: архив : архив журнала "625" : 2003 : #8

Все дороги ведут к DVB
Окончание. Начало в "625" №6 , 2003 г.
Александр Ануфриев

Оборудование для систем DVB

В предыдущей статье была рассмотрена основная схема, по которой строятся системы доставки контента до абонента с использованием стандарта DVB. В настоящей статье описаны основные характеристики и возможности современного оборудования, с использованием которого создаются системы DVB.

Оборудование для преобразования контента

Задача данного вида оборудования состоит в том, чтобы преобразовать различные форматы входных сигналов в единую форму - транспортный поток (ТП) MPEG-2 DVB, передаваемый по цифровым интерфейсам ASI DVB или SPI DVB.

Профессиональный цифровой спутниковый приемник CODICO IRD-2600 фирмы Scopus (слева). Выход видео в стандарте SECAM D/K (русский SECAM) Дешифратор CODICO CID-3100. Одновременное дешифрование до 4 СУД (в центре) Кодер CODICO Е-1700 DSNG компании Scopus (справа)

О кодерах, а также профессиональных приемниках-декодерах и приемниках IP DVB читатели журнала "625" уже могли прочитать в статье А. Ануфриева "Кодеры и декодеры MPEG-2" (625, №7, 2003 г.). Поэтому здесь будут рассмотрены другие устройства данной категории оборудования.

Компьютерная карта Pent@NET для приема данных, "упакованных" в DVB

Передача данных в составе транспортного потока MPEG-2 стала возможной после принятия стандарта EN 301 192 и используется сегодня для передачи информации из Интернета по скоростным каналам систем цифрового вещания. Устройства, обеспечивающие ввод дейтограмм в транспортный поток MPEG, называются инкапсуляторами или шлюзами (IPG - IP Gateway). Инкапсуляторы характеризуются ско-ростью выходного потока, числом поддерживаемых потоков (числом различных PID), входными и выходными интерфейсами. Ввод информации обычно осуществляется по высокоскоростной сети Ethernet 100BaseT, в качестве формата выходного потока предпочитают DVB-ASI, как наиболее универсальный. Адресация передаваемой информации осуществляется путем присвоения каждому абоненту уникального 48-разрядного МАС-адреса. Специальное ПО на передающей стороне управляет потоками передаваемой информации, ведет учет трафика и тарификацию. Современные инкапсуляторы предоставляют Интернет-провайдерам возможность достаточно эффективно использовать имеющийся в их распоряжении ресурс полосы пропускания для разделения его между пользователями. Это достигается путем использования функции QoS (качество обслуживания). Так, например, инкапсулятор компании Logic Innovation IPE-2500 позволяет: разделять неиспользуемую полосу между активными маршрутами, тем самым максимизируя ресурс для этих маршрутов; назначать индивидуальное ограничение полосы и гарантированную скорость каждому маршруту. Кроме того, IPE-2500 удобен тем, что предоставляет комфортный графический интерфейс для управления, возможность выбора выходного интерфейса и подключения инкапсулятора к широкому спектру передающего оборудования.

IP-DVB инкапсулятор IPE-2500 компании Logic Innovation Inc. Поддержка multicast-приложений, выход DVB-ASI до 213 Мбит/с

Гибкость стандарта MPEG-2 и разработанная DVB концепция контейнера данных позволяет передать в одном ТП инкапсулированные данные и любые другие сигналы в стандарте MPEG-2 DVB, если выход инкапсулятора подключен к одному из входов мультиплексора. Многие модели шлюзов, как и кодеры, формируют минимально необходимый набор таблиц PSI и поэтому также могут непосредственно подключаться к модулятору.

Отдельно можно выделить кодеры, разработанные для применения в передвижных репортажных станциях спутникового сбора новостей (DSNG). Характерной особенностью этих кодеров является наличие встроенного DVB-модулятора. Такие кодеры выпускают практически все мировые производители оборудования DVB. Например, кодер компании Scopus Network Technologies CODICO E-1700 имеет размер всего 1RU, сохраняет все достоинства и характеристики обычного кодера серии Е-1x00 и обеспечивает типы модуляции QPSK, 8PSK, 16 QAM.

Мультиплексоры и ремультиплексоры DVB

Мультиплексор служит для объединения в единый транспортный поток (ТП) цифровых потоков от различных источников: кодеров сжатия, других мультиплексоров, инкапсуляторов, приемников-декодеров, генератора таблиц PSI/SI, ЕСМ-генератора, ЕММ-инжектора и др. Приходящие сигналы могут иметь разную временную базу (т.е. формироваться с несколько различными тактовыми частотами), и задача мультиплексора - сформировать асинхронный поток с сохранением синхронизирующей информации каждого из компонентов.

Мультиплексор CODICO RTM-3800 компании Scopus. До 19 входных интерфейсов DVB-ASI. Обработка потоков VBR и CBR

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти: информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается с другой, более высокой. Если представить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов не перекрываются во времени, это и будет мультиплексор. В некоторых конструкциях цепочку замыкают в кольцо. Приходящие потоки демультиплексируются до уровня пакетированного элементарного потока (ПЭП) и затем заново "сшиваются" в единый ТП с общей тактовой частотой, синхронизированной с местным источником частотой 27 МГц. Поскольку время прихода пакетов на разные входы не синхронизировано, время пробега их внутри мультиплексора также различается, что может вызвать дрожание меток PCR. Для устранения этого явления для всех ремультиплексируемых сервисов производится коррекция PCR на основе специальных временных меток, вставляемых в пакет на входе мультиплексора.

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость ТП, которая у большинства моделей составляет 80…100 Мбит/с. Разумеется, выставляемая на выходе скорость ТП должна быть не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного потока компенсируется введением нулевых пакетов на выходе мультиплексора. Чаще всего на выходе используется интерфейс DVB-ASI.

Статистический ремультиплексор DM 3200 Network CherryPicker. Создание до 4 выходных потоков

Ремультиплексоры представляют собой разновидность мультиплексоров, работающих не с отдельными сервисами (потоками), а с мультиплексированными ТП. Ремультиплексор выделяет из приходящих ТП нужные сервисы и комбинирует их в новые ТП, изменяя при этом соответствующим образом таблицы служебной информации. Ремультиплексоры еще называют процессорами транспортного потока (Transport Stream Processor). Современные мультиплексоры/ремультиплексоры предоставляют операторам широкое поле деятельности. Кроме традиционного одного выхода многопрограммного ТП, новое поколение ремультиплексоров имеет возможность формировать несколько независимых ТП на своих выходах. Так статистический ремультиплексор DM 3200 Network CherryPicker, разработанный компанией Terayon, способен обрабатывать до 16 входных потоков и формировать до 4 независимых многопрограммных ТП. При этом мультиплексор имеет размер всего 1RU. DM 3200 имеет 5 слотов для входных модулей, а гибкая архитектура, используемая в мультиплексоре, позволяет динамически обработать и распределить на любой выходной модуль любой входящий поток MPEG-2.

Динамический характер цифрового видео, свойственный кодированию MPEG, создает остаточную полосу пропускания или нулевые пакеты в передаче DTV. В результате, наиболее важная часть полосы пропускания, которая могла бы использоваться для передачи данных, была потеряна. Фильтрация нулевых пакетов и других нежелательных элементов программ на выходе создает пробелы в транспортном потоке. Эта свободная (неиспользуемая) часть полосы пропускания является идеальной для передачи IP-данных. Мультиплексор-оптимизатор полосы TSM-1000A компании Logic Innovation соответствует стандартному протоколу управления потоком SMPTE 325M. Этот протокол обеспечивает механизм обратной связи для инкапсулятора IP, который управляет скоростью передачи входящих данных. TSM-1000A и заполняет доступную часть полосы пропускания инкапсулированными IP-данными.

Цифровые модуляторы DVB

Модулятор осуществляет все операции помехоустойчивого кодирования и модуляции радиочастоты, предусмотренные соответствующим стандартом DVB. Параметры внутреннего и внешнего кодеров, перемежителя, а также структурные схемы модуляторов разных стандартов DVB, несколько отличаются друг от друга и являются предметом для отдельного рассмотрения.

На сегодняшний день наиболее распространенным является стандарт DVB-S. Выходная ПЧ большинства моделей модуляторов этого стандарта лежит в диапазонах 52…88 или 114…176 МГц (для загрузки ретрансляторов полосой 72 МГц). Информационная скорость цифрового потока для массовых моделей составляет 1…60 Мбит/с, а символьная - до 35 Мсимвол/с. Некоторые компании выпускают модуляторы с выходной информационной скоростью до 200 Мбит/с. Выходной уровень регулируется шагами по 0,1 дБ в пределах -20…+5 дБм. Нестабильность уровня выходного сигнала не должна превышать 0,3 дБ в условиях эксплуатации, в противном случае это приведет к нестабильности работы спутникового ретранслятора. Особенно важно, чтобы изменения уровня не превосходили указанной величины при пропадании или изменении параметров цифрового потока на входе, когда модулятор теряет синхронизацию. Замечено, что некоторые модели могут давать в этих случаях краткосрочные снижения или выбросы выходной мощности глубиной до 10 дБ.

Стандартной функцией можно считать логичес-кую инверсию I- и Q-потоков на входе модулятора ФМ-4, что проявляется на модулированном сигнале как инверсия радиочастотного спектра. Признаком качественной работы является глубокое (не менее чем на 40 дБ) подавление остатка несущей в режиме модуляции. Неравномерность плоской части спектра в пределах ПЧ +/- 0,8 Rсимв (где Rсимв - символьная скорость) должна быть не более 0,5 дБ, на краях спектра скорость спада должна соответствовать трафарету из стандарта, с учетом выбранного коэффициента скругления формы импульса. Важно, чтобы фазовые шумы выходного сигнала были ниже, чему последующих радиочастотных кас-кадов, и не вносили заметного вклада в общий баланс шумов. Можно ориентироваться на следующие значения:

• -90 дБс@100 Гц;
• -95 дБс@1 кГц;
• -95 дБс@10 кГц;
• -110 дБс@100 кГц.

Паразитные составляющие спектра в полосе рабочих частот не должны превышать уровня -50 дБс.

Для цифровых спутниковых систем сбора новостей предлагаются модуляторы, обеспечивающие наряду с QPSK также режимы 8PSK и 16QAM. Эффективность использования спектра в этих режимах выше, но выше и требования к отношению сигнал/шум при приеме.

Модуляторы для сетей кабельного телевидения и для наземного эфирного вещания строятся с учетом соответствующих стандартов и имеют характеристики, отличные от рассмотренных по многим параметрам. Наиболее сложными на сегодняшний день являются модуляторы для приложений DVB-T.

Заключение

Таким образом, сегодня операторы телевизионных вещательных сетей имеют достаточный арсенал оборудования для того, чтобы строить системы вещания в стандарте DVB и при этом реализовывать свои самые смелые замыслы, обеспечивая своих клиентов интересным контентом, от которого напрямую зависит благополучие оператора. Создание работоспособных бизнес-моделей - это предмет отдельного серьезного разговора.