Квантование времени (цифровое вещание)

Пример передачи с разделением по времени

Квантование времени — это метод, используемый технологиями DVB-H и ATSC-M/H для достижения энергосбережения на мобильных терминальных устройствах. Он основан на мультиплексированной во времени передаче различных услуг.

DVB-H и ATSC-M/H передают большие объемы данных пакетами, что позволяет отключать приемник в периоды неактивности. Результатом является экономия энергии до 90%, и тот же неактивный приемник может использоваться для мониторинга соседних ячеек для обеспечения плавного переключения .

Подробное описание

Мотивация

Особой проблемой мобильных терминалов является ограниченная емкость аккумулятора. В некотором смысле, совместимость с широкополосной наземной службой создаст нагрузку на мобильный терминал, поскольку демодуляция и декодирование потока с высокой скоростью передачи данных требует определенного рассеивания мощности в тюнере и демодуляторе. Исследование, проведенное в начале разработки DVB-H, показало, что общая потребляемая мощность внешнего интерфейса DVB-T на момент исследования составляла более 1 Вт и, как ожидается, не упадет ниже 600 мВт до 2006 года; между тем, несколько более низкое значение кажется возможным, но предусмотренный целевой показатель в 100 мВт в качестве максимального порога для всего внешнего интерфейса, встроенного в терминал DVB-H, все еще недостижим для приемника DVB-T.

Существенным недостатком терминалов с батарейным питанием является тот факт, что при использовании DVB-T или ATSC весь поток данных должен быть декодирован, прежде чем можно будет получить доступ к какой-либо из услуг (телевизионных программ) мультиплекса. Экономия энергии, ставшая возможной благодаря квантованию времени, обусловлена тем фактом, что по существу должны обрабатываться только те части потока, которые несут данные выбранной в данный момент службы. Однако для этой цели поток данных необходимо реорганизовать подходящим образом. В DVB-H и ATSC-M/H мультиплексирование услуг осуществляется в чистом мультиплексе с временным разделением . Поэтому данные одной конкретной службы передаются не непрерывно, а компактными периодическими пакетами с перерывами между ними. Мультиплексирование нескольких услуг снова приводит к непрерывному, непрерывному передаваемому потоку с постоянной скоростью передачи данных.

Пакетная передача

Сигнал такого типа может приниматься избирательно по времени: терминал синхронизируется с пакетами нужной услуги, но переключается в режим энергосбережения в промежуточный период времени, когда передаются другие услуги. Время энергосбережения между пакетами, относительно времени включения, необходимого для приема отдельной услуги, является прямой мерой экономии энергии, обеспечиваемой квантованием времени. Пакеты, поступающие в приемник, должны буферизоваться и считываться из буфера со скоростью передачи данных службы. Объем данных, содержащихся в одном пакете, должен быть достаточным для преодоления периода энергосбережения внешнего интерфейса. Для настройки на поток пакет должен содержать видеокадр, который позволяет декодеру мгновенно отображать видео, в противном случае придется ждать следующего пакета.

Положение пакетов сигнализируется в терминах относительной разницы во времени между двумя последовательными пакетами одной и той же услуги. Эта информация называется «дельта t». Он передается несколько раз в одном пакете, чтобы обеспечить избыточность ошибок.

Практически длительность одного пакета находится в пределах нескольких сотен миллисекунд, тогда как время энергосбережения может достигать нескольких секунд. Необходимо учитывать время на включение внешнего интерфейса, повторную синхронизацию и т. д.; согласно техническому стандарту DVB-H этот период времени предполагается менее 250 мс. В зависимости от соотношения времени включения/времени энергосбережения результирующая экономия энергии может составлять более 90%.

В качестве примера на рисунке справа показана часть потока данных, содержащая службы с квантованием времени. Четверть предполагаемой общей пропускной способности канала DVB-T со скоростью 13,27 Мбит/с отведена службам DVB-H, тогда как оставшаяся пропускная способность распределяется между обычными услугами DVB-T. Этот пример показывает, что в одной сети можно передавать как DVB-T, так и DVB-H.

Расчет параметров пакета

Длина всплеска $T_{B}$ можно рассчитать по размеру всплеска $B_{B}$ и битрейт пакета $R_{B}$ . Дополнительный коэффициент 0,96 вводится для компенсации заголовков базового транспортного потока MPEG , поскольку они создаются после применения Time Slicing.

$T_{B}={\frac {B_{B}}{R_{B}\cdot 0.96}}$

Фактическое время всплеска, называемое $T_{ON}$ , включает указанное выше время синхронизации (250 мс).

$T_{ON}=T_{B}+T_{Sync}$

Постоянный битрейт потока $R_{C}$ можно рассчитать на основе скорости передачи данных в пакетном режиме и длин включения и выключения:

$R_{C}={\frac {R_{B}}{T_{ON}+T_{OFF}}}$

И наоборот, время выключения, которое должно использоваться, может быть рассчитано на основе фактического постоянного битрейта видеопотока. Это более интуитивно понятно, поскольку постоянный (или средний) битрейт видео известен до применения квантования времени.

$T_{OFF}={\frac {R_{B}}{R_{C}}}-T_{ON}$

Процент энергосбережения $P$ окончательно может быть выражено

$P=(1-R_{C}\cdot ({\frac {1}{R_{B}\cdot 0.96}}+{\frac {T_{Sync}}{B_{B}}}))\cdot 100\%$

Преимущества и недостатки

Для квантования времени требуется достаточно большое количество мультиплексированных услуг и определенная минимальная скорость пакетной передачи данных, чтобы гарантировать эффективное энергосбережение. По сути, энергопотребление внешнего интерфейса коррелирует со скоростью передачи данных выбранного в данный момент сервиса.

Квантование времени дает еще одно преимущество для архитектуры терминала. Достаточно длительные периоды энергосбережения могут быть использованы для поиска каналов в соседних радиосотах, предлагающих выбранную услугу. Таким образом, передача обслуживания канала может осуществляться на границе двух ячеек, оставаясь незаметной для пользователя. Как мониторинг услуг в соседних сотах, так и прием выбранных сервисных данных могут осуществляться с помощью одного и того же внешнего интерфейса.

Ссылки

цифровое видеовещание (DVB); Система передачи для портативных терминалов (DVB-H), ETSI EN 302 304 V1.1.1.
Кандидатский стандарт: Стандарт ATSC-M/H, Часть 2 – Характеристики радиочастотной системы/системы передачи (A/153, Часть 2:2009), S4-131r14.
М. Резаи, И. Буазизи, В. Вадакитал и М. Габбуж, «Оптимальная задержка переключения каналов для мобильного телевидения через DVB-H», май 2007 г., Международная конференция IEEE по портативным информационным устройствам.