Digitalt KabelTV på PC'en

Hvad er DVB-C

DVB betyder Digital Video Broadcasting, og er en samling standarder for, hvordan man udsender digitale TV-signaler. Standarderne er opfundet af en international organisation af TV-stationer, producenter osv. De har opfundet standarderne DVB-S til satellitkanaler, DVB-C til kabeludsendelse og DVB-T til antenneudsendelse. Der er også en standard på vej til håndholdte apparater med lille skærm, den hedder DVB-H.

Standarderne ligner hinanden meget, men for at opnå at signalerne forstyrres så lidt som muligt undervejs fra afsender til modtager, må man vælge forskellige teknikker afhængig af, om signalerne skal sendes gennem kabler, gennem luften på UHF båndene eller på mikrobølgefrekvenser gennem rummet og atmosfæren. Derfor har man de forskellige standarder.

Standarderne og de enkelte udbyderes brug af dem adskiller sig fra hinanden primært på modulationsform og symbolfrekvens.

QAM

DVB-C er valgt, så man udnytter et frekvensbånd i et kabel optimalt. Derfor bruges kvadraturamplitudemodulation (QAM), som betyder, at man lægger et sinus-signal og et cosinus-signal sammen, efter de hver især er ganget med en værdi. I alle kabelnet er der lidt støj. Derfor kan man kun skelne klart mellem et begrænset antal forskellige værdier. I TDC's kabelnet har man valgt 64 værdier (QAM-64), dvs. hver værdi, man ganger med svarer til 6 bits. Sådan en værdi kaldes i fagsproget for et symbol.

Et 6-bits symbol omsættes til en sinus- og en cosinus-amplitude ud fra hvad der kaldes et konstellationsdiagram. Her er en række punkter afsat i et koordinatsystem og hver navngivet med et symbol. DVB-C's QAM-64 bruger følgende konstellationsdiagram:

Når man på den måde har en sinus (I) og en cosinus (Q) amplitude, kan man danne et samlet signal. På illustrationen nedenfor er vist et simplificeret eksempel på QAM-64 med en grøn sinus-kurve og en rød cosinus-kurve. Den sorte kurve er summen af den røde og den grønne kurve og er det signal, som overføres med QAM. Antallet af symboler, der sendes på denne måde per sekund kaldes symbolfrekvensen.

Under hver halvbølge er angivet hhv. Q og I værdien. Hvis man skal modtage sådan et QAM signal og få lyd og billede ud af det, skal man finde sinus og cosinus-amplituderne ud fra signaler, omsætte dem til symboler ud fra konstellationsdiagrammet, og derpå sætte symbolerne sammen, så får man en bitstrøm.

 I1Q5   I3Q1  I-5Q3  I3Q-1   I5Q7  I-3Q3  I7Q-3   I5Q5  I-1Q-7  I5Q3
001010 000001 101011 010010 001101 110011 011001 001111 111000 000111

Denne bitstrøm samles så 8 bits ad gangen, så man får bytes ud af det. Disse bytes gennemløber så en række processer, bl.a. synkronisering, Reed-Solomon fejlkorrektion og descrambling, inden disse bytes samles i blokke, svarende til forskellige datastrømme, streams, der indeholder den billede-, lyd-, data- og styreinformation, som tilsammen skal bruges for at genskabe de radio og TV-programmer, som er indeholdt i denne QAM.

En mere komplet og præcis beskrivelse af denne proces kan downloades fra ETSI.

Symbolfrekvensen vælges ud fra bl.a. tilgængelig båndbredde. I TDC's net bruges en symbolfrekvens på 6.875.000 symboler per sekund (6875 kSps). Med 6 bits per symbol og 6875 kSps har man 41 Megabits per sekund for hvert frekvensbånd. Da en TV-kanal i MPEG-2 kodning kun bruger fra 3,4 Mbps for "lavkvalitets"-TV-kanaler op til 6 Mbps for fx DR1 i 16:9, er der altså plads til 6 - 12 TV kanaler plus nogle data- eller radiokanaler på hver frekvens, som med gammeldags analog kodning kun kunne rumme en enkelt TV-kanal.

Når High-Definition TV (HDTV) en dag bliver almindeligt, så vil hver TV-kanal dog bruge meget mere båndbredde. Her snakker vi om helt op til 34Mbps for en enkelt TV-kanal!

Streams

For at kunne have flere radio- og TV-kanaler på samme frekvens, så inddeles den digitale symbolstrøm som nævnt ovenfor i del-strømme, streams. Der findes bl.a. en stream, der hele tiden fortæller, hvad der ligger på de andre streams, og hvilke streams, der hører sammen. En TV-kanal består fx af mange streams, bl.a.:

En video-stream,
en eller flere audio-streams i hvert sit sprog og i mono, stereo eller surround,
måske en stream med undertekster, og
evt. en tekst-TV stream.

Hver stream har sit eget identifikationsnummer (ID), så modtagerudstyret har en måde at finde tingene på.

MPEG-2

DVB bruger MPEG-2 formatet til at repræsentere billede og lyd digitalt. MPEG-2 beskriver dels hvordan video og audio streams hænger sammen, dels hvordan video og audio komprimeres, så de kan være indenfor en given båndbredde. Videokomprimeringen fungerer ved at hvert billede først opdeles i små firkanter, som med Fourier-transformation omsættes til et frekvensspektrum. Man kan så reducere båndbredden ved at udelade de højeste eller de svageste frekvenskomponenter fra billedet. Dermed mister man lidt af detaljerne men sparer meget båndbredde.

En anden måde, som MPEG-2 også komprimerer på, er at udnytte, at billedet normalt ikke ændrer sig meget fra det ene billede til det næste. Derfor sendes kun nogle af billederne med al information. De mellemliggende billeder sendes så som forskellen i forhold til det foregående komplette billede. I MPEG-2 taler man om I-frames, P-frames og B-frames. I-frames indeholder et komplet billede, P-frames er beregnet ud fra foregående I-frame plus en forskel, og B-frames er billeder, der beregnes ud fra både den forgående og den efterfølgende I eller P-frame. En typisk billedsekvens i en MPEG-2 strøm sendes som

I B B P B B P B B

der gentages løbende. På den måde sendes kun hvert niende billede som et komplet billede.

En billedsekvens fra en I-frame til den næste kaldes en Group Of Pictures (GOP). I nogle situationer bruges lange GOP'er for at opnå bedre komprimering, men til TV transmission må GOP'erne ikke være for lange. Ellers kan der gå for lang tid, når man skifter kanal, inden der kommer en I-frame, hvorfra man kan starte med at vise noget. Med en GOP-længde på 9 går der højst 1/3 sekund, inden der kommer en I-frame.

Kryptering

De fleste af kanalerne på kabel-TV er krypteret. For at kunne modtage krypterede programmer skal man dels have noget software eller hardware, der kan dekryptere signalerne, dels skal man bruge den digitale "nøgle", som dekrypteringen skal bruge til at dekryptere med.

Der findes flere forskellige krypteringsmetoder (algoritmer), patenteret af forskellige firmaer. En af algoritmer står Viaccess bag, og det er den, der bruges på TDC KabelTV. Algoritmen er indprogrammeret i deres Viaccess CAM. En anden algoritme tilhører Irdeto, og den benyttes i deres Irdeto CAM af bl.a. Telia StofaXtra.

Nøglerne, som CAM'en skal bruge til at dekryptere de enkelte kanaler, ligger på TDC abonnementskortet. Disse nøgler har en begrænset gyldighed, normalt op til to måneder. For at kunderne fortsat kan modtage de kanaler, de har betalt for, så udsendes løbende nye nøgler. De modtages af DVB-C kortet og sendes videre til den lille computer, der sidder i abonnementskortet, hvor de huskes. Kortet kan dog kun bruge de nøgler, der er sendt netop til dét kort, fordi nøglerne er selv krypteret med en "hovednøgle", som kun dét kort kender. Dermed kan TDC sende forskellige nøglesæt til forskellige kort og dermed styre, at hver kunde får netop de nøgler, som den kunde har betalt for.

Nøglerne ligger i en af de streams, der udsendes på hver af frekvenserne. Indenfor 48 timer udsendes der faktisk komplette nøglesæt på samtlige frekvenser til alle aktive abonnementskort, som TDC har udstedt til samtlige kunder. Hvis computeren har været slukket i mere end en til to måneder, vil abonnementskortet ikke være blevet opdateret med nye nøgler. Det kan man så råde bod på ved at lade computeren være tændt og DVB-C kortet indstillet på en vilkårlig TV-kanal i 48 timer. Så burde der blive modtaget nye nøgler.

Læs mere

Der er selvfølgelig meget mere at vide om DVB. Har du fået lyst til at vide mere, findes der meget mere information om dette emne herude på nettet. Se bl.a.:

Digitalt KabelTV på din Computer?

Hvad er DVB-C

QAM

Streams

MPEG-2

Kryptering

Læs mere