Mobile Television

Contexto e objectivos

A digitalização dos tradicionais sistemas de broadcast, fez surgir o padrão DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial). O sucesso do DVB-T, os seus benefícios e o potencial da transmisão digital, atraiu a atenção da indústria da área dos dispositivos portáteis, como são os telemóveis e os receptores de TV dos automóveis. Com o objectivo de responder a este interesse, a organização DVB Project desenvolveu um novo standard de transmissão digital destinado às comunicações móveis, o DVB-H (Digital Video Broadcasting – Handheld) [1,2]. Este é o sistema normalizado na Europa pela ETSI (European Telecommunications Standards Institute) desde Novembro de 2004.

Arquitectura

O DVB-H usa, como base, a camada física do DVB-T, mas apresenta, a nível da camada de ligação, alterações com o objectivo de respeitar os requisitos apropriados para os terminais que se esperam ser pequenos, leves e portáveis. O modo de transmissão de dados, mais propriamente vídeo, diferencia o sistema DVB-H do DVB-T. Enquanto o primeiro utiliza o sistema IP (Internet Protocol) que permite a interligação com outras redes baseadas neste protocolo, o DVB-T tem como modo o MPEG-TS (Moving Pictures Experts Group Transport Stream).
Para o DVB-H ser compatível com a camada física do DVB-T, o DVB-H utiliza o protocolo MPE (Multi-Protocol Encapsulation) que permite o encapsulamento de pacotes IP em pacotes TS. Desta forma, é possível a utilização da rede de transporte do DVB-T. A nível da camada de ligação, o sistema de DVB-H é caracterizado pelas importantes funcionalidades de time-slicing e de MPE-FEC (Foward Error correction). O time-slicing é um algoritmo de transmissão de serviços multiplexados no tempo e tem como objectivo aumentar o tempo de actividade das baterias dos terminais, permitindo a estes um repetido switch-off durante a recepção de sinal. O MPE-FEC é utilizado para garantir alguma resistência a erros.
A nível da camada física, são introduzidas quatro extensões. Primeiro, a introdução de sinalização DVB-H nos bits TPS (Transmission-Parameter Signalling) que permite não só indicar a presença de serviços DVB-H, como também o uso do mecanismo opcional MPE-FEC. Segundo, o modo de transmissão OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 4K que flexibiliza o desenho de redes de frequência única (SFN), apropriadas para a recepção de sinal de dispositivos móveis. Terceiro, a possibilidade de utilizar um método de entrelaçamento não nativo do modo de transmissão, in-depth interleaver, melhora significativamente a robustez do sistema em ambientes móveis e sujeitos a fading selectivo de frequências. Quarto e último, além de suportar as larguras de banda oferecidas pelo sistema DVB-T, existe a possibilidade de o DVB-H utilizar um canal com largura de banda de 5 MHz.
O DVB-H pode ser aplicado numa arquitectura partilhada ou totalmente dedicada. A figura 2 ilustra uma partilha entre sistemas DVB-H/T. Neste caso, vários IP streams como, por exemplo, vídeo streams são difundidos pela Internet por multicast até aos IP Encapsulator (IPE). Estes mecanismos têm o objectivo de produzir DVB-H TS com time-slicing e MPE-FEC incluídos.

Numa arquitectura totalmente dedicada, não existe partilha a nível do multiplexer, o que facilita o planeamento da rede e possibilita a aplicação das extensões, a nível físico, do modo 4K e do in-depth interleaver. Representada na figura 3, esta rede é composta por várias áreas de SFN, com um alcance geralmente em volta dos 10 quilómetros.

Codificação de áudio e vídeo

Relativamente ao método de codificação, o sistema DVB-H difere dos restantes sistemas DVB, que se baseiam no padrão MPEG-2. Face às características específicas dos dispositivos de bolso, nomeadamente as suas pequenas dimensões, é necessária a utilização de uma norma de codificação de vídeo mais eficiente que a norma MPEG-2, que suporte os baixos débitos e baixas resoluções como, por exemplo, a resolução espacial CIF (Common Intermediate Format). Deste modo, é utilizada a norma H.264/AVC para a codificação de vídeo.
O DVB-H usa o HE AAC v2 (High-Efficiency Advanced Audio Coding) definido na norma MPEG-4 Part 3 para efectuar a codificação do áudio. Esta ferramenta é actualmente o mais eficiente codificador áudio do mercado dado que consegue níveis de bit rate muito baixos mantendo uma boa qualidade de áudio. De forma a garantir uma eficiente compressão no domínio da frequência, o HE AAC usa o mecanismo SBR (Spectral Band Replication). O HE AAC v2 é semelhante ao seu antecessor, mas junta ao SBR, o mecanismo PS (Parametric Stereo) de forma a melhorar a eficiência na codificação dos sinais estéreo. Este codificador requisita um bit rate de 64 kbps para garantir uma razoável qualidade do áudio em estações do tipo estéreo.

Transmissão

O modo de transmissão no sistema DVB-H é uma das extensões da camada física do sistema DVB-T, como já foi dito anteriormente. O OFDM pode ter três modos: 2K, 4K e 8K.
O modo 2K é um modo usado para redes SFN de pequenas dimensões e oferece um maior intervalo entre as frequências portadoras, relativamente ao modo 8K, o que beneficia o receptor facilitando-lhe a interpretação de cada sinal. Apesar deste facto, o modo 2K apresenta uma duração de símbolo muito baixa e, por isso, um intervalo de guarda pequeno. Desta forma, aumentam as probabilidades de ocorrerem interferências na recepção. Por outro lado, o modo 8K é mais adequado para redes SFN de larga escala. No entanto, para dispositivos pequenos e portáteis que são compostos por apenas uma antena, não é melhor opção dado os fracos resultados apresentados na recepção. O modo de transmissão 4K surgiu como a melhor opção para o DVB-H pois está entre a negociação de vantagens dos modos 2K e 8K.
Cada sub-portadora da modulação OFDM pode usar, para o sistema de DVB-H, uma modulação 16-QAM ou 64-QAM, sendo a primeira solução a mais robusta apesar de ter bit rate mais baixo.
Outra importante propriedade na parte da transmissão do sistema DVB-H é o mecanismo de in-depth interleaved. Este mecanismo aumenta a flexibilidade da intercalação de símbolos, pois permite que um sinal no modo 4K tenha benefício da memória da intercalação de símbolo do modo 8K. Assim, para o modo 4K, é possível dobrar a intercalação de símbolo, o que melhora a recepção de sinal e aumenta a protecção contra o ruído.

Recepção e dispositivos

A estrutura de um receptor DVB-H está representada na figura 3. Um receptor típico deste sistema inclui um desmodelador DVB-H e um terminal DVB-H. Posteriormente, o desmodelador DVB-H inclui um desmodelador DVB-T, um módulo de time-slicing e um módulo de MPE-FEC.

A Nokia foi a primeira empresa a apresentar um dispositivo móvel com a tecnologia DVB-H. O telemóvel Nokia N92 tem um receptor DVB-H que permite-lhe receber transmissão digital móvel. Além disso, este aparelho vem preparado para ter semelhantes funcionalidades de uma set-top box (STB), incluindo gravação de conteúdos e criação de listas pessoais de programas.