Je datový tok u DAB+ jediným kritériem kvality poslechu?

Celoplošná digitální síť B byla spuštěna 4. února celkem ze 17 vysílačů, s pokrytím obyvatelstva ČR 49,06 %, dle Vportálu ČTÚ . Zbylé vysílače pro celoplošné pokrytí, tak aby koncem srpna splňovala podmínku rozvojových kritérií, budou doplněny během měsíce března s očekávaným pokrytím více jak 80 % populace. Z mapky pokrytí sledování rozvojových kritérií vyplývá, že dálnice jsou pokryty z 66,29 %, což dnes již splňuje rozvojová kritéria s předstihem.

Vypočtené pokrytí CRA DAB CZ s vyznačenými vysílači – velké znázorňují vysílače do 2 kW, malé značky vysílače o vyzářených výkonech 0,2-1 kW (zdroj: VPortál CTÚ)

Co nově spuštěný multiplex znamená pro posluchače?

Především jsou to další doprovodné služby: posouvání textu (DL – Dynamic Label),  na přijímačích vybavených barevným displejem dia projekce (SLS – slideshow) a vyšší vyzářený výkon hlavních vysílačů ve srovnání s přechodovými sítěmi, které fungovaly do konce minulého roku.

Ve spuštěné celoplošné síti B najde posluchač v současné době šest rozhlasových stanic skupiny Radio United Broadcasting reprezentující Pop Music, Country Music a Rock Music (Kiss, Country, Beat, Radio 1, Spin a Signal), které zabírají 30, 56 % kapacity multiplexu. Přehled vysílačů a jejich výkonů jsme přinesli v článku

CRA spustily celoplošnou síť DAB+, naladí ji už polovina Česka

V tomto článku jsme také uvedli parametry vysílaných programů: zdrojové kódování audia HE-AAC v2 a ochranou úroveň (Protection level ) EEP 2A. Nižší bitové rychlosti umístěných stanic 40 a 48 kbit/s by mohly vzbuzovat pochybnosti o kvalitě poslechu, zejména proto, že tři z uvedených programů už na většině míst vysílají v celoplošném multiplexu C společnosti RTI cz.

Jedná se o Radio BEAT, Radio 1 a Signal radio. Podle vyjádření United Radio Broadcasting zůstanou tyto programy v síti RTI cz do poloviny tohoto roku, následně budou pouze ve spuštěné síti B, tedy CRA DAB+CZ. Tento souběh chceme právě využít k porovnání závislosti bitové rychlosti a kvality poslechu.

Jak naladit „nové“ programy

Vyzkoušeli jsme to v oblasti Prahy, kde šest spuštěných programů v síti B je šířeno z pražského vysílače na Žižkově v bloku 11 D (kmitočet: 222,064 kHz) vyzářeným výkonem 20 kW. V síti C je rovněž šířeno z pražského Strahova šest programů, z toho tři shodné jako v síti B, v bloku 8D (201,072 MHz) výkonem o 3 dB nižším tj. 10 kW.

Pokud jsme měli naladěné například Radio 1 v bloku 8D, zjistili jsme, že začalo vykazovat větší chybovost signálu a při zasunuté teleskopické anténě se někdy i odmlčelo. Provedli jsme tovární nastavení a s ním související nové ladění a výsledkem bylo celkem 43 stanic, přičemž Radio 1 už se objevilo v bloku 11D celoplošné sítě B (CRA DAB+ CZ). Vzhledem k různým parametrům v obou sítích jsme chtěli porovnat kvalitu příjmu mezi sítěmi B a C (RTI CZ STC). Toho jsme dosáhli tím, že jsme spustili úplné vyhledávání a získali tak celkem 57 stanic a z tím i stanici Radio 1 dvakrát z obou sítí.

Většinou se však stanice Radio 1 naladila, případně přeladiloa na kmitočet (blok), který na daném místě vykazoval menší chybovost. Při tom při namátkovém zkoušení na 3 různých místech na pravém břehu Vltavy v městské zástavbě Prahy většinou naskočilo na síť RTI CZ STC. Podrobné technické parametry obou sítí jsou v následující tabulce.

Tabulka technických parametrů komerčních celoplošných DAB+ sítí

Jak datové toky a další parametry ovlivňují kvalitu příjmu

Výše uvedená tabulka uvádí také ID stanice (S-ID), které je přiděleno každému programu, a tak mají přijímače možnost volby podle nižší chybovosti. Základní rozdíl, který výše uvedená tabulka na první pohled vykazuje, je rozdíl v bitových rychlostech. Ozývají se již nyní hlasy, že z důvodů nízkých datových toků, není možno DAB+ poslouchat. Orientačně jsme poslech vyzkoušeli na přenosném přijímači Technisat Digitradio 1 S se zabudovanými reproduktory. Když se nám povedlo nastavit kontinuální příjem jak v bloku 11D (40 kbit/s) tak 8D (88 kbit/s) rozdíl v kvalitě poslechu jsme nezaznamenali. Podívejme se proto na podrobnější technické skutečnosti, jak a co jednotlivé parametry ovlivňují.

Protection level (úroveň zabezpečení)

Na úrovni kanálového kodéru se rozhoduje o chybovém zabezpečení EEP (Equal Error Protection, někdy též označovaný jako PL=Protection Level, nebo také úroveň ochrany) a kapacitě výsledného datového souboru (multiplexu). Tyto parametry jsou vzájemně svázány s následným dopadem na velikost pokrytého území, resp. kvalitního příjmu a počtu stanic (programů).

Za základní míru zabezpečení se považuje EEP 3A, kdy je kódový poměr mezi užitečnými daty a kontrolními daty ½, tzn. na jeden užitečný bit jeden kontrolní. Při zabezpečení 2A je kódový poměr 3/8, celková kapacita multiplexu 864 kbit/s a při bitové rychlosti jednoho kanálu 48 kbit/s tak můžeme celkem do jedné sítě umístit až 18 stanic (programů). Při EEP=1A, tj. kódovém poměru ¼ pak můžeme do jedné sítě umístit šest programových pozic při 96 kbit/s. Navíc platí, že čím méně programů (úroveň zabezpečení = 1), tím větší oblast pokrytí, avšak pro mobilní příjem, o kterém při plánování současných sítí jde, jsou hodnoty poměrů odstupu nosné k šumu o jednotky dB vyšší, než při stacionárním přijmu. Plánování sítí je tedy kompromisem mezi územním pokrytím a počtem programů v jedné síti v závislosti na datových tocích jednotlivých služeb.

Systém DAB+ v multiplexu, na rozdíl od televizního DVB-T2, umožňuje nastavovat kvalitativní parametry individuálně pro každý program, a navíc je průběžně měnit (podle potřeb a požadavků poskytovatele obsahu) a tak dospět k optimálnímu řešení pro cílovou skupinu posluchačů.

Pokročilé kódování snižuje bitovou rychlost

O bitové rychlosti se rozhoduje rovněž na úrovni kanálového (zdrojového) kódování. A zde došlo v posledních letech k významnému posunu. V rámci skupiny MPEG-4 byl vyvinut základní kodek pro DAB+ AAC-LC neboli Advanced Audio Codec- Low Complexity.

Pro zvýšení účinnosti byl základní kodek AAC rozšířen o další profily HE (High efficiency), HE-AAC v1 a v2.

Metoda profilu v1 SBR (Spectral Band Replication je založena na základě poznání, že existuje silná korelace mezi vyššími a nižšími kmitočty zvukového signálu („vysoké pásmo“ a „nízké pásmo“) a že lze po oříznutí vysokého pásma původní signál kompletně obnovit dobrou aproximaci vysokého pásma pouze přenosem zakódovaných datových údajů spektrální obalové křivky, tzv. SBR daty, která  podle nastavení kodéru činí 1 – 3 kb/s, To je výrazně nižší hodnota, než by byla potřebná pro kódování vysokého pásma pomocí jakéhokoli konvenčního kódovacího algoritmu.

Další zvýšení účinnosti profilu HE-AAC v2 se získá tzv. parametrickým stereem (PS). Jeho základní myšlenkou je přenést pouze parametry stereofonních charakteristických prvků audio signálu, jako je „prostor“, „prostředí“ nebo „časové/fázové rozdíly“ stereo kanálů. V kodéru se totiž zakóduje pouze monofonní signál a stereo efekt se pro přenos přidá opět jen jako sada následujících parametrů: rozdíl intenzity mezi kanály, vzájemný vztah mezi kanály určený jako funkce času nebo fáze a pro stereo efekt nezbytný fázový rozdíl mezi kanály.

Přijímač pak v dekodéru složí výsledný stereo signál z monofonního signálu a parametrických přenesených dat 2–3 kbit/s.

Bitová rychlost není jediným měřítkem kvality poslechu   

Pro ověření všech těchto úprav EBU uspořádala poslechové testy, které by šly stručně vyjádřit následujícím grafem:

Porovnání kvality zvuku mezi profily HE-AAC v2, HE-AAC v1 a AAC-LO v závislosti na bitové rychlosti (Zdroj: https://tech.ebu.ch/docs/techreview/trev_305-moser.pdf )

Pro názornost jsme výše uvedený graf rozšířili o hodnoty bitové rychlosti z obou srovnávaných sítí B a C a spojnici vnímané audio kvality (viz následující obrázek)

O polovinu nižší datový tok v síti B ve srovnání se sítí C vykazuje stejnou vnímavost kvality poslechu v důsledku rozdílné úrovně kódování

Pokud bychom se podívali na již zmíněné Rádio 1, tak zdánlivě nízká rychlost 40 kbit/s s kódováním HE-AAC v2 (tj současným využitím spektrální replikace SBR a parametrického sterea PS) u sítě CRA DAB+ CZ by z pohledu vnímané zvukové kvality odpovídala bitové rychlosti 80 kbit/s při kódování jen AAC-LC u sítě RTI CZ STC.

Použitá bitová rychlost v celoplošné síti B s uvedeným kodekem HE-AAC profilu v2 pro vnímání kvality je plně srovnatelná s 88 kbit/s u základního profilu LC. Z uvedeného grafu dále plyne, pro dosažení kvalitního poslechu při bitových rychlostech nad 64 kbit|/s stačí použít kodek HE-AAC v1, tedy bez parametrického sterea, což může podpořit menší náchylnost k případným závadám na této části zařízení.

HiFi  poslech v každodenním životě?

Naše vyhodnocení poslechem přenosného DAB přijímače samozřejmě nesplňuje podmínky pro standardizované poslechové testy, i když jsme dospěli ke stejnému závěru. Navíc se jednalo o nejběžnější situaci průměrného posluchače, který po návratu z práce spíš sáhne po ovladači televizoru než po poslechu přes HiFi zařízení. Samozřejmě pokud není vyhraněným fajnšmekrem.

Na většině komerčně dostupných DAB+ přijímačů se můžeme o použitém datovém toku dozvědět z displeje. Avšak tyto údaje nebývají úplné, běžné přijímače neposkytují obvykle informace o typu kodeku a nerozlišují použité verze, a proto máme sklon předjímat, že nižší zobrazené datové toky zhoršují kvalitu zvuku. Navíc jsme ještě ovlivněni převážně z doby začátků vysílání DAB, kdy přijatelná kvalita musela být v MPEG Layer II nad 160 kbit/s.

Zvuková komprese je vždy oproti originálu ztrátová. A subjektivní posouzení kvality poslechu závisí samozřejmě i na reprodukčním zařízení a prostředí ve kterém se posluchač se svými fysiologickými schopnostmi nachází. Celoplošná síť CRA DAB+ CZ je určena zejména pro posluchače v autech jako další platforma digitálního rozhlasového vysílání.

Úvodní foto: Václav Udatný