Digitální terestriální televize DVB-T: Technické minimum - MPEG 2

Televizní řetěz je na vysílací straně složen ze tří základních funkčních celků.
Televizní studio vytváří základní obrazové, zvukové a příp. datové signály a převádí je do digitální formy.
Zdrojové kódování a multiplex zahrnuje redukci bitového toku, kódování a multiplexování obrazových, zvukových a datových signálů podle celosvětově přijatého standardu MPEG 2.
Kanálové kódování zajišťuje zabezpečení signálů proti přenosovým chybám a digitální modulaci nosné vlny. Problematika kanálového kódování spadá do oblasti zájmu projektu DVB (Digital Video Broadcasting).
Na přijímací straně jsou odpovídající funkční celky řazeny v obráceném pořadí.

Digitalizace v podstatě znamená náhradu spojitého analogového signálu sledem binárních čísel uspořádaných do slov konstantní délky, měnících se v rytmu vzorkovacího kmitočtu. Bitový tok je pak dán součinem vzorkovacího kmitočtu a délky slova. Při multiplexování více signálů se (při splnění určitých předpokladů) jejich bitové toky sčítají.

Obrazový signál se v digitálním televizním studiu rozvádí obvykle v sériovém 10bitovém digitálním tvaru SDI (Serial Digital Interface) 270 Mbit/s. V případě osmibitového kvantování se paralelní signál doplní na 10 bitů dvěma nejméně významnými bity s nulovou hodnotou.

Digitální studiový stereofonní zvukový signál podle standardu AES/EBU se nejčastěji vzorkuje kmitočtem 48 kHz s kvantizací 2 x 20 bitů, čemu odpovídá užitečný bitový tok 1,92 Mbit/s. Celkový bitový tok pro stereofonní pár přenášený ve studiu kabelem je 3,072 Mbit/s (48 kHz, 2 x 32 bitů).

Celý řetěz digitální terestriální televize je značně složitý a je popsán ve standardech mezinárodních organizací ISO/IEC (kódování MPEG 2) a ETSI (projekt DVB). Jenom standardy MPEG 2 mají přitom přes tisíc stran textů, obrázků a tabulek. Minimálně stejný rozsah mají i standardy ETSI týkající se celé problematiky DVB. Z těchto čísel jednoznačně vyplývá nutnost značného zjednodušování a zaměření pozornosti pouze na základní principy nejdůležitějších operací při zpracování digitálního signálu DVB-T.

Kódování obrazu podle standardu MPEG 2

Zkratka MPEG 2 vznikla z názvu skupiny expertů pro pohyblivé obrazy (Moving Picture Experts Group), jejíž oficiální název je pracovní skupina WG 11 podvýboru SC 29 spojených technických výborů JTC 1 Mezinárodní standardizační organizace ISO a Mezinárodní elektrotechnické komise IEC, zkráceně ISO/IEC/JTC1/SC29/WG11.

Skupina pracuje od roku 1988 a v roce 1993 dokončila návrh standardu MPEG 1 (ISO/IEC 11172-1 až 3), který se zabývá digitálním kódováním obrazu a přidružených zvuků bitovým tokem do 1,5 Mbit/s. Ve standardu MPEG 1 se obraz kóduje ve standardním výměnném formátu SIF (Standard Interchange Format) s 288 aktivními neprokládanými řádky, 352 aktivními prvky na řádku a opakovacím kmitočtem 25 Hz.

Práce na standardu MPEG 2 přímo navazovaly včetně zajištění jednostranné slučitelnosti, základní části standardu byly dokončeny koncem roku 1994 (ISO/IEC 13818-1 až 3).

Nejdůležitější vlastností kódování MPEG je jeho pružnost a otevřenost. Standard MPEG 2 je založen na definování syntaxe přenášeného bitového toku a vlastností dekodéru. Každý dekodér MPEG 2 musí umět dekódovat všechny bitové toky až do maximálního pro danou úroveň (Level) a daný profil (Profile) a také všechny úrovně a profily nižší. Vlastnosti kodéru nejsou jednoznačně definovány a konkrétní řešení je ponecháno na výrobcích. Standard také připouští celou řadu variant, které se mohou měnit velmi rychle v závislosti na charakteru kódovaného obrazu a zvuku. Informace o vybraných variantách se přenášejí v toku dat spolu s užitečným signálem tak, aby dekodér na základě těchto informací správně dekódoval. Takto by norma neměla být omezujícím faktorem pro budoucí technický rozvoj a měla by podporovat permanentní postupné zdokonalování kodérů bez změny dekodérů, což se již prokázalo i v praxi. Druhým aspektem tohoto přístupu je skutečnost, že kodéry mohou být složité a drahé, zatímco dekodéry by měly být zejména při větších sériích levné.

Členění obrazu v standardu MPEG 2

Kódování obrazu vychází z doporučení ITU-R BT.601 a BT.656, s rozkladem obrazu na 576 aktivních řádků, 720 aktivních obrazových prvků na řádku, 25 snímků/s s prokládaným nebo neprokládaným řádkováním a aktivním bitovým tokem 165 Mbit/s. Tento bitový tok je nutno prostředky zdrojového kódování zredukovat na 3 až 6 Mbit/s, tj. dosáhnout kompresních poměrů kolem 50:1, případně i vyšších.
MPEG 2 rozeznává tyto hierarchické struktury televizního obrazu: sekvence, skupina obrázků GOP (Group of Pictures), obrázek (picture), tj. snímek nebo půlsnímek, pruh makrobloků (slice), makroblok, blok, vzorek (sample).

Vzorky jsou reprezentovány osmibitovými informacemi o jasu nebo chrominanci obrazových prvků. Skupina 8 x 8 jasových nebo chrominančních vzorků tvoří blok, čtyři jasové bloky spolu s odpovídajícími chrominančními bloky tvoří makroblok. Počet bloků v makrobloku závisí na způsobu vzorkování chrominančních informací. V nejběžnějším systému označovaném 4:2:0 je v makrobloku po jednom bloku CB a CR (obr. 1).

Obr. 1 - Makroblok 4:2:0 - celkem 6 bloků 8 x 8 hodnot

Několik za sebou následujících makrobloků pokrývajících na obrazovce stejných 16 řádků tvoří pruh makrobloků. Při 720 aktivních vzorcích na řádku může pruh zabírat maximálně 45 makrobloků, pruh může být samozřejmě i kratší a jeho velikost se může v podstatě libovolně měnit. Nejkratší pruh tvoří jeden makroblok.

Dalším stupněm je obrázek tvořený buď jedním televizním půlsnímkem, nebo snímkem. Na jeden snímek připadá maximálně 45 x 36 = 1620 makrobloků. Rozlišujeme obrázky typu I, P a B.

Obrázek I je zásadně kódován vnitrosnímkově (intraframe) nebo vnitropůlsnímkově (intrafield), nemá tedy žádnou vazbu na předcházející a následující obrázky.

Obr. 2 - Princip detekce a kompenzace pohybu, pohybový vektor (12, 4)

Obrázek P (predicted) je kódován ve vztahu k předcházejícímu obrázku I nebo P na základě diferenční pulzně kódové modulace DPCM. Kódování probíhá po makroblocích (a blocích), přenášejí se pouze rozdíly signálu vzhledem k již přenesenému referenčnímu makrobloku z předcházejícího obrázku, přičemž polohu referenčního makrobloku v paměti udává tzv. pohybový vektor (obr. 2). Pohybové vektory se vytváří v kodéru podle složitých algoritmů analýzou všech makrobloků ve vyhledávací oblasti, do dekodérů jsou přenášeny spolu se signálem. Na základě souřadnic pohybového vektoru vyhledá dekodér ve své paměti již přenesený makroblok a přidá k němu přenášený rozdíl, a tak získá původní hodnoty právě kódovaného makrobloku.

Obrázek B (bidirectionally predicted) může používat jako referenci makrobloky jak z předcházejícího, tak i následujícího obrázku I nebo P. Aby dekodér v přijímači mohl používat i následující obrázky, mění kodér jejich pořadí při vysílání tak, že při přenosu obrázku B jsou příslušné referenční obrázky I nebo P již uloženy v paměti přijímače. Správné pořadí pro zobrazení zajišťuje dekodér. Význam obrázků B spočívá v možnosti nalézt podobné bloky při odkrývání podrobností za pohybujícím se objektem v popředí, případně při pohybu kamery na okrajích obrazu. Tyto podrobnosti jsou pak obsaženy někdy pouze v předcházejícím a jindy pouze v následujícím obrázku. Referenční makrobloky jsou určeny dvojicí pohybových vektorů.

Obr. 3 - Používané způsoby predikce ve skupině obrázků GOP, délka skupiny N, periodicita M (pro obrázky P a I)

Skupina obrázků GOP je tvořena několika obrázky mezi dvěma obrázky typu I. Pro GOP je charakteristická jeho celková délka N a periodicita M (obr. 3) udávající, jak se opakují obrázky typu P (včetně obrázků I). Těmito dvěma konstantami je stanoveno pořadí obrázků různých typů ve skupině GOP (mezery mezi obrázky I a P jsou vyplněny obrázky B).

Sekvence je nejvyšší struktura při kódování obrazu ve standardu MPEG 2, je tvořena skupinami GOP. V záhlaví sekvence se přenášejí údaje týkající se způsobu kódování celé sekvence. Podobně v záhlaví nižších obrazových složek (GOP, obrázek, pruh makrobloků, makroblok) se přenášejí společné údaje týkající se těchto složek. U makrobloku jsou to zejména adresa a typ makrobloku, způsob kvantizace a pohybové vektory.

Kompresní prostředky MPEG 2

Komprese bitového toku v systému MPEG 2 je založena na diskrétní kosinové transformaci DCT, pohybově kompenzované mezisnímkové predikci na principu DPCM, kvantizaci koeficientů DCT a jejich kódování kódem RLC a VLC. Transformace DCT spolu s pohybově kompenzovanou DPCM se nazývá hybridní DCT.

Obr. 4 - Dvourozměrná diskrétní kosinová transformace pro N = 8

Diskrétní kosinová transformace DCT nahrazuje hodnoty obrazových prvků jednotlivých bloků 8 x 8 spektrálními koeficienty DCT, které jsou opět uspořádány do bloků 8 x 8 (obr. 4). Jedná se v podstatě o převod z oblasti signálových hodnot (jas a chrominance) do kmitočtové oblasti (spektrální koeficienty), analogicky jako např. u analogové Fourierovy transformace a diskrétní Fourierovy transformace DFT. V digitální televizi DVB je DCT dvourozměrná a je omezena na 8 x 8 prvků.

V důsledku velké korelace (závislosti) mezi sousedními obrazovými prvky má ve většině případů největší hodnotu koeficient reprezentující stejnosměrnou složku daného bloku, umístěný v bloku vlevo nahoře. Velikosti dalších koeficientů směrem k vyšším prostorovým kmitočtům (směrem doprava se zvyšuje horizontální, směrem dolů vertikální prostorový kmitočet) obvykle velmi rychle klesají a velké množství koeficientů má hodnoty blízké nule.

Obr. 5 - Příklad transformace DCT 4 x 4

Příklad diskrétní kosinové transformace DCT pro 4 x 4 prvky ukazuje obr. 5. Jas šestnácti obrazových prvků (pixelů) bloku se transformuje na 16 koeficientů DCT vyjadřujících amplitudy jednotlivých "harmonických". Každá z těchto harmonických má opět tvar čtvercové matice (v našem příkladě 4 x 4) s hodnotami mezi -1 a +1, přičemž její koeficient DCT udává, jak se tato harmonická podílí na hodnotách obrazových prvků daného bloku. Levý horní koeficient se označuje F(0,0) a udává dvojnásobek průměrného jasu celého bloku. Z příkladu je také zřejmé, že v tomto konkrétním případě je většina (celkem 9) koeficientů po zaokrouhlení nulových. Obecně platí, že čím větší je počet nulových koeficientů, tím je lepší komprese. Poznamenejme ale, že pokud by se každý koeficient přenášel pomocí konstantního počtu bitů (tj. slovem konstantní délky), k žádné kompresi by nedošlo. Proto je nutno využít úsporného kódování řetězců nul.

Po vynulování některých koeficientů a vytvoření jednorozměrné časové řady (snímáním koeficientů bloku z dvourozměrné matice podle předepsaných pravidel "cik-cak" nebo "prokládaně") lze pro kódování řetězce nul výhodně využít vlastností kódu RLC (Run-Lenght Coding), který dvojicí čísel udává počet za sebou následujících nul a hodnotu prvního nenulového koeficientu. Tyto dvojice jsou pak kódovány kódem s proměnnou délkou slova VLC (Variable Lenght Coding), který přiděluje častějším kombinacím kratší kódová slova. Vychází přitom ze skutečnosti, že krátké série nul jsou pravděpodobnější než dlouhé a že malé hodnoty koeficientů jsou pravděpodobnější než velké. Hodnoty kódu VLC jsou určeny tabulkově. V případě, že se daná kombinace v tabulce nevyskytuje, zakóduje se pomocí speciálního znaku (escape code) s následujícím šestibitovým slovem udávajícím počet nulových koeficientů (až 64) a dalším slovem určujícím hodnotu prvního nenulového koeficientu.

Transformace DCT se uvedeným způsobem aplikuje přímo na obrazové prvky bloků v obrázcích typu I a stupeň komprese závisí na charakteru obrázků i na způsobu kvantování koeficientů DCT. K tomu se používají tzv. kvantizační matice 8 x 8, v nichž jsou uvedena vždy na odpovídající pozici osmibitová čísla, jimiž se dělí příslušný koeficient DCT. Tato čísla se obvykle zvětšují směrem k vyšším prostorovým kmitočtům v souladu se skutečností, že lidské oko je na ně méně citlivé a mohou tedy být kvantovány hruběji. Po uvedeném vážení koeficientů DCT kvantizační maticí se provádí konečná kvantizace (obvykle na základě lineární stupňovité křivky) s tím, že je možné rozšířit tzv. mrtvou zónu kolem nuly za účelem vynulování maximálního počtu koeficientů DCT. Protože malé odchylky kolem nuly jsou způsobovány také šumem, jejich potlačení obvykle zlepšuje subjektivní kvalitu obrazu.

Standard MPEG 2 používá dva typy standardních kvantizačních matic, v podstatě ale může kodér vytvořit libovolnou kvantizační matici a spolu se signálem ji přenést do dekodéru. Dekodér pak využívá tuto matici do doby, než dostane z kodéru matici jinou nebo příkaz k použití jedné ze dvou standardních kvantizačních matic.

Při kódování obrázků P a B se nejdříve vytvoří rozdíl hodnot daného bloku a referenčního (predikovaného) bloku a až tento rozdíl se transformuje pomocí DCT. Při statickém obrazu a při malých změnách jsou rozdíly nepatrné a po transformaci dochází k vynulování velkého množství koeficientů DCT a tím k značné úspoře bitového toku. Aby bylo dosaženo úspory i při pohyblivých obrázcích, využívají se principy detekce a kompenzace pohybu, přičemž se stanoví vektory pohybu vždy pro celý makroblok.

Jedna ze základních metod detekce pohybu spočívá v postupném porovnávání právě kódovaného makrobloku s různými makrobloky z předcházejícího obrázku v celé vyhledávací oblasti (obr. 2). Ta může být např. 32 obrazových prvků ve vodorovném a 16 obrazových prvků ve svislém směru s přesností na polovinu obrazového prvku, která se dosahuje interpolací mezi sousedními prvky. V každé poloze se vytvoří absolutní hodnota rozdílu příslušných hodnot a tyto absolutní hodnoty se sečtou pro celý makroblok a uloží do paměti. Makroblok s nejmenším součtem se pak použije jako referenční, jeho relativní poloha v paměti je určena pohybovým vektorem. Uvedený způsob je velmi náročný na počet výpočetních operací v kodéru, pro dekodér je však jednoduchý, protože zde stačí na základě přeneseného pohybového vektoru vyhledat v paměti referenční makroblok a přičtením diferencí (po inverzní transformaci DCT) získat správné hodnoty právě dekódovaného bloku daného makrobloku.

Je nutné si uvědomit, že kodér při kompenzaci pohybu vyhledává nejpodobnější makroblok, což nemusí být vždy původní, v důsledku pohybu posunutý makroblok. I když se nenajde příliš podobný referenční makroblok, nedochází k chybám přenosu, pouze úspora bitového toku je malá nebo žádná.

Důležitou součástí každého kodéru a dekodéru je vyrovnávací paměť, která vyrovnává proměnný bitový tok v závislosti na charakteru obrazu i použitých kompresních prostředcích. Aby se zamezilo přetečení vyrovnávací paměti, je tato paměť trvale monitorována a pomocí zpětné vazby se zajišťuje přiměřené zaplnění paměti. Zpětná vazba obvykle ovládá jemnost kvantování koeficientů DCT (a jejich diferencí) a tím zmenšování bitového toku a snižování kvality při hrubším kvantování (obr. 6). Vzhledem k tomu, že se jedná o jemnost kvantování koeficientů DCT, má kvalita v rámci kódovaného bloku "globální" charakter. Rozdíl mezi bloky by se mohl projevit pouze v případě špatného kódování koeficientu F(0,0) odpovídajícího průměrnému jasu bloku. Tento koeficient se proto kóduje vždy odděleně a s největším počtem bitů.

Obrázky I se kódují pouze s využitím DCT. Tím je možno na začátku skupiny snímků GOP bezproblémově stříhat obrazové signály, protože vnitrosnímková DCT je nezávislá na předcházejících snímcích. Podobnost mezi časově sousedními televizními snímky se využívá u obrázků P, ale hlavně u obrázků B, které umožňují maximální kompresi signálu.

Obr. 6 - Princip hybridní DCT

Na obr. 6 přichází vstupní obrazový signál po makroblocích na rozdílový obvod, kde se od něj odečítá referenční makroblok z obrazové paměti a tím se vytvoří rozdíl (predikční chyba), který se transformuje přímou DCT. Následuje kvantování rozdílových spektrálních koeficientů, přičemž se bere v úvahu i stav obsazení výstupní vyrovnávací paměti. Kvantované koeficienty DCT se po inverzní DCT (tedy opět ve tvaru obrazových diferencí) přidávají k pohybově kompenzovanému referenčnímu makrobloku na vstupu obrazové paměti, která tedy ukládá kompletní obrázek pro další predikce. Ve výstupní části kodéru se kvantované spektrální koeficienty kódují kódem VLC a po multiplexování s pohybovými vektory ukládají do výstupní vyrovnávací paměti, odkud postupují na výstup kodéru.

V případě, že na vstupu je obrázek typu I, rozpojí se oba vypínače a na obrázek se aplikuje transformace DCT přímo, bez DPCM. Zpětná vazba z vyrovnávací paměti zajišťuje při naplnění hrubší kvantizaci spektrálních koeficientů, tím snížení bitového toku a postupné vyprazdňování paměti.

Kódování zvuku podle standardu MPEG 2

Kódování zvuku MPEG 2 je založeno na rozdělení zvukového signálu v kmitočtové oblasti do 32 subpásem a využití tzv. psychoakustického maskovacího jevu lidského sluchu v každém z těchto subpásem. Princip tohoto jevu je znázorněn na obr. 7, kde čistý tón 1000 Hz vysoké intenzity maskuje (tj. zcela překrývá) slabší zvukové signály v blízkém okolí, nalézající se pod prahem maskování. V důsledku maskovacího jevu silnější zvukové signály potlačují vnímání slabších spektrálních složek v dané oblasti kmitočtů, které pak není nutno kódovat. V každém subpásmu lze zvolit optimální počet bitů na vzorek, při kterém je kvantovací šum ještě maskován a tedy nedochází ke slyšitelnému snížení kvality zvuku. Současně se signálem se přenášejí ještě tzv. měřítka závislá na skutečné velikosti signálu v daném subpásmu, aby kódování probíhalo účinně bez ohledu na okamžitou intenzitu kódovaného zvuku v daném subpásmu.

Obr. 7 - Princip psychoakustického maskovacího jevu

Jemnost kvantování (a tedy potřebný bitový tok) v každém kmitočtovém subpásmu se v kodéru stanoví výpočtem na základě psychoakustického modelu podle skutečné situace v daném časovém intervalu. Vývojový diagram kodéru MPEG je na obr. 8. Základem je rychlá Fourierova transformace FFT, stanovení výkonové úrovně signálu a výpočet dílčích maskovacích prahů v jednotlivých subpásmech. Výsledkem výpočtů je stanovení odstupu signálu od maskovacího prahu SMR (Signal to Mask Ratio) v každém subpásmu. Signály pod maskovacím prahem daného subpásma pak nejsou kvantovány, a tím dochází k úspoře bitového toku. Poté se vypočítají měřítka a zakódují informace o měřítkách ScFSI (Scale Factor Select Information). Po přidělení bitů se jednotlivé subpásmové vzorky kvantizují a kódují. Na výstupu je bitový tok ve formátu zvukového rámce MPEG.

Standardy MPEG při kódování zvuku rozlišují tři úrovně (layer) komprese. Základní kompresní algoritmy používá úroveň 1, rozšířené algoritmy úroveň 2, která tak dosahuje při stejné kvalitě zvuku nižších bitových toků. Nejkvalitnější je úroveň 3. V digitální televizi DVB i v digitálním rozhlase DAB a v multimédiích se používá úroveň 2 (MPEG Audio Layer 2). Zvukové standardy MPEG 1 a MPEG 2 jsou v podstatě shodné s tím, že kromě vzorkovacích kmitočtů 32 kHz, 44,1 kHz a 48 kHz zavedených v standardu MPEG 1 připouští MPEG 2 i vzorkovací kmitočty poloviční. Kromě toho umožňuje MPEG 2 i kódování pětikanálového kruhového zvuku (surround audio). Pro kódování zvuku v digitální televizi DVB i v digitálním rozhlase DAB se používají pouze vzorkovací kmitočty 48 kHz, příp. 24 kHz. Přípustné užitečné bitové toky se při vzorkovacím kmitočtu 48 kHz pohybují v rozmezí od 32 do 384 kbit/s po stupních 16 a 32 kbit/s.Při vzorkovacím kmitočtu 24 kbit/s je rozmezí přípustných bitových toků 8 až 160 kbit/s se stupni 8 a 16 kbit/s. Z důvodů zpětné kompatibility s MPEG 1 používá systém MPEG 2 i při vícekanálové modulaci dva základní stereofonní signály Lo, Ro získané maticováním z pěti zdrojových signálů kruhového zvuku.

Jak již bylo uvedeno, je běžný užitečný bitový tok stereofonního páru AES/EBU ve studiu 1,92 Mbit/s, bitový tok potřebný pro jeden stereofonní program s kvalitou blízkou k CD je při současné úrovni techniky 192 kbit/s. Tomu odpovídá v tomto případě redukce dat 10:1, kterou zajišťuje zdrojové kódování.

Zvukový dekodér MPEG neobsahuje psychoakustický model ani proceduru přidělování bitů pro jednotlivé vzorky v každém z 32 kmitočtových subpásem. Potřebné informace dostává v zakódovaném tvaru spolu s kódovaným signálem. Z těchto informací a z dekódovaných subpásmových vzorků obnoví jejich původní hodnoty. Po potřebných kmitočtových přesunech realizovaných bankou filtrů, sloučení signálů jednotlivých subpásem a převodu z paralelního na sériový tvar je na výstupu dekodéru opět digitální audiosignál ve tvaru jako na vstupu kodéru MPEG. Podobně jako obrazový dekodér MPEG je i zvukový dekodér podstatně jednodušší a levnější než kodér.

Obr. 8 - Vývojový diagram zvukového kodéru MPEG Audio Layer 2

Na závěr této kapitoly poznamenejme, že do systému DVB-T byl v rámci požadavku Austrálie adaptován jako druhý i systém kódování zvuku AC-3 používaný v americkém systému digitální televize ATSC. Systém AC-3 byl vyvinut společností Dolby Laboratories a je známý také pod názvem Dolby Digital. V tomto systému jsou podobně jako u zvukového kódování MPEG povoleny vzorkovací frekvence 32 kHz, 44,1 kHz, 48 kHz, celá řada bitových toků od 32 až po 640 kbit/s a několik konfigurací pro jeden až pět reprodukčních kanálů.

Skladba multiplexu MPEG 2

Kódovaný bitový tok jedné programové složky (obraz, zvuk, data) tvoří elementární tok, který se po uspořádání do paketů nazývá paketizovaný elementární tok PES (Packetised Elementary Stream). Každý PES přenáší kromě vlastních dat důležité informace o obsahu paketu a synchronizační informace (tzv. časová razítka DTS a PTS) v hlavičce paketu. Délka paketu PES je typicky do 64 kbajtů, ale může být i větší. Časová razítka umožňují dekodéru správně dekódovat obrazový tok ze snímků I, P a B. Kódovaný videosignál jednoho televizního programu multiplexovaný v programovém multiplexu s odpovídajícími zvukovými a datovými signály tvoří programový tok, několik programových toků multiplexovaných v transportním multiplexu tvoří transportní tok TS (Transport Stream). Transportní tok se přenáší po paketech délky 188 bajtů. Každý transportní paket začíná hlavičkou o minimální délce 4 bajty, první z nich má hexadecimální hodnotu 47 a slouží k synchronizaci. Velmi významnou roli hraje identifikace paketu PID (Packet Identification), což je číslo používané k identifikaci jednotlivých programů a také k identifikaci paketů každé dílčí programové složky. Hodnoty PID jednotlivých programů transportního toku se přenášejí v tabulce PAT (Program Association Table), jejíž paket má vždy hodnotu PID = 0 (obr. 9). Každý PID z tabulky PAT identifikuje velmi důležitou tabulku PMT (Program Map Table), která se přenáší v jednom paketu a je referenční pro jeden program. V tabulce PMT jsou uvedeny hodnoty PID jednotlivých dílčích složek (obraz, zvuk, data) daného programu. V příkladu na obr. 9 má program 1 hodnotu PID = 22 a program 2 hodnotu PID = 33. Hodnota PID = 22 definuje tabulku PMT pro program 1. V této tabulce jsou uvedeny hodnoty PID pro obrazový signál (PID = 54) a pro dva zvukové signály programu 1 (PID = 48, PID = 49). Podobně jsou v tabulce PMT programu 2 (PID = 33) definovány hodnoty PID pro obrazový a zvukové signály tohoto programu.

Obr. 9 - Skladba transportního multiplexu podle standardu MPEG 2

Střídání jednotlivých paketů ve výsledném transportním toku je naznačeno ve spodní části obrázku.

Konstantní hodnotu PID = 1 má důležitá tabulka podmíněného přístupu CAT (Conditional Access Table). Podmíněný přístup CA hraje v digitální televizi důležitou roli a umožňuje příjem určitých programů jenom těm divákům, kteří je mají předplacené. Používají se dva způsoby předplacení: buď měsíčním předplatným na všechny pořady daného programu, nebo zaplacením vždy pouze vybraného pořadu (pay-per-view). Z hlediska standardizace se podmíněný přístup realizuje v oblasti multiplexu MPEG 2, standardizován je ale na úrovni DVB.

Výše popsaný způsob identifikace paketů transportního toku umožňuje v dekodéru oddělit jak jednotlivé programy mutliplexu, tak i jejich dílčí složky.

Literatura

[1]	EN 300 744: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television, Norma ETSI, červenec 1999
[2]	ETS 300 401: Radio Broadcasting systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers, Norma ETSI, květen 1997
[3]	ISO/IEC 13818: Information technology; Generic coding of moving pictures and associated audio information, Part 1 - Systems, Part 2 - Video, Part 3 - Audio, 1994
[4]	Ely, S. R.: Kódování obrazu v systému MPEG, Sborník z Fóra EBU o digitálním televizním vysílání, ČT Praha, 1995
[5]	Kameník, V.: Zemská digitální televize - kódování a systém, TELEKOMUNIKACE, č. 1 - 4/1998
[6]	Míchal, J.: Zdrojové kódování zvukového signálu podle standardu MPEG 2, Televize '97, č. 3 - 4, Česká televize 1997
[7]	Líška, D.: Nejbližší budoucnost digitálního televizního vysílání v Evropě, Sborník z konference Digitální televizní vysílání a přenos signálů v Evropě, Česká televize, červen 1994
[8]	Líška, D.: Zdrojové kódování obrazového signálu podle standardu MPEG 2, Sborník přednášek Digitální televize, UNIT Pardubice, říjen 1997
[9]	Líška D.: Bitové toky digitální družicové, kabelové a terestriální televize, Televize '97, č. 3 - 4, Česká televize 1997
[10]	Líška, D.: Trendy digitální televize a rozhlasu ve světle sympozií Montreux '99 a IBC '99, TELEKOMUNIKACE, č. 12/1999, č. 1 - 2/2000
[11]	Trpák, K., Líška, D.: Blíží se konec analogového televizního světa? Konečná, prosím, přestupte si, STEREO & VIDEO, č. 2, 2000
[12]	Terminologie digitálního rozhlasu DAB, TELEKOMUNIKACE, č. 3/2000

Článek byl bez úprav a se souhlasem převzat z odborného měsíčníku Telekomunikace (pozn. red. DigitalTV.cz).