К 10-летию со дня подписания ФЦП «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2018 годы» Россия завершила все мероприятия по переводу телевизионного вещания с аналогового на цифровой формат.
Построена цифровая телесеть. Обеспечена регионализация цифрового вещания. Аналоговое вещание федеральных телеканалов прекращено.
10 лет — это быстрее, чем потребовалось США (13), Испании (11) и Южной Корее (11).
События этого стремительно пролетевшего десятилетия сохранит диджитал-летопись 5040.tv − хроника создания сети цифрового эфирного телевещания в России.
В создании сети приняли участие 30 тысяч человек в составе 4000 организаций.
Построено 5040 передающих станций (ретрансляторов).
На каждой станции был введен в эксплуатацию сначала передатчик 1, а затем 2 мультиплексов.
В течение 10 лет в России каждый день строилась в среднем 1 новая телебашня и включалось 3 цифровых передатчика.
В диджитал-летопись 5040.tv внесены даты запуска каждого передатчика, каждого центра формирования мультиплексов, каждого центра консультационной поддержки в каждом регионе, а также другие события, ставшие частью истории цифровизации телевещания России.
Приставка для цифрового ТВ: что она дает, как работает, в чем отличия стандартов и какие фишки есть
Диджитал-летопись 5040.tv приглашает в путешествие во времени, в котором на каждой «остановке» — ждут знакомства с героями и объектами цифрового эфирного телевидения, фоторепортажи и телесюжеты о торжественных мероприятиях и наиболее значимых моментах строительства.
Диджитал-летопись 5040.tv включает коллекцию примечательных фактов о стройке: с весом какого животного можно сравнить архивы РТРС, сколько сотен документов нужно оформить на одну площадку строительства, площади каких стран и даже планет могла бы охватить наша цифровая телесеть, какова суммарная высота всех телебашен и общая мощность всех цифровых ретрансляторов, где находятся самая западная, восточная, северная, южная, «срединная», высокогорная и другие необычные по местоположению, конструкции или истории создания цифровые передающие станции.
Дорога на объект «Старобайрамгулово» в Башкортостане имеет наклон более 25 градусов.
После нескольких безуспешных попыток доставить на объект строительное оборудование и комплектующие с помощью специализированной техники грузы удалось поднять с помощью… болотохода ишимбайского завода «Витязь».
5040.tv — по совместительству диджитал-справочник для зрителей цифрового телевидения. Каждый ретранслятор обладает профайлом с информацией о местоположении и параметрах, необходимых для настройки цифровых приемников в зоне его действия.
Диджитал-летопись 5040.tv создана для использования в автономных интерактивных модулях, включающих дисплей и программное обеспечение. Веб-ресурс 5040.tv — демонстрационная версия работы такого модуля.
Автономный модуль с локализованным под конкретный регион интефейсом 5040.tv можно установить краеведческом или отраслевом музее, в техникуме или вузе, в деловом центре, в государственных учреждениях.
Источник: dvbpro.ru
Общие принципы построения системы цифрового телевидения.
Системы цифрового телевидения могут быть двух типов. В системах первого типа, полностью цифровых, преобразование передаваемого изображения в цифровой сигнал и обратное преобразование цифрового сигнала в изображение на ТВ экране осуществляются непосредственно преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет.
Во всех звеньях тракта передачи изображения информация передаётся в цифровой форме. В цифровых ТВ системах второго типа аналоговый ТВ сигнал, получаемый с датчиков, преобразуется в цифровую форму, подвергается всей необходимой обработке, передаче или консервации, а затем снова приобретает аналоговую форму. При этом используются существующие датчики аналоговых ТВ сигналов и преобразователи свет-сигнал в ТВ приёмниках. В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговый ТВ сигнал, затем он кодируется, т.е. преобразуется в цифровую форму. Это преобразование представляет собой комплекс операций, наиболее существенными из которых являются дискретизация, квантование и непосредственно кодирование.
Строго говоря, дискретизированный и квантованный ТВ сигнал уже является цифровым. Однако цифровой сигнал в такой форме по помехозащищённости мало выигрывает по сравнению с аналоговым, особенно при большом числе уровней квантования.
Для увеличения помехозащищённости сигнала его лучше всего преобразовать в двоичную форму, т.е. каждое значение уровня сигнала записать в двоичной системе счисления. При этом номер (значение уровня квантования) будет преобразован в кодовую комбинацию символов «0» или «1». В этом и состоит третья, заключительная операция кодирования. Данный способ преобразования получил название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).
Дискретизация. Первой операцией процесса цифрового кодирования аналогового ТВ сигнала является его дискретизация, которая представляет собой замену непрерывного аналогового сигнала U (t) последовательностью отдельных во времени отсчётов этого сигнала. Наиболее распространённой формой дискретизации является равномерная дискретизация с постоянным периодом, в основе которой лежит теорема Найквиста-Котельникова. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал U (t), имеющий ограниченный спектр частот, может быть представлен значениями этого сигнала U (tn), взятыми в дискретные моменты времени (отсчёты) tn = nT, где n = 1,2,3,… — целые числа; Т – период или интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Найквиста-Котельникова: T≤ 0,5/fгр. Здесь
fгр – верхняя граничная частота спектра исходного сигнала U (t). (Для отечественного вещательного ТВ стандарта верхняя граничная частота спектра ТВ сигнала fгр ≈ 6,25 МГц). Величина, обратная периоду дискретизации f д , выбранная в соответствии с теоремой Найквиста-Котельникова, равна: f д = 2 f гр.
Аналитическое выражение теоремы Найквиста-Котельникова, утверждающей возможность замены непрерывного сигнала U (t) последовательностью дискретных значений U(nT) имеет следующий вид:
U(t) = ∑ U(nT) sin2π f гр ( t – nT)
n=−∞ 2π f гр ( t – nT)
Ортогональная структура дискретизации. Если частоту дискретизации выбрать кратной частоте строк, то на изображении будет образована ортогональная структура дискретизации, в которой отсчёты располагаются в узлах прямоугольной решётки. Примем, что f д = 2 f гр, тогда при этом условии число отсчётов в изображении будет равно числу его условных ТВ элементов. Поэтому сокращение числа отсчётов приведёт к пропорциональному уменьшению разрешающеё способности ТВ системы, т.е. к ухудшению качества изображения.
Для оценки возможностей ортогональной структуры отсчётов при формировании изображений рассмотрим более детально процесс зрительного восприятия. Установлено, что зрительный анализатор содержит совокупность рецепторов (рецептивные поля), кодирующие одновременно большие группы элементов изображения, реагируя при этом не столько на их яркость, сколько на форму, выделяя из фона изображения наиболее его информативную часть: контуры, перепады яркости. Такие свойства зрительного аппарата позволяют ему восстанавливать целостные контуры даже при их распаде на отдельные элементы вследствие дискретизации или из-за воздействия случайных помех. В изображениях существуют значительные статистические связи, к которым в результате эволюционного развития приспособился наш зрительный аппарат.
Эти свойства зрительного анализатора позволяют допустить, что в ТВ системе не обязательно обеспечивать условия для передачи каждого из элементов изображения. Можно удовлетвориться возможностью передачи ТВ системой определённого ансамбля конфигураций, при этом с пониженным (по отношению к стандарту) числом элементов.
Ортогональная структура дискретизации изображения с шагом дискретизации, удовлетворяющим условиям теоремы Найквиста-Котельникова, характеризуется заметной избыточностью в разрешающей способности системы по диагональным направлениям. Устранить эту избыточность путём уменьшения числа отсчётов (т.е. уменьшая частоту дискретизации).
Шахматная структура дискретизации. В строчно-шахматной структуре используется строчное чередование точек, образованное в результате сдвига на половину интервала дискретизации отсчётов соседних строк данного поля. Строчно-шахматную структуру получают двумя путями: либо дискретизируют ТВ сигнал с частотой (2n+1) f z/2 (где n – целое число; fz – частота строчной развёртки), либо частоту дискретизации выбирают равной nfz, но её фаза меняется в начале каждой чётной строки.
Кадрово-шахматная структура образуется путём сдвига отсчётов соседних полей на половину интервала дискретизации. Кадрово-шахматная структура получается дискретизацией ТВ сигнала с частотой, равной либо (nfz+ 25 Гц), либо nfz с изменением фазы частоты дискретизации в начале каждого чётного поля.
В силу отмеченных недостатков шахматная структура дискретизации, несмотря на свои достоинства, в вещательном телевидении не используется.
Выбор частоты дискретизации ТВ сигнала. В вещании практическое применение получила фиксированная ортогональная структура, отсчёты которой расположены на ТВ экране вдоль вертикальных линий периодично по строкам, полям, кадрам. Позволяя суммировать соседние поля чересстрочного разложения без потери разрешающей способности по горизонтали и вертикали, ортогональная структура дискретизации идеальна для выполнения различных интерполяций в преобразователях стандартов, аппаратуре видеоэффектов, устройств сокращения избыточности информации. Это обстоятельство явилось основным при выборе ортогональной структуры для базового стандарта цифрового кодирования.
Ортогональная структура отсчётов получается при выборе частоты дискретизации, кратной частоте строк. При этом следует учитывать, что в ТВ вещании ещё долго будут использоваться основные стандарты разложения 625/50 и 525/60. В связи с этим параметры цифрового кодирования ТВ сигнала необходимо согласовывать с двумя стандартами разложения.
Последнее обусловливает следующее требование: f д должна быть кратна частоте строк систем с разложением на 525 и 625 строк. С другой стороны, эта частота должна быть по возможности низкой, чтобы не увеличивать скорость передачи цифрового потока.
Наименьшее кратное двум значениям строчной развёртки fz (625) = 15625 Гц и fz (525) = 15734,266 Гц соответствует значению частоты 2,25 МГц. Поэтому для дискретизации ТВ сигналов подходят частоты 11,25, 13,5 и 15,75 МГц, кратные 2,25 МГц (множители 5, 6 и 7). Из них выбрана частота 13,5 МГц, поскольку это значение является единственным, которое обеспечивает перечисленные выше требования. Оно даёт возможность получить 864 отсчёта в строке с разложением на 625 строк и 858 отсчётов при разложении на 525 строк.
Квантование ТВ сигнала. За процессом дискретизации при преобразования аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование заключается в округлении полученных после дискретизации мгновенных значений отсчётов до ближайших из набора отдельных фиксированных уровней. Квантование представляет собой дискретизацию ТВ сигнала не во времени, а по уровню сигнала U(t).
Фиксированные уровни, к которым «привязываются» отсчёты, называют уровнями квантования. Разбивая динамический диапазон изменения сигнала U(t) уровнями квантования на отдельные области значений, называемые шагами квантования, образуют шкалу квантования. Следствием этого становится появление в сигнале специфических шумов, называемых шумами квантования.
Ошибки квантования или шумы квантования на изображении могут проявляться по-разному, в зависимости от свойств кодируемого сигнала. Если собственные шумы аналогового сигнала невелики по сравнению с шагом квантования, то шумы квантования проявляются на изображении в виде ложных контуров.
В этом случае плавные яркостные переходы превращаются в ступенчатые, и качество изображения ухудшается. Наиболее заметны ложные контуры нВ изображениях с крупными планами. Этот эффект углубляется на подвижных изображениях. Когда собственные шумы аналогового сигнала превышают шаг квантования, искажения квантования проявляются уже не как ложные контуры, а как шумы, равномерно, распределённые по спектру. Флуктуационные помехи исходного сигнала как бы подчёркиваются, изображение в целом начинает казаться более зашумлённым.
Обычно используется линейная шкала квантования, при которой размеры зон одинаковы.
Число уровней квантования, необходимое для высококачественного раздельного кодирования составляющих цветового ТВ сигнала, определяется экспериментально. Очевидно, что с ростом этого числа точность передачи уровневой информации возрастает, шумы квантования снижаются, но при этом растёт информационный поток и расширяется необходимая для передачи полоса частот.
С другой стороны, при заниженном числе уровней квантования ухудшается качество изображения из-за появления на нём ложных контуров. Кроме того, слишком велики, а потому и заметны шумы квантования. Недостаточное число уровней квантования особенно неприятно сказывается на цветных изображениях. В этом случае шумы квантования проявляются в виде цветных узоров, особенно заметных на таких сюжетах, как лицо крупным планом, на плавных перепадах яркости.
Пороговая чувствительность глаза к перепадам яркости в условиях наблюдения, оптимальных для просмотра ТВ передач, по экспериментальным данным около 1%, а это значит, что два соседних фрагмента изображения, отличающихся по яркости на 1%, воспринимаются как раздельные части изображения. Таким образом, кодирование сигнала яркости с числом уровней квантования меньшим или равным 100 ведёт к появлению на изображении ложных контуров, что заметно ухудшает его качество.
4. Цифровое телевидение и компьютерные технологии.
Переход к цифровому представлению видеосигналов и сигналов звукового сопровождения и появления методов многократного сжатия данных, рост производительности и объёмов ЗУ персональных компьютеров и рабочих станций при одновременном снижении их стоимости, стремительное развитие Интернет и других сетевых технологий создают предпосылки для широкого применения вычислительной техники в различных частях телевизионных систем. Ниже приведены несколько примеров таких применений.
СИСТЕМЫНЕЛИНЕЙНОГО МОНТАЖА
Одна из важнейших областей применения компьютеров в телевидении – системы редактирования и монтажа видеоматериалов и подготовки телевизионных программ.
Система нелинейного монтажа содержит один или несколько цифровых видеомагнитофонов (ВМ) для хранения исходных материалов и конечного продукта. Центром системы является высокопроизводительный ПК или рабочая станция (компьютер, по производительности и объёму ЗУ значительно превосходящий обычные ПК), имеющий монитор с экраном, обеспечивающим высококачественное отображение нескольких кадров и различной вспомогательной информации.
Фрагменты телевизионных программ, подлежащие редактированию и монтажу, вводятся в компьютер с помощью специальной платы ввода/вывода (платы «захвата» видеосигналов), сжимаются и записываются на жёсткие магнитные диски (НМД). Для сжатия обычно применяется метод Motion JPEG, в соответствии с которым каждый кадр кодируется независимо от других кадров. Это даёт возможность индивидуального доступа к отдельным кадрам. Операция сжатия в реальном времени выполняется аппаратными средствами в плате компрессии/декомпрессии и видеоэффектов.
Хранение редактируемых материалов на диске даёт возможность быстро находить и переставлять в произвольном порядке фрагменты изображения и отдельные кадры, составляя нужную видеопрограмму. При этом процесс монтажа значительно ускоряется и возникают новые возможности, недоступные ранее применявшихся системах.
ВИДЕОСЕРВЕРЫ
Видеосерверы – новый класс устройств, появившийся с началом перехода к цифровому телевидению. Видеосервер – это компьютер, существенно превосходящий по производительности обычные компьютеры и содержащий дисковую память большого объёма и блоки ввода/вывода аналоговых и цифровых ТВ-сигналов и звуковых сигналов. На современных телестудиях видеосерверы заменяют видеомагнитофоны и становятся основным средством воспроизведения заранее записанных программ.
Использование видеосерверов позволяет автоматизировать ТВ-вещание и существенно увеличить количество одновременно передаваемых телевизионных каналов, что является одной из основных целей перехода на цифровое ТВ-вещание.
Видеосерверы выпускаются многими фирмами, и на рынке есть системы разных уровней сложности и стоимости. В качестве примера можно назвать систему MAV-1000 фирмы SONY, которая обеспечивает хранение видеопрограмм длительностью 11 или 23 часа (в зависимости от конфигурации), одновременную передачу до восьми каналов ТВ-вещания. Другая известная компания IBM производит мощный видеосервер Media Streamer, содержащий дисковую подсистему Media Streamer Archive ёмкостью до 6 Тбайт данных (что соответствует примерно 1000 двухчасовых видеофильмов). Стоимость этого видеосервера от 129 тыс. долл.
5. Перспективы развития цифрового телевидения
Проект MPEG-7. Широкое распространение компьютеров и Интернет, а с другой стороны — бытовых видеокамер и другой видеотехники привело к тому, что производство и распространение аудиовизуальной информации становится доступными массовому пользователю. В результате каждый день в мире производится огромный объём такой информации и задача её идентификации и поиска в Интернет стала актуальной.
Для решения этой задачи группа MPEG в 1996 г. Начала работу над проектом «Интерфейс описания мультимедийного содержания» (Multimedia Content Description Interface), известного сейчас как MPEG-7.
Основные понятия MPEG-7:
1. Дескриптор (Descriptor – описатель) – описание объекта.
2. Схема описания (Descriptor Scheme) – структура, содержащая описания отдельных объектов и взаимосвязей между ними.
3. Язык определения описаний (Descriptor Definition Language – DDL) – язык, с помощью которого составляются схемы описаний.
Непосредственно в стандарте будут содержаться DDL, набор дескрипторов объектов и набор схем описаний. С помощью DDL можно будет составлять новые описания сцен, используя как дескрипторы, определённые в стандарте, так и вновь создаваемые по заданным правилам.
Содержание одной и той же аудиовизуальной информации может быть описано на разных уровнях деятельности, начиная с низкого уровня (цвет, форма, текстура, положение визуальных объектов, высота тона, громкость, темп, положение звуковых объектов и т.п.), и заканчивая высоким уровнем, на которым описание может быть задано в виде обычного текста на естественном языке (семантическое описание).
ТВЧ, СТЕРЕО-ТВ. Одним из важнейших достижений в области телевидения самого последнего времени стало принятие Рекомендации ITU-R BT-709-3, которая определяет единый формат для телевидения высокой чёткости (ТВЧ) и производства видеопрограмм. Основные параметры этого формата:
— формат кадра 16:9;
— число активных (видимых на экране) элементов изображения в строке 1920;
— полное число строк 1125, из них активных – 1080;
— частота кадров 24, 25 или 30 Гц при чересстрочной развёртке или частота кадров при прогрессивной развёртке 50 или 60 Гц. Новый единый формат обеспечит международный обмен телевизионными передачами и производством кинофильмов путём видеозаписи (электронный кинематограф).
В США быстрыми темпами разворачивается ТВЧ-вещание. Параметры изображения соответствует указанной выше Рекомендации. Сжатие изображения осуществляется по стандарту MPEG-2 до номинальной скорости передачи двоичных символов 18,9 Мбит/с. Сжатие звука выполняется по стандарту Долби AC-3 до номинальной скорости передачи двоичных символов 384 кбит/с при 5,1-канальном звуке.
Транспортный поток основан на стандарте MPEG-2 и включает дополнительные пакеты с различной информацией. Передача транспортного потока по наземным (эфирным) каналам связи с шириной полосы 6 МГц осуществляется с применением решетчатого канального кодирования и 8-позиционной АМн с частичным подавлением одной боковой полосы (8-VSB modulation). Для передачи по кабельным каналам с шириной полосы 6 МГц применяется 16-позиционная АМн (16-VSB).
Развитие ТВЧ в Европе происходит в рамках проекта DVB.
Следующим шагом развития телевидения может быть переход к стереотелевидению, в котором правый и левый глаз зрителя получают, соответственно, правое и левое изображение стереопары, и у зрителя возникает ощущение объёмности наблюдаемого изображения. Стерео-ТВ требует передачи двух видеосигналов.
Далее возможен и переход к многоракурсному телевидению, в котором наблюдаемое зрителем изображение зависит от положения зрителя относительно воспроизводящего устройства. Для реализации такой системы необходимо передавать информацию о вариантах изображений, наблюдаемых при разных положениях зрителя.
Современное развитие цифрового телевидения делают вполне возможной передачу сигналов стерео-ТВ и даже многоракурсного ТВ по обычным каналам ТВ-вещания. Основные проблемы внедрения стерео-ТВ лежат в области создания удобных в эксплуатации и доступных по цене устройств отображения.
ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ В РОССИИ
В 1999 г. Госкомсвязи Российской Федерации одобрил «Концепцию внедрения цифровых наземных систем звукового и телевизионного вещания в России». В основе концепции лежит принцип создания в сетях вещания интегрированного транспортного потока для передачи как вещательных программ, так и мультимедийной и другой информации.
Внедрение цифрового телевидения в России предполагается осуществить в два этапа. На первом этапе создаются несколько опытных участков со смешанным (аналоговым и цифровым) вещанием для практической проверки и выбора методов и параметров. Результатом первого этапа должны стать адаптация международных стандартов к условиям России и выработка временных норм на цифровое вещание.
На втором этапе должны быть утверждены стандарты на цифровое ТВ- и звуковое вещание, после чего может начаться их массовое внедрение.
Список используемой литературы
1. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения.-М.:Горячая линия –Телеком,2001.- 224с.
2. Мамчев Г.В. Основы цифрового телевидения/ Сиб. гос. Ун-т телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2003. – 248с.
Источник: poisk-ru.ru
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ТВ
В развитии систем связи, ТВ и передачи данных за последние годы произошел переход от аналоговых систем к цифровому вещанию. Самый большой качественный скачок был сделан в развитии телевидения вследствие освоения цифровых методов обработки и передачи видеосигнала. Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания (ТВ) и расширению функциональных возможностей систем прикладного телевидения приводят к необходимости использования цифровых методов при формировании, консервации и приёме ТВ сигналов.
Преимущества цифровых методов передачи ТВ сигналов по сравнению с аналоговыми заключаются в следующем:
— возможность широкого применения электронных запоминающих устройств, причём качество цифровых сигналов почти не зависит от времени их хранения;
— отношение сигнал-шум почти не зависит от числа выполняемых с цифровыми ТВ сигналами операций;
— выходной сигнал цифровых ТВ трактов не зависит от стабильности их коэффициентов усиления;
— в значительно меньшей степени проявляются нелинейные искажения;
— возможность применения методов электронно-вычислительной техники при кодировании, преобразовании и анализе ТВ изображения.
Однако без использования специальных процедур сжатия цифровой информации требуется существенное повышение пропускной способности каналов связи, увеличение емкости запоминающих устройств, а также применение сверхбыстродействующих устройств цифровой обработки.
Используемые в телевещании три канала связи – спутниковый, кабельный и наземный – существенно отличаются по характеру помех действующих в каналах вещания. Поскольку разработка новых цифровых стандартов базировалась на аналоговых системах ТВ, исходя из принципа совместимости, то необходимо рассмотреть основные характеристики стандартов аналогового ТВ.
Стандартом ТВ сигнала называют совокупность определяющих его основных характеристик, таких как способ разложения изображения, число строк и кадров, длительность и форма синхронизирующих и гасящих импульсов, полярность сигнала, разнос между несущими частотами изображения и звукового сопровождения и метод модуляции последней, параметры предыскажаюшей цепи звукового сигнала.
Для цветного телевидения добавляется метод передачи сигналов
цветности совместно с сигналом яркости. Для черно-белого телевидения в различных странах существует 10 стандартов, которые принято обозначать латинскими буквами В, D, G, Н, I, К, К1, L, М, N.
Независимо от стандарта общим принципом формирования изображения является принцип разбиения изображения на отдельные элементы и поэлементной передачи всего изображения в виде совокупности строк и кадров ( телевизионного растра.)
По способу передачи сигналов цветности различают три стандарта цветного телевидения: SЕСАМ, NTSC и РАL. Каждая из трех систем может применяться с любым из 10 стандартов черно-белого ТВ вещания, давая 30 возможных комбинаций. На практике применяются девять разновидностей РАL, шесть — SЕСАМ и один стандарт из группы NТSС.
Стандарты аналогового ТВ:
NTSC (National Television Standards Committee). Эта система была разработана в США и принята для вещания в 1953 г. Стандарт обеспечивает разрешение в 525 строк, обновляется с частотой 30 кадров в секунду (вернее, 60 полукадров (полей) с учетом чересстрочной развертки). Основной недостаток NTSC — высокая чувствительность к искажениям сигнала на уровне канала передачи. В настоящее время этот стандарт используется в большинстве стран Северной и Южной Америки и некоторых азиатских государствах.
PAL (Phase Alternation Line) — используемый практически во всем мире стандарт, принятый в 1967 г. Его главное преимущество перед американской разработкой — высокая стабильность информации об оттенке изображения. Сигнал имеет разрешение 625 строк при 25 кадрах в секунду (50 полей).
SECAM (Sequential Color With Memor) начали использовать в некоторых странах с 1969 г. Этот стандарт, как и PAL, имеет большое вертикальное разрешение (625 строк). При этом передача двух цветоразностных сигналов производится последовательно, а сигнал яркости — непрерывно, что позволяет получать устойчивый оттенок и стабильную насыщенность изображения.
Общую структуру ТВ сигнала рассмотрим на примере сигнала СЕКАМ На рис. 16.1. показан вид видеосигнала вместе со строчными синхроимпульсами. На рис. 16.2. показана форма ТВ сигнала вместе с кадровыми синхроимпульсами.
1. Видеосигнал несет информацию о яркостях передаваемых точек изображения – это то, что мы видим на экране телевизионного приемника.
2. Строчные и кадровые гасящие импульсы (СГИ и КГИ)предназначены для гашения лучей передающих трубок и кинескопа на время обратного хода разверток по строкам и кадрам соответственно. Это необходимо для того, чтобы светлые линии обратного хода не создавали помех на изображении в виде ряби от горизонтальных линий строчной развертки и наклонных линий по экрану от кадровой. Гасящие импульсы передаются в конце каждой строки и полукадра на уровне черного (рис.16.2).
3. Строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (ССИ и КСИ) предназначены для обеспечения синхронной (одновременной) работы развертывающих устройств не передающей и приемной стороне. Этим достигается привязка начала координат разверток по горизонтали и вертикали телевизора и передающего оборудования.
Это очень важные составляющие полного ТВ сигнала, поскольку отсутствие КСИ приведет к срыву кадровой синхронизации, где изображение будет бежать вверх или вниз, а отсутствие ССИ к срыву строчной синхронизации, где изображение будет бежать влево или вправо.
4. Врезки в КСИ обеспечивают нормальную работу строчной синхронизации во время действия КСИ. Отсутствие врезок приведет к искажению изображения в верхней части экрана за счет срыва строчной синхронизации во время действия КСИ, так как при одинаковом размахе синхроимпульсов во время действия КСИ ССИ передаваться не будут.
5. Уравнивающие импульсы предотвращают слипание строк четного и нечетного полукадра. Дело в том, что при через строчной развертке в каждом поле разворачивается 312,5 (целое число + половина) строк, причем, если нечетный полукадр начинается с начала строки, то четный с ее половины (рис.16.3).При этом меняется интервал между соседними строчными и кадровыми синхроимпульсами. Кроме того, в КСИ нечетного полукадра находится 3 врезки, а в КСИ четного полукадра – 2. Для выравнивания импульсной картины в четном и нечетном полукадрах применяют врезки двойной строчной частоты, а также вводят специальные уравнивающие импульсы двойной строчной частоты по 5 штук до и после КСИ, как показано на рис.16.2.
Системы SЕСАМ, NTSC и РАL были разработаны для наземных ТВ сетей, использующих амплитудную модуляцию (AM) несущей изображения.
При использовании аналоговых методов модуляции для передачи по волоконнооптическим линиям связи также может использоваться АМ. В то же время при передаче по спутниковым каналов, где основной является частотная модуляция (ЧМ), сигнал проходит через тракты с неравномерной амплитудной и нелинейной фазовой характеристикой, что приводит к перекрестным искажениям сигналов яркости и цветности, ухудшающим качество изображения.
К тому же из-за треугольного спектра демодулированного шума при ЧМ сигналы цветности оказываются в области повышенной спектральной плотности мощности шума, что снижает помехоустойчивость приема этих сигналов. Полное избавление от этого недостатков стало возможным только при применении цифровых методов передачи.
Однако в цифровых системах для передачи цветного ТВ изображения с высоким качеством возникла новая общая для всех систем ТВ проблема, а именно — большая скорость цифрового потока (около 200 Мбит/с), что значительно превышает пропускную способность как наземного ТВ канала вещания (полоса частот 8 МГц), так и спутникового ретранслятора с полосой пропускания 27. 36 МГц.
В конце 80-х гг. был создан алгоритм цифрового сжатия, позволявший передать высококачественное изображение со скоростью 7. 9 Мбит/с, изображение вещательного качества — со скоростью 3,5. 5,5 Мбит/с и кинофильм (совокупность неподвижных изображений) со скоростью не более 1,5 Мбит/с.
На основе этого алгоритма Международная организация стандартизации приняла два стандарта обработки ТВ изображения: МРЕG1 для телевидения с невысокой разрешающей способностью и прогрессивной разверткой (компакт-диски, компьютерные игры, мультимедиа) и МРЕG2 для вещательного телевидения с чересстрочной разверткой.
Дальнейшим развитием МРЕG2 стал европейский стандарт цифрового ТВ вещания DVB (Digital Video Broadcasting – широковещательное цифровое видео и его модификации), содержащий нормы на параметры модуляции, кодирования и передачи по каналам связи.
Работы по проекту DVB (Digital Video Broadcasting — Цифровое видеовешание) начались в 1993 г. В результате для каждой физической среды передачи вещательного сигнала был разработан свой стандарт обработки и передачи транспортного потока, учитывающий ее специфику и, одновременно, максимально похожий на родственные стандарты. Стандарт спутникового вещания получил название DVB-S (satellite — спутник), эфирного (наземного) вещания— DVB-T (terrestrial — наземный), кабельного вещания DVB-C (cable—кабель), вещания на переносной приемник — DVB-H (hand-held —переносной).
В основе DVB лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2. ( таблица 17.1).
В стандартах DVB помимо методов кодирования и параметров транспортного потока, описанных в MPEG-2, определены: методы помехоустойчивого кодирования, канального кодирования, модуляции несущих частот, передачи дополнительной информации, защиты информации от несанкционированного доступа.
Стандарты DVB обеспечивают условный доступ к передаваемым программам, что позволяет организовывать интерактивное ТВ вещание .
Для понимания параметров, указанных в таблице16.1. необходимо отметить, что первой операцией процесса цифрового кодирования аналогового ТВ сигнала является его дискретизация, которая представляет собой замену непрерывного аналогового сигнала U(t) последовательностью отдельных во времени отсчётов этого сигнала.
Кроме сокращения данных, повышается информационная плотность результирующего цифрового потока путем использования эффективного математического кода для его описания.
MPEG кодеры сокращают следующие видео данные:
· сокращается временная избыточность (кодируется только разностная информация).
· сокращается пространственная избыточность путем исключения мелких деталей там где при просмотре сюжета это визуально не заметно.
· сокращается незначащая часть данных цветности.
В таблице указан ряд уровней, то есть форматов кодирования, обеспечивающих указанное разрешение в телевизионном растре и соответствующее сокращение количества передаваемых данных и уменьшение скорости цифрового потока.
Процесс сокращения данных в процессе MPEG кодирования производится следующим образом. Прежде всего, в оцифрованном ТВ сигнале последовательно создается ряд опорных кадров (I, Intra frame).
Кадры состоят из макроблоков, представляющих собой небольшие фрагменты изображения размером 16 × 16 пикселов. Процессор MPEG-кодера анализирует текущие кадры и ищет идентичные или очень близкие макроблоки, сравнивая базовый и последующие кадры. В результате сохраняются только данные о различиях между кадрами, называемые вектором смещения (vector movement code). Макроблоки, которые не содержат изменений, игнорируются, и количество данных для передачи, таким образом, значительно снижается.
Для снижения влияния ошибок при передаче данных последовательные макроблоки объединяют в независимые друг от друга разделы (slices). В свою очередь каждый макроблок состоит из шести блоков, четыре из которых несут информацию о яркости (Y), а остальные 2 блока несут информацию цветоразностных сигналов (U/V). Размер блоков, как правило, 8*8 пикселей. Блоки являются базовыми единицами, над которыми осуществляются основные математические операции кодирования, например, дискретно-косинусное преобразование (ДКП), являющееся частным случаем двумерного преобразования Фурье, позволяющий провести замену массива отсчетов изображения соответствующего фрагмента на массив коэффициентов, соответствующих амплитудам частотных составляющих Фурье.
Возможность дальнейшего уменьшения скорости передачи двоичных символов при помощи ДКП основана: во-первых, на том, что корреляционные связи между коэффициентами ДКП значительно меньше, чем между элементами исходного изображения; во-вторых, на неравномерном распределении мощности ТВ сигнала по частотным составляющим и; в-третьих, на ограниченной способности человеческого зрения воспринимать изменения и искажения мелкой структуры изображения.
Все эти факторы позволяют уменьшать количество передаваемой информации путём отбрасывания тех частотных составляющих, для которых коэффициенты F(U,V), получаемые при выполнении ДКП, оказываются меньше заданного порога. Однако отбрасываемая информация оказывается несущественной для зрительного восприятия, а возникающие изменения и искажения изображения не снижают или почти не снижают его субъективно-восприимчивого качества. Таким образом, использование ДКП совестно с принципом передачи данных о различиях между кадрами, создаёт возможность уменьшения скорости передачи двоичных символов и, следовательно, требуемой ширины полосы частот канала связи.
Источник: megaobuchalka.ru