Тракт цифрового телевидения

В настоящее время большинство отечественных и зарубежных вещательных компаний переходят на цифровое вещание. Каковы достоинства цифрового сигнала перед аналоговым? Появляется возможность безъискаженной передачи сигналов по каналам связи, возможность передачи в полосе частот одного аналогового сигнала нескольких цифровых, возможность многоуровневого вещания (например прием на переносные телевизоры сигнала базового уровня, а на стационарные, подключенные к системам коллективного приема помимо базового - сигнала более высокого уровня, который будет дополнять базовый до ТВЧ), возможность организации вещания с платным доступом. При формировании программ телевизионного вещания преимущества цифровых сигналов неоспоримы. Это возможность многократной перезаписи сигнала без потери качества, а при монтаже передач, роликов, клипов возможности режиссера ограничиваются только его фантазией. Именно по этому практически вся видеотехника на крупных и малобюджетных телевизионных центрах цифровая.

На рисунке 9.1 показана структурная схема тракта цифрового телевидения. Цифровых преобразователей сигнал–свет и свет-сигнал не существует по этому в состав схемы входит аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи.

Рис. 9.1 Тракт цифрового телевидения

Для правильного аналого-цифрового преобразования в аналоговом сигнале необходимо установить размах сигнала и уровни белого и черного. Это происходит в блоке аналоговой обработки сигнала (БАОС). Аналого-цифровое преобразование производятся в два этапа: дискретизация – представление непрерывного сигнала в виде отсчетов амплитуда, которых равна амплитуде аналогового сигнала в момент отсчета и идущих с частотой дискретизации и квантование – предание отсчетам разрешенных уровней. Эти параметры описываются стандартами 4:2:2, 4:4:4, 4:2:0 или 4:1:1 (они будут описаны ниже).

Цифровой сигнал характеризуется скоростью данных S [бит/с]. Например, скорость данных цифрового сигнала стандарта 4:2:2 равна S1=216 Мбит/с. По критерию Найквиста для передачи такого сигнала необходима полоса частот 108 МГц. Понятно, что в такой форме передавать сигнал по каналам связи не выгодно, ведь по сравнению с аналоговым сигналом необходимая полоса частот увеличилась в 18 раз.

Для уменьшения скорости данных используются системы видеокомпрессии, которые работают за счет уменьшения избыточностей (см. ниже). Эффективность системы компрессии характеризуется коэффициентом компрессии, который равен отношению входной и выходной скоростей данных

К=S1/S2

Современные системы компрессии позволяют уменьшить скорость данных в 50 раз и более без заметного ухудшения качества, и именно они позволяют в полосе частот аналогового сигнала передавать несколько цифровых сигналов вещательного телевидения. В цифровом телевизионном вещании используется стандарт MPEG-2.

MPEG-2 описывает не только алгоритм сжатия, но и алгоритмы объединения нескольких цифровых потоков. Блок, в котором происходит компрессия входных данных, назовем блоком кодирования источника КИ.

Перевод сигнала в цифровую форму не значит его помехозащищенности. Ошибка в одном старшем разряде может привести к многократному изменению отсчета. Если не принять мер по исправлению этих ошибок, качество изображения на приемном конце будет неудовлетворительным. Помехоустойчивое кодирование возможно за счет внесения в цифровой сигнал избыточности, т.е. за счет увеличения скорости цифрового потока. Помехоустойчивое кодирование осуществляется в блоке ПК. Скорость на выходе кодера канала может превышать входную в 2 раза, но с учетом действия системы компрессии скорость данных на выходе ПК S3 во много раз меньше чем S1. В задачи кодера канала КК входит придание цифровому сигналу вида, удобного для передачи по каналу связи и оптимальный метод его модуляции. Первое можно объяснить тем, что спектр бинарного кода содержит постоянную составляющую, наличие которой в передаваемом сигнале не желательно. По этому необходимо использовать код, в спектре которого нет постоянной составляющей, например квазитроичный. С помощью оптимальных методов модуляции можно сэкономить на необходимой полосе пропускания. Широко используются многопозиционные виды модуляции, где каждая позиция модулированного сигнала несет информацию о нескольких символах.

В мире в настоящее время существуют три системы цифрового телевизионного вещания: ATSC, DVB и ISDB

В качестве канала связи КС может быть использована любая цифровая система передачи, удовлетворяющая параметрам выходного сигнала КК.

В канальном и помехоустойчивом декодерах КД и ПД происходит детектирование сигнала и исправление ошибок. Надо заметить, что исправление ошибок возможно в том случае, если их количество не превысило то, на которое рассчитан помехоустойчивый код. В противном случае произойдет полное разрушение принимаемого сигнала: канальный декодер будет исправлять ошибки, но неправильно, что приведет к искажению непораженных символов. Отсюда вывод: цифровые системы передач – пороговые. Или принимаем «все», пока помехоустойчивый код справляется с ошибками, или, в противном случае, «ничего».

Декодер источника ДИ производит процесс, обратный процессу в КИ, формируется цифровой сигнал стандарта 4:2:2. ЦАП формирует аналоговый сигнал.