On donne le schéma du récepteur TNT ( DVB-T Digital Video Broadcast Terrestrial ).



On s'intéresse ici au premier étage analogique. L'information est reçue autour d'une fréquence porteuse.
L'information est un ensemble de chaînes, le multiplex ( R1, R2, ... ) On s'intéressera au contenu des multiplex ensuite.

Au lieu d'indiquer la fréquence, on utilise une valeur associée: Le numéro de canal.
Le lien entre la fréquence en MHz et le canal TNT est: Fréquence en MHz = ( 8 x Canal ) + 306

On donne les valeurs de canaux des émetteurs locaux.



Q1) Quelle est la fréquence pour recevoir le multiplex R2 via l'émetteur de Montbéliard ? ( trouver le canal de R2 dans le tableau et appliquer l'équation )

On rappelle le lien entre fréquence et canal: Fréquence en MHz = ( 8 x Canal ) + 306

ainsi que les valeurs de canaux des émetteurs locaux.



On donne la composition des multiplex ( chaque ligne du tableau = un mulitplex R1, R2,... = chaines de télévision émises ensemble sur un canal )



Q2) Quelles est la fréquence sur laquelle on trouvera la chaine France3 à Montbéliard ? ( quel multiplex = ligne du tableau, quel canal, quelle fréquence )

On dispose d’une clé USB branchée à un PC sous linux. faisant récepteur de télévision numérique terrrestre ( TNT = DVB-T Digital Video Broadcast Terrestrial ).

Un logiciel fait le scan des fréquences allouées à la TNT.
Pour chaque fréquence, le logiciel indique les caractéristiques de la modulation. On donne le résultat dans un fichier tuning.txt

Q3) Quelle est la largeur de bande occupée par les multiplex détectés ( colonne bw bandwith ) ?

Avant d'aller plus loin dans le décodage du contenu des multiplex ( conteneur mpeg2-ts ), on s'intéresse à la réception analogique. D'abord avec la polarisation des ondes ( orientation de l'antenne ).

On donne une vidéo qui présente les spectres des émissions TNT grâce à un analyseur de champ.

Dans un premier temps l'antenne est placée horizontalement ( polarisation H ), on balaie les 3 canaux visibles.
Puis vers la fin de la vidéo, après que l'on arrête de bouger le curseur, on bouge l'antenne en l'orientant de manière verticale ( polarisation V ).



Q4) Quelle est l'affirmation correcte pour les multiplex à l'écran ? ( comparer l'amplitude en début de vidéo des multiplex, puis en fin de vidéo )

La TNT utilise comme ADSL une modulation multiporteuse ( COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) = Equivalent de plusieurs petits modems à bas débit sur des sous porteuses pour donner un débit élevé. Pour chaque sous porteuse on utilise une modulation QAM ( le message binaire modifie amplitude et phase de la porteuse ).

Dans une transmission hertzienne le message suit plusieurs trajets ( réflexions ). Le récepteur reçoit alors le même message plusieurs fois mais décalé dans le temps = échos.
Si le décalage est trop grand, plusieurs symboles émis se mélangent, le récepteur ne peut plus décoder.

Pour éviter cela, on laisse un temps libre entre 2 symboles émis: Intervalle de garde ( Guard Interval GI ) auquel on s'intéresse ici.
On ne donne pas sa durée mais le rapport entre sa durée et celle du symbole OFDM émis qui dure 896 µs pour la TNT.

Exemple: GI = 1/32 => Temps de garde = 1/32 de 896 µs = 28 µs.


On utilise l'analyseur de champ pour décoder le flux d'une porteuse ( ce sera l'objet des questions ultérieures ).
Noter pour les questions suivantes sur une feuille la résolution de la vidéo
( quand on voit l'image de la chaine de télévision, cadre vidéo, on a 2 nombres séparés par x avec une lettre ensuite = [pixels horizontaux]x[pixels verticaux] ).





puis on s'intéresse à la modulation qui est l'objet de cette question




Vers la fin de la vidéo, noter la valeur à la ligne GARDE ( ligne en rouge quand on voit la fenêtre "Configuration" ) qui est le pourcentage du temps garde / durée d'un symbole = temps de garde / 896µs.
En déduire le temps de garde dans le cas de l'émission analysée dans la vidéo.

Si 2 émetteurs voisins utilisent la même fréquence ( SFN = Single Frequency Network ), un récepteur recevra 2 émissions décalées selon son écart de distance entre les 2 émetteurs.
Pour que la réception fonctionne, le temps de garde doit être supérieur à cet écart.

Q5) ) A quel écart en distance cela correspond-il ? ( convertir le temps de garde en une distance sachant que les ondes vont à la vitesse procghe de 300 000 km/s )

Pour décrire une modulation QAM, on utilise sa constellation = Placement dans le plan complexe des valeurs d'amplitude et phase utilisées.
On y associe une notion d'erreur qui est la déviation des points réels par rapport aux points théoriques: MER ( Modulation Error Ratio ):




La vidéo suivante montre la constellation puis le tracé par porteuse du MER et enfin on accède aux caractéristiques de la modulation CODFM.

Vers la fin de la vidéo, quand la fenêtre "Configuration" s'affiche, notez sur une feuille les lignes:
- GARDE
- PORTEUSE
- TAUX VITERBI
- MODULATIONS

On donne le tableau qui permet de déterminer le débit selon la configuration de l'émission TNT:



Q6) Quel est le débit binaire fourni par le multiplex que l'on analyse ?

On s'intéresse cette fois à un multiplex de chaines HD ( Haute Définition ).





puis on s'intéresse à la modulation qui est l'objet de cette question



Q7) Quelle est l'affirmation correcte si on compare l'analyse HD avec ce que l'on a vu pour les multiplex de chaines SD ( Simple Définition ) ? ( Comparer les valeurs des vidéos avec celles notées avant sur feuille pour la SD ).

On s'intéresse maintenant à un multiplex suisse. On a vers la fin de vidéo les caractéristiques de la transmission:




Quand on voit la fenêtre "Configuration" s'afficher vers la fin, notez sur une feuille les lignes:
- GARDE
- PORTEUSE
- TAUX VITERBI
- MODULATIONS

On donne le tableau qui permet de déterminer le débit selon la configuration de l'émission TNT:



Q8) Quel est le débit binaire fourni par le multiplex que l'on analyse ?

Avant de s'intéresser au contenu des multiplex ( conteneur mpeg2-ts ), on analyse la modulation utilisée = COFDM




On constate que la Suisse utilise une modulation QAM16 alors que la France utilise une modulation QAM64.

Q9) Quelle est la conséquence de la modulation QAM16 par rapport à la QAM64 ?

On s'intéresse maintenant au contenu d'un multiplex fourni par le démodulateur COFDM.
Pour reconnaitre les 0 et 1 reçus, savoir à quelle chaine ils appartiennent, quel est leur codec, on utilise des conteneurs qui organisent la transmission des différentes chaines.

La TNT utilise la norme MPEG2_TS ( Transport Stream ).

Elle est faite de l'envoi successif de paquets de 188 octets dont on donne la composition, en particulier l'entête de 4 octets ( Header ):



L'élément important est le PID: Program IDentifier.

Les principales valeurs de PID que l'on rencontre sont:

- Le PID de description du conteneur ( le multiplex = ensemble de chaines ) = PAT ( Program Association Table ). Ce PID vaut toujours 0.
- Le PID de description d'une chaine = PMT ( ( Program Map Table ). C'est la PAT qui donne les valeurs de PMT.
- Les PID des flux simples de al chaine ( Vidéo, Audio, Sous titres,... = ES Elementary Stream ).C'est la PMT de la chaine qui donne les valeurs de PID et les codecs utilisés.

On donne le résultat d'une analyse via un logiciel de décodage.



Q10) Quel est le nombre de chaines contenues dans le multiplex analysé ( combien de PMT dans la PAT ) ?

On a vu le principe d'organisation du conteneur MPEG-TS avec les valeurs de PID dans l'entête.



Q11) Quel est le principe du décodeur qui veut extraire une chaine de télévision du flux global ?

On sait que le conteneur mpeg-ts est décrit par la PAT ( PID = 0 ). On trouve en particulier un champ "TransportStreamId" qui est configuré par l'exploitant du réseau.



On donne la capture d'écran de la base de donnée créée après un scan des fréquences TNT par le logiciel lecteur multimédia Kaffeine.



On redonne la composition des multiplex:



Q12) Que signifie la valeur du champ "TransportStreamId" = TsID qui a été programmé ( regarder la valeur TSID d'une chaine dans la base de donnée Kaffeine, les chaines qui ont la même valeur TSID,... ) ?

On réalise l'analyse des multiplex détectés avec un autre utilitaire linux. Il indique pour une fréquence porteuse le contenu du multiplex ( quelles sont les chaines qui le composent ).
On donne le résultat dans un fichier channels.conf

Chaque ligne se termine par les identifiants vidéo ( Video PID ), audio ( Audio PID ) et de la chaine ( Service PID = SID ).

Q13) Quelle est la valeur d'identifiant de service SID pour la chaine D8 ?

On donne une vidéo de réception avec VLC.



A la fin de la vidéo on analyse le contenu du multiplex sur la fréquence entrée au début. On voit en bas de fenêtre les noms de chaine avec ensuite [Programme ...]

Q14) Que représentent les valeurs indiquées après Programme ? ( utiliser la question précédente )

On place le récepteur sur la fréquence d'un multiplex et on utilise un autre utilitaire Linux dvbsnoop qui décode les paquets du conteneur mpeg-ts.

On fait l’analyse de la PAT ( PID=0 description du multiplex ). En particulier pour chaque chaine, cette table indique le PID de sa PMT ( description d’une chaine ).

On tape la commande ./dvbsnoop 0x0, on donne le résultat d'une capture des résultats Analyse PAT .

Q15) A l'aide des entêtes ( ligne "Time received") indiquez si la description du multiplex PAT est envoyée

On redonne l'analyse du contenu du multiplex: Analyse PAT .
On sait qu'il décrit les chaines présentes en donnant leur PMT ( PID qui contient la description de la chaine = ses éléments de base )

Q16) Combien de PMT sont présentes ( penser à déduire le SID 0 = Program Number qui est la PAT ) ?

On a lancé un utilitaire dvbtraffic qui montre les débits de chaque éléments du multiplex ( 1ère colonne = PID, colonne bit/s = Débit binaire du flux ).

On fournit la capture des résultats:Débit instantané des flux .
On constate que certains PID ont des débits de plus de 1 Mbit/s.


Q17) Quelle est l’affirmation juste parmi celles proposées ? ( Ne pas tenir compte de la dernière ligne où on retrouve le total des débits sur lesquels on a raisonné en Q6, Q8 ).

Dans la PAT du multiplex on a choisi la chaine dont le PID de PMT est 0x6E. On veut savoir quelle est cette chaine.

Pour cela on redonne la PAT,
=> trouver quelle est la chaine dont le PID de PMT est 0x6E ( Program_map_PID ), quel est son SID ( Program_number )

puis on redonne channels.conf
=> chercher la ligne avec en dernère colonne le SID de la chaine dans channels.conf, en déduire la chaine.

Q18) Quelle est la chaine dont la PMT a le PID 0x6E ?

On a choisi de décoder la PMT ( PID = 0x6E donné par la PAT ).

Le résultat du décodage est fourni dans ce fichier Analyse_PMT_0x6E .


Chaque élément de la chaine ( sa vidéo, sa langue française, sa langue originale, ses sous-titres, ... ) est décrit. On y trouve son PID et son format.

On donne les valeurs qui décrivent les différents flux grâce au contenu d'une bibliothèque C defns.h pour MPEG data (TS, PS and ES) qui exploite la recommandation H222 de l’UIT: Bibliothèque H222

source: http://code.google.com/p/tstools/source/browse/h222_defns.h


Q19) Grâce au descripteur trouver le PID de la vidéo ( Stream_type ) et son codage:

On définit une source vidéo par les éléments suivants:

Sa résolution = nombre de pixels horizontaux x verticaux
Elle définit le format d'image ou AR ( Aspect Ratio ou sous son nom complet DAR Display AR ) = Rapport nombre de pixels horizontaux sur pixels verticaux.

- VGA 640x480 => format 4/3
- Image télévision HD 1280x720 => format 16/9
- Image télévision HD 1920x1080 => format 16/9
- Photo capteur dit "24x36" donc résolution 36xn pixels / 24xn pixels => format 3/2

Sa fluidité = nombre d'images par secondes et mode progressif/entrelacé ( p Progressive / i Interlaced )

Mode entrelacé

Mode progressif

Il vient de la télévision analogique. On ne reçoit en fait qu'une demi-image synchronisée sur le 50Hz du réseau électrique en Europe. 50 demi-images en 1 s = 25 images par seconde. On alterne lignes paires puis impaires => Cela demande moins de débit. => S'il y a du mouvement, on risque de voir une différence entre les 2 1/2 images que la télévision affiche ( en 25 image/s, on capture une image en 1/25s, un appareil photo pour le mouvement ouvre son obturateur au plus en 1/250 s pour éviter le flou ).

On reçoit une image que l'on affiche. Cela ne fonctionne pas sur télévision analogique car le temps que le spot arrive en bas d'écran, la lumière serait trop atténuée en haut d'écran ( scintillement qui a amené au mode entrelacé ).

PAR: Pixel Aspect Ratio = rapport entre pixel affiché et pixel de la source = forme du pixel ).
Une source peut indiquer que les pixels à afficher ne sont pas carrés ( rapport 1:1 ) mais rectangulaire ( rapport n:1 ) = Anamorphose.
C'est utille pour économiser de la bande passante et faire un affichage plus grand.

Le PAR est le rapport entre format d'affichage ( DAR ) et format de la source ( SAR ): PAR = DAR/SAR

Exemple: HD de Canalsat où la source envoie 1440x1080 pixels mode entrelacé 50 images/s avec un PAR de 1,333:1
=> Pour chaque pixel de la source, la télévision va afficher 1,333 pixel.
Donc on voit à la télévision 1440x1,333 = 1920 pixels en horizontal et 1080x1 = 1080 en vertical.

A partir de cela on définit des sources SD et HD.

Format SD ( Simple Définition )

Format HD ( Haute Définition )

576i en PAL ( 480i en NTSC ) La télévision analogique PAL/SECAM utilisait 625 lignes mais avec 576 lignes actives. Le SD 576i reprend ce format, donc la résolution n'est pas améliorée. Pour un affichage 4/3, on doit avoir 768 pixels horizontaux. La source fournit 720 pixels. Il faut leur enlever 2 bandes noires de 9 pixels pour compatibilté avec TV analogique ( analog blanking ) => 702 pixels. Le PAR qui passe de 702 pixels de la source au 768 pixels du 4/3 affiché est de 12/11 = 1,094 => 702 x 1,094 = 768 Le 16/9 est déconseillé ( 1024 pixels horizontaux ) d'où un PAR de 16/11 = 1,455 c'est à dire une grosse déformation.

720p/50 ( norme SMPTE 296M System 3 ) 1080i/50 proche de 1080p/25 ( normes SMPTE 274 System 6 et System 9 ) 1080p/50 ( norme SMPTE 274 System 3 ) La HD utilise un PAR de 1:1.

On donne 2 images extraites de la vidéo de la question précédente où on décodait un multiplex avec le logiciel VLC.

Q20) Que peut on dire de la vidéo décodée quand on a pris les images ?
( déduire de la première image si on est en mode entrelacé ou non, déduire des informations VLC sur le codec la résolution et de débit de trames, en déduire le débit images/s = celui indiqué par VLC si on est en mode progressif, la moitié si on est en mode entrelacé ).