. Offerta di contenuti secondo determinati

profili tematici, servizi interattivi, estese possibilità di scelta e di

approfondimento, personalizzazione, multimedialità e erogazione dei

contenuti in un qualsiasi contesto o scenario, rappresentano la generale

tendenza per la valorizzazione dell’individuo, dei suoi bisogni, desideri,

superando il concetto di pubblico di massa.

Esiste quindi uno spazio di offerta per il servizio DVB-H che, dal suo

canto, può contare sul cospicuo vantaggio derivante dal fatto che la

piattaforma televisiva e il cellulare sono i mezzi di ricezione attualmente

più utilizzati.

L’evoluzione del servizio televisivo verso forme avanzate di fruizione ed

interattività, la convergenza sulla piattaforma digitale di servizi e funzioni

tradizionalmente offerti in altro modo, la crescente complessità dei

contenuti e la combinazione di tecnologie fortemente radicate nella cultura


11

del consumatore delineano un’architettura dei servizi molto più complessa

e a più alto valore aggiunto di quella tradizionale della TV e dei cellulari,

determinando una segmentazione della catena del valore, con

l’identificazione di nuove competenze e responsabilità e la necessità di

regole diverse rispetto a quelle del tradizionale assetto. Si prefigurano

nuove possibilità di sviluppo della concorrenza nel settore radiotelevisivo e

un allargato pluralismo dei mezzi di comunicazione di massa. Ciò richiede

la messa a punto di rinnovati strumenti di salvaguardia della stessa. La

legislazione ha già avviato questo processo tramite la messa a punto di

disposizioni su le reti digitali esistenti, predisponendo così una solida base

di partenza per la regolamentazione delle innovazioni successive che si

prefigurano.

La convergenza nel mercato del DVB-H sia dell’azienda televisiva che di

quella cellulare fanno di questo standard un caso di interesse strategico

comune ad entrambi i settori: l’evidente sovrapposizione dei mercati

(quello del pubblico televisivo da una parte e quello degli utenti cellulari

dall’altra), la possibilità di coprire nuovi target di consumatori e le risultanti

conflittualità che ne derivano fanno del broadcasting digitale in mobilità

uno scenario unico di competizione ed analisi strategica, il primo

probabilmente di una società dell’informazione che prevede in un futuro

sempre più prossimo una totale convergenza dei network esistenti.

Le dinamiche descritte, con riferimento all’evoluzione della domanda,

dell’offerta e alle necessarie evoluzioni del quadro normativo, conferiscono

allo scenario che si prospetta elementi di incertezza e di indubbia

complessità con i quali dovranno confrontarsi tutti gli attori del settore: le

istituzioni e l’industria pubblica e privata.

La sfida per gli operatori è di proporsi come fautori della trasformazione

del settore, sviluppando nuovi servizi, nuove modalità di presenza,

aggregando competenze e soggetti che possano contribuire alla

definizione di un nuovo posizionamento. Per la definizione di tale

posizionamento sarà necessario operare su tre livelli: offerta, business

model e politiche di partnership.


12

L’attenzione, dunque, si sposta verso la definizione di prodotti con

linguaggi mirati, con una durata in sintonia con i nuovi tempi di fruizione e

con i nuovi formati, con contenuti e valori forti ed emergenti. I nuovi

contenuti dovranno essere pensati seguendo una “strategia per segmenti”:

l’aumento dei canali, l’interattività, hanno già prodotto, ed ancor più sarà in

futuro, un’articolazione per “target”, di quello che fino a ieri veniva definito

in modo indistinto “pubblico”. Cambiano quindi le regole e gli strumenti per

competere. L’ideazione del “nuovo servizio” richiede agli operatori, al di là

dello sforzo nella definizione delle nuove componenti del servizio stesso,

un’innovazione nel processo di ideazione e sviluppo.

Infine, opportune politiche di partnership saranno necessarie per

aggregare, in modo funzionale allo sviluppo dell’offerta, competenze e

strumenti di settori diversi.

Il dimensionamento socio-economico

Il dimensionamento socio-economico è stato volto inizialmente alla

strutturazione della catena del valore del DVB-H definendo i player in

gioco e le differenti attività svolte: essendo tale tecnologia tuttora in essere

il quadro che si è delineato è chiaramente di riferimento e suscettibile a

variazioni contestuali all’evoluzione del mercato, per cui a valle del lavoro

si è fatta un’analisi dei mercati correlati e in concorrenza a quello del DVB-

H per quanto riguarda l’erogazione della televisone digitale (DVB-T, IP-TV,

WI-FI/WiMAX e Mobile TV), che rappresentano al momento degli scenari

di business già delineati e per cui rappresentano degli ottimi punti di

riferimento. In seguito si è passati prima alla presentazione dei possibili

servizi erogabili tramite tecnologia DVB-H e poi all’analisi del mercato del

mobile broadcasting in Italia: a tal pro si sono analizzate le linee di

tendenza attualmente in atto, ponendo l’attenzione su come gi italiani si

relazionano in generale alla comunicazione mobile e allo sviluppo dei

servizi a valore aggiunto; quello che si è cercato di mettere in evidenza è

la presenza di una sensibilità diffusa nella società italiana verso

l’innovazione tecnologica nella comunicazione e nei servizi ad essa


13

correlati che rappresenta un buon contesto per lo startup di un vero

mercato del mobile broadcasting. Per avvalorare il discorso con

un’indagine statistica su larga scala si sono presi in considerazione i

risultati riportati dalla sperimentazione sul DVB-H tenutasi in Germania,

dati interessanti ed inoltre molto attendibili in quanto conformi a tutte le

indagini di mercato tuttora in corso in Europa sull’argomento.

Il dimensionamento normativo

Lo studio normativo si è basato essenzialmente sulla lettura dell’attuale

normativa, vigente nel contesto, italiano riguardante il broadcasting

digitale con gli occhi di un telecom operator che dal suo canto vuole

entrare nel mercato del DVB-H ma non possiede alcun tipo di asset

televisivo: si sono quindi messe in rilievo le barriere all’ingresso che

l’attuale normativa impone ai nuovi soggetti che si affacciano in tale

scenario, barriere che vanno da quelle all’accesso alle frequenze, qualora

si fosse intenzionati ad operare direttamente come operatori di rete

broadcast, a quelle all’accesso ai contenuti. Tramite delle interviste ai

rappresentati delle parti in gioco e lo studio delle linee di orientamento sia

del ministero delle comunicazioni che della comunità europea, si è quindi

passati a presentare una serie di soluzioni possibili contestualizzate

ognuna in un ipotetico scenario futuro, a breve o a lungo termine.

I contributi apportati: la fase di proposal

Da tutti gli spunti critici così evidenziati con la fase finale del lavoro sono

state proposte delle conclusioni soggettive che rappresentano il core del

progetto consulenziale. In particolare sono stati evidenziati cinque possibili

scenari di business tramite i quali l’operatore cellulare può inserirsi nel

mercato del DVB-H, ognuno dei quali contraddistinto da un differente

posizionamento sul mercato e da un differente livello di interazione con il

broadcaster. Per ogni scenario che si è delineato si sono messi in

evidenza i ruoli che il nostro cliente assume nella catena del valore

qualora decidesse di intraprendere quella strategia, definendo di


14

conseguenza lo scenario tecnologico a supporto e la relativa architettura

di rete da sviluppare per l’erogazione del servizio. Inoltre sono stati messi

in rilievo gli spunti di criticità emersi, definendo gli aspetti favorevoli e

quelli sfavorevoli per il cliente. Dal momento che il carattere del progetto è

quello di passare da una fase strettamente analitica ad una fase

propositiva, a valle di tale studio si è scelta fra le cinque strategie quella

ottima per Wind: per fare ciò si è utilizzato un metodo chiamato AHP

(Analytic Hierarchy Process) il cui fine è quelli di operare delle decisioni in

base a dei criteri multipli che non sono esclusivamente di natura

economica. La scelta di tale criterio è stata fatta in virtù dell’enorme

flessibilità che tale metodo possiede, in quanto basato su giudizi che sono

essenzialmente soggettivi e desunti perlopiù dall’esperienza e dalla

competenza di chi lo esegue e che per questo possono variare a seconda

dei differenti punti di vista e delle mutevoli situazioni del mercato,

definendo quindi di volta in volta il modello di business più opportuno.

Al contempo è stata definita anche una fase propositiva dal punto di vista

tecnologico, presentando quattro possibili modelli di servizio erogabili nel

contesto del DVB-H, ognuno caratterizzato da un differente grado di

contestualità ed invadenza dell’interazione rispetto al contenuto video; a

valle di tale studio è stato descritto un applicativo java che sviluppa uno di

questi modelli per la strategia precedentemente proposta: le due fasi di

proposal, quella economica e quella tecnologica, vengono così a

convergere in questa implementazione di un servizio per il DVB-H.

Entrambi le fasi finali rappresentano degli spunti del tutto personali e

creativi, essendo rapportati ad uno tecnologia ed ad uno scenario di

utilizzo di quest’ultima ancora del tutto in essere.

Open issues

Tenendo conto della situazione in essere del quadro e tecnologico e

sociale in cui si colloca lo studio effettuato, diversi sono gli argomenti

aperti che vengono consegnati a studi futuri.


15

In primo luogo dal dimensionamento tecnologico si lascia aperto lo studio

di una effettiva interoperabilità della rete DVB-H con quella UMTS: in

particolare va studiato come rendere omogenee le due diverse modalità

d’accesso alla core-network IP-based e quindi come il segnale UMTS si

sovrappone alla multiplazione a divisione di tempo (time slicing) tramite

cui si trasmette il segnale DVB-H qualora ne dovesse rappresentare un

canale di erogazione sussidiario. Inoltre una discussione aperta è quella al

riguardo della ricezione indoor assicurata dalla tecnologia oggetto di

studio. Lo studio socio-economico rimanda ad analisi più dettagliate sia

per quanto riguarda l’effettiva penetrazione del broadcasting mobile nel

mercato digitale sia per quanto concerne i servizi erogabili.

Nella visione strategica dei modelli di business non è stato possibile

effettuare uno studio approfondito, non potendo avere accesso ai bilanci

aziendali e non potendo di fatto quantificare in maniera oggettiva l’onere

economico dell’investimento da effettuare, a partire dal prezzo delle

infrastrutture da creare (costo dei trasmettitori, prezzo delle frequenze

DVB etc.). Inoltre lo studio è stato fatto per un posizionamento nel mercato

come primo entrante e non in funzione di azioni strategiche dei competitor,

quindi le conclusioni a cui si giunge potrebbero essere riformulate in

conseguenza dell’evoluzione della situazione attuale.

Nello sviluppo dell’applicativo le API utilizzate non hanno permesso la

ricezione dello streaming audio/video in formato H.264 tramite livello di

trasporto MPEG-2 TS su piattaforma mobile, risolvendo il problema con un

download da server HTTP. Lo stesso canale di interazione è stato

realizzato nella stessa maniera. Per l’interazione contestuale si richiede

che lo script compaia in qualche maniera sincrono ad uno specifico evento

video, come per esempio ad una prefessita frame o ad un determinato

istante temporale nello streaming ricevuto, ma allo stato dell’arte lo

sviluppo dell’applicativo non copre tale problematiche.

Come già messo in evidenza, proprio per la complessità e per la difficoltà

interpretativa dello scenario che è alla base della tecnologia DVB-H, la

presente tesi vuole essere un punto di partenza per ulteriori


16

approfondimenti: quello che si è venuto a delineare è un percorso di

criticità a cui in parte si è voluto dare risposta con una serie di contributi

personali ma che al contempo proprio per la vastità dell’analisi effettuata

dà vita a vari interrogativi rimandati a futuri studi di settore maggiormente

dettagliati.

Il progetto WIND - DVB-H

Il presente lavoro di tesi è frutto di un semestre di collaborazione con la

società di formazione Junior Consulting, presso il consorzio Elis a Roma.

Durante tale periodo (maggio-novembre 2005) ho lavorato, in un team

formato da tre laureandi di differente indirizzo di studi (un ingegnere

gestionale, un ingegnere elettronico e un ingegnere delle

telecomunicazioni) guidati da un project manager, su di un reale progetto

consulenziale da cui poi ho redatto la mia tesi di laurea.

Il progetto è stato commissionato da Wind e ha lo scopo di individuare dei

possibili modelli architetturali e di servizio alla base di un modello di

business per la televisione digitale interattiva fruibile tramite terminale

mobile (DVB-H). Come delivery finale è stato fornito un documento

descrittivo delle diverse alternative individuate per ciò che concerne gli

aspetti architetturali, di servizio e di performance di impatto sui modelli di

business sottesi. Al contempo è stato implementato su software un

prototipo di servizio integrabile con le funzionalità di una rete mobile 3G.

Il progetto ha un carattere prettamente tecnologico. È comunque rilevante

anche la componente economica, soprattutto per l’aspetto strategico

correlato allo sviluppo e all’introduzione di un servizio con un alto

potenziale di impatto sul mercato.

17

A mio padre

Il dimensionamento tecnologico Università degli studi di Napoli "Federico Secondo"

18

1. Il dimensionamento tecnologico

1.1. DVB-H1

Il Digital Video Broadcasting – Handheld (DVB-H) è il nuovo standard

broadcast digitale per la diffusione di contenuti verso dispositivi mobili,

sviluppato dal DVB Project e di recente pubblicato dall’ETSI (European

Telecomunications Standard Institute).

DVB-H è basato sullo standard del Digital Video Broadcasting – Terrestrial

(DVB-T) per la televisione digitale terrestre ma si differenzia da

quest’ultimo per delle specifiche caratteristiche relative alla classe di

ricevitori di piccole dimensioni.

Lo scopo di questo paragrafo è quello di presentare una panoramica

generale delle caratteristiche di questa nuova tecnologia emergente.

1.1.1. Caratteristiche di sistema

Le caratteristiche commerciali di sistema sono state determinate dal DVB

Project nel 2002:

o Il DVB-H deve offrire servizi broadcast per un uso mobile verso

terminali portatili, includendo una qualità dello streaming video-

audio accettabile. I data-rates raggiungibili in pratica devono essere

sufficienti per questo scopo. Per il sistema DVB-H è previsto un

data-rates di 10 Mbit/sec per canale. I canali di trasmissione

saranno allocati nella banda broadcast UHF. La VHF Band III può

anche essere utilizzata alternativamente, come altre frequenze non

attualmente utilizzate per il broadcast.

o Il tipico ambiente di utilizzo di un terminale mobile DVB-H è molto

comparabile con l’ambiente mobile radio. Quindi il DVB-H necessita

di avere la medesima copertura geografica. Nello specifico il

termine “dispositivo mobile” include cellulari multimediali con 1 Riferimento bibliografico: [1],[2]


19

display a colori così come PDAs (Personal Digital Assistants) e

pocket PC. Tutti questi tipi di dispositivi hanno molte caratteristiche

in comune: piccole dimensioni, basso peso e alimentazione a

batterie. Queste proprietà sono una condizione necessaria per l’uso

in mobilità, ma implicano delle severe restrizioni sul sistema di

trasmissione. Ad esempio i terminali mobili nella maggior parte dei

casi non hanno la possibilità di avere una alimentazioni in potenza

esterna e devono quindi operare con una quantità di energia

limitata: il consumo di poca potenza e cicli di ricarica sono

necessari per averne un uso ragionevole.

o La mobilità è un’ulteriore caratteristica, significando con questo che

l’accesso ai servizi dovrà essere possibile non solo in locazioni

indoor e outdoor, ma anche ad esempio in un veicolo in movimento

ad alta velocità. Inoltre anche il passaggio fra celle radio DVB-H

adiacenti deve essere impercettibile quando ci si muove su larghe

distanze. Al contempo i canali mobili sono tipicamente error-prone.

La situazione è peggiorata dal fatto che le antenne presenti nel

dispositivo mobile hanno dimensione ridotta e hanno quindi una

direttività limitata verso il trasmettitore quando il terminale è in

movimento. Un approccio differente e multi antenna è diversamente

impossibile per limiti di spazio. Inoltre l’interferenza può risultare dal

segnale GSM o UMTS trasmesso e ricevuto sullo stesso

dispositivo. Quindi avere la possibilità di un down-stream di diversi

Mbit/sec verso un terminale mobile è un obiettivo non facilmente

raggiungibile.

o Infine, il nuovo sistema necessità di essere il più possibile simile al

già esistente sistema del DVB-T per il digitale terrestre. Le

infrastrutture di rete del DVB-H e del DVB-T devono essere

compatibili fra di loro per rendere possibile il riuso delle stesse

strutture di trasmissione.


20

1.1.2. Standardizzazione del DVB-H

Figura 1. La famiglia degli standard del DVB-H

Il sistema DVB-H non è specificato in un singolo documento. Al contrario,

è stato definito da una famiglia di diverse specifiche come mostrato in

Figura 1, data la precedente esistenza di diverse specifiche DVB che

necessitavano delle modifiche:

o Il DVB-H System Specification rappresenta il documento centrale a

cui si riferiscono tutti gli altri standard. Esso è stato pubblicato come

una normativa europea EN 302 304.

o Le specifiche per il livello fisico sono state prese dal DVB-T

standard. È stato pubblicato una nuova versione dello standard che

contiene le variante che riguardano il livello fisico del DVB-H in

appendice.

o Time slicing e MPE-FEC sono stati descritti in un nuovo capitolo del

DVB Data Broadcast Specifications, che definisce inoltre il Multi-

Protocol Encapsulation.

o La segnalazione specifica per il DVB-H è stata integrata nel DVB

Service Information (SI) Specification.


21

o Altre modifiche riguardano anche il DVB SFN megaframe

specification che descrive la sincronizzazione delle reti terrestri a

singola frequenza.

Le specifiche di sistema formalizzano degli elementi necessari e opzionali.

Il time slicing in particolare è obbligatorio per tutti i servizi DVB-H, è quindi

ne è diventata una caratteristica peculiare. Le specifiche di sistema sono

implementate dal DVB-H Implementation Guidelines che contiene

suggerimenti per l’uso e l’implementazione pratica dello standard. Queste

linee guida sono state rilasciate dal DVB Project nel 2004 e si aspetta che

diventino dei Technical Report pubblicati dall’ETSI.

1.1.3. System overview

Il DVB-H come standard di trasmissione specifica quelle funzioni che

corrispondono al livello fisico e ai livelli protocollari più bassi dello stack

ISO/OSI. Esso usa un algoritmo per preservare il consumo di energia

basato sulla trasmissione a multiplazione del tempo di differenti servizi: la

tecnica chiamata time slicing ha come effetto un grosso risparmio

energetico della batteria del dispositivo ricevente. Inoltre il time slicing

permette un passaggio impercettibile se il ricevitore si muove fra celle di

rete adiacenti con un’unica unità di ricezione. Per una trasmissione

affidabile in condizioni di ricezione del segnale non ottimali un ulteriore

schema di protezione dagli errori viene introdotto. Questo schema è

chiamato MPE-FEC (Multi-Protocol Encapsulation – Forward Error

Correction). MPE-FEC sviluppa una codifica di canale precedente a quella

inclusa nelle specifiche del DVB-T e offre un ulteriore interlacciamento nel

tempo. Inoltre, lo standard DVB-H presenta come caratteristica una

ulteriore modalità di rete, la 4K mode: essa offre una maggiore flessibilità

nel progetto delle reti a singola frequenza che è particolarmente adatta per

la ricezione mobile e inoltre rappresenta un canale di ricezione ulteriore

per migliorare l’accesso a differenti servizi.


22

Figura 2. Diagramma a blocchi del DVB-H

1.1.4. Livello fisico

La trasmissione fisica radio è realizzata attraverso lo standard DVB-T

utilizzando la modulazione multi-portante OFDM. C’è solo una nuova

caratteristica obbligatoria a livello fisico che rende il segnale DVB-H

distinguibile da quello DVB-T, ossia un ulteriore parametro di

segnalazione per l’elementary stream DVB-H nel multiplex. Ulteriori nuovi

elementi opzionali esistono e verranno descritti successivamente in

questo lavoro. In ogni caso la segnalazione è realizzata in un modo del

tutto compatibile con il sistema DVB-T. Infatti il DVB-H Data Stream è un

classico DVB Transport Stream che generalmente trasporta contenuti

DVB-T. Questa proprietà garantisce che il DVB-H Data Stream possa

essere diffuso attraverso dei trasmettitori di rete DVB-T totalmente dedicati

ai servizi DVB-H oppure attraverso delle reti DVB-T che trasportano i

classici servizi insieme ai servizi del DVB-H. Proprio per questa ragione le

caratteristiche specifiche della tecnologia DVB-H, come ad esempio il time

slicing e un ulteriore protezione contro gli errori, sono deliberatamente

introdotti ad un livello protocollare superiore al DVB Transport Stream.


23

1.1.5. Time slicing

Un problema specifico dei terminali DVB-H è la capacità limitata delle

proprie batterie. Infatti mantenere una compatibilità con il DVB-T comporta

una difficoltà sul dispositivo ricevente perché demodulare e decodificare

un flusso a larga banda con un alto data-rate come lo streaming del DVB-

T comporta una dissipazione di potenza rilevante sia sul sintonizzatore

che sul modulatore. Delle ricerche agli inizi dello sviluppo del DVB-H

hanno dimostrato che il consumo totale di energia per un ricevitore DVB-T

non può essere meno di 1 Watt al tempo dello studio effettuato e si

prevedeva che non potesse decrementare sotto 600 mW fino al 2006,

come si può vedere dalla Figura 3; ciò significa che è possibile

raggiungere un valore più basso, ma il limite massimo di soglia di 100 mW

per l’intero ricevitore incorporato nel terminale DVB-H non è ottenibile in

un ricevitore DVB-T.

Figura 3. Consumo di potenza del DVB-T

Un considerevole problema per un terminale alimentato con batteria è che

attraverso una trasmissione DVB-T l’intero flusso di dati deve essere


24

decodificato prima che si possa avere accesso ad uno dei servizi del

multiplex (programmi TV). Il risparmio di energia realizzato attraverso il

DVB-H è dovuto al fatto che essenzialmente solo quelle parti dello stream

che trasportano l’informazione del servizio correntemente selezionato

sono processate; in ogni caso il flusso di dati necessita di essere

riorganizzato in un modo congeniale a tale scopo.

Con il DVB-H la multiplazione di servizi è realizzata attraverso un multiplex

a divisione di tempo. L’informazione di un particolare servizio è quindi non

trasmessa in maniera continua ma compattata periodicamente in burst

con delle interruzioni nei periodi di intermezzo tra due burst (che da ora in

poi si definisce ∆t). La multiplazione di diversi servizi porta di nuovo a un

flusso trasmesso continuo ed ininterrotto con un data-rate costante.

Il tipo di segnale può essere ricevuto attraverso una selezione nel tempo:

il terminale si sincronizza sui bursts del servizio che vuole ricevere, ma si

sposta in una modalità di funzionamento a risparmio energetico durante i

∆t, quando altri servizi sono trasmessi. Il tempo di risparmio energetico tra

due bursts adiacenti relativamente al tempo di accensione richiesto per la

ricezione di un intero servizio è una misura diretta del risparmio energetico

realizzato dal DVB-H. Questa tecnica è chiamata time slicing. I bursts che

entrano nel ricevitore devono essere memorizzati e letti fuori dal buffer al

data-rate di servizio. La quantità di informazione contenuta in un singolo

burst necessita di essere sufficientemente grande affinché durante il ∆t tra

due bursts il servizio erogato sia percepito come costante e quindi il suo

stream copra l’intero periodo di stand-by del ricevitore. La posizione dei

bursts è segnalata in termini di tempo relativo e quindi come differenza

temporale fra gli istanti di arrivo di due bursts consecutivi.

In cattive condizioni di ricezione, parte di un burst può essere persa. Se

viene persa l’informazione sul ∆t, il ricevitore non saprà per quanto tempo

potrà spegnersi e quindi sarà forzato a rimanere attivo in attesa del

prossimo burst. Per evitare questa condizione, il ∆t (insieme ad altri

parametri) è consegnato nell’intestazione di ogni pacchetto contenuto in

un burst. Anche quindi nelle condizioni di ricezione peggiori, se solo un


25

pacchetto è ricevuto, si può accedere alle informazioni sulla

sincronizzazione opportuna e ottenere il risparmio di energia.

Poiché il ∆t è indicato come un tempo relativo invece di un tempo

assoluto, il metodo è virtualmente non affetto da ritardi costanti all’interno

del percorso di trasmissione. Comunque il jitter su questi ritardi influisce

sulla precisione del ∆t. Se il ∆t indica il tempo più lontano possibile in cui

può iniziare il prossimo burst, ciascun ∆t-jitter può essere utilizzato per

decrementare il ∆t e quindi decrementarne la precisione.

Per il Time Slicing, un ∆t-jitter di 10 msec. può essere accettabile. Questo

dovrebbe essere facilmente raggiunto poiché un percorso tipico di

trasmissione supporta già un’accuratezza ancora migliore.

E’ da notare comunque che la precisione del ∆t ha un effetto sul risparmio

di energia. Da studi effettuati si perviene che per un ∆t-jitter di 10 msec si

raggiunge un risparmio di potenza del 93%; variandone il valore da 0 a

100 msec il risparmio di potenza varia tra il 94% e il 92%. Da ciò si deduce

che il ∆t-jitter ha in realtà poco effetto sul risparmio di energia.

In pratica la duarata di un burst è nel range di diverse centinaia di ms,

mentre il periodo di risparmio energetico può raggiungere alcuni secondi.

Un ulteriore tempo di riaccensione del ricevitore, di risincronizzazione

deve essere tenuto in conto: tale periodo di tempo è assunto essere

inferiore ai 250 ms. In dipendenza del rapporto tra on-time/power-save

time, il risparmio energetico risultante può essere superiore al 90%.


26

Figura 4. Il pricipio del time slicing

Come esempio, in Figura 4 è mostrato un ritaglio di data stream

contenente dei servizi multiplati secondo il time slicing. Un quarto della

capacità totale del canale DVB-T di 13.27 Mbit/sec è assegnato ai servizi

DVB-H, mentre la rimanente capacità è condivisa fra gli ordinari servizi

DVB-T. Questo esempio dimostra come sia possibile trasmettere sia

servizi DVB-T che DVB-H nello stesso network.

Il time slicing richiede un numero sufficientemente alto di servizi

multiplexati e un data-rate minimo del burst per garantire un effettivo

risparmio energetico. Generalmente il risparmio energetico del ricevitore è

correlato con il data-rate del servizio correntemente selezionato.

Il time slicing offre un altro beneficio per l’architettura del terminale. I

periodi piuttosto lunghi di risparmio energetico possono essere utilizzati

per la ricerca di canali nelle celle radio adiacenti che offrono il servizio

selezionato. In tal modo il passaggio di canale può essere realizzato alla

frontiera tra due celle consecutive rimanendo impercettibile per l’utente.

Sia la ricerca di servizi nelle celle adiacenti che la ricezione del servizio


27

selezionato può essere realizzato con lo stesso ricevitore. La Figura 5

rappresenta graficamente quanto descritto.

Figura 5. Handover fra celle adiacenti nel DVB-H

1.1.6. IP e ulteriore Forward Error Correction

Al contrario di altri sistemi di trasmissione DVB che sono basati sul DVB

Transport Stream adottato dallo standard MPEG-2, il sistema DVB-H è

basato su IP. Di conseguenza, l’interfaccia del DVB-H in banda base è

un’interfaccia IP. Questa permette al sistema DVB-H di combinarsi con

qualsiasi altra rete IP-based. Questa combinazione è una delle

caratteristiche base dell’IP Datacast System. Comunque, in ogni caso,

l’MPEG-2 Transport Stream è ancora usato nel livello base. I dati IP sono

inseriti nello streaming di trasporto attraverso il Multi-Protocol

Encapsulation (MPE), un protocollo di adattamento definito nel DVB Data

Broadcast Specification.

A livello dell’MPE un ulteriore stage di correzione degli errori (FEC) è

aggiunto. Questa tecnica chiamata MPE-FEC è la seconda più importante

innovazione del DVB-H, dopo il time slicing. MPE-FEC complementa la

correzione degli errori che avviene a livello fisico e specificata dallo

standard DVB-T. Tale tecnica intende ridurre il rapporto segnale rumore


28

S/N richiesto per la ricezione su terminali mobili. Intensivi test sul DVB-H

che sono stati realizzati dalle aziende membri del DVB e realizzati

nell’autunno del 2004, dimostrano che l’uso di MPE-FEC comporta un

guadagno di circa 6 dB sul rapporto S/N rispetto al DVB-T.

Il procedimento dell’MPE-FEC è localizzato sullo strato di collegamento a

livello dello stream IP in ingresso prima che i dati siano incapsulati

dall’MPE. L’MPE-FEC, l’MPE e la tecnica del time slicing sono state

definite congiuntamente e direttamente organizzate l’una rispetto all’altra.

Tutti questi tre elementi insieme formano il DVB-H codec che contiene le

funzionalità essenziali del DVB-H come mostrato in Figura 6.

Figura 6. Schema di trasmissione e codifica del DVB-H

Gli streaming IP in ingresso proveniente da differenti sorgenti come singoli

flussi elementari sono multiplexati in accordo con la tecnica del time

slicing. La protezione contro gli errori dell’MPE-FEC è calcolata

separatamente per ognuno dei flussi elementari. Successivamente segue

l’incapsulamento dei pacchetti IP e l’inserimento nel transport stream. Tutti

i più importanti processi sui dati sono effettuati prima dell’interfaccia del

transport stream per garantire la compatibilità con la rete di trasmissione

del DVB-T.


29

Figura 7. Struttura del frame MPE-FEC

Scendendo nel dettaglio si può vedere lo schema dell’MPE-FEC come

composto da una codifica di Reed-Solomon (RS) in unione con un blocco

di interlacciamento. La codifica MPE-FEC crea una specifica struttura di

frame chiamata FEC frame che preleva l’informazione entrante nel

codificatore DVB-H. Il FEC frame consiste in un massimo di 1024 righe e

un numero costante di 255 colonne. Ogni cella della matrice corrisponde a

un byte e la dimensione massima dell’intero frame è approssimativamente

2 Mbit.

Come si vede in Figura 7 il frame è separato in due distinti parti,

l’application data table sulla sinistra (191 colonne) e il RS data table sulla

destra 64 colonne. L’application data table è riempito con i pacchetti IP di

servizio che devono essere protetti. Dopo aver applicato la codifica di

RS(255,191) agli application data riga per riga, la RS data table contiene i

byte di parità del codice RS. Dopo tale codifica i pacchetti IP sono letti

dall’application data table e sono incapsulati in IP section in maniera

conforme all’MPE. Questi application data sono seguiti dalle informazioni

di parità che sono lette dalla RS data table colonna per colonna, e sono

incapsulate in una separata FEC sections. La struttura del FEC frame

contiene inoltre un blocco di interlacciamento virtuale oltre a quello di


30

codifica. La lettura e la scrittura dei dati nel FEC frame è realizzata

secondo le colonne mentre la codifica è applicata sulle righe.

L’MPE-FEC è direttamente relazionato con il time slicing. Entrambe le

tecniche sono applicate a livello dell’elementary stream e un time slicing

burst include il contenuto esatto di un FEC frame, permettendo il riuso di

memoria nei chips del ricevitore. Inoltre, il fatto che si separi l’informazione

IP dall’informazione di parità in ogni bursts fa si che dal lato del ricevitore

la codifica dell’MPE-FEC sia opzionale, e che quindi si possano utilizzare

solo gli application data ignorando i bit di parità.

1.1.7. Estensioni del livello fisico

La segnalazione dei parametri del DVB-H elementary stream del multiplex

utilizza una estensione del Transmission Parameter Signalling (TPS),

preso dallo standard DVB-T. TPS crea un canale d’informazione riservato

che fornisce al ricevitore i parametri per la sincronizzazione. I nuovi

elementi del canale TPS trasportano informano sulla presenza di DVB-H

elementary stream time sliced e indicano se una protezione MPE-FEC è

utilizzata in almeno uno degli elementary stream. Inoltre, gli ulteriori modi

di trasmissione, che poi saranno descritti in questo paragrafo, sono anche

segnalati nel TPS channel. Infine, la diffusione dell’identificatore di cella

che è un elemento opzionale del DVB-T diventa ora obbligatoria per il

DVB-H. La disponibilità di questo identificatore semplifica la ricerca di celle

di rete adiacenti nelle quali sia disponibile lo stesso servizio selezionato.


31

Tabella 1. Parametri dei differenti modi di trasmissione DVB-H OFDM

Il segnale DVB-H può essere trasmesso utilizzando un modo di

trasmissione OFDM che non è parte delle specifiche del DVB-T. Questo

infatti fornisce una modalità di trasmissione 2K e 8K per supportare

differenti tipologie di rete. Il DVB-H invece permette una modalità a 4K che

può essere creata ulteriormente attraverso una Inverse Discrete Fourier

Transform (IDFT) nel modulatore OFDM. La modalità 4K fornisce un grado

aggiuntivo di flessibilità per la pianificazione di una rete DVB-H,

controbilanciando le prestazioni della ricezione in mobilità e la dimensione

della singola cella di una rete (SFN).

I termini del bilanciamento possono essere espressi come segue.

Il modo DVB-T 8K può essere utilizzato con trasmettitore singolo, sia per

una piccola SFN, che per una media o grande. Fornisce una tolleranza

Doppler che permette una ricezione ad alta velocità.

Il modo DVB-T 2K è adatto ad essere utilizzato con trasmettitore singolo

per una piccola SFN con distanze dal trasmettitore limitate. Fornisce una

tolleranza Doppler che permette una ricezione a velocità estremamente

alte.

Il modo DVB-T 4K può essere utilizzato con trasmettitore singolo, sia per

una piccola SFN che per una media. Fornisce una tolleranza Doppler che

permette la ricezione ad altissima velocità


32

In breve, la scelta del numero di sotto-portanti non ha nessun impatto sulla

capacità di broadcasting ma sul bilanciamento tra il Doppler tollerato ed il

massimo ritardo d’eco.

Basso numero di sotto-portanti (scelto in 2k):

o Forte spaziatura tra le portanti � garantisce tolleranza agli echi

affetti da Doppler

o Breve durata del simbolo � limita il massimo ritardo accettabile

sull’eco

Elevato numero di sotto-portanti (scelto in 8k):

o spaziatura fra le portanti limitata ma lunga durata del simbolo �

Effetto Inverso.

Il modo di trasmissione 4K realizza un compromesso tra i parametri di

trasmissione 2K e 8K, come è possibile vedere dalla Tabella 1.

Figura 8. In-depth symbol interleaving del simbolo OFDM

Assieme alle 3 modalità di rete si hanno anche diversi schemi di

interlacciamento di simbolo, come di vede in Figura 8. Un terminale DVB-

H che è realizzato secondo le specifiche supporta la modalità 8K e quindi

incorpora un interlacciatore di simbolo 8K. È quindi naturale che si possa


33

fare uso in tutte e 3 le modalità di rete della memoria di questo

interlacciatore che è la più grande rispetto agli altri interlacciatori.

L’interlacciatore di simbolo nel terminale è capace di processare

l’informazione trasmessa in un completo simbolo 8K OFDM o

alternativamente l’informazione trasmessa in due simboli 4K OFDM o in 4

simboli 2K OFDM. Questo nuovo schema quindi fa uso di tutta la memoria

disponibile e produce un aumento della profondità d’interlacciamento per

la modalità 2K e 4K migliorando così le prestazioni. Se tutta la quantità di

memoria disponibile è utilizzata il risultante metodo è chiamato in-depth

interleaving, mentre se l’uso di interlacciatore di simbolo è specifico per il

modo selezionato, è chiamato native interleaving.

Il DVB-H è stato specificato non solo per le bande di canale utilizzate nella

diffusione televisiva, ma anche per una banda di canale di 5 Mhz. Lo

standard DVB-T descrive una soluzione per tre differenti bande VHF/UHF

utilizzate in tutto il mondo (6 Mhz, 7 Mhz, 8 Mhz) che sono quindi anche

supportate dal DVB-H. La soluzione di banda a 5 Mhz permette quindi

l’utilizzo di questo standard di trasmissione in canali differenti da quelli

classici del broadcasting.

1.1.8. La codifica video: H.264/AVC2

Il DVB-H prevede come codifica video lo standard H.264/AVC. Questo

aspetto rappresenta un’ulteriore differenza rispetto al DVB-T, che invece

prevede l’utilizzo di MPEG-2.

Tale sezione ha la finalità di dare una breve panoramica su tale nuovo

sistema di compressione, mettendo in rilievo i miglioramenti rispetto alla

codifica MPEG-2 ed analizzando la strutturazione del pacchetto di

informazione precedente all’incapsulamento IP.

2 Riferimento bibliografico:[4]


34

1.1.8.1 Lo standard

Nel 2001, con l’obiettivo di sviluppare un sistema di compressione molto

efficiente, il corpo di standardizzazione ISO/IEC (MPEG) assieme a ITU si

sono uniti nel Joint Video Team (JVT), un gruppo di lavoro creato per

implementare un sistema di codifica chiamato Advanced Video Coding

(AVC). Nel 2003, l’AVC system è stato integrato come parte 10 dello

standard MPEG-4 con il nome di H.264 nell’ITU. Nel settembre 2004 il

consorzio del DVB ha modificato lo standard ETSI TS 101 154 che

riguarda la codifica video e audio in applicazioni broadcasting basate su

MPEG-2 Transport Stream per includere il suddetto AVC/H.264.

1.1.8.2 Profili disponibili

L’H.264/AVC system non produce un bit-stream compatibile con MPEG-2

quindi la sua adozione richiede l’uso di nuovi codificatori/decodificatori.

Lo schema AVC include differenti profili:

• Baseline Profile – per applicazioni end-to-end low-delay;

• eXtendend Profile – per applicazioni mobile e e-streaming;

• Main Profile – per applicazioni broadcast allo Standard Definition

Level;

• High Profile – l’iniziale standard H.264/AVC focalizzava

principalmente l’attenzione sull’”entertainment-quality” video,

basato su 8 bits/campione e un campionamento 4:2:0. Per

soddisfare la necessità di altre applicazioni richieste, come ad

esempio la contribuzione e la distribuzione di contenuti, studio

editing e post processing, è stata aggiunta una continuazione del

progetto al fine di aggiungere nuove potenzialità allo standard

originale. Tale estensione originariamente conosciuta come

“professional” extensions, è stata rinominata come “fidelity range

extensions” o FRExt. Il FRExt project ha prodotto un insieme di 4

nuovi profili complessivamente nominati gli High Profile:


35

o High Profile (HP) - supporta un video di 8 bits con un

campionamento 4:2:0 trasportando high-end consumer e

altre applicazioni che richiedono un video ad alta risoluzione

senza la necessità di un formato esteso per la componente

di croma o una maggiore accuratezza nel campionamento;

o High 10 Profile (Hi10P) – supporta un video 4:2:0 con un

massimo di 10 bits/campione;

o High 4:2:2 Profile (H422P) – supporta il formato 4:2:2 e fino

a 10 bits/campione;

o High 4:4:4: Profile (H444P) – supporta un formato 4:4:4 con

12 bits/campione.

L’High Profile è quello più indicato per lo standard DVB, in quanto

aggiunge una maggiore efficienza di codifica rispetto al Main Profile senza

associare un significante aumento nella complessita di implementazione.

1.1.8.3 Efficienza di codifica: H.264/AVC versus MPEG-2

In base al Report of the formal Verification Tests on AVC/H.2643,

l’efficienza di codifica è chiaramente superiore a quella di MPEG-2. I

vantaggi chiave di AVC/H.264 sono riportati di seguito:

[1] Compensazione del movimento

AVC/H.264 usa blocchi di dimensione e forma che sono variabili

comparati con i blocchi di dimensione fissa 16x16 usati in MPEG-2.

In tal modo è possibile raggiungere un guadagno di efficienza fino

al 15%.

La stima del vettore di movimento è più precisa in AVC/H.264:

meno di ¼ di pixel nell’AVC/H.264 contro ½ di pixel dell’MPEG-2.

Questo significa che è possibile raggiungere un guadagno del 20%.

3 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 MPEG2003/N6231, Dicembre 2003 Waikoloa Hawaii, USA.


36

AVC/H.264 usa fino a 5 frames per la stima del movimento contro i

2 utilizzati da MPEG-2 per le immagini interpolate con un guadagno

sul bitrate che varia dal 5 al 10%.

[2] Riduzione della ridondanza spaziale

AVC/H.264 usa una integer transform (invece della DCT usata in

MPEG-2), che riduce l’influenza degli errori per arrotondamento.

[3] Quantizzazione

AVC/H.264 adatta un numero più grande di livelli di quantizzazione:

52 contro i 31 utilizzati in MPEG-2.

[4] Codifica entropica

AVC/H.264 usa una tecnica di codifica più complessa che è più

efficiente rispetto alla statica VLC inclusa in MPEG-2.

[5] De-blocking filter

AVC/H.264 usa una operazione di filtraggio con lo scopo di ridurre

la quadrettatura che può seriamente degradare la qualità

dell’immagine finale in MPEG-2.

La più alta efficienza dell’AVC/H.264, definita come una riduzione del bit-

rate raggiungibile mantenendo la stessa soggettiva qualità dell’immagine,

è pagata in termini di aumento della complessità sia nel codificatore che

nel decodificatore. La Figura 9 mostra l’aumento di complessità del

decodificatore rispetto a 3 tipologie di profili.

Figura 9. Efficienza/complessità dell' H.264/AVC rispetto all'MPEG-2


37

In definitiva un encoder AVC/H.264 è 8 volte più complesso di un encoder

MPEG-2.

Nella Figura 10 vengono mostrate le caratteristiche principali di MPEG-2 e

H.264.

Figura 10. Principali caratteristiche dell'MPEG-2 e H.264


38

1.1.8.4 Architettura H.264/AVC - NAL4

Lo standard AVC/H.264 è composto da un Video Coding Layer (VCL), il

cui compito è di rappresentare in modo molto efficiente i contenuti del

segnale video, e da un Network Abstraction Layer (NAL), che formatta il

segnale video compresso nel modo più appropriato per ogni tipo di layer di

trasporto e dispositivo di archiviazione utilizzato. Tutti i dati sono contenuti

in unità NAL, ognuna delle quali contiene un numero intero di byte. Una

unità NAL specifica un formato generico per l’uso in sistemi sia packet-

oriented che bit-streams. Il formato delle unità NAL in entrambi i casi è

identico, ad eccezione del caso del livello di trasporto bitstream-oriented in

cui questa viene preceduta da un prefisso start code.

Per servizi real-time, come ad esempio l’erogazione di contenuti broadcast

tramite rete DVB-H, uno dei parametri QoS più importanti è che il ritardo di

trasferimento debba essere mantenuto inferiore a un certo limite. Per

ottenere questo non è possibile ritrasmettere un’informazione ricevuta

errata a livello di trasporto e quindi viene utilizzato lo User Datagram

Protocol (UDP) piuttosto che il Transmission Control Protocol (TCP).

I pacchetti ricevuti errati vengono quindi scartati e ciò determina

chiaramente una riduzione della qualità del video. Tale impatto sulla

qualità dipende dal livello di granularità con il quale è possibile rilevare gli

errori. Se la posizione della parte di video scartata è conosciuta, è

possibile risalire all’informazione persa tramite interpolazione; l’effetto

dell’interpolazione è tanto migliore tanto è più piccola la dimensione della

parte mancante.

Dopo la codifica una sequenza video è composta da uno stream di

immagini singole (frames) che è diviso in blocchi di 16x16 pixels chiamati

Macroblocchi (MB). Ogni frame è suddiviso in più slice, che è un gruppo

di MBs che non richiede nessuna informazioni dalle slice circostanti per

essere codifica/decodificato. Le slice possono essere di 5 tipi: oltre a

quelle già introdotte da MPEG-2 (Intra, Predictive, Bi-predictive), lo

4 Riferimento bibliografico:[3],[5]


39

standard introduce slice di tipi SP e SI. Le slice di tipo SP (switching P)

sono codificate in modo che sia possibile passare da un’immagine a

un’altra senza seguire l’ordine di decodifica. Le slice di tipo SI (switching I)

permettono di ottenere una ricostruzione esatta dei MBs; vengono

utilizzate anche per la correzione degli errori o per l’accesso casuale

all’interno del bitstream.

Il numero e l’ordine dei MBs che sono spediti in unità NAL è definito dallo

slice mode parameter. È possibile inserire tutti i MBs di un frame in

un’unica slice (mode 0), o scegliere un numero costante di MBs per slice

(mode 1), o un numero costante di byte per slice (mode 2). È anche

possibile definire le slice in maniera arbitraria attraverso una slice map;

questa caratteristica è chiamata “Flexible Macro block Ordering” (FMO).

Le specifiche AVC/H.264 definiscono diversi tipi di unità NAL in accordo

con il tipo di informazione trasportata.

L’header dell’unità NAL è rappresentato in Figura 11:

Figura 11. Header unità NAL

F: Forbidden_zero_bit. Se è settato a 1 indica una violazione della

sintassi.

R: nal_reference_idc. Valore settato 00: il contenuto dell’unità NAL non è

utilizzato per ricostruire immagini di riferimento per una predizione inter-

picture. Altri valori: la decodifica dell’unità NAL è richiesta per mantere

l’integrità delle immagini di riferimento.

T: nal_unit_payload type. È un campo di 5 bit che caratterizza l’unità NAL

come una di 32 tipi differenti. I tipi da 1 a 12 sono definiti dall’H.264, quelli

da 24 a 31 sono nati per usi esterni all’H.264, mentre gli altri sono riservati

per usi futuri.


40

Nella trasmissione video l’ordine con il quale le unità NAL sono spedite è

costante. La prima unità NAL spedita è la Sequence Parameter Set (SPS)

seguita dalla Picture Parameter Set (PPS). Entrambi SPS e PPS

includono dei parametri che sono stati settati nella configurazione del

codificatore per tutte le immagini della sequenza video. L’unità NAL

successiva è l’Instantaneous Decoder Refresh (IDR). Dopo aver ricevuto

una unità NAL di questo tipo tutti i buffer sono azzerati. Un frame IDR

contiene le slices senza nessun partizionamento dell’informazione. IDR

frames sono generalmente spediti all’inizio della sequenza video. Tutte le

unità NAL che seguono l’IDR hanno il campo T settato come SLICE.

Nella Figura 12 è mostrato l’ordine delle unità NAL quando è selezionato

lo slice mode 0 e non abbiamo nessuna partizione.

Figura 12. Ordine delle unità NAL

1.1.8.5 H.264/AVC over IP

Per streaming video services su rete DVB-H o UMTS, la comunicazione a

commutazione di pacchetto IP-based è quella a cui noi siamo interessati,

la quale, usa come protocollo real-time l’RTP (Real Transfert Protocol).

L’unità NAL è quindi incapsulata in un pacchetto RTP/UDP/IP

aggiungendo l’header di ogni protocollo come mostrato in Figura 13.

Figura 13. Incapsulamento di unità NAL in RTP/UDP/IP

Il pacchetto IP così ottenuto può essere trasportato su qualsiasi network

IP-based, in particolare la Figura 14 mostra come nella realizzazione dei

contenuti esista una “base comune”, indipendente dalla rete di


41

comunicazione usata per il trasporto, e come sia possibile utilizzare come

canale di distribuzione sia quello UMTS sia quello DVB-H.

Figura 14. H.264/AVC over IP

1.2. Architettura di rete DVB-H5

Le possibili architetture per una rete DVB-H sono 3:

• DVB-H standalone

• Coesistenza DVB-T/H tramite re-multiplex

• Coesistenza DVB-T/H tramite la modulazione gerarchica

In Figura 15 le tre soluzioni elencate sono rappresentate graficamente.



42

Figura 15. Architettura di rete DVB-H: possibili soluzioni

1.2.1. DVB-H standalone

In questa soluzione architetturale il flusso di dati IP è trasmesso a sé

stante senza il multiplexing con altri stream televisivi MPEG-2: il pacchetto

proveniente dalla IP-backbone è processato tramite time slicing e MPE-

FEC e trasmesso dall’antenna.

I dati di servizio necessari alla trama DVB che solitamente sono inseriti nel

multiplex in questo caso devono essere inseriti nell’ MPE-Encapsulator.

Il trasmettitore utilizzato deve supportare la modalità 4k.

1.2.2. Coesistenza DVB-T/H tramite remultiplexer

In questo schema di trasmissione la rete DVB-H è creata all’interno di una

rete DTT SFN. Il flusso dati DVB-H è semplicemente immesso nel

multiplexer e trasmesso assieme agli altri MPEG-2 TV-Service del digitale

terrestre.


43

Nel caso però di una rete k-SFN, ad esempio di una rete 3-SFN che riusi

tre frequenze per assicurare la copertura del territorio (ad esempio quello

regionale italiano), il flusso in uscita dal multiplex principale dovrà

raggiungere anche le altre due aree adiacenti.

Se all’interno della trama DVB-T è presente un flusso DVB-H non è

possibile una semplice ripetizione del segnale perché il time slicing del

flusso sarebbe soggetto a jitter che ne impedirebbe il reale

funzionamento. Pertanto occorrerebbe allocare in ogni area un remultiplex

ed un IP Encapsulator.

In sintesi il multiplexing è caratterizzato da:

• Flusso IP DVB-H inserito nel Transport Stream del multiplexer in

parallelo con gli altri servizi MPEG-2.

• Incaplusatori IP con time slicing connessi al multiplexer di ciascun

SFN-area;

• Impiego di re-multiplexer (reinserimento delle tabelle PSI/SI,

assegnazione di banda per il flusso IP, ecc.);

• Aggiunta della modalità 4k nel trasmettitore DVB-T.

1.2.3. Coesistenza DVB-H/T tramite modulazione

gerarchica

Un possibile modo per evitare l’uso di re-multiplexer addizionali è quello

di sfruttare il meccanismo della modulazione gerarchica, che è insito nello

standard di modulazione DVB-T (OFDM) e supportato da alcuni costruttori

di apparati. In questo caso il flusso DVB-H è trasmesso come bit stream di

“high priority” modulato con criteri di robustezza ed insensibilità ai disturbi,

mentre i bit dei servizi MPEG-2 sono trasmessi come flusso “low priority”.

In questo caso è necessario solo un multiplexer.

In sintesi la Hierarchical Modulation è caratterizzato dai seguenti vantaggi:

• non occorre intervenire sul multiplexer dei servizi MPEG-2 e quindi

la soluzione offre il massimo della flessibilità, il che significa la

possibilità di introdurre il servizio DVB-H a macchia di leopardo;


44

• non occorre realizzare sistemi di re-multiplexing nelle celle

adiacenti, si deve solo intervenire nel cambiare quei modulatori che

non supportano la ricezione dei due flussi (“alta priorità” e “bassa

priorità”) come mutuamente indipendenti.

1.2.4. Problematiche della ricezione Portable-Handheld6

Nel broadcasting televisivo digitale è lecito attendersi qualità del servizio

soddisfacente anche in condizioni di ricezione più penalizzanti rispetto a

quella analogica tradizionale.

Nel caso del DVB-H bisogna affrontare due scenari critici:

• ricezione indoor;

• ricezione outdoor mobile.

L’effettiva possibilità di distribuire il servizio anche su dispositivi portabili

implica la comprensione di problematiche propagative direttamente

correlate a tale tipo di ricezione.

La ricezione rooftop tradizionale implica:

• Propagazione poco ostruita, con frequenti situazioni di LoS (Line of

Sight)

• I ricevitori sono fermi, quindi le condizioni di propagazione non

variano nel tempo

• Antenne direttive (Yagi)

• Scenario sostanzialmente omogeneo e propagazione “uniforme”

La ricezione in movimento e su device portabile (che con terminologia

corrente è definita portable), invece, comprende i seguenti problemi:

• Propagazione in condizioni NOT LoS

• Cammini multipli



45

• Propagazione non omogenea: in relazione alle diverse

caratteristiche topografiche si hanno all’interno dell’area urbana

differenti modalità propagative

• Problematiche della ricezione Indoor (ad esempio building

penetration loss)

• Tempo-varianza delle condizioni di propagazione

• Antenne poco direttive

Tutti questi fattori fanno sì che una ricezione portable di adeguata qualità

non possa in alcun modo essere garantita dalla rete di diffusione

pianificata per la ricezione tradizionale (rooftop).

La soluzione più semplice dal punto di vista infrastrutturale consiste in un

adeguato aumento dei valori di ERP (Effective Radiated Power) dei

trasmettitori utili, per compensare il degrado delle condizioni di

propagazione, causa principale del peggioramento delle prestazioni.

Questa modalità di procedere appare tuttavia sovrabbondante sia per

problemi di impatto ambientale che di copertura dei ricevitori collocati al di

fuori dell’area urbana, dove l’assenza di edificato diminuisce il grado di

ostruzione e dunque garantisce condizioni di propagazione meno

penalizzanti.

Un’alternativa interessante dal punto di vista della pianificazione deriva

dalle proprietà delle reti SFN: grazie alla combinazione utile degli echi

(purché non troppo ritardati), è possibile migliorare la copertura (fino al

pieno soddisfacimento delle specifiche) integrando la rete tradizionale con

un adeguato numero di trasmettitori, collocati in posizione opportuna, in

modo che il miglioramento della qualità di servizio sia ottenuto soprattutto

con l’aumento del numero degli echi utili ricevuti, e non solo con

l’incremento delle potenze ricevute dai singoli contributi.


46

1.3. IP Datacast7

IP Datacast è un DVB system end-to-end per servizi su terminale mobile,

che comprende un cammino broadcast tramite tecnologia DVB-H e una

parte di telecomunicazione bi-direzionale mobile/cellulare. Le specifiche

includono le caratteristiche di codifica dei contenuti, argomentazioni

relative ai servizi offerti e le regole sull’accesso alla rete e il roaming dei

servizi.

L’utilizzo congiunto di due differenti reti permette di offrire un gran numero

di differenti tipologie di servizi; esso inoltre permette al service provider di

avere a disposizione una rete che meglio si struttura per la loro

erogazione.

1.3.1. Background dell’IP Datacast

L’idea di utilizzare in maniera congiunta le opportunità del broadcasting

digitale con le comunicazioni cellulari iniziò circa 8 anni fa. Gli operatori di

mercato sia del DVB Project che dell’UMTS Forum realizzarono assieme

le stesse tipologie di opportunità. In realtà i punti di vista erano

leggermente differenti. L’inizio reale ebbe luogo in un DVB meeting nel

novembre del 2000, quando fu deciso di cominciare un processo di

valutazione per studiare i benefici, i rischi e le specifiche di un utilizzo

congiunto del DVB con l’UMTS.

Tale lavoro è continuato in un working group UMTS.

Nel settembre 2001 un numero di operatori di mercato appartenenti a

differenti industrie siglarono un accordo per formalizzare un forum sull’IP

Datacast al fine di promuovere tale tecnologia come un business system,

avendo tutti l’idea comune che l’IP Datacasting sarebbe diventato nel

futuro prossimo un importante argomento di discussione.



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1.3.2. Convergenza

Convergenza nell’IP Datacast significa convergenza sul livello di trasporto

e sui livelli relativi ai servizi.

Il contenuto trasportato su un datagramma IP può essere trasmesso dal

content/service provider verso l’utente finale attraverso uno dei due canali

messi a disposizione, come è possibile vedere in Figura 16.

Figura 16. Architettura dell'

DVB-H - ELISteca.elis.org/1601/Fausto Schiavone.pdf · 2005. 11. 30. · Il lavoro sulle specifiche...

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