TV-Empfang für DVB-T2 im Auto

Bisher erfolgte die terrestrische Ausstrahlung von TV-Programmen über Antenne per DVB-T – und zwar im Videoformat SDTV unter Verwendung von MPEG-2-Komprimierung. Eine Verschlüsselung ist nicht vorgesehen, weshalb sich einige private Senderanstalten aus DVB-T zurückgezogen haben. Für den mobilen TV-Empfang im Auto rücken daher eine Vielzahl neuer Standards in den Fokus zukünftiger Geräte. Im einzelnen handelt es sich dabei um das Modulationsverfahren DVB-T2, die Videokomprimierung HEVC, die Übertragung von Inhalten mit HD-Auflösung sowie die Verschlüsselung per DVB-CI+ (Pay-TV).

Bild 1: Das HD62-Evaluation-Board ermöglicht den DVB-T2-Empfang und die HEVC-Decodierung. Die Darstellung erfolgt über ein externes Display, das über HDMI, CVBS oder Digital-RGB direkt angeschlossen wird. Socionext

Der Bayrische Rundfunk und das IRT (Institut für Rundfunktechnik) haben in München einen Feldversuch durchgeführt, an dem die Firma Socionext als einziger Halbleiterhersteller von HEVC-LSIs teilnahm (Bild 1). Einer der Schwerpunkte war dabei die Interoperabilität verschiedener HEVC-fähiger Encoder auf der Senderseite sowie der entsprechenden Decoder auf der Empfängerseite.

Einführung von DVB-T2 in Deutschland

Die oftmals auch als Digital-Dividende II bezeichnete Umstellung von DVB-T auf DVB-2 dient vor allem dazu, den derzeit von DVB-T genutzten 700-MHz-Bereich in Zukunft den Breitbanddiensten sowie dem Mobilfunk zur Verfügung zu stellen, die einen besonders hohen Bedarf an Übertragungskapazitäten haben. Um weiterhin eine gleichbleibende Programmvielfalt über die terrestrische Ausstrahlung zu ermöglichen, beschloss das Bundeskabinett Anfang 2015 den Umstieg von DVB-T auf DVB-T2. Damit steht für die TV-Ausstrahlung eine höhere Bandbreite zur Verfügung, was den Verlust des 700-MHz-Bands kompensiert. Bis 2018 soll der 700-MHz-Bereich freigeräumt und der Umstieg auf DVB-T2 erfolgt sein.

HEVC: High Efficiency Video Coding

Wenn somit die Bereitschaft besteht das Modulationsverfahren zu ändern, dann kann man auch gleich die Formate der Audio- und Videokomprimierung modifizieren, denn wenn der Kunde sowieso gezwungen ist, ein neues Gerät zu kaufen, dann ist es sinnvoll, beide Teile der Kette – sowohl die Kanaldecodierung als auch Kompressionsverfahren – auf den neusten Stand der Technik zu bringen. Zum Vergleich: DVB-T verwendet noch MPEG-2 und strahlt die Programme in SD-Auflösung aus.

DVB-T2 in Deutschland nutzt für die Videokompression HEVC (High Efficiency Video Coding), auch H.265 genannt. Mit HEVC kommt dabei der neuste Standard für die Videokomprimierung zum Einsatz, der im Vergleich zu H.264 bei gleicher Bildqualität 40 bis 50 % weniger Bandbreite benötigen soll. DVB-T verwendet sogar noch MPEG-2, sodass HEVC einen Datenratengewinn von Faktor 4 bringt. Obwohl bei HEVC von höherer Komprimierung gesprochen wird, ist der Komprimierungsalgorithmus immer noch der alte, der auch schon bei MPEG und H.264 zum Einsatz kam. Erweitert wurden dagegen Tools, die zur Bildverbesserung beitragen. Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, bei gleicher subjektiver Bildqualität die Datenrate deutlich zu reduzieren.

Die Kombination DVB-T2 und HEVC bietet damit die Möglichkeit einer erweiterten Sendervielfalt oder auch eine qualitativ hochwertige Ausstrahlung aller Programme in HD. Mit der Einführung von HEVC ist Deutschland Vorreiter im Broadcastbereich.

Bildformate: Alles in HD

Bild 2: Das Blockschaltbild des HD62 zeigt die wichtigsten Komponenten für In-Car-TV-Receiver. Socionext

Die DVB-Richtlinien (ETSI TS 101 154 v2.2.1) definieren kein klassisches SD-Format mit 720 x 575i, sodass dieses Format im Standard gar nicht erst vorgesehen ist. Das einzige Format, das dem nahe kommt, ist das sogenannte Quarter-HD-Format mit einer Auflösung von 940 x 540 p. Bei dieser  Auflösung verabschiedet man sich auch vom Zeilensprung und strahlt nur noch Vollbilder aus.

Auch wenn viel über UHD gesprochen wird, ist 4k im terrestrischen Bereich wirtschaftlich derzeit nicht sinnvoll. Die Datenrate von UHD ist rein von der Pixelzahl her etwa viermal so groß wie bei einem HD-Bild. Darüber hinaus wird erst durch High Dynamic Range (HDR), Frameraten von 120 fps und einen erweiterten Farbraum der erwünschte Wow-Effekt beim Zuschauer im Auto ausgelöst – hohe Auflösung allein ist noch kein hinreichendes Qualitätskriterium. Mit all diesen Maßnahmen vergrößert sich der Bandbreitenbedarf ganz erheblich, der im terrestrischen Bereich nicht zur Verfügung steht. Anders ist es bei Satellit oder Kabel. Daher lag es nahe, HD als Bildformat für DVB-T2 vorzusehen.

DVB-CI+

Ein oft unterschätztes Thema bei mobilem Empfang ist das Entschlüsseln von kopiergeschützten Audio- und Videoinhalten. Im Bereich der Verschlüsselungstechniken gibt es einen breiten Markt unterschiedlichster Conditional-Access-Anbieter. Die Systeme arbeiten zwar häufig nach dem gleichen Prinzip, stellen aber ganz unterschiedliche Anforderungen an die Security und sind auch noch länderspezifisch implementiert. Aufwendige Zertifizierungen sind nötig, bei denen parallele Unterstützung mehrerer CA-Systeme nicht vorgesehen ist. Eine Lösung im Automotive-Bereich ist dabei DVB-CI+. Über ein geeignetes CI+-Modul und eine Smartcard vom Pay-TV-Anbieter steht damit für jedes CA-System eine flexible Methode zur Verfügung, um die Audio- und Videoinhalte zu entschlüsseln. Das System muss allerdings sehr sicher sein. Ein In-Car-TV-Receiver muss somit neben der Verschlüsslungsmethode auch eine sichere Umgebung (Secure Environment) für die Schlüssel (Keys) anbieten. Debuggingport-Protection, Secure-Boot und spezielle Fuse-Technologien gehören zu den Minimalanforderungen. Speziell die Fuse-Technologie ist ein einfacher Angriffspunkt für Hacker, denn die Brandspuren lassen unter dem Elektronenmikroskop schnell Bitmuster der Schlüssel erkennen. Ungeliebt bei Entwicklern ist das Schließen des Debugging-Ports, denn dann gibt es kaum Möglichkeiten zur Fehleranalyse. Daher sollten Entwickler darauf achten, dass keine anderen Funktionen außer dem TV-Empfang auf dem Chip ausgeführt werden.

In Deutschland planen die privaten Rundfunkanstalten die Verwendung eines Kopierschutzes. Mit der Umstellung von DVB-T auf DVB-T2 in Österreich wurde bereits die Grundverschlüsselung aller Programme eingeführt – auch bei den öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalten. In Japan sind alle Programme außer dem 1-Segment mit dem Block Cipher-Multi-2 verschlüsselt. Die Möglichkeiten der Verschlüsselung sind ein wesentlicher Bestandteil für den kommerziellen Erfolg eines Übertragungssystems.

Multiformat-HD-Decoder HD62

Beim HD62 handelt es sich um einen Multiformat-HD-Decoder (Bild 2), der bis zu 4 MPEG2-Ransportströme verarbeiten kann, die er von einem DVB-T2-Demodulator erhält – eine Funktionalität, die zum Beispiel für Mehrantennen-Empfang oder Diversity erforderlich ist. Dabei lassen sich zwei HEVC-Programme gleichzeitig in HD decodieren und darstellen. Zur graphischen Unterstützung, beispielsweise von HbbTV-Inhalten kommt eine OpenGL2.0-kompatible 3D-Engine zum Einsatz. Eine für MOST150 geeignete MediaLB-Schnittstelle steht dabei ebenfalls zur Verfügung. Wenn die Daten weiter auf ein Smartphone oder Tablet gestreamt werden sollen, kann der eingebaute H.264-Encoder dazu dienen, ein Videoformat mit entsprechender Auflösung und Bildwiederholfrequenz zu erzeugen.

Socionext hat die auf dem Chip integrierten Security-Elemente über viele Jahre hinweg weiterentwickelt und von unabhängigen Firmen auf Hackerangriffe testen lassen. HD62 unterstützt die Audio-Decodierung der Formate MPEG (Layer 1 und 2), MP3, HE-AAC und Dolby Digital; weitere Formate können mit geringem Aufwand ergänzt werden. Der Chip erfüllt AEC-Q100 und ist seit Mitte 2015 in Massenproduktion.

(av)