Jean-François FOURCADIER
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Montpellier  (France)

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Premiers essais de télévision numérique amateur

 

 

La technique de la télévision analogique est aujourd'hui parfaitement maîtrisée dans le domaine amateur. Les stations sont aujourd'hui répandues et le trafic en direct ou via relais est souvent important.

La technique numérique est moins connue, possède une solide réputation de grande complexité et donc d'inaccessibilité à l'amateur. Le présent article présente les moyens mis en oeuvre et les premiers résultats obtenus lors d'essais effectués dans le Sud de la France. Il faut souligner qu'au prix d'une limitation dans les fonctionnalités, l'ensemble des essais a pu être conduit au moyen d'équipements d'émission entièrement amateurs, construits à partir de composants relativements courants et de techniques simples (typons, circuits imprimés, perchlorure de fer, soudure à l'aide d'un fer ordinaire,...). Les récepteurs employés sont des modèles bas de gamme FTA achetés en grandes surfaces.

Le présent article fournit l'ensemble des informations techniques de l'installation expérimentale : schémas, typons, logiciels, etc... La reproduction des équipements est cependant déconseillée aux amateurs débutants ou pas suffisamment équipés en matériel de mesure.

Principales caractéristiques techniques de l'installation expérimentale et limitations

Les émissions sont réalisées dans la bande amateur 1240-1300 MHz. Ce choix conduit à des réalisations relativement simples et à des puissances d'émission convenables. Les récepteurs de télévision numérique FTA (Free To Air) du commerce sont directement compatibles avec cette bande de fréquence, sans nécessiter la présence d'un convertisseur. La fréquence précise est fixée pour les essais à 1243 MHz.

La modulation de type QPSK (modulation de phase à quatre états) est simple à réaliser et est compatible avec les récepteurs numériques satellite DVB du commerce. Le débit binaire est de 2,048 Mbit/s (2 048 000 bit/s), soit 1,024 MS/s (1 024 000 Symbole/s). Ce débit modeste autorise un gain système élevé en même temps qu'une faible occupation spectrale, données qui sont favorables à une grande portée et à une bonne protection contre les puissants radars qui occupent la bande.

La principale limitation actuelle consiste dans l'impossibilité de transmettre des images en provenance directe d'une caméra : seule une diffusion différée est aujourd'hui possible. Les images fixes ou animées doivent en effet être mises sous la forme d'un fichier MPEG qui est ensuite traité logiciellement pour former un fichier TS (Transport Stream) conforme à la norme DVB. Ce dernier fichier TS subit alors à son tour un traitement logiciel destiné à protèger le signal contre les erreurs (dispersion d'énergie, codage Reed-solomon, entrelacement, poinçonnage). Un ordinateur de type PC est donc requis pour effectuer ces traitements puis pour stocker les fichiers à émettre en QPSK sur la voie radio.

Configuration matérielle

La configuration matérielle utilisée pour les essais a déjà été, pour l'essentiel, décrite en détail. Elle se compose :

- d'un ordinateur de type PC, un peu ancien et à la configuration non exceptionnelle : Pentium III 500 MHz, muni d'une carte parallèle pour bus PCI, d'un disque dur de 5 Go, de 128 Mo de RAM, et doté du système d'exploitation MSDOS 7.1 (livré avec Windows 98).

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- d'un sérialisateur assurant l'interface entre le port parallèle du PC et l'émetteur numérique QPSK à 2,048 Mbit/s,

- d'un émetteur numérique QPSK 2,048 Mbit/s opérant dans la bande amateur 1240-1300 MHz.

Principes de transmission d'un programme de télévision numérique

La norme DVB a été établie avec le souci de confèrer une grande richesse et une grande souplesse dans l'exploitation des programmes. Un flux numérique est capable de transporter simultanément plusieurs programmes, eux-mêmes composés de plusieurs contenus vidéo, audio et données. Des informations de service (SI) décrivent l'organisation et l'architecture de l'ensemble au moyen de tables transmises périodiquement dans le flot de données.

l'architecture programmes-services

Le flux numérique de base, avant traitement destiné à protèger le signal contre les erreurs de transmission, est composé de paquets élémentaires successifs de 188 octets. Chaque paquet débute par un préambule composé notamment d'un octet de synchronisation de valeur toujours égale à 47h, et d'un identificateur de paquet appelé PID (Packet IDentifier) qui permet au récepteur de connaître l'appartenance du paquet (vidéo, audio, données, tables, programme associé, etc...).

un extrait de flux numérique

 

Les informations de service ou SI (Service Information)

Des tables de données transmises dans le flux numérique décrivent précisément le contenu du flux et permettent au récepteur de sélectionner les informations à traiter et le programme à visualiser. Ces tables, tout à fait esentielles au fonctionnement du système, constituent les informations de service ou SI (Service Information).

les tables DVB

Dans notre application simple, un seul programme constitué d'un seul signal vidéo et d'un seul signal audio, les tables à transmettre sont peu nombreuses et leur contenu très réduit. Cependant la forme doit être respectée pour obtenir un résultat en sortie du démodulateur. Les tables à transmettre impérativement sont :

- la table d'association des programmes ou PAT (Program Association Table). Cette table est extrêmement importante car elle constitue la clé de l'édifice. La PAT fournit la liste des programmes contenus dans le flux numérique et pour chaque programme l'identifiant PID de la table PMT décrivant le contenu du programme. Le démodulateur reconnaît facilement la table PAT dans le flux car son identifiant PID est toujours 000. Pour un fonctionnement correct du démodulateur, il n'est besoin de transmettre une table PAT dans le flux que toutes les 500 ms.

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un paquet de 188 octets transportant la PAT

- la table PMT (Program Map Table) décrit le contenu du programme, c'est à dire fournit les identifiants PID des signaux vidéo, audio et données du programme correspondant. Pour chaque programme, une table PMT doit être transmise dans le flux toutes les 500 ms.

- la table descriptive des services ou SDT (Services Description Table)

- enfin, certains démodulateurs exigent pour leur initialisation une table descriptive du réseau NIT (Network Information Table) contenant les fréquences et caractéristiques techniques des différents transpondeurs.

La construction du flux numérique à émettre sur la voie radio

Une fois collectées les données vidéo et audio à transmettre, il faut procèder à l'opérations de multiplexage (assemblage du multiplex). Les informations de service (SI) sont ajoutées dans le multiplex. Le flux résultant porte le nom de "Transport Stream".

Le flux transport stream ne peut être transmis tel quel sur la voie radio. Il est nécessaire de procèder à une protection du signal, c'est à dire de conformer le signal et d'ajouter des données permettant au démodulateur situé à l'autre bout de la chaîne de corriger les éventuelles erreurs de transmission. Les opérations à réaliser sont un embrouillage, l'ajout d'un code Reed-Solomon, un entrelacement, un codage convolutif et un poinçonnage. Le niveau de FEC est défini lors de ces opérations.

 

 

Heureusement des outils logiciels effectuent automatiquement ces opérations :

- MP2TSMS de Manzanita (en version limitée) construit le multiplex Transport Stream en ajoutant les tables nécessaires du SI, à l'exception de l'indispensable table SDT. On pourra également télécharger le logiciel MP2TSA qui affiche la structure d'un fichier Transport Stream.

- TS188ToIQ.exe, développé par Evariste F5OEO avec l'aide de Alexandre F5SFU, permet de réaliser d'un clic les opérations complexes de codage canal.

téléchargez le logiciel TS188ToIQ.exe, développé par Evariste F5OEO (125 ko zippé)

 

Paramètrages

 

Premiers résultats obtenus

 

Des fichiers test pour vos essais :

 

- une mire d'essai complète en format Transport Stream .ts (incluant la SDT), et en format IQ .psk, prête à être transmise sur l'air.

- des fichiers de référence :

- http://bmrc.berkeley.edu/ftp/pub/multimedia/mpeg/mpeg2/conformance-bitstreams/Tektronix/

- http://datacompression.info/Files.shtml

Conclusion

 

 

Documents de référence, fichiers test, sites à visiter

- documents de référence. Ils donnent notamment toutes les précisions sur la structure et le contenu des tables du SI (informations de service).

 

- ISO-IEC 13818-1

- ETSI EN 300 468

 

- sites à visiter :

 

- Le site de Alexandre F5SFU, qui fait partie avec Florent F4ECE et Evariste F5OEO des pionniers de la télévision numérique amateur française

- Le site de Michel HB9AFO qui accorde une large part à la télévision numérique amateur

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