La diffusion terrestre de la télévision haute définition

04/09/2017
Auteurs : Alain Komly
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-11:19795
DOI :

Résumé

La diffusion terrestre de la télévision haute définition

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Partie Il ENJEUX TECHNIQUES DE LA HAUTE DÉFINITION La diffusion terrestre a a a de la télévision haute définition Par Alain KOMLY TDF LR TVHD, AVC, TNT, Diffusion, Terrestre Les réseaux d'émetteurs pour la diffusion de la TNT vont se déployer progres- sivement à partir de 2005 pour couvrir jusqu'à 85 % de la population française en 2007 : ces réseaux sont transparents vis-à-vis du contenu et seront donc compatibles avec l'arrivée de la télévision Haute Définition. La diffusion terrestre de la haute définition est un enjeu fondamental pour la TVHD. On rappellera que plus des deux tiers des français regardent la télévision en réception fixe par leur antenne râteau : pour de nom- breuses années, la réception hertzienne demeurera le vec- teur de masse pour les téléspectateurs. Il n'est pas inutile de rappeler les différents maillons de la chaîne de diffusion terrestre pour comprendre les obstacles que pourrait avoir à surmonter la haute définition en diffusion terrestre. Le signal part d'une tête de réseau nationale dans laquelle le flux multi-programmes est constitué, puis est transporté (distribué) vers l'ensemble des sites d'émission du territoire. La prestation de diffusion au sens propre commence alors : le signal est pris en charge sur le site, éventuellement traité pour accepter un programme supplémentaire (inser- tion), ou pour remplacer un programme national par un programme local (décrochage). Des données peuvent également être insérées. Une fois le signal « prêt-à-diffuser » constitué, ce signal est acheminé vers l'émetteur proprement dit. L'émetteur réalise deux fonctions : la modulation COFDM (l'équivalent de la fonction de modulation SECAM en analogique), puis l'amplification du signal, entre quelques watts et plusieurs kilowatts. Le signal amplifié est enfin additionné au signal amplifié des autres multiplex diffusés sur site (fonction du multiplexage radiofréquence), puis acheminé vers l'antenne de diffusion au moyen d'un feeder. On remarquera qu'à aucun moment il n'a été question du codage du signal, sauf dans le traitement éventuel entre la réception et l'émission, dans ce qu'il est convenu d'appeler la tête de réseau régionale. En effet, la modula- tion est réalisée sur la base d'un flux MPEG-TS (Transport Stream) de façon totalement indépendante du contenu de ce flux : celui-ci peut avoir des contenus codés en MPEG2, en MPEG4, voire mixte MPEG2/ MPEG4, mais peut aussi contenir des données IP encap- sulées. Dans tous les cas, le modulateur reprend un flux (à 24,12 Mbit/s par exemple), indépendamment de la nature des contenus. On signalera qu'il existe un mode de diffusion COFDM plus complexe, dit mode hiérarchique, dans lequel le flux est scindé en deux parties qui sont traitées de façon à leur donner une robustesse différente. Ce mode offre toutefois peu d'intérêt pour la TVHD car le codage MPEG4 ne possède pas de mode hiérarchique qui aurait permis de scinder le flux codé en « informations SD » d'une part (l'équivalent de l'image à résolution normale) et en « informations complémentaires » d'autre part (informations supplémentaires pour coder l'image en haute résolution). Elugmum SYNOPSIS Lachaînede transmissionde la télévisionnumériqueterrestre et en particulier l'équipement d'émission proprement dit, sont lar- gement transparents vis-à-visdu signal numérique. En effet, la modulation COFDM est appliquéeindépendammentdu contenu du flux MPEG qui peut contenir des programmes codés en MPEG2ou MPEG4avec des définitions SD ou HD. Du point de vue technique, e choix devue technique, le choix de l'architecturedu réseaude diffusion et des paramètresassociésest indépendantdu contenu.Toutefois, lesobjectifsde serviceserontfixéspourlaréceptionde laTélévision hautedéfinition(parexemple,réceptionfixe uniquementen HD),et leschoix techniques orientésen conséquencesuivantles réseaux terrestres qui seront finalement retenus pour diffuser les pro- grammes HD (partagede multiplex ou multiplex dédlél. Terrestrialnetworks for OTT(Digital Terrestrial Television)arefully transparent to the digital multiplex signal, as is transparentthe transmitter itself. Digitaltransmissionis basedon OFDM modula- tion of the MPEGTransportStream and is independent of the content of that multiplex (MPEG2or MPEG4compressedsignal, Standardor HighDefinitionvideol. Technicallyspeaking,the trans- mission network architectureand the choice of modulationpara- meters are not determined by compression standards. Nevertheless,servicetargets will be adaptedto HDTVprograms (roofaerial reception only,for examplel,andtechnical choicescan be optimised dependingon the networks which will be available for HDTV(sharedor dedicatedfrequencies). REE HORS SÉRIE Nol Septembre2005 . Partie 10 ENJEUXTECHNIQUES DE LA HAUTE DÉFINITION . ! - - * n) t j) m i E< LQJ. iAt.. /TRANPrtRT\ t ii -) ____ TRANSPOIQTIII f \ programmes/ A * f "/ -i-riM ' :.. - 5..L studio ',,programmes .... u DIFFUSION programme \ u mE hsl':`.\ ""'" 1 U \ programmes/- y n ,enregistrés·'S<-,,.,, uREGIE/ de.,IoJJJ r I...s."olusloN programme régional Figttre 1. La chaine de difftisioii iiuiiiéi-iqiie terrestre. La conséquence de ces quelques considérations est simple et rassurante : un émetteur installé pour diffuser la télévision numérique terrestre avec un codage MPEG2 est en fait transparent vis-à-vis du codage. Sans aucune intervention, il pourra, le moment venu, dif- fuser un flux transportant des programmes codés en MPEG4. Choix des paramètres de modulation pour diffuser la TVHD En toute rigueur et selon le raisonnement précédent, le choix des paramètres de modulation est indépendant du contenu donc du choix de la haute définition. Ainsi, il sera tout à fait possible de diffuser un flux de 24,12 Mbit/s contenant trois programmes haute définition codés en MPEG4, ce flux étant diffusé avec une modulation 64 QAM, un code rate de 2/3 et un intervalle de garde de 1/32. Les performances de diffusion et en particulier la zone de service seront alors équivalentes à celles d'une diffusion selon les mêmes paramètres de modulation. Toutefois, d'autres paramètres de modulation pourraient être adoptés, non pas pour modifier la zone de service mais parce que les services à diffuser nécessiteraient par exemple un débit supérieur à 24,12 Mbit/s. On notera en effet qu'un flux de 24,12 Mbit/s n'autorise pas un codage à 8 Mbits/s par programme (cas de 3 programmes). En effet, des données doivent être réservées pour l'audio, pour la trame, pour les informations de programme, etc : le débit utile par programme est donc plutôt proche de 7 Mbit/s voire moins. Il pourrait donc être avantageux de modifier les paramètres de modulation, en adoptant par exemple un code rate de 3/4 qui autorise un débit global de 27,14 Mbit/s, avec en contrepartie une légère réduc- tion de la zone de service. En résumé, le choix des paramètres de modulation doit être effectué suivant les objectifs de service recherché, tant en matière de contenu que de service de diffusion. antenne d'émission --- ---------- secours' multiplex " modulateur LJ.J LI,am UCOFDM Lu DZ EMETTEUR ZLJ.J 0' Lu CYCYLU programme analogique a-.-MX% Eî L l11,111M 1,111 IMM'ii : i Figure 2. Émission nurnérique terrestre. REE HORSSÉRIENT Septembre2005 La diffusion terrestre de a télévision Haute Définition ----------------------------------- '-- " " " " " " " " " " " ---- 'S 11 -''''' \ --''r)'R M '''rs n - W I i'. " LJ I y ,,- ; \/. \z\ h'''F/ , 1/'I.' (1];. ", l'''c. 0'i " % zonederenfarcement de la portabilité FZL............ '..' ,. '"- reCfp!n ['n[!xc _,-'" Figure 3. La portabilité en diffusion numérique terrestre. Architecture d'un réseau terrestre diffusant la TVHD en MPEG4 De même que pour la modulation, le choix de l'archi- tecture d'un réseau de diffusion terrestre est indépendant du contenu d'un strict point de vue technique. Par contre, trois éléments peuvent influencer ce choix : . La cible recherchée par les éditeurs de programme : couverture nationale ? Programmes gratuits ou payants ? Cible urbaine ? . Le mode de réception : fixe et/ou portable ? Portable indoor ? . Les réseaux potentiellement utilisables pour la TVHD : réseaux planifiés pour la TNT, dont R5 ? Nouveau réseau bénéficiant d'allotissement et non plus d'assi- gnationtel que ADSL : voix, internet, Télévision ? En fonction de ces paramètres, les différentes topologies connues peuvent être utilisées : sites points hauts, sites urbains, sites de moyenne ou forte puissance avec exten- sion dans un réseau secondaire, etc. De même, les technologies MFN (Multiple Frequency Network) comme SFN (Single Frequency Network) sont adéquates, et relèvent plus d'un choix du planificateur en fonction de la cible de réseau, que de la connaissance du type de contenu. Pour mémoire, la synchronisation de plusieurs émetteurs en mode SFN est réalisée grâce à la synchronisation des flux sur une fréquence externe (GPS) et à un marquage de la trame généré au niveau de la tête de réseau nationale ( « paquet MIP »). Sans prendre forcément partie ici sur un choix futur qui appartient aux éditeurs, on s'orientera probablement plutôt vers des couvertures multiville ou nationale avec un mode de réception fixe par antenne râteau. Et la portabilité ? Compte tenu des dimensions d'écran recherchées, la portabilité en tant que « nomadisme » (utilisation d'un écran de taille réduite, transporté d'une pièce à l'autre, ou au bureau) n'est pas pertinente pour la TVHD. Par contre, l'avantage de la portabilité reste de se passer de l'antenne râteau pour une réception directe sur antenne intérieure. Ainsi, le choix des paramètres de modulation n'est pas sans effet sur la zone de service en mode portable. S'il était choisi de changer le code rate à 3/4 afin d'augmen- ter le débit, il faudrait accepter que la zone de portabilité soit réduite de façon non négligeable. Réciproquement, le MPEG4 permettant des taux de compression supérieurs au MPEG2, une diffusion de 18 Mbit/s, soit un programme HD plus 5 programmes SD avec une modulation 16QAM et un code rate de -3/4, permettrait de gagner 10 à 20 % de couverture portable à puissance égale. Remarque : le gain serait nettement moins important en réception fixe du fait des limitations liées au relief en limite de zone. Conclusion La chaîne de diffusion est transparente vis-à-vis du système de codage (MPEG2 ou MPEG4) permettant ainsi une évolution en douceur de la TNT vers des réseaux diffusant, demain, des programmes haute définition, sous réserve de pouvoir faire évoluer le contenu même des multiplex. Toutefois, certains paramètres relatifs aux réseaux et à la modulation pourraient être optimisés suivant que les contenus haute définition partageront des réseaux existant ou seront diffusés sur de nouveaux réseaux planifiés pour cet usage. Ed o 1 addr " \L m . !,'*'-' En Alain Komly, ancien élèvede École polytech- nique(X77)et ingénieurdes télécommunica- tions,est actuellement directeur déléguéà la télévision numériqueterrestre,au seinde la division télévisiondeTDFEnchargedu projet\Wnm de télévision numériqueterrestredepuismai 2000, ila préparélamiseen oeuvrede laTNT pour TDF dans ses différents aspects de conception des produits et servicesd'une chaînede diffusion (têtede réseau,transport, diffusion, portabi ité, SEN..), est également residonsabedu déploiementdesinstallationsde diffusion quiserontexploitées parTDFpourlecomptedesopérateursdemultiplex. REE HORSSÈRJEN ") Septembre2005