DVB-T – Digitale Parameter
Jim Andrews, KH6HTV
Video-Kodierung:
Bei DVB-T haben wir die Wahl zwischen zwei Methoden, entweder MPEG-2 oder H.264. „1992 wurde MPEG-1 als erster Standard für die Codierung von bewegten Bildern mit Ton geschaffen. Ziel war es, eine Bildqualität ähnlich der von VHS (352×288) bei CD-Datenraten (<1,5 Mbit/s) zu erreichen.“ MPEG-2 folgte dann 1996 mit höherer Auflösung, besserer Qualität und unterstützte die Übertragung, nicht nur die Datenspeicherung. Im Jahr 2003 wurde dann ein noch besseres System veröffentlicht. Es trägt mehrere Namen, H.264, AVC (Advanced Video Coding) oder MPEG-4, Teil 10. „Im Vergleich zu MPEG-2 ist H.264 um den Faktor 2 bis 3 effektiver und erlaubt damit um den Faktor 2 bis 3 niedrigere Datenraten, oft sogar bei verbesserter Bildqualität.“
Auflösung der Videokodierung:
Mit Hi-Des-Modulatoren können wir die gewünschte Auflösung auswählen. Sie reicht von einer niedrigen Auflösung von 360×480 bis zu einer hohen Auflösung von 1920×1080 Pixeln. Bei einigen anderen Marken ist dies nicht möglich.
Max. Bitrate:
Bei Hi-Des ist dies ein vom Benutzer wählbarer Wert, während er bei einigen anderen Marken festgelegt ist. Sie kann nie höher als ein berechnetes theoretisches Maximum, die so genannte Modulationsdatenrate, eingestellt werden. Hi-Des empfiehlt, sie nie höher als etwa 80 % der Modulationsdatenrate einzustellen. Dies ist notwendig, um Platz für die Audiocodierung und andere Overheads zu schaffen. Bei sehr geringen HF-Bandbreiten sollte der Prozentsatz deutlich niedriger als 80 % eingestellt werden.
Video-Seitenverhältnis:
Dies ist das Verhältnis der Bildschirmbreite zur Höhe. Ältere Fernsehgeräte verwenden 4:3. Neuere Breitbildfernseher verwenden 16:9.
Videokodierungs-Bildfrequenz:
Dies ist die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Videobilder. In der Regel versuchen wir, uns an die alten NTSC- (30 fps) oder PAL-Standards (25 fps) zu halten.
Video-Codierung GOP-Länge: GOP steht für „Group of Pictures“ (Gruppe von Bildern). Aufeinanderfolgende Bilder von Videos werden als verschiedene Arten von Daten gesendet. Zunächst gibt es das „I“- oder „Schlüssel“-Bild. Es sendet alle Daten, die zur Erstellung eines vollständigen Bildes in einem Frame erforderlich sind. Jede GOP beginnt mit diesem „I“-Bild. Auf das „I“-Frame folgen dann „B“- und „P“-Frames, die nur Teildaten senden, bei denen es sich hauptsächlich um bewegungskompensierte Unterschiede zum „I“-Frame handelt. Der Parameter GOP-Länge bestimmt, wie viele Videobilder gesendet werden, bevor mit einem neuen „I“-Schlüsselbild begonnen wird. Typische Werte für die GOP-Länge sind 30 oder 60, d. h. jede 1/2 Sekunde oder jede volle Sekunde (USA und Japan).
KANALCODIERUNG – ÜBERTRAGUNGSKONFIGURATION
Modulation:
Für DVB-T stehen folgende Modulationen zur Auswahl: QPSK, 16QAM oder 64QAM. QPSK steht für Quadrature Phase Shift Keying. Ähnlich wie bei FM wird die Amplitude des HF-Signals nicht verändert, sondern nur die Phase um 90, 180, 270 oder 360 (0) Grad verschoben. Es wird in der Regel grafisch als „Konstellationsdiagramm“ mit I- und Q-Achse dargestellt (I = in Phase, Q = Quadratur oder 90 Grad). QPSK ist das einfachste Verfahren mit 4 möglichen logischen Zuständen und 2 Bits/Symbol. QAM steht für Quadratur-Amplitudenmodulation. Es beginnt mit QPSK, fügt dann aber diskrete Amplitudenstufen für höhere Mengen an Logik dazu. 16QAM fügt 2 weitere Amplitudenstufen von 25% und 75% hinzu. 64QAM ergänzt noch mehr Amplitudenstufen mit 64 logischen Zuständen und 6 Bits/Symbol. Die Verwendung höherer QAM-Stufen ermöglicht die Übertragung von mehr Daten in einem Hochfrequenzkanal mit fester Bandbreite. Es sind jedoch einige Kompromisse erforderlich, auf die noch näher eingegangen werden soll. Mit dem neueren DVB-T2 wurde eine noch höhere Auswahl von 256QAM eingeführt.
Ist QAM in einem verrauschten Hochfrequenzkanal besser als QPSK? Was sagt Ihnen dieses I/Q QAM-Bild? Bei gleichem HF-Rauschen, das dem logischen Zustand hinzugefügt wird, sehen wir, dass bei 16QAM die verschiedenen logischen Zustände jetzt miteinander interferieren. In unserem letzten ATV-Newsletter, Ausgabe #147, haben wir einige experimentelle Ergebnisse veröffentlicht, die diese vergleichen. 16QAM erfordert ein 6 dB stärkeres Signal als QAM, während 64QAM ein 14 dB stärkeres Signal erfordert. Die Umstellung auf 256QAM mit DVB-T2 würde ein noch stärkeres HF-Signal erfordern, was zu einer Verbesserung des nötigen Signalrauschabstandes führen würde.
Tatsächlich sind nicht alle der vielen tausend Unterträger für die Übertragung unserer A/V-Daten bestimmt. DVB-T enthält auch: Inaktive Träger mit festen Positionen, fortlaufende „Piloten“ mit fester Position, verstreute Piloten mit wechselnden Positionen und Transmission Parameter Signalling (TPS) Träger mit festen Positionen. Die TPS-Träger stellen quasi einen schnellen Informationskanal dar, über den der Sender den Empfänger über die aktuellen Übertragungsparameter informiert. Die Pilot-Träger werden im Empfänger zur Abschätzung von HF-Kanalverschlechterungseffekten und anschließender Korrektur zur Beseitigung von Mehrwegeffekten verwendet.
Schutzintervall:
Der Zweck des Schutzintervalls besteht darin, eine Immunität gegen Ausbreitungsverzögerungen, Echos und Reflexionen zu schaffen, auf die digitale Daten normalerweise sehr empfindlich reagieren. Bei OFDM wird dem Beginn jedes Symbols ein Schutzintervall vorangestellt. Solange Echos in dieses Intervall fallen, haben sie keinen Einfluss auf die Fähigkeit des Empfängers, die eigentlichen Daten sicher zu dekodieren, da die Daten nur außerhalb des Guard-Intervalls interpretiert werden. Das Schutzintervall wird nicht leer gelassen, sondern enthält ein festes Datenmuster, das dem Empfänger hilft, die Synchronisation zu erreichen. Bei DVB-T stehen für das Guard-Intervall folgende Werte zur Auswahl: 1/32, 1/16, 1/8 und 1/4 der Länge des Datensymbols.
Vorwärtsfehlerkorrektur – Coderate:
Bei den zuvor besprochenen Parametern ging es darum, wie die Daten im COFDM-Signal angeordnet wurden, um die Verschlechterung des HF-Kanals zu kompensieren. Die Coderate befasst sich mit der Hinzufügung der Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC), um dem Empfänger bei der Dekodierung beschädigter Daten zu helfen. Bei DVB-T sind die Auswahlmöglichkeiten für die Coderate folgende: 7/8, 5/6, 3/4, 2/3 und 1/2. Dieses Verhältnis gibt an, wie viel eines Symbols auf echte Videodaten und wie viel auf Fehlerkorrekturinformationen entfällt. Zum Beispiel 5/6 bedeutet, dass ein Videodatensymbol in 6 Teile aufgeteilt ist, von denen 5 echte Videodaten sind und der letzte Teil Fehlerkorrekturdaten sind.
Kanal-Bandbreite:
Die Größe vieler anderer Parameter hängt davon ab, wie viel Bandbreite dem eigentlichen HF-Kanal zugewiesen ist. In den USA beträgt die Standardbandbreite von Fernsehkanälen 6 MHz. Weltweit variieren die Standard-TV-Kanäle zwischen 5 und 8 MHz. In Europa sind 7 MHz am weitesten verbreitet. Beim Übergang vom Analogfernsehen zum Digitalfernsehen wurden diese Kanalbandbreiten in der Regel beibehalten. Funkamateure haben in letzter Zeit mit schmaleren Bandbreiten experimentiert. HiDes-DVB-T-Geräte unterstützen Bandbreiten bis herunter zu 2 MHz (in Europa auf 70 cm sogar 1 MHz). Ein tatsächliches DVB-T-Signal belegt nicht die gesamte dem Kanal zugewiesene Bandbreite. Es ist sogar etwas schmaler, damit die steilen Ausläufer des digitalen Signals auf einen akzeptablen niedrigeren dB-Pegel abrollen können. Bei 6 MHz BW, DVB-T, beträgt die tatsächliche Signalbandbreite 5,71 MHz.
Modulationsdatenrate:
Dies ist KEIN Parameter, der vom Benutzer programmiert werden kann. Es handelt sich vielmehr um einen theoretischen, berechneten Wert, der auf der Auswahl aller oben genannten Übertragungsparameter beruht. Dies ist die Zahl, die bei der Einstellung der Videocodierdatenrate zu Rate gezogen werden sollte. Als Beispiel für: 6 MHz BW, QPSK, 8K-Unterträger, 5/6 Coderate und 1/16 Schutzintervall beträgt die berechnete Modulationsdatenrate 7,16 Mbps. Wenn man von QPSK zu 64QAM wechselt, erhöht sich diese Rate auf 21,96 Mbps.
Empfohlene Parameter für DVB-T
Jim Andrews, KH6HTV
Ich werde oft gefragt, welche Parameter für DVB-T empfohlen werden. Die häufig verwendeten Modulatoren wie z.B. die Hi-Des-Modelle HV-100EH, HV-310 oder HV-320E, erlauben einen weiten Einstellbereich bei vielen Parametern. Die Wahl der richtigen Werte kann sich erheblich auf die Systemleistung auswirken.
Allgemeine Parameter:
Medienkonfiguration = HDMI-Eingang, H.264-Videocodierung, CBR-Datenratensteuerung, 29,97fps-Bildrate (USA und Japan), 16:9-Bildformat, 30 GOP-Länge, 0 B-Bildanzahl, MPEG2-Audiocodierung, 96Kbps-Audiocodierungsrate und HDMI-HDCP = on (eingeschaltet).
Übertragungskonfiguration = 8K FFT, 1/16 Guard (Sync)-Intervall TS-Infokonfiguration = PMT PID 0x640, Video PID 0x641, Audio PID 0x642, Servicename = das Rufzeichen Ihrer Station.
ÜBERTRAGUNGSPARAMETER:
Die Parameter Bandbreite, FFT, FEC und Schutzintervall sind äußerst wichtig, um zu bestimmen, wie gut sich Ihr TV-Signal unter realen Mehrwegebedingungen ausbreitet und am Empfänger dekodiert werden kann. Diese Einstellungen werden auf der Seite „Übertragungskonfiguration“ von „AVSender“ vorgenommen. AVSender ist das von HiDes gelieferte Windows-Computerprogramm zur Einstellung der digitalen Parameter ihres Modulators. In den USA wird normalerweise eine Bandbreite von 6 MHz verwendet, wie sie auch von kommerziellen Fernsehsendern genutzt wird. Bei extrem schwachen Signalen kann die geringstmögliche Bandbreite von 2 MHz mit einer niedrigeren Auflösung von 480i (Standardauflösung) verwendet werden, was die Empfindlichkeit des Empfängers um einige dB verbessert. Mit dem Parameter „Constellation“ wird das Modulationsverfahren QPSK, 16QAM oder 64QAM ausgewählt. Die beste Videoqualität (bei sehr starken Signalen) wird mit 64QAM und der höchstmöglichen Bitrate erzielt. Bei schwachen Signalen und für den Einsatz im Amateurbereich wird QPSK empfohlen. Damit wird eine sehr akzeptable, hochauflösende Videoqualität bei normalen Szenen erreicht.
Das Guard-Intervall wird zur Synchronisierung des Empfängers verwendet. Es ist dasselbe wie die Synchronisationsimpulse, die im alten analogen NTSC-System verwendet wurden. Das Guard-Verhältnis bestimmt, wie viel des gesamten Datenrahmens für die „Synchronisierung“ verwendet wird. Das Code Ratio, auch FEC oder „Forward Error Correction“-Verhältnis genannt, bestimmt, wie viele Daten für die Fehlerkorrektur im Vergleich zu den eigentlichen Live-Videodaten verwendet werden. 5/6 FEC bedeutet, dass für jeweils 5 Bits echter Daten ein zusätzliches Bit für die Fehlerkorrektur hinzugefügt wird. Die FFT bestimmt, wie viele Unterträger innerhalb der Kanalbandbreite verwendet werden. Zur Auswahl stehen entweder 2000 oder 8000 (2K oder 8K). Ich habe mich für eine FFT von 8K entschieden und mich dabei auf die Empfehlung in Referenz [1] gestützt, in der es heißt
„Ein 8K-System ermöglicht den Empfang mit längeren Mehrwegechos“. 2K ist angeblich die bessere Wahl für Dopplerverschiebungskorrekturen im mobilen Betrieb. Ich habe festgestellt, dass 8K bei der mobilen Dopplerverschiebung bei Geschwindigkeiten von mindestens 75 mph gut funktioniert.
MEDIENPARAMETER:
Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Kodierungsdatenrate, „Max Bit Rate“ genannt. Sie ist auf der Seite Medienkonfiguration von AVSender zu finden. Um schnell wechselnde Szenen zu verfolgen, sollte die höchstmögliche Datenrate verwendet werden. Die theoretisch maximal mögliche Datenrate ist eine Funktion von Bandbreite, Modulationsart, FEC und Guard Interval. AVSender zeigt auch das theoretische Maximum für jede Einstellung an. Sie befindet sich auf der Seite Übertragung und heißt „Modulationsdatenrate“. Sie ist ausgegraut, was bedeutet, dass Sie sie nicht ändern können. Bei einer Bandbreite von 6 MHz beträgt das theoretische Maximum 23,75 Mbps für 64QAM mit 7/8 FEC und 1/32 Guard Intervall. Bei QPSK liegt das Maximum bei viel niedrigeren 7,92 Mbps mit 7/8 FEC und 1/32 Guard Intervall.
Der ältere Modulator Hi-Des HV-100EH kann nicht über 16 Mbps betrieben werden. Versucht man, eine zu hohe Datenrate einzustellen, fällt der Hi-Des HV-100EH auf 8 Mbps zurück. Daher bringt die Verwendung von 64QAM gegenüber 16QAM beim HV-100 nicht viel. Der neuere HV-320E funktioniert mit 64QAM bei der höchsten Datenrate (empfohlen wird eine Begrenzung auf 18 Mbps).
Vorsicht! Der Betrieb bei oder nahe dem theoretischen Maximum führte manchmal zu inakzeptablen Bildausfällen. Hi-Des empfiehlt in seiner Bedienungsanleitung, die „Max Bit Rate“ nicht höher als 80 % des theoretischen Maximums einzustellen.
Ein weiterer wichtiger Parameter, der eingestellt werden muss, ist HDMI-HDCP. Das HDMI-Protokoll ermöglicht die Implementierung eines Urheberrechtsschutzes für Kinofilme. Normalerweise verhindert dies die Verbindung bestimmter HDMI-Geräte mit anderen Geräten, wenn urheberrechtlich geschützte Medien betroffen sind. Das bedeutet, dass unter bestimmten Umständen eine Videoquelle wie ein DVD-Player nur an einen Videomonitor und nicht an einen Sender angeschlossen werden kann. Wenn dieser Parameter auf OFF gesetzt ist, können Sie keinen DVD-Player an Ihren HiDes-Modulator anschließen. Er akzeptiert die Quelle nicht und zeigt stattdessen einen Bildschirm mit dem Text „No Input Video“ an. Es wird nur der Anschluss einer TV-Kamera akzeptiert. Um diese Situation zu vermeiden, sollten Sie diesen HDCP-Parameter auf ON setzen. Das bedeutet nicht, dass es als Amateur in Ordnung oder legal ist, urheberrechtlich geschützte Filme zu übertragen. Aber es kann sein, dass wir unsere eigenen DVD-Heimvideos übertragen möchten, z. B. von Familienfeiern oder Reisen, dann ist dies legal.
TS INFO PARAMETER:
Die meisten Parameter auf dieser Seite sollten nicht verändert werden. Die angezeigten PIDs (Packet Identifier) sind die normalen Werkseinstellungen und sollten normalerweise nicht verändert werden. Alle DATV-Amateure in Ihrer Region sollten die gleichen PIDs verwenden. Wenn die PIDs verschiedener Sender nicht übereinstimmen, verriegeln sich die Hi-Des-Empfänger beim Empfang eines Signals mit anderen PIDs als denen, mit denen sie ursprünglich trainiert wurden. Ändern Sie jedoch den Servicenamen. Geben Sie hier das Rufzeichen Ihrer eigenen Station ein. Es wird dann automatisch mit dem Datenheader übertragen und sorgt dafür, dass Ihre Station automatisch identifiziert wird, um den FCC-ID-Vorschriften zu entsprechen.
NORMALER KANAL:
Um unter normalen Bedingungen die höchstmögliche Videoauflösung von 1080P zu erreichen, wird eine Bandbreite von 6 MHz verwendet. Die meisten Amateure arbeiten mit weitaus geringeren HF-Leistungspegeln als der kommerzielle Rundfunk (Watt vs. Kilowatt!). Die bevorzugte Modulationsmethode ist daher QPSK. QPSK führt zu einer erheblichen Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit (-96 dBm gegenüber -91 dBm für 16QAM und
-82dBm für 64QAM). Die 8K-FFT wurde gewählt, um längere Mehrwegechos zu verarbeiten. Ich habe mich für die Werkseinstellungen 5/6 FEC und 1/16 Guard Interval entschieden. Jim White, NC0JW, hat bestätigt, dass dies die gleichen Einstellungen sind, die CBS in frühen DTV-Ausbreitungsexperimenten in den meisten Situationen als am besten geeignet befunden hat. Es hat sich herausgestellt, dass diese Einstellungen eine sehr akzeptable Videoqualität für die meisten bis auf die sehr schnell bewegten Sportszenen bieten.
SCHLECHTER KANAL:
Bei schlechten Kanalbedingungen mit schwachen Signalen und/oder starken Mehrwegeffekten ist ein Betrieb mit den Parametern „Normal“ nicht möglich. In vielen Fällen kann eine perfekte B5-Video-/Audioqualität erreicht werden, indem die Videoauflösung verringert und eine wesentlich aggressivere Vorwärtsfehlerkorrektur verwendet wird. High Definition (720P) kann immer noch mit sehr guter Bildqualität erreicht werden. Die Verwendung einer wesentlich aggressiveren FEC als beim normalen Kanal führte zu einer Verbesserung der Empfängerempfindlichkeit um 4 dB bei einem mehrwegfreien, geschlossenen Kanal. Noch höhere
Empfindlichkeitsverbesserungen wurden unter realen Bedingungen über Funk beobachtet. Ein von Colin, WA2YUN, und Jim, KH6HTV, durchgeführter Test auf 23-cm-DVB-T mit Yagi-Schleifenantennen auf einer klaren Sichtverbindung über 5,6 Meilen zeigte eine beeindruckende Verbesserung des Empfangs schwacher Signale um 10 dB bei Verwendung der Parameter 720P, 1/2 FEC gegenüber 1080P, 5/6 FEC.
2 MHz BANDBREITE:
In vielen Teilen der USA, insbesondere in großen Ballungsgebieten, gibt es zu viele andere HF-Aktivitäten auf dem 70-cm-Amateurband, als dass die volle, für den Rundfunk übliche Bandbreite von 6 MHz genutzt werden könnte. Die Hi-Des-Modulatoren und -Empfänger sind in der Lage, mit viel niedrigeren Bandbreiten bis hinunter zu 2 MHz (Europa 1 MHz) zu arbeiten. Die High-Definition-Auflösung 1080P lässt sich mit 2 MHz BW und QPSK nicht gut einsetzen. Eine hervorragende Videoqualität mit Standardauflösung 480i ist jedoch bei 2 MHz BW möglich, selbst bei Verwendung einer sehr aggressiven FEC. Der Wechsel zu einer niedrigeren Bandbreite bringt auch eine beträchtliche Steigerung der Empfängerempfindlichkeit (-108dBm, 0,9µV mit einem Vorverstärker) mit sich.
DVB-T-EMPFÄNGER:
Glücklicherweise sind die verfügbaren Empfänger intelligent und müssen nicht neu eingelernt werden, wenn die meisten digitalen Parameter des Senders geändert werden, auch nicht im laufenden Betrieb. Solange die Mittenfrequenz, die Bandbreite und die PIDs unverändert bleiben, folgt der Empfänger automatisch den Änderungen der Parameter wie Konstellation, FEC, Schutzverhältnis, FFT usw.
FELDTESTS:
Im Mai und Juni 2017 führten mehrere TV-Amateure aus Boulder, Colorado, eine Reihe von Feldtests durch, um verschiedene TV-Modulationsverfahren, einschließlich DVB-T, zu vergleichen. Für DVB-T wurden die Modulationsparameter 1080P, 5/6 FEC und 720P, 1/2 FEC getestet und verglichen. Die für die Tests verwendeten mobilen Sender und Antennen waren für beide Bänder sehr vergleichbar. Die digitalen DVB-T-Sender und der 23-cm-FM-TV-Sender gaben alle etwa 3 Watt (+35dBm) ab. Die mobile Sendeantenne war eine Diamond-Dreiband-Vertikal, Modell NR-2000NA mit 9 dBi Gewinn auf 70 cm und 7 dBi auf 23 cm. Die Empfangsantenne des TV-Repeaters, eine Diamond X6000A, hatte im Wesentlichen den gleichen Gewinn von 7 dBi sowohl auf 70 cm als auch auf 23 cm.
Die beste Leistung wurde eindeutig mit DVB-T auf dem 70-cm-Band mit einer niedrigeren 720P-Auflösung und der bestmöglichen, aggressiven Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) von 1/2 erzielt. Perfekter B5-Empfang durch den Repeater wurde auf weit über 90 % der gesamten getesteten 30-Meilen-Strecke erreicht. Keiner der anderen Modi/Bänder kam auch nur annähernd an diese Leistung heran. Die 23-cm-Abdeckung war besonders schlecht mit einer Abdeckung von weniger als 30 % der getesteten Gebiete.
Quelle: https://kh6htv.com/newsletter/
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Ersatz für OE7forum
Es hat viel Arbeit gekostet, aber am Ende bin ich froh, zumindest einen Teil der OE7forum-Seiten gespeichert zu haben:
https://oe7dbh.blogspot.com
Ich werde weiterhin versuchen, alle für den Amateurfunk wichtigen Innovationen von HiDes hier zu beschreiben und zu testen sowie meine eigenen Projekte. Ich möchte diese Gelegenheit auch nutzen, um Ihnen schöne Feiertage zu wünschen, ein frohes Weihnachtsfest und ein gesundes, erfolgreiches neues Jahr 2024.
73 de OE7DBH, Darko Banko