Internet
Satelitarna transmisja danych  DVB
Przezorny, zawsze zabezpieczony
Poważnym problemem podczas przekazywa-
nia informacji za pośrednictwem fal
radiowych są zakłócenia wywoływane czyn-
nikami atmosferycznymi. W celu zapobieże-
nia temu zjawisku trzeba stosować mechani-
zmy korekcji danych polegajÄ…ce na dodaniu
do użytecznego sygnału dodatkowych infor-
macji, umożliwiających poprawienie znie-
kształconych fragmentów. Ponieważ użyt-
kownik nie ma możliwości zażądania po-
wtórnego przysłania uszkodzonych danych,
jak ma to miejsce np. podczas połączenia mo-
demowego, konieczne jest stałe przekazywa-
nie nadmiarowych danych, pozwalajÄ…cych na
wykrycie faktu uszkodzenia informacji i po-
prawienie ich w dowolnym momencie.
W systemie DVB wykorzystywane sÄ… trzy
mechanizmy umożliwiające efektywną ko-
rekcję błędów: kodowanie Reeda-Solomona,
przeplatanie danych i kodowanie Viterbiego.
PierwszÄ…, zawsze wykonywanÄ… przez nadaw-
cę 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
ieustannie rosnąca objętość materiałów W celu zdefiniowania zasad transmisji da- danych, 16 bajtów zabezpieczających i jeden
Nmultimedialnych umieszczanych na nych drogÄ… satelitarnÄ… 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 informa- cje, 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, dz
więku 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 siÄ™ 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 lez
ć 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
PAy
DZIERNIK 2000
196
wądołkowski
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. NastÄ™pnie
z wymieszanego strumienia wyodrębniane
sÄ… pojedyncze pakiety danych z nadmiaro-
315° 45°
wym kodem Reeda-Solomona. Ostateczna
11 00
szybkość transmisji użytecznych informacji
wynosi zatem 33,6 Mbit/s.
Dwa, trzy, cztery... w jednym
Ponieważ przepustowość transpondera sate-
symbol symbol symbol symbol
nośna
225° 135°
00 01 10 11
litarnego jest stosunkowo duża, wykorzysta- niezmodulo-
10 01
wana
nie go do transmisji tylko jednego programu
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-
ciem fazy (Quadrature Phase Shift Keying). Sygnałowi nośnemu nadawane jest jedno z czterech
multipleksowania, polegajÄ…ca na nadawaniu
możliwych przesunięć fazowych, zwanych symbolami. Wybór symboli o wartościach 45, 135, 225
przez krótki czas pojedynczego przekazu
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.
z
ródło: http://www.coolstf.com/mpeg
staje wstrzymane i zaczyna siÄ™ 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 zapewniajÄ…cy
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 przy- go 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
rajÄ…cy liczbÄ™ (identyfikator) informujÄ…cÄ… o je-
go zawartości oraz przynależności do okre-
dekoder DVB ślonej stacji telewizyjnej lub systemu przeka-
sygnał
obraz
zu danych komputerowych. Oprócz pakie-
z anteny tuner demodulator dekoder MPEG-2
dz
więk tów zawierających dane i przekazy wideo
w systemie DVB istnieje także dodatkowa
przekazy
ich grupa o numerach od 0 do 20, za pomocÄ…
dane
nieszyfrowane
demultiplekser
których rozsyłane są informacje systemowe
komputerowe
SI (System Information). ZawierajÄ… one
m.in. dane o nazwach transmitowanych sta-
zdalne
mikroprocesor
sterowanie
cji, przypisanym im identyfikatorach, często-
przekazy
tliwościach innych transponderów należą-
szyfrowane
cych do tego samego pakietu cyfrowego (jak
np. Wizja TV czy Cyfra+) oraz wiele innych
Common Interface
informacji służących dekoderowi do popraw-
nego odbioru sygnału.
mikroprocesor deskrambler moduł deszyfrujący
Nie zapłacisz, nie zobaczysz
karta PCMCIA
Istotnymi elementami specyfikacji DVB sÄ…
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 199
PAy
DZIERNIK 2000
197
Internet
Satelitarna transmisja danych  DVB
składa się z dwóch warstw: mieszania (scram-
Sposób multipleksowania różnego rodzaju przekazów
blingu) danych oraz ich właściwego szyfrowa-
nia. Ustandaryzowany został jedynie proces
mieszania oraz metoda współpracy kart de-
przekaz
szyfrujÄ…cych z odbiornikami DVB (tzw. Com- telewizyjny 1 multiplekser
programu
mon Interface). Choć sposób przeprowadza-
nia descramblingu jest taki sam dla całej plat-
formy DVB, jego szczegóły pozostają poufne
i są udostępniane jedynie firmom produkują-
cym urzÄ…dzenia nadawcze i odbiorcze. Naj-
istotniejszy element procesu ochrony danych,
przekaz
czyli szyfrowanie, może być przeprowadzany
elementarny strumień pakietów 2
telewizyjny 2 multiplekser
w dowolny, wybrany przez nadawcę sposób.
programu multiplekser
transportu
Obecnie stosowanych jest kilka konkurujÄ…-
do bloku
kodowania
cych ze sobą rozwiązań, jak np. Cryptoworks
(Wizja TV) czy Seca-Mediaguard (Cyfra+).
Używane moduły deszyfrujące w komputero-
przekaz
wych urządzeniach DVB mają postać kart radiowy
PCMCIA wkładanych do odpowiedniego złą-
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
cza dekodera. Karta taka mieści w sobie mi-
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
dane
asdad asdad asdad as
kroprocesor mogący komunikować się z ukła- asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
informacje
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
komputerowe asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
dami właściwego dekodera, pamięć ROM za-
systemowe
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as SI
wierającą algorytm deszyfrujący, RAM służą- asdad asdad asdad as
asdad asdad asdad as
cą do przeprowadzania niezbędnych obliczeń
oraz gniazdo przeznaczone do odczytu kluczy
Przez jeden transponder satelitarny może być jednocześnie przesyłanych wiele programów telewi-
dostępowych, rozpowszechnianych przez
zyjnych, radiowych i danych komputerowych. Spakowany algorytmem MPEG-2 obraz wideo wraz
nadawców programów kodowanych.
z towarzyszÄ…cym mu dz
więkiem 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
Å‚Ä…czonych (multipleksowanych) z pakietami informacji systemowych SI (System Information), two-
Choć przekaz danych komputerowych przez
rząc końcowy strumień danych DVB. Jest on następnie poddawany przeplataniu (interleaving), ko-
satelity jest stosunkowo tani i szybki, usługi
dowaniu 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 dz
więkiem.
 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
Grupy dyskusyjne
WWW, pliki) tradycyjnÄ… drogÄ… naziemnÄ… filtracji nadchodzÄ…cych danych, jest ich roz-
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 standaryzujÄ…ce
są do wielu użytkowników jednocześnie, rowi zapytaniach.
http://www.dvb.org/
dekoder musi wybrać tylko przekazy adreso-
http://www.etsi.org/
Informacje techniczne zwiÄ…zane z cyfrowym
wane do konkretnego odbiorcy. W tym celu Podniebnym szlakiem
przekazem danych drogÄ… satelitarnÄ…
operator dodaje do każdego pakietu danych Internet przez satelitę to ciekawe rozwiąza-
http://www.coolstf.com/mpeg/index.html
informacje pozwalające na ustalenie właści- nie dla średnich i małych firm pobierających
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
W dziale Internet | Satelitarna
kartom sieciowym i dekoderom DVB. W celu nowÄ…  kosmicznÄ… technikÄ….
10/2000
transmisja danych znajdujÄ… siÄ™
poprawnego nadania pakietów operator musi Dla użytkowników indywidualnych zakup
dodatkowe informacje o standardach DVB
znać identyfikator MAC karty zamontowanej urządzenia oraz koszty połączeń wynikające
PAy
DZIERNIK 2000
199
obraz
dz
więk
elementar
ny str
sygnał zegarowy
umień pakietów 1
obraz
dz
więk
sygnał zegarowy
umień pakietów 3
ny str
elementar
umień pakietów 4
ny str
elementar