In un sistema broadcast digitale, una tipica struttura trasmissiva potrebbe essere quella rappresentata in figura 3.3.
Figura 3.3 - La struttura trasmissiva presente nel sistema digitale terrestre In tale struttura, gli encoder vengono utilizzati per convertire i segnali analogici in ingresso in formato digitale MPEG-2. Un encoder può generare due tipi di
stream MPEG. Il primo tipo è quello a bit-rate costante indipendentemente della complessità del segnale. Se il segnale è troppo complesso per essere codificato nel bit-rate specifico, la qualità viene ridotta; d’altra parte, se vengono utilizzati meno dati rispetto al bit-rate specificato, lo stream viene riempito con pacchetti nulli fino al raggiungimento del bit-rate corretto. Questa codifica rende l’elaborazione semplice, ma viene sprecata della banda. L’altro tipo di stream che può essere generato è quello a bit-rate variabile. In questo caso il bit-rate dello stream può essere modificato dinamicamente ed in questo modo la banda utilizzata varia in base alla complessità del segnale. Poiché alcune immagini hanno bisogno di maggiore banda per la codifica rispetto ad altre, la qualità viene mantenuta costante mentre l’occupazione di banda cambia. Lo stream a bit-rate variabile comporta una elaborazione un po’ più complessa, ma fornisce maggiori vantaggi quando diversi stream MPEG vengono multiplexati insieme.
Il multiplexer prende uno o più stream MPEG e li associa in un singolo Transport Stream MPEG-2 (MPEG-2 TS). Ogni Transport Stream di solito ha a disposizione una larghezza di banda prefissata, che dipende dal mezzo di trasmissione e dalla rete trasmissiva. Il compito del multiplexer è inserire un insieme di servizi in questa banda. Il modo più facile per farlo è usare uno stream MPEG a bit-rate costante, poiché si sa esattamente quanta banda utilizza lo stream, quindi configurare un multiplexer risulta semplice.
I segnali digitali non possono essere trasmessi direttamente: prima devono essere modulati, quindi convertiti in segnali analogici per essere inviati utilizzando segnali radio o segnali elettrici su cavo. Le trasmissioni satellitare, terrestre e cablata possiedono caratteristiche differenti, perciò utilizzano modulazioni diverse.
Come detto in precedenza, il segnale televisivo digitale viene trasmesso come uno stream di dati MPEG-2, detto “Transport Stream” (TS). Il data rate di un TS è di circa 40 Mbps, sufficiente per sette/otto canali televisivi distinti. Un TS è composto da un insieme di “sotto-stream”, detti “Elementary Stream” (ES), ognuno dei quali può contenere una traccia audio codificata MPEG-2, una traccia video MPEG-2, oppure alcuni dati incapsulati in uno stream MPEG-2. Ogni ES possiede
un PID (Packet IDentifier) che agisce da identificatore di pacchetto unico per quel dato ES all’interno del TS.
Per completezza di trattazione, di seguito viene descritto il processo di costruzione di un Transport Stream.
Si consideri un TS che contenga un singolo canale TV e si supponga di avere una sola traccia video ed una sola traccia audio. La prima operazione del processo di costruzione del TS consiste nella codifica del video e dell’audio nel formato MPEG-2 utilizzando un codificatore MPEG-2 (hardware oppure software). Alla fine della codifica si ottengono due ES, uno contenente la traccia audio codificata MPEG-2 ed uno contenente la traccia video. Questi due stream dovrebbero avere entrambi la stessa lunghezza, con le tracce contenute che iniziano dal medesimo istante, in modo che audio e video risultino sincronizzati. Successivamente sono codificati anche i dati in uno stream MPEG-2, utilizzando un tool che genera uno stream MPEG-2 a partire dalla directory che contiene i dati: questo processo produce un terzo ES. In questo caso non sussistono problemi temporali, poiché i dati vengono semplicemente ripetuti nello stream e non devono essere perfettamente sincronizzati con gli altri stream, a differenza di audio e video.
A questo punto sono state ottenute tutte le parti del canale TV, detto anche
“servizio”, codificate in ES MPEG-2 separati. Ora bisogna multiplexare i vari ES in un singolo TS utilizzando un multiplexer MPEG-2, che assegna PID ad ogni ES.
Gli ES vengono suddivisi pacchetti, dove ogni pacchetto ha dimensione 188 byte e viene identificato tramite il PID. Il multiplexer prende questi pacchetti e li inserisce nel TS.
Ogni ES avrà un bit-rate differente: ad esempio sono necessari più dati per codificare un secondo di video piuttosto che un secondo di audio, quindi lo stream audio conterrà meno dati. Di conseguenza gli stream a bit-rate più alto, come quelli video, avranno più pacchetti inseriti dentro il TS finale per ogni pacchetto audio o dati che viene aggiunto.
Per far sì che il ricevitore sia in grado di ricostruire correttamente lo stream, devono essere aggiunte informazioni specifiche all’interno del TS: questi dati vengono codificati in alcuni ES che vengono aggiunti al TS durante la fase di
multiplexing, detti “Service Information” (SI). Il SI è un semplice database che descrive la struttura del TS tramite un certo numero di tabelle, ognuna delle quali descrive un servizio contenuto nel TS. Tali tabelle elencano gli ES che formano un servizio, evidenziano i PID degli ES ed i tipi di dati contenuti.
Figura 3.4 - Tipica struttura di un Transport Stream
Alcune tabelle SI descrivono i servizi specifici contenuti in un TS, mentre altre sono più generali e descrivono la struttura del TS stesso. Le tabelle SI più importanti che si trovano in un TS DVB sono il PAT (Program Association Table) ed il PMT (Program Map Table). Il PAT è l’unica tabella che viene trasmessa con PID fisso e mostra il PID dell’ES che contiene il PMT di un servizio. Il PMT è la tabella che descrive come è composto un servizio. Questa tabella descrive tutti gli ES di un servizio e notifica al ricevitore quale stream contiene il PCR (Program
Clock Reference) MPEG per il servizio. Il PMT non viene trasmesso con un PID prefissato ed esiste un PMT per ogni servizio contenuto nel TS.
Lo standard MHP, descritto nella seguente sezione, definisce una tabella SI extra chiamata AIT (Application Information Table). Questa tabella viene trasmessa come qualsiasi altro servizio e contiene la descrizione delle applicazioni MHP associate a quel servizio. L’AIT contiene tutte le informazioni di cui un ricevitore ha bisogno per eseguire le applicazioni e per dire all’utente quali applicazioni sono disponibili.
Le applicazioni MHP vengono trasmesse come parte di un TS MPEG-2 in un Object Carousel DSM-CC (DSM-CC è l’acronimo di “Digital Storage Media - Command and Control” e rappresenta lo standard per la trasmissione di dati basato sullo stream MPEG). L’AIT contiene tutte le informazioni necessarie per identificare l’applicazione all’interno dell’Object Carousel.