La technologie DVB-H

Le DVB-H (Digital Video Broadcast-Handheld) est la déclinaison mobile de la Télévision Numérique Terrestre (TNT). La plupart des tests de télévision mobile se basent sur cette technologie qui pourrait s'imposer en Europe à l'instar du GSM pour la téléphonie mobile.


Le DVB-H, élaboré et spécifié à l'origine par le consortium DVB, a été normalisé par l'organisme européen ETSI. Extension de la norme de diffusion TV numérique terrestre DVB-T, le DVB-H rend possible la réception de programmes audio et vidéo sur des terminaux mobiles de poche alimentés par des batteries (assistants personnels, petits récepteurs vidéo, smartphones ... ).

Ce standard a introduit deux mécanismes principaux adaptés à la réception d'un signal TV en mobilité :
- un procédé de correction d'erreurs renforcé MPE-FEC (1) appliqué au niveau de la couche IP, les contenus DVB-H étant diffusés sous la forme de datagrammes selon le mode IP datacasting,
- le Time Slicing (2), qui consiste à émettre le flux multimédia en rafales successives de durée limitée. Ce dernier procédé permet en particulier de réduire la consommation au niveau du terminal de réception.

En plus de ces améliorations permettant au récepteur de fonctionner dans un objectif d'économie d'énergie et de mobilité à grande vitesse, le standard DVB-H incorpore des signaux de paramètres de transmission (TPS) spécifiques, afin de renforcer la qualité en itinérance (Roaming).

Ces informations sont mises en place au niveau de l'étage de modulation, de manière à être transmis sur un canal particulièrement robuste que le récepteur pourra aisément " accrocher " , même avec un rapport signal/bruit faible. Il sera également plus rapide de démoduler ces signaux et donc de les exploiter, par rapport aux informations encapsulées dans les paquets IP. Les bits de signaux TPS renseignent principalement sur l'utilisation éventuelle du mode 4 k, les paramètres de découpage temporel et la topologie du réseau.

L'usage du DVB-H en bande UHF est aujourd'hui problèmatique car les ressources spectrales sont insuffisantes. Dans beaucoup de pays la mise en oeuvre du DVB-H devra se faire après l'arrêt de la télévision analogique.

Le DVB-H demande également une puissance sur les émetteurs très nettement supérieure au DVB-T car la réception ne se fera plus par l'antenne râteau classique, mais sur une petite antenne incorporée au récepteur, à une hauteur largement moins importante que l'antenne râteau (1,5 mètres au dessus du sol au lieu de 10 mètres en moyenne).

Ce point est important, car il faudra un réseau très dense d'émetteurs. Il faudra également multiplier par 10 la puissance de ceux-ci, et tout ceci aura un effet direct sur le coût de l'infrastructure de diffusion. Les choix du mode de transmission sont également différents : pour une réception fixe, on privilégie le débit, alors que pour une réception mobile, on privilégie la redondance des informations.

Sur le plan économique, il semble que les futurs utilisateurs soient prêts à payer entre 5 et 15 euros mensuels pour accéder à un tel service. Reste à savoir qui va financer le réseau de diffusion et comment les revenus vont être répartis entre les chaînes de télévision et les opérateurs de télécommunications ?

Plusieurs expérimentations sont en cours, notamment celle conduite sur Paris par TDF à partir de 5 points de diffusion (Tour Eiffel, Issy-les-Moulineaux, La Défense, Romainville et Arcueil) pour 14 chaînes TV et 13 canaux de radio.

Il s'avère que le canal 37 est le plus approprié pour une diffusion DVB-H sur Paris et l'Ile-de-France. L'expérimentation valide la possibilité de diffuser sur ce canal une grande quantité de programmes (plus d'une trentaine) sur un seul réseau mono-fréquence dans un environnement urbain très difficile, grâce :

* au choix des paramètres de modulation 16 QAM (3) ;
* au choix d'un codage de type MPEG4, le H264 (4) ;
* à l'utilisation d'un niveau additionnel de "corrections d'erreur" MPE-FEC (1) pour favoriser la réception en mobilité.

Une des améliorations envisagées à ce stade expérimental est la densification du réseau pour améliorer la couverture indoor (car un grand nombre d'utilisateurs souhaitent pouvoir recevoir à domicile la TV sur leur mobile) et le traitement de la couverture dans le métro et les tunnels :

* indoor : mise en place de gap-fillers (petits réémetteurs) dans le 15e arrondissement ;
* métro : expérimentation, en partenariat avec RATP/Naxos, à la station Concorde, présentée au Ministre de la Culture, le 8 novembre 2006, puis à l'intérieur d'une rame, le 6 décembre 2006 entre les stations Concorde et Assemblée Nationale (voir paragraphe ci-après) ;
* tunnels routiers (sur le périphérique).

TDF apporte la conclusion suivante à son étude :

* la bande L (entre 1452 et 1492 MHz, bande réservée au niveau européen pour les services de diffusion de radio numérique DAB) et le satellite pourraient être des compléments utiles ;
* aucun obstacle technique ne devrait donc s'opposer à ce que la France puisse voir le démarrage de la diffusion de la TV mobile dès 2007, dans un calendrier qui pourra ainsi être proche de celui des pays les plus avancés. Ceci sans hypothéquer l'utilisation du sixième multiplex TNT pour la TVHD.

Le marché de la TV sur mobile pourrait générer jusqu'à 20 milliards de dollars dans le monde, à l'horizon 2010.

(1) MPE-FEC
* le principe du MPE-FEC est d'ajouter de la redondance au flux d'information, afin de corriger les pertes sur le canal ;
* la trame MPE-FEC frame comprend in fine 255 colonnes, jusqu'à 1024 lignes (soit jusqu'à ~ 2Mbits) ;
* la protection est assurée par un code Reed-Solomon (n=255, k=191), soit jusqu'à 25% de redondance ;
* ce dispositif évite l'utilisation d'antennes "diversité" non implantables dans les volumes impartis.

(2) Time-Slicing
* le principe du Time-Slicing repose sur la transmission des informations durant un " burst " à un rythme élevé, suivi d'une période de silence. C'est équivalent à TDMA (Time Division Multiple Access) ;
* le récepteur coupe le circuit durant la période de silence, ce qui conduit à une économie de la batterie, environ dans un rapport 10 ;
* le récepteur peut sonder le réseau durant la période de silence et avant l'extension du circuit, ce qui est intéressant dans le cas de mobilité pour tenir compte des signaux de paramètres de transmission (TPS) spécifiques, afin de renforcer la qualité en itinérance (Roaming).

(3) COFDM / 16 QAM
Un récepteur mobile cumule les désagréments " classiques " de la propagation radio - réception d'une multitude de signaux atténués et retardés provenant des différents échos engendrés par les obstacles - et ceux de la variation temporelle des phases et de l'amplitude du signal (effet Doppler) engendrés par son propre déplacement.

Le but du Codage OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) est de s'affranchir de ces perturbations et de permettre qu'à la réception soient retrouvés les symboles transmis indépendamment des chemins multiples (réflexions, échos, antenne recevant deux émetteurs différents, effet doppler dans le cas de la réception mobile) empruntés depuis le ou les émetteurs.

Pour cela, le Codage OFDM découpe le canal en cellules ou symboles selon les axes des temps (X) et des fréquences (Y). Le canal est alors constitué d'une suite de sous-bandes de fréquences et d'une suite de segments temporels. A chaque cellule fréquence/temps est attribuée une porteuse dédiée. L'information à transporter est répartie sur l'ensemble de ces porteuses, modulée chacune à faible débit par une modulation QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Un symbole COFDM comprend l'ensemble des informations contenues dans l'ensemble des porteuses à un instant T. Chacune des porteuses est orthogonale à la précédente.

La 16 QAM améliore la capacité du canal en combinant deux niveaux d'amplitude avec deux porteuses en quadrature, soit 2 puissance 4 = 16 états d'information.

Ainsi 16 QAM permet de multiplier par deux la capacité de transfert par rapport à la modulation utilisée pour l'UMTS, la QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) qui est basée sur deux porteuses seulement, de même fréquence, déphasées de 90 degrés, soit 2 puissance 2 = 4 états d'information. En effet, dans la modulation QPSK on transporte 8 Mb/s dans 8 MHz, alors que dans 16 QAM on transporte 16 Mb/s dans 8 MHz.

Ce qui est important à souligner est que l'augmentation du nombre de points de la constellation n'augmente pas la largeur du canal d'émission, puisque le nombre de symboles émis par seconde (bauds) n'a pas changé.

Dans la pratique, le débit est augmenté sans augmentation de la bande passante, mais au prix d'une relative fragilité du signal. En effet, les points de la constellation étant plus rapprochés (quatre états au lieu d'un seul dans un quadrant), ils seront plus difficiles à décoder en cas de bruitage de la ligne.

(4) H264
Les normes de codage vidéos n'ont jamais cessé d'évoluer ces dernières années. Ainsi, après le MPEG (utilisé notamment pour les VidéoCD), le MPEG2 (utilisé pour le DVD) et le MPEG4 (utilisé comme base sur le DivX ou le Xvid), le H264 est une norme qui permet d'améliorer le taux de compression tout en proposant une meilleure qualité d'affichage.

H264, ou MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) ou encore MPEG4.10 a été développée conjointement par l'UIT-T Q.6/SG16 Video Coding Experts Group (VCEG) et l'ISO/CEI Moving Picture Experts Group (MPEG).

H264/AVC comprend de nombreuses techniques nouvelles qui lui permettent de compresser beaucoup plus efficacement les vidéos que les normes précédentes (H261, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4) et fournit plus de flexibilité aux applications dans un grand nombre d'environnements réseau.

L'H264 devrait ainsi offrir un taux de compression de 2 à 3 fois plus élevé que le MPEG2 et de 1.5 à 2 fois plus élevé que le MPEG4. La qualité DVD devrait pouvoir être atteinte en utilisant un bitrate de 2Mbps (250 Ko/sec) alors que la qualité VHS sera accessible dès le Mbps (125 Ko/sec). Il sera utilisé avec les prochaines générations de disques Blu-Ray et HD-DVD.

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