Réflexion relative à l`usage de la technologie DVB

Note d’information
Réflexion relative à l’usage de la
technologie DVB-T pour la
diffusion radiophonique
Christophe Cornillet (tél 01 40 71 78 79)
Responsable de l’ingénierie DVB-T
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1 Pourquoi numériser ?
Le succès de la télévision numérique auprès du grand public (diffusion DVB, lecteurs DVD)
pose immédiatement la question de la numérisation de la radio, qui reste toujours
globalement analogique sur les réseaux terrestres… Inaugurée au début du siècle dernier, la
diffusion AM a finalement cédé du terrain, depuis le début des années 80, face aux succès
(commercial & qualitatif) de la modulation FM.
La FM a permis d’améliorer la qualité d’écoute (dynamique, bande passante, stéréo) tout en
augmentant le nombre de services reçus sur une zone donnée.
La numérisation semble naturellement devoir s’imposer comme l’étape suivante, sous
réserve qu’elle apportent effectivement des « plus » aux éditeurs ainsi qu’aux auditeurs.
Les premières tentatives pour numériser la radio remontent au début des années 90, où des
systèmes comme le D2MAC et le DSR employaient une audio numérique non compressée
(majoritairement par satellite et câble). Les éches commerciaux de ces deux procédés n’ont
pas découragé les éditeurs qui ont rapidement rebondi, au milieu des années 90, sur les
nouvelles opportunités qu’offraient les technologies de compression du signal (Dolby AC-2,
MPEG-1 Layer II).
Les débits utilisés par ces nouvelles offres (DMX, XtraMusic, Music-Choice, Multimusic,
Mcity, CanalSatellite, TPS, etc.) ont vocation à permettre un élargissement de l’offre de
programmes (près d’une centaine de radios par bouquet satellite ou câble). Ils ne permettent
qu’un faible gain qualitatif (relativement à une bonne écoute FM) et n’exploitent pas les
possibilités spécifiques au système numérique que constituent la diffusion de données
associées (informations sur les programmes en cours, applications interactive), son
multicanal (5.1 canaux) et la haute qualité d’écoute (avec des débits plus élevés).
Fondamentalement, la numérisation de la radio est une évolution normale et inéluctable qui
s’inscrit dans la logique de la numérisation du son en général (CD audio, DAT, MiniDisc, DVD
Audio, SACD) entamée voici plus de 20 ans .
Alors que la télévision numérique est en passe de supplanter la télévision analogique, la radio
reste quant à elle très majoritairement analogique sur son vecteur principal qu’est le réseau
terrestre (plus particulièrement la FM).
Si certains éditeurs radiophoniques utilisent déjà quelques technologies numériques, elles
servent surtout à la diffusion de données associées (RDS, DARC) et non pas à la
numérisation du son proprement dit.
Un nouveau pas, celui de la numérisation, devrait naturellement être franchis prochainement.
Les technologies et les objectifs sont multiples
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2 Identification des différents procédés :
Aujourd’hui, plusieurs projets et/ou solutions techniques s’offrent aux éditeurs radiophoniques
pour diffuser leurs signaux dans un format numérique.
Chaque système associe un vecteur de diffusion, un codec et une bande de fréquence.
Le tableau ci-dessous décrit quelques options actuellement exploitées par les éditeurs
mondiaux.
Système
Vecteur principal
Codec audio
Bandes de fréquence
débit moyen
DAB
terrestre
MPEG-1 Layer II
VHF et L
192 kbit/s
DRM
terrestre
AAC+SBR
WorldSpace
satellite
MPEG-1 Layer III
L
128 kbit/s
XM Radio
satellite
ACC+/PAC
S
96 Kbit/s
Sirius
satellite
PAC
S
64 kbit/s
IBOC
terrestre
PAC
FM et AM
96 kbit/s
Media Player
Internet
Windows Media + MMS
web
20 kbit/s
Real Player
Internet
Real Media + PNA
web
20 kbit/s
Quicktime
Internet
CINEPAK + RTSP
web
20 kbit/s
ADR
Satellite
MPEG-1 Layer II
Ku
192 kbit/s
DVB-S
Satellite
MPEG-1 Layer II
Ku
192 kbit/s
DVB-C
câble
MPEG-1 Layer II
VHF,UHF
192 kbit/s
DVB-T
terrestre
MPEG-1 Layer II
UHF+VHF
192 kbit/s
AM
(<30 MHz)
24 kbit/s
Figure 1 Quelques options technologiques pour la radio numérique (données purement indicatives )
Note : on remarque que les réseaux américains ainsi que les réseaux à couverture mondiale
exploitent des codecs récents tandis que les réseaux européens sont essentiellement basés
sur le codec MPEG-1 layer II.
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2.1 Les conditions
Aujourd’hui, la technologie DVB-T (norme ETS 300 744) n’est commercialement envisagée
en France que pour la diffusion de programmes du type « télévision ». Cette technologie se
fonde essentiellement sur des codecs élaborés par le groupe MPEG, à savoir ISO/IEC 138183 (MPEG-1 Layer II) pour l’audio et ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2) pour la vidéo.
Ce faisant, tous les terminaux conformes DVB-T savent décoder du son en plus de l’image.
Pour preuve : ils disposent tous d’un menu spécifique « radios » (différent de la liste des
service TV) où se trouvent positionnés les services préalablement déclarés comme tels par
les opérateurs.
La fonction « audio pure » des terminaux DVB-T est donc actuellement sousexploitée.
Le recentrage sur le gratuit de l’offre britannique FreeView intègre désormais (à l’intérieur des
multiplexes de télévision) la diffusion de plusieurs radios numériques gratuites (privées et
publiques). Preuve, s’il en fallait une, que le concept est techniquement viable (bonne
réception sur tous les terminaux DVB-T déjà commercialisés).
Smash Hits
BBC 1 Extra
BBC 6 Music
BBC Radio 4
Kiss
6 Music
BBC 7
BBC World service
Jazz FM
BBC 5 Live
BBC Radio 1
Kerrang
BBC 5 Live Sports
BBC Radio 2
OneWord
BBC Asian
BBC Radio 3
Figure 2 Radios émises en numérique clair sur la TNT britannique (DVB-T)
La diffusion de radios dans le cadre de la technologie DVB-T permet de recourir à
une technologie unique, et désormais bon marché (pour l’auditeur), pour cibler
simultanément les deux marchés broadcast que sont la télévision et la radio.
3 Le concept (radio sur DVB-T) :
Le prochain démarrage de la TNT en France constitue une opportunité pour lancer une
réflexion (après l’échec commercial initial du DAB) relative à la numérisation des réseaux de
radios terrestres.
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L’option évoquée dans cette note suggère d’étudier dans les différentes réflexions la
possibilité d’utiliser pour la radio les mêmes technologies, infrastructures de diffusion et
équipements de réception que ceux retenus pour la télévision numérique terrestre.
Ce faisant, un seul récepteur (fixe, portable ou mobile) permettrait la réception de
l’ensemble des offres télévisuelles et radiophoniques.
Une seule « communication » serait à mettre en place vers le grand public.
L’usage de la TNT (DVB-T) pour la radio n’implique aucune modification des
décodeurs DVB-T grand public actuels. Ils restent donc très abordables (80 € environ pour
les récepteurs fixes d’entrée de gramme). De même, aucune recherche et/ou développement
supplémentaire n’est nécessaire.
Seuls les émetteurs et les têtes de réseaux devront intégrer cette problématique
supplémentaire.
Afin de promouvoir cette idée, il convient de se positionner préalablement relativement à
plusieurs options technologiques.
En effet, si les conditions de diffusions de la télévision sont déjà (théoriquement)
techniquement figées, rien n’empêche, pour la radio, d’user d’autres paramétrages (plus
adaptés aux radios et à la mobilité).
Rien n’empêche également la conception de petits « balladeurs DVB-T » uniquement dédiés
à la réception radiophonique…
Côté réception, ceci ne soulève aucun problème majeur puisque les décodeurs sont
« agiles » quant aux différentes solutions de modulation possibles.
Pour l’instant, les priorités de la télévision numérique sont les modes de réceptions fixes et
portables… tandis que la priorité de la radio reste la mobilité (avant la portabilité, puis, in fine,
le fixe).
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A) L’architecture du réseau & la constitution des multiplexes
Préalablement, au lieu d’associer les radios aux multiplexes de télévision préexistants (et déjà
très « chargés » ; cette option est néanmoins exploitée en Grande Bretagne), il semble plus
judicieux de regrouper l’ensemble des radios dans un multiplexe unique dédié. Cette solution
permet de traiter spécifiquement (et de manière homogène) la problématique (technique et
commerciale) « radio » sans les contraintes de la problématique « télévision » (notamment
celles liées à la couverture et au déploiement).
Arrivée AES 1
Arrivée AES 2
Arrivée AES 3
Arrivée AES 4
Arrivée AES 5
Arrivée AES 6
Arrivée AES 7
Arrivée AES 8
Arrivée AES 9
Arrivée AES 10
Arrivée AES N
Arrivée data
Paquets
élémentaires
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
codeur audio
Serveur de données
GPS + synchro SFN
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
192 kbit /s
M
U
L
T
I
P
L
E
X
E
U
R
Paquets MPTS
multiplexés
7 Mbit/s
Contribution
uplink satellite
puis réseau de
diffusion
terrestre
n kbit/s
Références
temporelles
Figure 3 Principe d'une tête de réseau nationale 100% radio
Note : comme pour la télévision, il reste possible de procéder localement (par plaque) au
filtrage des services nationaux et/ou à l’insertion de services locaux spécifiques.
Alors qu’en France l’architecture du réseau TNT de télévision est du type MFM (multifréquences), le multiplexe radios a tout à gagner d’une architecture du type SFN.
Conformément à la loi (cf Arrêté du 27/12/01), tous les décodeurs grand public doivent être
compatibles avec le mode SFN (en plus du MFN).
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Les avantages du SFN sont liés à l’usage d’une seule fréquence au niveau national, d’où une
optimisation des puissances, une simplification à terme de la planification et une
couverture globale sans décrochage (pas de recherche de canaux en fonction du
déplacement d’un mobile)
Champ faible
Champ fort
Champ fort
Champ fort
Champ fort
Champ fort
Champ faible
Champ faible
Champ fort
67 km (max)
Figure 4 Principe de la réception mobile sur un réseau SFN
Sous réserve de bien disposer les émetteurs (relativement à l’intervalle de garde et à la
géographie locale) la solution d’un réseau SFN permet au véhicule de rester globalement en
conditions de champ fort/exploitable même en s’éloignant des émetteurs, sans que le
récepteur ait besoin de changer de fréquence.
B) Modulation et bande de fréquence
La recherche d’une robustesse et d’une flexibilité maximales (similaires, a minima, à celles
proposées par la FM) implique de recourir à l’option de modulation la plus robuste, à savoir la
MDP4 (ou QPSK).
Conformément à la loi (cf Arrêté du 27/12/01), tous les décodeurs grand public doivent être
compatibles avec les différentes modulations possibles en TNT (dont la QPSK) dans les
bandes de fréquences III, IV et V .
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Modulation
Intervalle de Garde
Taux de codage
Débit Utile Total
QPSK (8K)
QPSK (8K)
GI
1/4
1/8
FEC
2/3
2/3
6.64 Mbit/s
7.37 Mbit/s
Figure 5 Exemples de modulations possibles et les débits utiles totaux induits
Un intervalle de garde de ¼ (retard de 224 µs en mode 8K) permettrait de synchroniser des
émetteurs éloignés de 67 km. Un intervalle de garde de 1/8 permettrait de synchroniser des
sites distants de 33 km seulement (mais avec une augmentation du débit).
Schématiquement, selon les modes retenus et la qualité souhaitée par service, ont peut
envisager la diffusion d’une quarantaine de radios (en MPEG-1 Layer II = Musicam) dans
un multiplexe formaté DVB-T (sur une base moyenne d’environ 192 kbit/s par service).
La bande de fréquence VHF III (uniquement employée par Canal+ analogique depuis la
colorisation de TF1 et son passage en bande IV) se prête idéalement aux besoins d’une vaste
couverture nationale isofréquence (avec peu de sites). A défaut, les autres bandes
peuvent éventuellement convenir, mais avec des couvertures moindres, une planification plus
« délicate », un plus grand nombre de sites et une plus grande sensibilité au déplacement
(effet doppler accentué).
Note : En DVB-T, l’usage de la bande III, couplée à la modulation QPSK
(+COFDM) et au codec MPEG-1 Layer II permet de délivrer aux auditeurs la
même qualité de service que celle délivrable par le DAB.
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Figure 6 Couverture fixe estimée, sur les 29 premiers sites TNT, pour un champ de 45 dBµV/m
La réalisation de la carte ci-dessus a pris en compte la PAR TNT maximale autorisée sur les
sites et supposée utilisable sur le canal UHF 67 (bande IV). L’estimation annonce une
couverture de 35,9 millions de personnes avec un champ minimal de 45 dBµV à 2m/sol. La
réception est envisageable dans ces conditions avec une modulation QPSK dans le mode 8K
(IG = ¼et FEC = 2/3).
Afin que les réceptions en mobilité et en portabilité soient optimales, il conviendra de
recommander aux industriels l’usage d’un circuit de démodulation performant (Philips,
DiBcom, LSI) avec une bonne gestion de la diversité d’antenne dans le cas du mobile
(DiBcom).
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Figure 7 Démodulateur 3000 M élaboré par DiBcom
C) Le codec
Le codec initial le plus approprié, afin de garantir une interopérabilité totale avec l’ensemble du
parc de décodeurs DVB-T actuels (tout en tenant compte des possibilités de la tête de
réseau) est le MPEG-1 Layer II (comme pour le DAB) avec des débits utiles pouvant varier
de 64 kbit/s (mono) à 384 kbit/s (haute qualité stéréo HiFi) .
Toutefois, ce codec est désormais techniquement dépassé par les codecs normés que sont
MP3, MP3 Pro, ACC et ACC+ .
Note 1 : il serait (techniquement) envisageable, à condition d’en formaliser rapidement la
demande auprès des industriels (SIMAVELEC), d’implémenter un codec AAC+ ou MP3 Pro
dans les décodeurs DVB-T . Il convient également de ne pas oublier le fait que plus le codec
est performant, plus il génère de place pour les nouveaux entrants. Le maintient de l’option
MPEG-1 Layer II est donc doublement intéressante (grande interopérabilité avec les
décodeurs DVB-T actuels + place supplémentaire mais limitée).
D) Les données et possibilités associées
Parallèlement à la diffusion sonore, les éditeurs peuvent éventuellement se servir de la
transmission de données telles que prévues par DVB-SI. Il s’agit principalement des fiches
EIT relatives à l’identification des programmes en cours et à venir (avec leurs résumés
respectifs).
En plus de ce service de base, accessible sur tous les décodeurs, on peut également
envisager la diffusion « associée » d’images fixes et/ou mobiles (codées JPEG) ainsi que
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l’usage des ressources éventuellement liées à la présence d’un moteur d’interactivité (MHP,
par exemple)…
Note : autre cas d’exemple possible : parallèlement à la réception mobile, pour laquelle une
diffusion en MPEG-1 Layer II est assurée, certains services pourraient doubler leur diffusion
d’un service encodé en Dolby Digital (codec AC3) ou AAC. Ce type de solution permettrait à
des « niches » de jouir d’un son multicanal 5.1 de qualité sur leur installation de salon .
DVB autorise déjà la diffusion d’un son codé AC3 (codec plus efficace que le MPEG-1 Layer
II). Ce faisant, la majorité des décodeurs grand public sera compatible Dolby Digital
(décodage assuré par l’amplificateur HiFi, comme pour le DVD). Alors que l’audio pure (CD
audio) devient multicanal (DVD-Audio, SACD) ainsi que la vidéo (DVD-Vidéo), seul le son
radio reste strictement stéréophonique.
E) Le prix du terminal & son mode de fonctionnement
Le terminal numérique « fixe » ou « portable » de base (sans interactivité) ne devrait pas
coûter plus cher que ceux aujourd’hui commercialisés en Grande Bretagne pour moins de
90 € ttc. Un objectif de 70 € pour un petit terminal de salon est tout à fait réaliste à très court
terme (du moins chez les industriels asiatiques).
Les modèles plus évolués, avec accès Internet, disque dur et/ou moteur MHP devraient
débuter aux alentours de 230 € ttc (tel l’iPlayer de Netgem) .
L’écoute des programmes radiophoniques peut se faire :
a)
b)
c)
d)
sur le téléviseur (qui affiche alors les fiches EIT éventuelles, voire les images associées)
sur la chaîne haute fidélité, comme un tuner FM classique, avec ou sans le TV allumé
sur un poste portatif autonome spécifique
via un récepteur embarqué dans les mobiles (voitures, bus taxis, trains, etc.)
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Figure 8 Terminal DVB-T commercialisé par Pace en Grande Bretagne pour 99 £
Figure 9 Panneau arrière d'un terminal Humax, avec ses 2 sorties audio (vers la chaîne HiFi)
Dans un salon, le terminal numérique (ci-dessus) de relie au moyen de cordons RCA, tel un
simple tuner FM (dont il prend la place sur les entrées adéquates de l’amplificateur HiFi).
Dans un proche avenir, il est raisonnable d’envisager la réception directe, en mode portable,
sur des petits récepteurs pourvus de leurs propres hauts parleurs et/ou prise casque & écran
LCD. Le nouveau projet DVB-X vise par ailleurs à associer la réception nomade (avec une
autonomie supérieure à 2 heure) d’une diffusion du type DVB-T et de l’UMTS sur un seul petit
terminal nomade.
La réception mobile nécessite des décodeurs adaptés (pour la radio en QPSK et la télé en
QAM64) dont le prix ttc peut être estimé pour la première année d’industrialisation (et hors
écran pour la télé) à 450€ ttc environ. Ce tarif est appelé à baisser rapidement dès que des
commandes quantitatives significatives seront lancées.
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4 Conclusion provisoire :
Idéalement, les choix doivent ici se faire en fonction des prestations de services souhaitées et
non sur le fait de choisir une technologie pour elle seule. Il semble alors judicieux de privilégier
une technologie capable de délivrer conjointement plusieurs types de services (soit TV &
Radio) au lieu de cascader des technologies diverses…
Dès à présent, DVB-T (TNT) permet de répondre à tous les besoins de la numérisation
radiophonique terrestre sans recours à une technologie supplémentaire (évitant ainsi les
surcoûts à tous les niveaux (côtés professionnels et grand public).
La TNT se portera d’autant mieux qu’elle reposera sur plusieurs services jugés
complémentaires par le citoyen (TV + Radio). Ce faisant, il est fort probable que l’initialisation
de ce nouveau marché serait accélérée (et , a minima, facilitée) si, en plus de la télévision
numérique, le réseau TNT permettait d’accéder aux radios nationales et locales en qualité
numérique .
Les techniques de diffusion et de réception sont déjà prêtes.
Ce mode de diffusion permettrait aux radios d’obtenir :
-
une amélioration de la qualité d’écoute (son numérique, haut débit possible)
de profiter de la dynamique que va générer le lancement de la TNT (synergies)
une couverture nationale relativement « bon marché »
un usage possible des options interactives (données associées)
la diffusion dans le mode multicanal (option)
d’employer une technologie fiable, bon marché, déjà opérationnelle, évolutive et
mondialement approuvée
tout en évitant de « désorienter » le marché avec deux communications diverses (celle
pro DAB et celle pro DVB-T), distinctes et potentiellement antagonistes.
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