Réflexion relative à l`usage de la technologie DVB
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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 1 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 2 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. 3 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. 4 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). 5 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). 6 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 . 7 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. 8 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). 9 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 10 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.) 11 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. 12 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. 13