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1 Dicembre 2005 Andrea BELLITV DIGITALE TERRESTREUniversità di Modena e Reggio EmiliaCorso di tecnologie web

TV Digitale Terrestre

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Università di Modena e Reggio EmiliaCorso di tecnologie web

TV DIGITALE TERRESTRE Andrea BELLI1 Dicembre 2005

Agenda

•MPEG• compressione video MPEG-2• Program Stream (PS) e Transport Stream (TS) MPEG-2• TS Program Specific Information (PSI)

•DVB• DVB-Satellite• DVB-Terrestrial (DTT-Digital Terrestrial Television)

•DVB-MHP: Multimedia Home Platform

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Introduzione alla compressione video

•Dati: lossless (per definizione!)• es. run-length encoding (RLE), Lempel-Ziv-Welch (LZW)

si avvantaggiano della ripetizione di stringhe

•Immagini:• forte correlazione sia orizzontale che verticale tra pixel

scan-line order sfrutto solo la correlazione orizzontale con algoritmitradizionali

• DCT (Discrete Cosine Transform) molto efficace su immagini a toni continui(foto)

• JPEG (Joint Photographic Experts Group)standard per la compressione lossy di immagini, basato su DCT

•Video (motion picture):• M-JPEG: non sfrutta correlazione temporale, ma edit semplice• MPEG-x: sfrutta correlazione temporale

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Rapporti di compressione

50:175:1

15:1120 MB/s(960 Mbps)

HDTV720p60, 1080i30

20:1 – 8.0 Mbps45:1 – 3.5 Mbps(DVD, DTT)

2:1 (DigitalBetacam)6.6:1 – 25 Mbps(DVC)15:1

20 MB/s(160 Mbps)

SDTV480i30, 576i25

MPEG-2M-JPEGUncompressed(@16bpp)

Formato

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MPEG – Moving Picture Experts Group

Working Group di ISO/IEC, fondato nel 1988•Mission: “development of international standards for compression, decompression, processing, and coded representation of moving pictures, audio and their combination”

•Standard prodotti e lavori in corso:• MPEG-1 (appr. 1992): VCD e MP3• MPEG-2 (appr. 1994): DVD, TV digitale• MPEG-4 (varie versioni... vari profili... ASP, AVC/H.264, AAC)• MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface)• MPEG-21 (Multimedia Framework: metadati, IPMP, REL, ...)

•MPEGIF (Industry Forum): 80+ membri•MPEG LA: licenze della tecnologia e dei brevetti (ISO non può)

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MPEG-2 Video

•Decoder strettamente specificato •Libertà nella realizzazione degli encoder

Profilo•insieme delle funzionalità potenzialmente invocabili per la decodifica di unostream•più alto il profilo, maggiore la complessità del decoder•6 profili: Simple (SP), Main (MP), 4:2:2 (422P), SNR, Spatial (Spt), High (HP), Multiview (MVP)

Livello•restrizioni sui parametri di un decoder•più alto il livello, maggiori le risorse richieste (memoria, banda)•4 livelli: Low (LL), Main (ML), High-1440 (H14), High (HL)

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MPEG-2: Profiles and Levels

no B-frames

720x57630 Hz15 Mbps

1920x108860 Hz80 Mbps

352x28830 Hz4 Mbps

1440x108860 Hz47 Mbps

720x57630 Hz15 Mbps

MP@ML

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MPEG-2: Standard

ISO/IEC 13818 – Parte 1•“Generic coding of moving pictures and associated audio information: System”•ITU-T Rec. H.222.0

ISO/IEC 13818 – Parte 2•“Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video”•ITU-T Rec. H.262

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MPEG-2: GOP – Group Of PicturesGerarchia di 3 livelli per i fotogrammi:I intraP predictedB bidirectionally interp.

“Anchor frame”: lo diventano I- e P-frame quando vengono ricostruiti, e servono per la decodifica di altri frame

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MPEG-2: codifica di bloccoI-frame: simile a JPEG

P-frame:Motion Estimation

calcolo dei vettori spostamento (MV)Motion Compensation

utilizzo i MV per produrre un nuovoframe

Calcolo errore di predizione (PE)Verranno trasmessi MV + PE

B-frame:Interpolazione MV dei due “anchor” più

vicini (anche unidirezionale, sia in avanti che indietro)

... simile a P-frame

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MPEG-2 SystemMultiplex per il trasporto di più flussi video e audio (PES), insieme ad informazioni aggiuntive (es. sottotitoli, teletext, metadati).

Program Stream (PS)

• pacchetti di lunghezza variabile, anche superiore a decine di kB(PES)

• adatto a mezzi trasmissivi senzaperdita/errori

• es. DVD (i file VOB sono PS)

• base tempi comune a tutti i sotto-stream contenuti

Transport Stream (TS)

• pacchetti di lunghezza fissa(188 byte)

• adatto a mezzi trasmissivi con perdita/errori

• es. DVB-x, UDP/IP

• adatto al trasporto di piùaudiovisivi contemporaneamente, anche con basi tempi indipendenti

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MPEG-2 TS: Mux

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MPEG-2 TS: frammentazione PES

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MPEG-2 TS: il pacchetto di 188 byte

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MPEG-2 TS: il pacchetto di 188 byte

0x47

PID: alla base del (de-)mux!!!

Program Clock Reference (PCR)

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•consorzio di organismi pubblici e privati•sviluppo e promozione di standard per la TV digitale, dalla HDTV alla ricezione portatile, e per la sua integrazione su tutte le reti•orientato al mercato•nato nel 1993 con 80 Membri che firmano un MoU

•4 Moduli:• Commerciale• Tecnico• Diritti e Proprietà Intellettuale• Promozione e Comunicazione

•standard sottoposti ad approvazione di ETSI e CENELEC•ogni specifica parte dal Modulo Commerciale

DVB – Digital Video Broadcasting

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•Misure•Interfacciamento•Interattività•Multiplexing•Sottotitoli•Trasmissione•Internet Protocol•MHP

DVB – Digital Video Broadcasting

DVB-SI (Service Information)

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DVB-SI (Service Information)

Estensione delle tabelle PSI definite da MPEG-2 Systems

•MPEG-2 Defined:•PAT (Program Association)•CAT (Conditional Access)•PMT (Program Map)•TSDT (TS Description)

DVB Mandatory:• NIT (Network Information)• SDT (Service Description)• EIT (Event Information pres./foll.)• TDT (Time & Date)

DVB Optional:• NIT other Network• BAT (Bouquet Association)• SDT other TS• EIT (actual, schedule)• EIT other TS, pres./foll. & sched.• RST (Running Status)• TOT (Time Offset)• ST (Stuffing)

MHP Defined:• AIT (Application Information)

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DVB-S Adoption

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DVB-S

10.5 – 12.5 GHz (downlink)12.5 – 14.5 GHz (uplink)

Canali radio caratterizzati da:•Frequenza•Polarizzazione (H / V, o X / Y)•Symbol Rate (es. 27500 kS/s)•FEC (es. 2/3)

•Modulazione QPSKAstra 2B, Transponder 26

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DVB-S: esempio. Hotbird 1 FrequencyPlan

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DVB-T Adoption

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DVB-T: allocazione dello spettro radio

846 – 85468

838 – 84667

......

486 – 49423

478 – 48622

470 – 47821IV e V (UHF)

223 – 230H2

216 – 223H1

209 – 216H

200 – 207G

191 – 198F

182.5 – 189.5E

174 – 181DIII (VHF)

Limiti canale (MHz)CanaleBanda

canali da7 MHz

canali da8 MHz

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•COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)•code rate FEC variabile (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8)•robustezza all’interferenza co-canale da segnale TV analogico•ridotta interferenza verso segnali TV analogici•possibilità di ricezione da terminale portatile/mobile

Bit-rate utile compreso fra 4.9 e 31.7Mbit/s (su canale UHF da 8 MHz)

DVB-T: specifiche di trasmissione

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DVB-T: conseguenze dell’introduzione

•Moltiplicazione della capacità di trasporto video•Per il segnale televisivo codificato MPEG-2 il bit rate utilizzato varia da 4 a 8 Mbit/s per programma, in funzione del contenuto (es: sport vsfiction) e della qualità video desiderata

• il numero di programmi TV per canale UHF a 8 MHz varia da 4 a 6

•Reti di contribuzione e distribuzione primaria• completa digitalizzazione con playout MPEG-2 MP@ML

•Rete di distribuzione secondaria• inserzione digitale (remux) di programmi regionali/locali

•Impianto d’antenna d’utente• riuso degli impianti esistenti (individuali e centralizzati), con qualche eccezione

•Terminale d’utente• necessario un ricevitore/decoder DTT (Digital Terrestrial Television) stand-

alone o integrato all’interno di nuovi modelli di televisore (come add-on o built-in)

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DVB-T: confronto spettri digitale/analogico

2K

8K

Spettro segnale TV analogico Spettro segnale DTT

8 MHz

Portante video

Portante audio 1

Portante audio 2

Sub portante colore

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DVB-T: convivenza digitale/analogico

8 M H z 8 M H z 8 M H z 8 M H z 8 M H z

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DVB-T Receiver: SET-TOP BOX (STB)

Il set-top box è il dispositivo necessario per decodificare i segnali digitali ed utilizzare le applicazioni interattive.

Esistono due tipi di set-top Box:•STB non interattivi (zapper): receiver DTT/decoder MPEG-2•STB interattivi: MHP-enhanced

I set-top Box interattivi permettono di interagire con la programmazione TV tramite il solo utilizzo del telecomando.Tale decoder è munito di una uscita verso la rete di telecomunicazioni, denominata canale di interazione (o canale di ritorno), mediante un modem.

Le applicazioni interattive comportano un dialogo tra STB ed un centro servizi.

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DVB-T Receiver: SET-TOP BOX (STB)

Varianti sul canale di ritorno:

•POTS

•GSM/GPRS

•xDSL

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STB: schema Logico

Tuner COFDMdemodulator

DTT Front-end

Modem μP

Video Decoder

Graphics Overlay

MPEG-2Demux

Audio Decoder

Analog Audio

Stereo Audio

Analog Video

CASPC Card

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DVB-MHP Adoption

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MHP: Multimedia Home Platform

MHP è lo standard prodotto da DVB per l’utilizzo di applicazioniinterattive nella televisione digitale.MHP definisce tre profili:• Enhanced Broadcast (grafica, overlaying, UI presentation)• Interactive TV (return channel)• Internet Access (browsing,email)Lo standard MHP è composto da due classi di specifiche:MHP 1.0.x: definisce i primi due profiliMHP 1.1.x: estende MHP 1.0, aggiungendo l’ultimo profilo

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MHP: Multimedia Home Platform

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MHP: overview

Le specifiche MHP definiscono una piattaforma middlewareall’interno del set-top box.Il core del middleware è sviluppato in Java, adottando una JavaVirtual Machine ed una serie di API Java. Ruolo fondamentale viene assunto dalle API JavaTV redatte da SUN Microsystem.Le applicazioni sviluppate per MHP: le Xlet• Analogia con le applet

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MHP: package JavaTV

I package fondamentali delle JavaTV sono:

• javax.tv.xlet: per la definizione del ciclo di vita dell’applicazione• javax.tv.graphics• javax.tv.media: per l’interazione con i formati video• javax.tv.service: per l’integrazione con il substrato di servizio

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I metodi delle Xlet

Le Xlet implementano i metodi della classe:• javax.tv.xlet.Xlet

tali metodi sono:• initXlet• startXlet• pauseXlet• DestroyXlet

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Xlet: ciclo di vita

Gli stati di una Xlet sono:• Loaded• Paused• Active• Destroyed

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MHP: modello graficoSi basa su un modello grafico a 3 livelli:•Il Background layer che può contenere un solid color o una still image(rappresentata da un particolare frame MPEG-2, quello di tipoI); •il Video layer rappresentato dal flusso A/V del canale TV o di una qualsiasi altra fonte in formato MPEG-2.•il Graphics layer che può contenere la graficacreata nella Xlet, che a sua volta può esserestrutturata su n-livelli sovrapposti.

LIBRERIE SUPPORTATE•HAVI (Home Audio Video Interoperability) e java.awt(Advanced Widget Toolkit);•java.event e org.dvb.event;

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MHP: Esempio di applicazione

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Hello World 1/4

import java.awt.*;import javax.tv.xlet.*;import org.havi.ui.*;import org.dvb.event.*;

public class HelloWorldXlet implements Xlet,UserEventListener {

private HText text;private HContainer cont;private HScene scene;private EventManager manager;private UserEventRepository repository;private XletContext context;private boolean alreadyActive = false;

public HelloWorldXlet() { }

public void initXlet(XletContext context) throws XletStateChangeException{this.context = context;System.out.println(this.getClass().getName()+" : Inizializzazione avvenuta!");

}

…

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Hello World 2/4…public void startXlet() throws XletStateChangeException{

if (alreadyActive) {System.out.println(this.getClass().getName()+" : Hello Again TV World! ");

}else {System.out.println(this.getClass().getName()+" : Hello TV World");alreadyActive = true; repository = new UserEventRepository("UserRepository");repository.addAllColourKeys();manager = EventManager.getInstance();manager.addUserEventListener(this, repository);HSceneFactory hsf = HSceneFactory.getInstance();scene = hsf.getFullScreenScene(

HScreen.getDefaultHScreen().getDefaultHGraphicsDevice());scene.setSize(720,576);scene.setLayout(null);scene.setVisible(true);cont = new HContainer(50,50,650,500);text = new HText("Nessun Tasto Premuto!", 160, 200, 300, 60,

new Font("Tiresias", Font.BOLD, 26), Color.black, Color.white, new HDefaultTextLayoutManager());

cont.add(text);scene.add(cont);scene.repaint();

} } …

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Hello World 3/4…public void pauseXlet(){

System.out.println(this.getClass().getName()+" : Xlet in pausa!");repository.removeAllColourKeys();manager.removeUserEventListener(this);context.notifyPaused();

}public void destroyXlet(boolean unconditional) throws XletStateChangeException{if (unconditional) {

repository.removeAllColourKeys();manager.removeUserEventListener(this);if(scene != null) {

scene.setVisible(false);scene.removeAll();HSceneFactory.getInstance().dispose(scene);scene = null;

}context.notifyDestroyed();System.out.println(this.getClass().getName()+" : la Xlet e' stata terminata!");

}else {System.out.println(this.getClass().getName() +" : Richiesta di destroy

rifiutata!");throw new XletStateChangeException("no thanks!");

}}

…

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Hello World 4/4…public void userEventReceived(UserEvent event) {

System.out.println ("userEventReceived " + event.getCode());switch (event.getCode()){ case HRcEvent.VK_COLORED_KEY_0:

text.setForeground(Color.red);text.setTextContent("Hai premuto rosso",HVisible.NORMAL_STATE);scene.repaint();break;

case HRcEvent.VK_COLORED_KEY_1:text.setForeground(Color.GREEN);text.setTextContent("Hai premuto verde",HVisible.NORMAL_STATE);scene.repaint();break;

case HRcEvent.VK_COLORED_KEY_2:text.setForeground(Color.YELLOW);text.setTextContent("Hai premuto giallo",HVisible.NORMAL_STATE);scene.repaint();

break;case HRcEvent.VK_COLORED_KEY_3:

text.setForeground(Color.BLUE);text.setTextContent("Hai premuto blu",HVisible.NORMAL_STATE);scene.repaint();break;

}}}

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MHP: Da dove iniziare

Specifica DVB-MHP: • web site: www.mhp.org• specification 1.1:

http://www.mhp.org/mhp_technology/mhp_1_1/

OpenMHP Project: stack MHP in licenza open source• www.openmhp.org

XLetView• http://xletview.sourceforge.net/

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Contatti

ANDREA BELLITELECOM ITALIA LABInnovation & Engineering Servicesmail: [email protected], [email protected]: +39 011 228 6420Via Reiss Romoli, 27410148 TORINO (TO)

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