Naziemna Telewizja Cyfrowa DVB-T
DVB-T to standard naziemnej telewizji cyfrowej (NTC), która jest wprowadzana w Polsce i docelowo zastąpi tradycyjną telewizję analogową. Przejście na nadawanie cyfrowe stwarza możliwość poprawy jakości obrazu i dźwięku oraz eliminuje wiele zakłóceń występujących przy nadawaniu analogowym. Transmisje cyfrowe umożliwiają ponadto efektywniejsze wykorzystanie częstotliwości i nadawanie większej ilości programów. Oprócz tego w grę wchodzi jeszcze wiele dodatkowych funkcjonalności, które nie były możliwe w przypadku tradycyjnej telewizji analogowej.
Logo Naziemnej Telewizji Cyfrowej DVB-T
Co to jest DVB-T?
Skrót DVB-T pochodzi od angielskiego „Digital Video Broadcasting - Terrestrial“ i oznacza rozsyłanie cyfrowych sygnałów radia, telewizji i danych w atmosferze przez anteny związane z ziemią. DVB-T jest jedną z wersji Digital Video Broadcasting i jest stosowane w państwach europejskich, azjatyckich i afrykańskich oraz w Australii jako standard przesyłania cyfrowej telewizji i radia za pośrednictwem anten naziemnych. Północnoamerykańskim odpowiednikiem DVB jest ATSC (Advanced Television Systems Committee), japońskim ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting), zaś chińskim DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast). W różnych krajach DVB-T przyjęły się miejscowe nazwy. W Wielkiej Brytanii i Irlandii jest stosowane określenie „Digital Terrestrial Television“. We Francji stosuje się nazwę „Télévision numérique terrestre“. A w Hiszpanii jest to „Televisión Digital Terrestre“. W Polsce zaś powszechnie przyjęła się już nazwa „Naziemna Telewizja Cyfrowa“, w skrócie NTC.
Częstotliwości transmisyjne stosowane w naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T odpowiadają kanałom UHF i VHF znanym już z analogowej telewizji naziemnej. Dla Polski przydzielono 8 niezależnych multipleksów DVB-T. Sześć z nich ma być nadawanych w kanałach 21 - 60 (zakres częstotliwości 470 - 790MHz). Jeden multipleks będzie nadawany w kanałach 61 - 69 (zakres 790 - 862MHZ) oraz jeden w kanałach 6 - 12 (zakres 174 - 230MHz). Przy nadawaniu cyfrowym te kanały telewizyjne można wykorzystywać efektywniej, niż w przypadku telewizji analogowej. Tutaj bowiem w jednym kanale można przesyłać równocześnie kilka programów.
W okresie przejściowym telewizja analogowa i cyfrowa muszą funkcjonować równolegle. Aktualnie część częstotliwości przeznaczonych do DVB-T jest wykorzystywana na potrzeby emisji analogowych. Stąd też do czasu ich wyłączenia jest możliwe uruchomienie dwóch multipleksów ogólnopolskich (MUX-1 i MUX-2) oraz jednego pokrywającego jedynie część kraju (MUX-3). Wdrożenie kolejnych multipleksów i rozszerzenie zasięgu istniejących będzie możliwe po wyłączeniu nadajników analogowych. W wyniku ustaleń międzynarodowych i wymogów Komisji Europejskiej telewizja analogowa na terenie Europy powinna zniknąć najpóźniej w 2015 roku, w którym nastąpi zaprzestanie ochrony prawnej emisji analogowych przed zakłóceniami. Wiele krajów europejskich już kilka lat temu rozpoczęło przechodzenie na telewizję cyfrową. Kilka krajów zakończyło już proces cyfryzacji telewizji naziemnej, niektóre teraz zaczęły wyłączać transmisję analogową. W Polsce - zgodnie z deklaracjami Ministerstwa Infrastruktury oraz Urzędu Komunikacji Elektronicznej - ostatni nadajnik telewizji analogowej zostanie wyłączony przed 31 lipca 2013 roku. Naziemny odbiór sygnałów telewizyjnych będzie wówczas możliwy jedynie za pomocą urządzeń cyfrowych.
Technika naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T
W przypadku DVB-T na jednym kanale jest przesyłany w jednym strumieniu danych tzw. multipleks. Wszystkie dane, które są przesyłane w tym jednym kanale, zawierają kilka programów telewizyjnych. W przyjętym w Polsce systemie kodowania MPEG-4-AVC (H.264) w jednym multipleksie mieści się do 7 programów telewizyjnych ze standardową jakością SD do 3 programów telewizyjnych z wysoką rozdzielczością HD. Takie rozwiązanie stwarza możliwość znacznego zwiększenia ilości odbieranych programów. Należy przy tym pamiętać, że zwiększanie ilości programów telewizyjnych nadawanych w jednym multipleksie zachodzi kosztem jakości obrazu (stopień kompresji i rozdzielczość) oraz odporności na zakłócenia.
I tak na przykład przy przesyłaniu obrazów z dużym udziałem scen dynamicznych (np. filmy akcji lub wydarzenia sportowe) może dochodzić do tworzenia tzw. blokowych artefaktów (klocki). Centrum nadawcze (Playoutcenter) ma możliwość dynamicznego zwiększania szybkości transmisji danych każdego programu w obrębie jednego multipleksu. Statystycznie rzecz ujmując można bowiem stwierdzić, iż nie na wszystkich emitowanych programach telewizyjnych jest potrzebna w tym samym czasie pełna szerokość pasma. W praktyce jednak tylko niektóre nadajniki są w stanie wykorzystać tę możliwość. Zamiast tego chętniej redukują one rozdzielczość obrazu i dostarczają obraz nieostry, który dzięki temu zawiera mniej artefaktów. Ponieważ artefakty są bardziej zauważalne dla oka niż obrazy nieostre, to większość widzów nie odczuwa dyskomfortu związanego z tym fortelem.
W krajach Europy Zachodniej, które jako pierwsze wprowadziły DVB-T można w wyniku cyfrowej metody modulacji połączonej z kompresją MPEG-2 zmieścić w jednym dotychczasowym kanale trzy do sześciu programów telewizyjnych standardowej rozdzielczości. Przy HDTV byłby to jeden program lub dwa przy pośredniej rozdzielczości.
W niektórych krajach Europy Wschodniej - w których DVB-T obecnie jest w fazie planowania lub wprowadzania - wprowadza się już kodowanie MPEG-4-AVC. Przykładem jest tu Polska, gdzie od początku Naziemnej Telewizji cyfrowej NTC zastosowano nowocześniejszy system MPEG-4. I chociaż raz zapóźnienie przyniosło wymierną korzyść. Jednakże przez to wkrótce może nastąpić swego rodzaju rozbrat między Europą Wschodnią i Zachodnią dotyczący transgranicznego stosowania set top boxów.
W przypadku telewizji cyfrowej jest stosowana metoda modulacji COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). Wewnątrz jednego kanału 8MHz nadaje się wiele tysięcy pojedynczych nośnych. Każda taka nośna jest modulowana jedną z trzech metod ustalonych dla DVB-T; są to QPSK, 16-QAM lub 64-QAM. W przypadku DVB-T robi się to nieco inaczej niż w przypadku cyfrowej telewizji kablowej DVB-C i satelitarnej DVB-S. Jest to bowiem metoda korzystniejsza dla propagacji fal naziemnych. Nie bez znaczenia jest również fakt, iż w przypadku DVB-T należy uwzględnić konieczność odbioru mobilnego. Ponadto przy DVB-T ten sam program jest często nadawany z wielu nadajników na tej samej częstotliwości (Single Frequency Network), co nie ma miejsca w przypadku DVB-S i DVB-C.
Dodatkowe możliwości telewizji DVB-T
Naziemna telewizja cyfrowa DVB-T umożliwia ponadto oferowanie przez nadawców dodatkowych funkcjonalności. Jedną z podstawowych jest możliwość nadawania obrazu w różnych formatach (dotychczasowym 4:3 i panoramicznym 16:9). Wiele nadawanych równolegle ścieżek dźwiękowych umożliwia wybór interesującej nas wersji językowej przy dodatkowej możliwości włączeniu napisów ekranowych w języku ojczystym. EPG - elektroniczny przewodnik po programach telewizyjnych nadawanych w danym multipleksie zwalnia od szukania interesujących nas programów w czasopismach. Kontrola rodzicielska zapewnia możliwość blokowania wybranych programów przed dostępem dla dzieci. Telewizja cyfrowa stwarza również możliwość skorzystania z usług interaktywnych. Planowane jest na przykład wdrożenie usługi VOD - wideo na żądanie umożliwiającej kupowanie dostępu np. do interesujących nas filmów. Funkcja PVR umożliwia zaprogramowanie nagrywania interesujących nas programów telewizyjnych (oczywiście tylko w przypadku urządzeń umożliwiających taką funkcjonalność).
Technicznie jest możliwe, ale dotychczas tylko częściowo wykorzystywane rozsyłanie programów radiowych. W Niemczech radio przez DVB-T jest obecnie nadawane tylko w Berlinie i Lipsku. W grudniu 2009 roku wystawiono 16 kanałów radiowych, jednak ze względu na małe zainteresowanie ze strony nadawców miejsce to zostało przeznaczone dla służb telewizyjnych i medialnych. W Berlinie do dyspozycji prywatnych nadawców radiowych jest połowa multipleksu DVB-T, dzięki której przesyła się 14 programów. W Lipsku można odbierać tylko 3 programy.
Zalety telewizji DVB-T
Podstawową zaletą DVB-T jest możliwość zwiększenia ilości odbieranych programów telewizyjnych. Przy czym DVB-T przesyła co prawda mniej kanałów, niż można odbierać w analogowej telewizji kablowej, ale więcej niż w dotychczasowej naziemnej telewizji analogowej. Chociaż uzwględniając ogólną ilość transmitowanych programów należy stwierdzić, iż DVB-T nie osiąga ilości programów dostępnych z DVB-S (satelity) i DVB-C (TVK), które umożliwiają transmisję kilkuset programów. W praktyce można na przykład w Niemczech oglądać w zależności od regionu od 8 do 32 różnych programów telewizyjnych, na obszarach przygranicznych jeszcze więcej.
Naziemna telewizja cyfrowa DVB-T oferuje również lepszą jakość odbieranych sygnałów, zwłaszcza w przypadku programów wysokiej rozdzielczości HDTV. Również dźwięk jest przesyłany z bardzo wysoką jakością, w tym również dźwięk przestrzenny. Jedną z najważniejszych zalet DVB-T jest niska wrażliwość na odbicia i zakłócenia sygnału. Dzięki temu nie zobaczymy przy oglądaniu programów telewizji cyfrowej śnieżenia, czy odbić. Należy jednak pamiętać, że i w tym przypadku należy zapewnić dobrą jakość sygnału telewizyjnego dostarczanego do odbiornika DVB-T. W przypadku złej jakości lub silnych zakłóceń może dochodzić do utraty fragmentów obrazu lub jego całkowitego zaniku na jakiś czas.
Korzystną właściwością zastosowanej przy DVB-T modulacji COFDM jest fakt, że na obrazie nie są już widoczne wielkoczęstotliwościowe odbicia (odbiór wielodrożny). Przy korzystnej konstelacji jakość odbioru może nawet zyskiwać dzięki odbiorowi wielodrożnemu. Przy odbiorze analogowych sygnałów telewizyjnych odbicia odbieranego sygnału stają się zauważalne jako niepożądane tzw. obrazy poboczne. To znaczy, że na normalnym obrazie pojawia się jeszcze raz ten sam obraz, przy czym lekko przesunięty i wyraźnie słabszy. Zaś przy COFDM również część odebranych w określonym czasie sygnałów odbitych, jest jeszcze dekodowana i wykorzystywana do odtworzenia nadanego obrazu.
DVB-T umożliwia całkowite zasilanie dużego obszaru w programy telewizyjne przez połączenie wielu nadajników telewizyjnych rozmieszczonych w różnych miejscach w tzw. sieć jednej częstotliwości (Single Frequency Network - SFN). Wszystkie nadajniki pracują synfazowo na tej samej częstotliwości. Dzięki temu nawet na wielkiej powierzchni dla jednego programu jest potrzebny tylko jeden kanał. Telewizja analogowa potrzebowałaby do tego więcej kanałów, ponieważ nieuniknione różnice czasów przejścia sygnałów odbieranych z różnych nadajników prowadziłyby do silnych obrazów pobocznych i utraty synchronizacji obrazu. Również modulacja częstotliwości stosowana do przesyłania fonii nie nadaje się do systemu jednej częstotliwości.
Zysk systemowy DVB-T w stosunku do telewizji analogowej silnie zależy od wybranej modulacji (QPSK, 16-QAM lub 64-QAM), zastosowanej korekcji błędów (od 12% do 50% przepływności brutto jest wykorzystywane do korekcji błędów) oraz od tego, jaką wartość wolnego od zakłóceń odbioru analogowego przyjmie się jako punkt odniesienia (zwykle są to wartości współczynnika sygnał/szum między 40dB i 52dB). Z największą ostrożnością można przyjąć podawaną w mediach wartość 10dB. A tak naprawdę w zależności od przyjętych warunków brzegowych zysk systemowy może mieścić się między 0dB i 35dB.
Zysk systemowy może zostać wykorzystany do zwiększenia zasięgu i w celu zapewnienia możliwie najprostszego odbioru. Przy zachowaniu dotychczasowych mocy nadawania znanych z czasów analogowych umożliwia się bezproblemowy odbiór wewnątrz pomieszczeń również poza centrami aglomeracji oraz w pojazdach. Z powodów ekonomicznych i ekologicznych czasami stosuje się też obniżenie mocy nadawania przy zachowaniu starych możliwości odbioru.
Wady telewizji DVB-T
Krytycy naziemnej telewizji cyfrowej pomniejszają zalety DVB-T uważając, że jakość obrazu jest gorsza niż w przypadku DVB-S i DVB-C, a w niektórych przypadkach nawet gorsza od analogowej telewizji kablowej. Szumy obrazowe przy DVB-T są ograniczone systemowo do szumów wytwarzanych przez kamerę robiącą ujęcia i nie zawierają analogowych szumów transmisyjnych. Jednak z powodu zbyt małych prędkości przesyłania danych, jakie są wykorzystywane przy większości programów, powstają w miejsce tego nieostrości, klockowanie i inne artefakty kompresyjne, które negatywnie wpływają na jakość odbieranego obrazu. Chociaż przy zastosowaniu wysokiej jakości odbiornika DVB-T w przypadku scen spokojnych, nieruchomych obraz telewizyjny charakteryzuje się z reguły wyższą ostrością krawędzi, niż przy odbiorze analogowym.
Artefakty występują szczególnie mocno, gdy obrabiany sygnał analogowy jest już zaszumiony. Przy digitalizacji można tylko częściowo rozróżnić informację o obrazie od szumów tła. Im więcej szumu jest w obrazie, tym więcej bitów tracimy na jego zakodowanie. Stąd też do kodowania właściwej informacji o obrazie pozostaje mniej bitów. Ten efekt jest jeszcze czasami wzmacniany przez wielokrotne obróbki sygnału w torach transmisyjnych.
Niektórzy końcowi użytkownicy sami troszczą się o dalsze wyraźne pogorszenie jakości obrazu, gdy podłączają DVD do odbiornika DVB-T lub odbiornik DVB-T do telewizora za pośrednictwem kabla analogowego (zwłaszcza przez wejście antenowe w.cz.). Połączone z tym przetwarzanie cyfrowo-analogowo-cyfrowe zawsze jest obciążone stratami.
Telewizja kablowa i satelitarna oferują większą ilość programów z powodu szerszego pasma częstotliwości będącego do ich dyspozycji. Chociaż należy stwierdzić, że mniejsza szerokość pasma przeznaczona na programy wypromieniowywane jest raczej problemem ekonomicznym DVB-T, nie zaś technicznym. Przy większych przepływnościach przeznaczonych na jeden program daje się przesyłać ich mniej w jednym kanale. Zresztą również przy cyfrowych transmisjach kablowych i satelitarnych istnieją programy, które z powodów ekonomicznych zajmują małe szerokości pasma lub stosują mniejsze rozdzielczości (na przykład sklepy telewizyjne).
Następną wadą systemu DVB-T w stosunku do analogowych metod transmisji jest opóźnienie sygnału wynoszące od około 2 do 8 sekund. Jest to wynikiem kodowania sygnału przy nadajniku i dekodowania przy odbiorniku. Przede wszystkim przy transmisjach na żywo meczów piłki nożnej hałas z restauracji z analogowymi telewizorami może wywoływać chwile zaskoczeń w znajdujących się obok restauracjach z odbiornikami DVB-T. Chociaż po zakończeniu emisji analogowych problem rozwiąże się sam.
Podsumowanie
Odbiór DVB-T jest możliwy za pomocą anten TV pokojowych lub już istniejącej dachowej instalacji antenowej, która jest przeznaczona do odbioru telewizji analogowej. Czasami jednak ta instalacja musi być doposażona w nowe urządzenia lub anteny TV muszą być przestawione na inną od dotychczasowej polaryzację. Przy starszych wzmacniaczach antenowych TV może być niekiedy niezbędna ich wymiana, zaś zamontowane filtry powinny być usunięte bądź przestrojone.
Przynajmniej na razie odbiór naziemny trzech pierwszych multipleksów DVB-T nie wymaga żadnych bieżących opłat w przeciwieństwie do odbioru przez kabel oraz w przypadku satelitarnych platform cyfrowych, gdy musimy opłacać abonament. Nie zwalnia to jednak od opłacania starego abonamentu radiowo-telewizyjnego. Obecnie jedynym kosztem niezbędnym do uzyskania dostępu do naziemnej telewizji cyfrowej jest konieczność posiadania tunera DVB-T lub telewizora wyposażonego w taki tuner. Koszty zakupu urządzeń odbiorczych spadły w ostatnim czasie do poziomu odbiorników DVB-S. Nie jest jednak wykluczone, że komercyjni nadawcy zakodują swoje strumienie DVB-T i zażądają opłaty cyklicznej lub jednorazowej za aktywację. Przez co dla wielu odbiorców pojawią się dodatkowe koszty związane z nabyciem odbiorników umożliwiających włożenie karty, czy chociażby zakup samej karty.
Autor: Aleksy Kordiukiewicz
