O DVB-T usa o tipo de modulação COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplex), que representa o tipo de modulação OFDM combinado com codificação de canal. Este tipo de modulação está concebida para combater o efeito provocado pelas interferências multi-caminho nos receptores móveis. O COFDM é uma técnica de modulação baseada em FDM – Frequency Division Multiplexing - onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. O COFDM também consegue ter uma melhor eficiência espectral pois divide uma única transmissão em múltiplos sinais com menor ocupação espectral. O DVB-T possui certas caracteristicas que permitem aumentar a sua flexibilidade:

• Opções de modulação (QPSK, 16QAM, 64QAM)
• 5 Diferentes ritmos de FEC (Forward Error Correction)
• Diferentes opções para o intervalo de guarda
• Escolha de portadora (2k ou 8k)
• Funciona em canais com diferentes largura de banda (6MHz, 7MHz, 8MHz)
• MPEG-2 ou MPEG-4 (permitido devido ao MPEG-4 disponibilizar uma ferramenta que permite usar uma camada de transporte MPEG-2 para transmitir conteúdos codificados em MPEG-4)

Estas caracteristicas permitem ao DVB-T ser uma norma capaz de se adaptar às necessidades do operador de rede consoante o tipo de serviço que pretendam fornecer (SDTV – Standard Definition TV, HDTV – High Definition TV, Serviços Interactivos ou dados que usem encapsulamento com IPDC – IP Datacasting.

Figura 1 - Transmissor DVB-T

5.1.MPEG-4

Figura 2 - Âmbito da norma MPEG-4

O MPEG-4 parte 10, recomendação H.264 da ITU-T e conhecido como standard internacional 14496-10 pela ISSO/IEC. Esta é uma norma de codificação de vídeo que advém do MPEG-1 e MPEG-2 mas que é bastante mais flexível e apropriada para ser utilizada através dos mais variados meios de transmissão (xDSL, modems de cabo, UMTS etc.) que disponibilizam um ainda mais baixo débito e que portanto levantam a fasquia quanto à necessidade de codificação eficiente. A norma, como é hábito nos codificadores de vídeo, especifica apenas o comportamento do descodificador dando total flexibilidade aos construtores do codificador para combinarem as ferramentas especificadas pela norma da melhor forma possível de acordo com a aplicação pretendida, ver figura 2.

Figura 3 - Layers do MPEG-4

Das novas funcionalidades deste protocolo face ao seu antecessor, MPEG-2, para além do codificador de vídeo, salientamos a “Network Abstraction Layer” (NAL) que permite a este codificador adaptar-se a vários meios de transporte, a relação entre o NAL e os outros componentes do codificador está expressa na figura 3.

5.1.1. Codificação de vídeo

De uma maneira geral a compressão do vídeo é feita explorando:

• A redundância temporal entre as várias imagens, ou seja, o facto de numa sequência de vídeo as sucessivas imagens serem bastante semelhantes;
• A redundância espacial, ou seja, o facto de numa imagem existirem “zonas” desta que se repetem. A exploração desta redundância é obtida através da transformação invertível, usando a transformada DCT, de uma imagem num conjunto de “zonas” com o intuito de que esta nova representação da imagem torne mais evidente a redundância para que esta possa ser mais facilmente reduzida.

O objectivo é obter a máxima compressão possível mantendo a qualidade subjectiva associada à percepção do utilizador. Para o efeito as imagens são divididas em sub-amostras com a forma de blocos denominadas de macroblocos. Estes macroblocos são constituídos pelas amostras de luminância e crominância da imagem associadas à área do macrobloco. O MPEG-4 introduz todo um conjunto de melhoramentos e refinamentos às técnicas previamente introduzidas pelo MPEG-2. No entanto, e de uma maneira bastante generalista, as ideias principais mantêm-se. No caso da codificação da primeira imagem esta tem de ser efectuada através da exploração da redundância espacial. No caso da codificação de imagens para as quais temos imagens anteriores, podemos codificá-las usando técnicas de predição temporal, ou seja, compensação de movimento. A lógica por detrás da técnica da compensação de movimento baseia-se na utilização de vectores de movimento para efectuar as referidas predições temporais, isto é, o vector de movimento indica a movimentação de blocos de imagens anteriores que podem ser usados para a codificação desta nova imagem reaproveitando assim blocos de imagens anteriores e logo minimizando a quantidade de informação necessária para codificar a imagem actual. Como seria de esperar, estes blocos nunca são perfeitos o suficiente para podermos representar uma imagem actual a custa apenas de vectores de movimento pelo que são também transferidos os erros de predição (diferenças entre a predição e o original). Existem três tipos de tramas onde a informação é enviada: tramas I, tramas B e tramas P. As tramas I são aquelas que contêm toda a informação, não explorando a redundância temporal. As tramas B são tramas que utilizam predição temporal tanto para o futuro como para o passado, ou seja, podem-se basear em imagens passadas ou futuras para serem descodificadas. As tramas P representam um compromisso entre a grande complexidade associada à descodificação das tramas B e a pouco eficiência das tramas I, sendo que as P apenas podem usar predição para tramas passadas.

5.1.2. Network Abstraction Layer (NAL)

O NAL, de uma maneira genérica, é uma ferramenta que foi criada para permitir a adaptação do codificador a vários meios de transporte. O NAL facilita o transporte do MPEG-4 sob várias camadas de transporte, de entre as quais salientamos os sistemas de transporte actuais para o MPEG-2 para os quais a norma MPEG-4 especifica o formato do fluxo de bytes.

5.2. Codificação e Modulação de Canal

Após a fase de digitalização e codificação do sinal de vídeo e de áudio através do MPEG é necessário fazer uma adaptação do sinal ao meio através de uma modulação com a respectiva codificação de canal. Se repararmos no esquema do transmissor DVB-T (ver figura 2) reparamos que está divido em duas secções: código de fonte MPEG e multiplexagem (secção azul) e adaptador de canal terrestre (secção vermelha).

5.2.1. Outer Error Protection

O outer error protection é o primeiro bloco do nível de correcção de erros e é unicamente aplicado aos dados que serão transmitidos depois de passarem pelo passo anterior. Este codificador é utiliza block code (código de bloco) orientado ao byte, do que resulta um bloco que é adicionado ao pacote TS. O código de blocos utilizado é o código Reed-Solomon (255, 239). Este código permite uma correcção de 16 Bytes por cada 239 Bytes de informação. Adaptando este código ao pacote TS (188 Bytes) utiliza-se o código Reed-Solomon (204, 188) em que, se considerarmos o caso menos complexo, este código permite corrigir 8 Bytes por cada pacote TS.

5.2.2. Outer Interleaver

Este bloco apenas tem a função de reordenar a ordem dos Bytes de modo a facilitar a correcção de erros de rajada, que são os erros mais comuns nas redes de comunicação. Os blocos de interleaver têm a desvantagem de necessitarem sincronização, armazenamento e de serem relativamente sensíveis a distúrbios periódicos. É utilizado um convolutional interleaver para colmatar estas fragilidades.

5.2.3. Inner Error Protection

O inner error protection tem como principal objectivo optimizar a correcção de erros ao nível binário e consiste num código convulucional com um ritmo básico de ½ e um tamanho fixo de 7. O ritmo do código convulocional pode tomar os valores de 2/3, 3/4, 5/6 e 7/8.

5.2.3. Inner Interleaver

Este bloco é obrigatório aquando do uso do DVB-T e consiste em ordenar de novo a sequência dos dados. Este bloco possui o mesmo objectivo que o interleaver externo (reduzir o efeito de erros de burst). O inner interleaver é basicamente um bit-wise interleaver com um symbol interlaver, onde estes ambos são baseados em codificação de bloco. No bit-wise interleaver existem 126 bits sucessivos que são primariamente combinados num bloco, onde depois são intercalados internamente no bloco. Posteriormente, no symbol interleaver, existe uma sequencia-aleatória de interleaver que irá mudar a sequência desses símbolos. No que diz respeito ao mapeamento de símbolos, cada portadora OFDM é modelada separadamente. Podem-se usar 3 técnicas distintas de modulação (QPSK, 16-QAM ou 64-QAM) e é utilizado o tipo de codificação Gray que permite colocar uma sequência de 2,4 ou 6 bits em cada portadora. O sistema DVB-T oferece a possibilidade de se utilizar modulação hierárquica. Isto permite dois níveis de codificação de canal e de modulação, o que permite haver 2 streams distintos com diferentes prioridades. Através desta caracteristica consegue-se garantir pelo menos uma maior probabilidade, que o receptor receba, pelo menos, a informação com maior prioridade.

5.3. COFDM

COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) é uma técnica de modulação baseado na multiplexagem por divisão na frequência (FDM) onde múltiplos sinais são enviados em diferentes frequências. Embora seja uma tecnologia com um elevado grau de complexidade na implementação, foi a escolha adoptada pelo DVB-T pois é bastante robusto a interferências e facilita o processo de codificação e decodificação dos sinais.

Figura 4 - Esquema de uma transmissão usando OFDM

O COFDM é caracterizado pela existência de símbolos que consistem num elevado número de portadores, onde as portadoras são ortogonais entre si. É utilizado a Transformada Inversa de Fourier de modo a se conseguir calcular os símbolos OFDM. Os símbolos COFDM são caracterizados por 1805 portadoras no modo 2k ou por 6817 no modo 8k. Em DVB-T os símbolos OFDM são acordados com a trama de transmissão, onde cada trama de transmissão consiste em 68 símbolos consecutivos. Além dos dados de informação, a trama de transmissão também possui sinais que servirão para a equalização do canal no receptor (continual pilots e scattered pilots). Estes pilotos são transmitidos com uma amplitude superior à amplitude das restantes portadoras de modo a torná-los mais robustos e menos influenciáveis por erros de transmissão. Também são incluídos os pilotos TPS (Transmission Parameters Signalling). Estes pilotos têem como objectivo inforrmar o receptor sobre os parâmetros de operação. As portadoras TPS são modeladas usando DBPSK (differential binary phase shift keying), de modo a conseguir transmitir 1 bit por portadora. A transmissão do TPS é feita utilizando várias portadoras de modo a conseguir também ser mais robusta a erros de transmissão.