satelitarna transmisja danych, dvb

Internet

Satelitarna transmisja danych – DVB

Przezorny, zawsze zabezpieczony Poważnym problemem podczas przekazywania informacji za pośrednictwem fal radiowych są zakłócenia wywoływane czyn-nikami atmosferycznymi. W celu zapobieżenia temu zjawisku trzeba stosować mechanizmy korekcji danych polegające na dodaniu do użytecznego sygnału dodatkowych informacji, umożliwiających poprawienie zniekształconych fragmentów. Ponieważ użytkownik nie ma możliwości zażądania po-wtórnego przysłania uszkodzonych danych, jak ma to miejsce np. podczas połączenia mo-demowego, konieczne jest stałe przekazywanie nadmiarowych danych, pozwalających na wykrycie faktu uszkodzenia informacji i poprawienie ich w dowolnym momencie.

W systemie DVB wykorzystywane są trzy mechanizmy umożliwiające efektywną ko-wądołkowski

rekcję błędów: kodowanie Reeda-Solomona, przeplatanie danych i kodowanie Viterbiego.

Pierwszą, zawsze wykonywaną przez nadawcę czynnością jest obliczenie na podstawie Bliżej świata

pakietu 187 bajtów użytecznych informacji kodu Reeda-Solomona o długości 16 bajtów.

Algorytm ten jest powszechnie wykorzysty-Internauci w Polsce wciąż narzekają na zbyt wolny transfer wany w wielu technologiach przekazu danych z Sieci. Wiele wskazuje na to, że satelitarna techno-i gromadzenia informacji, takich jak płyty CD-ROM czy dyski twarde. W wyniku tych logia transmisji danych ma duże szanse zmienić tę sytuację.

działań generowane są pakiety danych o dłu-gości 204 bajtów (187 bajtów użytecznych Nieustannie rosnąca objętość materiałów W celu zdefiniowania zasad transmisji da- danych, 16 bajtów zabezpieczających i jeden multimedialnych umieszczanych na nych drogą satelitarną opracowano specyfika-bajt synchronizacji). Drugim krokiem, wyko-stronach WWW powoduje konieczność prze-cję DVB-S. Uściśla ona m.in. sposoby kodo-nywanym przed nadaniem przekazu, jest syłania do odbiorców coraz większej ilości wania, struktury danych oraz mechanizmy ko-przeplatanie (interleaving) serii pakietów.

danych. Pomimo zwiększania przepustowo-rekcji błędów. Informacje przesyłane są w tzw.

Dzięki temu procesowi zapobiega się trudne-

ści sieci szkieletowej Internetu końcowi użyt-paśmie Ku, czyli za pomocą fal elektromagne-mu do naprawy uszkodzeniu kilku sąsiednich kownicy są często zmuszani do długiego tycznych o częstotliwości około 12 GHz. Sate-bitów w razie wystąpienia błędu transmisji.

oczekiwania na pobierane z Sieci materiały.

lita nadaje jednocześnie dane za pomocą fal Ostatnim etapem przygotowania danych jest Wynika to ze zbyt małej wydolności dostaw-o kilkudziesięciu różnych częstotliwościach, ich ponowne kodowanie za pomocą algoryt-ców Internetu. Jednym z najbardziej ekono-a sygnał transmitowany jest w postaci sinuso-mu Viterbiego. Ten złożony matematycznie micznych sposobów rozwiązania tego proble-idalnej fali elektromagnetycznej, zmodulowa-proces pozwala na efektywną rekonstrukcję mu jest transmisja danych przez satelity nej z wykorzystaniem kluczowania fazy.

danych zniekształconych szumem białym, (patrz: CHIP 3/2000, s. 80).

Wiele systemów komunikacyjnych transmi-czyli zakłóceniami w tle sygnału.

Na początku lat dziewięćdziesiątych, tujących analogowe programy telewizyjne Jednym z parametrów algorytmu Viterbie-w celu opracowania standardów dotyczą-

koduje informacje, zmieniając w niewielkim go jest stosunek ilości danych użytecznych cych cyfrowych transmisji satelitarnych, Eu-stopniu częstotliwość nadawanej fali (modu-do całości przekazywanych informacji. Np.

ropejska Unia Nadawców (EBU – European lacja częstotliwości). Do satelitarnego przeka-wartość 5/6 (stosowana w sieci Internet via Broadcasting Union) powołała zespół robo-zywania danych cyfrowych wykorzystywany the Sky) oznacza, że spośród każdych sze-czy Digital Video Broadcasting (DVB).

jest inny rodzaj modulacji, zwany modulacją ściu bitów pięć zawiera użyteczne informa-W wyniku podjętych działań w styczniu (kluczowaniem) fazy. W technice tej informacje, a jeden służy do ich ewentualnej korekcji.

1995 roku opublikowany został zestaw cje reprezentowane są przez skokowo zmie-Specyfikacja DVB przewiduje możliwość do-norm określających sposoby przekazu obra-niającą się fazę sygnału nośnego. Określonym boru współczynnika przez operatora w za-zu telewizyjnego, dźwięku i danych kompu-przesunięciom fazowym fali nośnej przypisy-kresie od 1/2 do 7/8. Cyfrowy odbiornik każ-

terowych przez satelity oraz sieci kablowe.

wane są jednoznaczne kody, np. przesunięcie dego abonenta przeprowadza dekodowanie W ciągu kolejnych lat opracowano wytyczne o 180 stopni oznacza logiczną jedynkę, a jego i korekcję danych w kolejności odwrotnej do dotyczące przekazywania danych przez na-brak – logiczne zero. W systemie DVB fali wyżej opisanej.

ziemne nadajniki telewizyjne oraz szeregu elektromagnetycznej nadawane jest jedno Po zapoznaniu się z wszystkimi parame-usług dodatkowych, takich jak szyfrowanie z czterech możliwych przesunięć fazowych.

trami transmisji w sieci Internet via the Sky informacji (telewizja kodowana) czy tele-Technika ta zwana jest kwadraturową modu-można obliczyć efektywną szybkość przeka-tekst. Programy telewizyjne nadawane lacją z przesunięciem fazy (Quadrature Phase zywania danych użytkownikom: przez każdy w standardzie DVB docierają do odbiorców Shift Keying). Każdy ze stanów, w jakim zna-transponder – urządzenie retransmitujące na niemal całym świecie. Do wyjątków leźć się może modulowany sygnał nośny, to sygnał otrzymany ze stacji naziemnych –

należą rynki północnoamerykański i japoń-

symbol. Liczba zdefiniowanych symboli wraz przesyłane są 22 miliony symboli w ciągu ski, na których lansowane są indywidualne z szybkością ich nadawania definiuje pręd-sekundy, czyli 44 Mbit/s (jeden symbol re-rozwiązania.

kość transmisji danych.

prezentuje dwa bity). Po dekodowaniu PAŹDZIERNIK 2000

196

Internet

Satelitarna transmisja danych – DVB

Viterbiego strumień danych ulega zwężeniu Modulacja fazy QPSK sygnału nośnego do 36,6 Mbit/s=44 Mbit/s×5/6. Następnie z wymieszanego strumienia wyodrębniane są pojedyncze pakiety danych z nadmiaro-wym kodem Reeda-Solomona. Ostateczna 315°

45°

11

00

szybkość transmisji użytecznych informacji wynosi zatem 33,6 Mbit/s.

Dwa, trzy, cztery... w jednym Ponieważ przepustowość transpondera sate-nośna

symbol

symbol

symbol

symbol

litarnego jest stosunkowo duża, wykorzysta-225°

135°

00

01

10

11

10

01

niezmodulo-

nie go do transmisji tylko jednego programu wana

telewizyjnego byłoby nieekonomiczne. W

celu jednoczesnego nadawania kilku róż-

nych przekazów stosowana jest technika W systemie DVB informacje kodowane są z wykorzystaniem kwadraturowej modulacji z przesunię-

multipleksowania, polegająca na nadawaniu ciem fazy (Quadrature Phase Shift Keying). Sygnałowi nośnemu nadawane jest jedno z czterech przez krótki czas pojedynczego przekazu możliwych przesunięć fazowych, zwanych symbolami. Wybór symboli o wartościach 45, 135, 225

i 315 stopni oraz rezygnacja z pozornie prostszego systemu 0, 90, 180, 270 stopni wynikają z chęci z maksymalną prędkością transpondera. Po uniknięcia transmisji niezmodulowanego sygnału nośnego, powodującego wiele dodatkowych pro-chwili wysyłanie pierwszego programu zo-blemów podczas procesu demodulacji.

źródło: http://www.coolstf.com/mpeg staje wstrzymane i zaczyna się przekaz dru-giego. Specyfikacja DVB nie nakłada ograni-czeń liczby programów przekazywanych ne jest szersze pasmo (ok. 8–9 Mbit/s) niż (jeden dla każdego programu) są dodatkowo przez jeden transponder, ale wzrost liczby np. programom typu talk-show (4–6 Mbit/s).

wyposażone w układy analizujące zawartość stacji powoduje zmniejszenie przepustowo-Do transmisji danych komputerowych na obrazu oraz mikrokontroler zapewniający ści danego pasma. W praktyce przez jeden ogół nie stosuje się multipleksowania, dążąc komunikację pomiędzy nimi. Jeżeli któryś transponder przesyła się kilka audycji telewi-do uzyskania maksymalnej prędkości działa-program zawiera fragment o większej dyna-zyjnych i radiowych. Ponieważ obraz w stan-nia systemu. Nic nie stoi jednak na przeszko-mice, chwilowo przydziela się mu szersze dardzie DVB rozpowszechniany jest w dzie, aby ten sam transponder wykorzysty-pasmo. Stosowanie multipleksowania staty-postaci skompresowanego strumienia wać do przesyłania zarówno danych, jak stycznego wpływa na poprawienie jakości MPEG-2, nadawca sam reguluje stopnień i programów telewizyjnych lub radiowych.

przekazów telewizyjnych.

upakowania, wpływając tym samym na ilość Stosunkowo nowym rozwiązaniem jest Z procesem multipleksowania związane danych powstających w procesie kompresji.

tzw. multipleksowanie statystyczne, stoso-jest pojęcie identyfikatora pakietu PID (Pac-Różne programy mogą być przesyłane wane tylko podczas przekazywania obrazu ket ID). Ponieważ przez każdy transponder z odmienną prędkością i charakteryzować telewizyjnego. Technika ta polega na nie-satelitarny nadawane są jednocześnie różne-się różną jakością. Przekazom zawierającym ustannych zmianach szerokości pasma przygo rodzaju przekazy, dekoder odbiorcy musi wiele dynamicznych fragmentów (np.

dzielanego każdemu programowi. W tym ce-przeprowadzać proces filtracji i wybierać ze transmisje sportowe, filmy akcji) przydziela-lu kodery MPEG-2 znajdujące się u nadawcy strumienia danych tylko te, których żąda użytkownik. Aby możliwe było odróżnienie pakietów, każdy z nich ma nagłówek zawie-Schemat blokowy dekodera DVB

rający liczbę (identyfikator) informującą o je-go zawartości oraz przynależności do okre-dekoder DVB

ślonej stacji telewizyjnej lub systemu przeka-sygnał

obraz

z anteny

tuner

demodulator

zu danych komputerowych. Oprócz pakie-dekoder MPEG-2

dźwięk

tów zawierających dane i przekazy wideo w systemie DVB istnieje także dodatkowa przekazy

ich grupa o numerach od 0 do 20, za pomocą nieszyfrowane

dane

demultiplekser

których rozsyłane są informacje systemowe komputerowe

SI (System Information). Zawierają one zdalne

m.in. dane o nazwach transmitowanych sta-mikroprocesor

sterowanie

cji, przypisanym im identyfikatorach, często-przekazy

tliwościach innych transponderów należą-

szyfrowane

cych do tego samego pakietu cyfrowego (jak Common Interface

np. Wizja TV czy Cyfra+) oraz wiele innych informacji służących dekoderowi do poprawnego odbioru sygnału.

mikroprocesor

deskrambler

moduł deszyfrujący

karta PCMCIA

Nie zapłacisz, nie zobaczysz Istotnymi elementami specyfikacji DVB są zasady szyfrowania danych i dostępu warun-klucz

kowego CA (Conditional Access) używane przez telewizje płatne oraz usługi pay-per-W pierwszym etapie odebrany sygnał jest demodulowany, a za pomocą algorytmów Viterbiego view (płacisz tylko za to, co oglądasz). W wy-i Reeda-Solomona koryguje się ewentualne błędy. Następnie dane przekazywane są do modułu niku braku porozumienia w gronie nadaw-deszyfrującego lub bezpośrednio do demultipleksera. Otrzymane w ten sposób przekazy zostają ców komercyjnych nie udało się, niestety, wreszcie skierowane do dekodera MPEG-2 (programy telewizyjne i radiowe) albo na wyjście opracować jednolitej metody ochrony prze-dekodera DVB (dane z sieci Internet).

kazów. Stosowany system zabezpieczeń w 199

PAŹDZIERNIK 2000

197

Internet

Satelitarna transmisja danych – DVB

składa się z dwóch warstw: mieszania (scram-Sposób multipleksowania różnego rodzaju przekazów blingu) danych oraz ich właściwego szyfrowania. Ustandaryzowany został jedynie proces mieszania oraz metoda współpracy kart de-obraz

przekaz

szyfrujących z odbiornikami DVB (tzw. Com-telewizyjny 1

multiplekser

dźwięk

mon Interface). Choć sposób przeprowadza-programu

elementar

nia descramblingu jest taki sam dla całej plat-ny str

formy DVB, jego szczegóły pozostają poufne sygnał zegarowy

umień pakietów 1

i są udostępniane jedynie firmom produkują-

cym urządzenia nadawcze i odbiorcze. Naj-istotniejszy element procesu ochrony danych, obraz

czyli szyfrowanie, może być przeprowadzany przekaz

telewizyjny 2

multiplekser

elementarny strumień pakietów 2

w dowolny, wybrany przez nadawcę sposób.

dźwięk

programu

multiplekser

Obecnie stosowanych jest kilka konkurują-

transportu

do bloku

cych ze sobą rozwiązań, jak np. Cryptoworks kodowania

sygnał zegarowy

(Wizja TV) czy Seca-Mediaguard (Cyfra+).

ny strumień pakietów 3

elementar

Używane moduły deszyfrujące w komputero-przekaz

wych urządzeniach DVB mają postać kart radiowy

umień pakietów 4

PCMCIA wkładanych do odpowiedniego złą-

ny str

asdad asdad asdad as

elementar

cza dekodera. Karta taka mieści w sobie mi-asdad asdad asdad as

asdad asdad asdad as

kroprocesor mogący komunikować się z ukła-dane

asdad asdad asdad as

informacje

komputerowe

asdad asdad asdad as

dami właściwego dekodera, pamięć ROM za-asdad asdad asdad as

asdad asdad asdad as

systemowe

wierającą algorytm deszyfrujący, RAM służą-

asdad asdad asdad as

cą do przeprowadzania niezbędnych obliczeń oraz gniazdo przeznaczone do odczytu kluczy dostępowych, rozpowszechnianych przez Przez jeden transponder satelitarny może być jednocześnie przesyłanych wiele programów telewizyjnych, radiowych i danych komputerowych. Spakowany algorytmem MPEG-2 obraz wideo wraz nadawców programów kodowanych.

z towarzyszącym mu dźwiękiem i sygnałem zegarowym (służącym do synchronizacji obrazu z gło-sem) tworzy elementarny strumień pakietów PES (Packet Elementary Stream). Strumienie pakietów W jedną stronę?

mogą zawierać także przekazy radiowe oraz dane komputerowe. Kilka strumieni elementarnych jest Choć przekaz danych komputerowych przez łączonych (multipleksowanych) z pakietami informacji systemowych SI (System Information), two-satelity jest stosunkowo tani i szybki, usługi rząc końcowy strumień danych DVB. Jest on następnie poddawany przeplataniu (interleaving), kodowaniu Viterbiego i kierowany do anteny nadawczej. Dekoder odbiorcy na podstawie identyfikato-tego rodzaju świadczone indywidualnym rów pakietów (PID) przenoszonych w strumieniu SI może określić zawartość poszczególnych pakie-użytkownikom są obarczone poważną wadą tów i np. połączyć właściwe strumienie obrazu z dźwiękiem.

– transmisja informacji kanałem satelitarnym może odbywać się tylko w jedną stronę: od operatora do odbiorcy domowego. Niedogod-w komputerze użytkownika. W protokole z konieczności korzystania z kanału zwrot-ność ta jest wynikiem stosowania do transmi-TCP/IP używanym do przesyłania danych nego ograniczają liczbę potencjalnych na-sji danych sieci satelitarnych projektowanych w sieci Internet numer ten nie jest dołączany bywców. Miejmy jednak nadzieję, że – po-z myślą o przekazywaniu programów telewi-do wysyłanych pakietów danych. Operator dobnie jak w przypadku innych nowinek –

zyjnych nie wymagających przesyłania infor-nie uzyskuje go więc, odbierając zapytania od technika cyfrowego przysyłania danych macji zwrotnych. Choć opracowana została użytkownika. Aby poinformować nadawcę przez satelity szybko się upowszechni, metoda przesyłania informacji zwrotnych ka-o adresie MAC dekodera, stosuje się zazwy-a urządzenia do odbioru danych z „pod-nałem satelitarnym (DVB-RCCS), nie jest to czaj dodatkowe, rezydentne programy, uru-niebnego” szlaku staną się dostępne dla technika przeznaczona dla użytkowników in-chomione na komputerze odbiorcy. Ich zada-wszystkich.

dywidualnych, lecz grup odbiorców połączo-niem jest wysyłanie do operatora niezbędne-Tomasz Borukało

nych siecią. Rozwiązaniem problemu jest go numeru, a często także autoryzacja użyt-przekazywanie zapytań, czyli żądań dostar-kowników (np. wysłanie hasła dostępowego).

INFO

czenia określonych materiałów (strony Nowszym rozwiązaniem, służącym do WWW, pliki) tradycyjną drogą naziemną filtracji nadchodzących danych, jest ich roz-Grupy dyskusyjne

Uwagi i komentarze do artykułu: poprzez modem lub łącza dzierżawione.

poznawanie tylko na podstawie numeru IP

news://news.vogel.pl/chip.artykuly Odpowiadając na nadchodzące zapytania, użytkownika. W takim przypadku stosuje się Pytania techniczne:

operator wysyła użytkownikowi zamawiane programy autoryzujące – wszystkie dane news://news.vogel.pl/chip.internet dane kanałem satelitarnym. Ponieważ przez niezbędne do poprawnego zaadresowania Internet

jeden transponder satelitarny dane rozsyłane pakietów znajdują się w wysyłanych operato-Organizacje standaryzujące są do wielu użytkowników jednocześnie, rowi zapytaniach.

http://www.dvb.org/

dekoder musi wybrać tylko przekazy adreso-http://www.etsi.org/

wane do konkretnego odbiorcy. W tym celu Podniebnym szlakiem

Informacje techniczne związane z cyfrowym operator dodaje do każdego pakietu danych Internet przez satelitę to ciekawe rozwiąza-przekazem danych drogą satelitarną informacje pozwalające na ustalenie właści-nie dla średnich i małych firm pobierających http://www.coolstf.com/mpeg/index.html http://pw1.netcom.com/~chip.f/viterbi/tutorial.html wego adresata. Powszechnym sposobem jest z Sieci duże ilości danych. Szczególnie http://www.hei.ca/mpeg2.html używanie w tym celu unikatowych w skali instytucje wykorzystujące już łącze dzierża-ftp://ftp.informatik.uni-erlangen.de/pub/multimedia/

świata numerów identyfikacyjnych MAC, wione i nastawione na współpracę z partne-tv-crypt/dvb.txt

przypisanych na stałe przez producentów, rami zza oceanu powinny zainteresować się kartom sieciowym i dekoderom DVB. W celu nową „kosmiczną” techniką.

W dziale Internet | Satelitarna 10/2000 transmisja danych znajdują się poprawnego nadania pakietów operator musi Dla użytkowników indywidualnych zakup dodatkowe informacje o standardach DVB

znać identyfikator MAC karty zamontowanej urządzenia oraz koszty połączeń wynikające PAŹDZIERNIK 2000

199