камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
6.6 Уровни качества цифрового телевизионного вещания 1. TV стандартного разрешения (SDTV) – базовый уровень с разрешением, аналогичным аналоговому. Передачи SDTV могут идти в обычном (4:3) или широком (16:9) формате. 2. TV повышенного разрешения (EDTV) – это шаг вперед по сравнению с аналоговым телевидением. Вещание EDTV ведется широком формате 480p (16:9) или обычном (4:3) и обеспечивает лучшее качество изображения, чем SDTV, но не столь высокое, как HDTV. 3. TV высокого разрешения (HDTV) – разрешений широкого формата (16:9) обеспечивает наивысшее из всех форматов телевизионного вещания разрешение и качество изображения. В сочетании с цифровой технологией 126 повышения качества звучания, HDTV устанавливает для телевидения новые стандарты качества изображения и звука. Применение цифрового телевидения обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с аналоговым телевидением: повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов; уменьшение мощности передатчиков; существенное увеличение числа ТВ программ, передаваемых в том же частотном диапазоне; повышение качества изображения и звука ТВ приемниках; создание ТВ систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой четкости); расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры; передача в ТВ сигнале различной дополнительной информации; создание интерактивных ТВ систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу (например, видео по запросу); функция «В начало передачи»; архив ТВ-передач и Запись ТВ-передач; выбор языка и субтитров. Недостатки цифрового телевидения: резко ограниченная территория покрытия сигнала, внутри которой прием возможен. Но эта территория при равной мощности передатчика больше, чем у аналоговой системы; замирания и рассыпания картинки на «квадратики» при недостаточном уровне принимаемого сигнала. Оба «недостатка» являются следствием преимуществ цифровой передачи: цифровой сигнал принимается качественно на 100 % или не принимается вовсе. 127 Зачем переходить на цифровое телевидение Аналоговое вещание имеет ограничение четкости в 480p, из-за чего на современных телевизорах оно показывает в низком качестве. Цветовое эфирное телефидение транслирует в более высоком разрешении 720p и качество изображения более высокое. Рис. 6.2 – Различие по качеству передачи аналогово и цифрового телевидения С 2019 года произошло полное отключение аналогового вещания федеральных каналов, и они будут доступны только в цифровом формате. Ввиду перехода на более современное телевидение, которое уже подключено у многих, поддержка менее качественного формата вещания не имеет смысла. Цифровое ТВ работает по такому же принципу, что и аналоговое вещание – сигнал от вещателя через наземные ретрансляторы распространяется по местности, и принимается антеннами. У него есть отличительные характеристики, а именно: Рабочий диапазон вещания. Цифровое телевидение работает в UHF- диапазоне. Цифровой стандарт. Передаваемое изображение предварительно сжимается в двоичный код и для вывода в привычном виде необходим дешифратор. Эфирное телевидение работает в стандарте DVB-T2, что очень важно знать при выборе декодера. 128 HD-качество. У изображения в цифре более высокое разрешение, которому должна соответствовать матрица экрана. В остальном принцип работы полностью повторяет таковой для аналогового формата. С технической стороны у схемы цифрового эфирного ТВ есть несколько отличий от аналогового вещания: 1. Высокое качество изображения. Это касается как формата, так и четкости. 2. Дециметровый стандарт вещания. Для приема сигнала цифрового ТВ требуется антенна, работающая в дециметровом диапазоне. Она принимает сигналы с длиной излучения от 10 до 100 см, что соответствует частотному диапазону от 0.3 – до 3 ГГц. Приемник аналогового сигнала не подойдет и потребуется купить новую антенну. 3. Кодирование сигнала. По причине технической сложности передачи информации на высокой скорости в беспроводном режиме цифровое изображение предварительно кодируется в DVB-T2 формат, в котором в сжатой форме отправляется на ретранслятор. Полученный антенной цифровой сигнал требуется предварительно декодировать. В современных телевизорах для этого присутствует ТВ-тюнер с внешним разъемом DVB-T2. При его отсутствии требуется промежуточное устройство. В качестве него используется цифровой ресивер (приставка). Узнав принцип работы можно рассмотреть, какой цифровое ТВ лучше. 129 Рис 6.3 Принципы передачи при аналоговом и цифровом способе вещания Исходя из характеристики цифрового телевидения, можно составить список необходимых устройств для подключения: УКВ-антенна. Приемник должен принимать и передавать на кабель качественный сигнал, поступающий излучением дециметровых волн. Это может быть только цифровая или всеволновая антенна. T2-тюнер. Устройство расшифровки двоичного сигнала в привычный вид для последующего вывода на экран. Телевизор. Для просмотра эфирного телевидения в HD-качестве разрешение его экрана должно соответствовать или превышать 720 пикселей. 6.7 Стандарт DVB DVB (Digital Video Broadcasting) – семейство стандартов цифрового телевидения разработанных консорциумом DVB и стандартизированных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов.Стандарты разработаны для различных способов передачи цифрового сигнала: 130 наземного (фиксированного и мобильного), спутникового, кабельного (как классического, так и IPTV). В 1994 году были приняты основные положения стандарта DVB-С (C - Cable – кабель, т.е. стандарт цифрового телевизионного вещания по кабелю), и стандарта DVB-S (S – Satellite – спутник, т.е. стандарт спутникового цифрового телевизионного вещания). Работа над стандартом наземного (т.е. обычного, эфирного) телевизионного вещания DVB-Т (Terrestrial – наземный), была закончена позже, в 1996 году. В таблице 5.2 приведена краткая классификация стандартов DVB. Таблица 6.3 Описание стандартов цифрового ТВ Название группы Описание DVB-S Передача компрессированного видео и аудио через ИС3. DVB-S2 То же, что DVB-S, с возможностью использовать дополнительные типы модуляции с увеличением пропускной способности канала связи в несколько раз. DVB-C Передача компрессированного видео и аудио, а также дополнительной информации через кабельные телевизионные сети. DVB-T Передача компрессированного видео и аудио, а также дополнительной информации через сети наземного эфирного телевидения (стационарный прием). DVB-T2 То же, что DVB-T, с использованием новых режимов модуляции и канального кодирования, что увеличивает пропускную способность канала связи по сравнению с DVB-T в два раза. Данный стандарт не совместим с DVB-T. DVB-H То же, что DVB-T, только для подвижного приема (на сотовые телефоны). DVB-IPDC Способ представления информации для мобильного телевидения DVB-H (в общем случае – для передачи по сетям IP). При внедрении семейства стандартов DVB реализуются следующие преимущества: 131 1) Существенная экономия частотного ресурса. В одном физическом канале размещаются 4-8 (16) ТВ программ, это означает, что для передачи 60-ти программ потребуется всего около 10-ти каналов. 2) Существенно повышается качество транслируемых программ. Действительно, трансляция аналоговых сигналов неизбежно влечет за собой снижение их качества в части неизбежного накопления искажений (шумы, интермодуляционные искажения, фоновая помеха, наводимые сигналы, кросс-модуляция и т.д.). Цифровые же сигналы сохраняют свое качество вне зависимости от протяженности магистрали. 3) Появляется возможность значительно увеличить зону обслуживания СКТ за счет более низкого шумового порога (обычно в пределах 26...36 dB). Расчеты показывают, что возможно увеличение зоны обслуживания в 10 и более раз. 4) Появляется возможность эффективного кодирования пакетов программ, сформированным по тем или иным экономическим соображениям, что позволяет операторам СКТ получать дополнительные прибыли за счет формирования платных каналов. Распоряжением Правительства РФ от 3 марта 2012 года единственным для России стандартом эфирного наземного цифрового телевидения является только DVB-T2. Решением Государственной комиссии по радиочастотам для вещания стандарта DVB-T2 приняты к использованию радиочастоты метрового (174-230 МГц) и дециметрового диапазонов частот (470-790 МГц) на 6-12 и 21-60 каналах соответственно. В России РТРС (Российская телевизионная и радиовещательная сеть) в стандарте DVB-T2 предоставляет первый мультиплекс (РТРС-1) и готовит к запуску второй мультиплекс (РТРС-2). Мультиплексы являются бесплатными, не закодированными и открытыми для приема. С 5 июня 2013 года в г. Хабаровске осуществляется вещание программ первого мультиплекса в стандарте DVB-T2. В составе первого мультиплекса 10 телевизионных и 3 радиовещательных программы 132 (Первый канал, НТВ, Россия-1, Россия-2, Вести-24, Россия-К, Петербург 5- ый канал, Карусель, ОТР, ТВ-Центр). Основные характеристики стандарта DVB-T диапазон рабочих частот – 470–862 МГц.; выходная мощность передатчиков – 10..10 000 Вт.; ошибки BER - 10 -11 …-10 -13 ошибки MER, db < 35. Главным преимуществом стандарта DVB-T2 (T2) по сравнению с DVB- T1 (T1) является то, что на одной несущей передатчика можно будет передавать три программы телевидения высокой четкости и дополнительные независимые каналы физического уровня PLP. Таким образом, количество передаваемых каналов увеличится. Мощность передатчиков снизится в 5–8 раз. Увеличивается QAM до 256. Полоса приема телевизоров останется прежней – 8 МГц. На рисунке 6.4 представлена стандартная схема ЦТВ. В ней показаны блоки перевода из аналогового сигнала в цифровой с помощью АЦП. Процедуры сжатия информации кодирования реализуются устройствах – кодеках аудио и видео информации. Процедуры помехоустойчивого кодирования – кодек модулятора. Все процедуры в обратном порядке производятся на приемной стороне. Единственный элемент в ЦТВ, который имеет особое назначение – это мультиплексор. 133 Рис. 6.4 Структурна схема цифровой телевизионной системы На рисунке 6.5 показан пример: 1. Сначала формируется сигнал на федеральном уровне. На этом этапе задействуется Мультиплексор, Шлюз и Передатчик. Передатчик подключен к спутниковой антенне. 2. Через систему спутников сигнал ЦТВ передается на вещания сигналов цифрового телевидения региональный сегмент. Антенны регионального сегмента получают сигнал от спутников и транслирую его через наземный сегмент, используя либо проводные (оптические кабели) или беспроводные технологии. 134 Рич. 6.5 Схема вещания сигналов цифрового телевидения Особенности передачи телевизионного сигнала Международный союз электросвязи (МСЭ, ITU) – международная организация, определяющая рекомендации в области телекоммуникаций и радио, а также регулирующая вопросы международного использования радиочастот (распределение радиочастот по назначениям и по странам). Основан как Международный телеграфный союз в 1865 году, с 1947 года является специализированным учреждением ООН. В МСЭ входит 193 страны и более 700 членов по секторам и ассоциациям (научно-промышленных предприятий, государственных и частных операторов связи, радиовещательных компаний, региональных и международных организаций). Подразделения МСЭ ITU-T (МСЭ-Т) – Сектор стандартизации электросвязи. ITU-R (МСЭ-Р) – Сектор радиосвязи. 135 ITU-D (МСЭ-Д) – Сектор развития электросвязи класс A: национальные министерства и ведомства связи; класс B: крупные частные корпорации, занимающиеся связью; класс C: научные организации и предприятия, производящие оборудование связи; класс D: международные организации, в том числе международная организация по стандартизации (ISO). «Рекомендации» ITU-R: 1. «Кодируемые параметры цифрового телевидения для студий» 2. «Формат для цифровых раздельных сигналов в 525- и 625-строчных телевизионных системах, действующих на уровне 4:2:2 рекомендации ITU-R ВТ. 601-1». 3. Базовая частота иерархии цифровых стандартов – 3,375 МГц. 4. Частота дискретизации для яркостного сигнала – 3,375 х 4 = 13,5 МГц. 5. Частота дискретизации для цветоразностных сигналов – 3,375 х 2 = 6,75 МГц. 6.8 Модели кодирования сигналов Рассмотрим некоторые модели кодирования сигналов: 4:2:2, 4:4:4, 4:1:1, 4:1:0 Рис.6.6 Модель кодирования сигналов 136 Первая цифра показывает, какое количество сигналов советует яркостной составляющей – сигналу Y. Две последних цифры – цветоразностным составляющим – сигналам Cr, Cb. Модель дискретизации 4:2:2 (2:1:1) Рис. 6.7 Модель дискретизации 4:2:2 (2:1:1) Частота дискретизации цветоразностных сигналов (6,75 МГц) в два раза ниже частоты дискретизации яркостного сигнала (пропуск каждого четного отсчета). Кодирование компонентного видеосигнала Рис. 6.8 Кодирование компонентного видеосигнала (4:2:2) Скорость передачи данных С= n х Fd, где n – длины кодового слова, Fd – частота дискретизации. Скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала: 137 С=10 х 13,5 + 10 х 6,75 + 10 х 6,75 = 270 Мбит/с. Модель дискретизации 4:4:4 (1:1:1) Рис. 6.9 Модель дискретизации 4:4:4 (1:1:1) Частоты дискретизации яркостного и цветоразностных сигналов равны (13,5 МГц). Кодирование компонентного видеосигнала Рис. 6.10 Кодирование компонентного видеосигнала (4:4:4) Скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала: С=10 х 13,5 + 10 х 13,5 + 10 х 13,5 = 405 Мбит/с. 138 Модель дискретизации 4:1:1 Рис. 6.11 Модель дискретизации 4:1:1 Частота дискретизации цветоразностных сигналов (3,375 МГц) в четыре раза ниже частоты дискретизации яркостного сигнала (выборка на каждый четвертый отсчет). Кодирование компонентного видеосигнала Рис. 6.12 Кодирование компонентного видеосигнала (4:1:1) Скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала: С=10 х 13,5 + 10 х 3,375 + 10 х 3,375 = 202,5 Мбит/с. Модель дискретизации 4:2:0 139 Рис. 6.13 Модель дискретизации 4:2:0 Число отсчетов сигналов цветности уменьшено в два раза не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлениях Кодирование компонентного видеосигнала Рис. 6.14 Кодирование компонентного видеосигнала (4:2:0) Скорость передачи цифрового компонентного видеосигнала: С=10 х 13,5 + 10 х 6,75 + 10 х 0 = 202,5 Мбит/с. 6.9 Стандартизация Главный в мировом масштабе орган, принимающий и утверждающий стандарты в различных областях деятельности людей – ISO (International Standart Organization, Международная организация по стандартизации), объединяющая национальные комитеты по стандартизации более 100 стран мира. Стандарты в области информационных технологий принимаются созданным ISO и Международной Электротехнической Комиссией 140 (International Electrotechnical Comission, IEC) совместным комитетом ISO/IEC JTS1. Еще один международный орган, занимающийся стандартизацией в области телекоммуникаций – Международный Союз Электросвязи (International Telecommunication Union, ITU). Стандартизацией в телевидении занимается сектор ITU-R (R – radio). Системы компрессии MPEG – Moving Picture Experts Group (группа экспертов по кодированию движущихся изображений). Стандарт MPEG -1 (1993 год) – Кодирование изображения и звука при скоростях цифрового потока компрессированных данных до 1,5Мбит/с. Международный стандарт MPEG-2 (ISO/IES 13818) – 1994 год. Особенности нового поколения телевизионных систем Существенное сужение полосы частот цифрового телевизионного сигнала, достигаемое с помощью эффективного кодирования, то есть сокращения избыточности изображений, и возможность передавать 4 и более программ телевидения обычной четкости или 1 – 2 программы ТВЧ по стандартному телевизионному каналу с шириной полосы частот 6…8 Мгц. Единый подход к кодированию и передаче телевизионных сигналов с различной четкостью изображения: видеотелефон и другие системы с уменьшенной четкостью, телевидение обычной четкости. Интеграция с другими видами информации при передаче по цифровым сетям. Обеспечение защиты передаваемых телевизионных программ и другой информации от несанкционированного доступа, что дает возможность создавать системы платного ТВ – вещания. Краткие итоги лекции 6 Цифровое телевидение в своем развитие прошло несколько этапов. В настоящее время существуют следующие основные стандарты: DVB (Digital Video Broadcasting, Цифровое Телевизионное Вещание) – европейский стандарт цифрового телевидения. 141 ATSC (Advanced Television Systems Committee, Комитет Усовершенствованных Телевизионных Систем) – американский стандарт цифрового телевидения. ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting, Встроенные Сервисы Телевизионного Вещания) – японский стандарт цифрового телевидения; DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, Цифровое Наземное Мультимедийное Вещание) DMB-T/H – эфирное/мобильное – китайский стандарт цифрового телевидения. Уровни качества цифрового телевизионного вещания: TV стандартного разрешения (SDTV) – базовый уровень с разрешением, аналогичным аналоговому. Передачи SDTV могут идти в обычном (4:3) или широком (16:9) формате. TV повышенного разрешения (EDTV) – это шаг вперед по сравнению с аналоговым телевидением. Вещание EDTV ведется широком формате 480p (16:9) или обычном (4:3) и обеспечивает лучшее качество изображения, чем SDTV, но не столь высокое, как HDTV. |