Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Концепция построения цифровых телевизионных систем



Системы цифрового телевизионного вещания не могут обойтись без компрессии. Ведь если это ТВЧ, то оцифрованное изображение имеет скорость потока данных порядка 1 Гбит/с, а чтобы передать такой поток в канале связи с полосой частот 8 МГц, необходимо добиться удельной скорости передачи более 113 (бит/с)/Гц. Барьер Найквиста (2 бит/с)/Гц, как известно, преодолеть можно, но для этого следует повышать отношение сигнал-шум до огромных величин, что в наземном телевидении просто невозможно. Поэтому во всех цифровых телевизионных системах используется видеокомпрессия, позволяющая уменьшить скорость передачи данных до 40 раз.

Концепция построения систем наземного цифрового телевизионного вещания отвечает принципу модульности. В их структуре можно выделить три подсистемы, выполняющих кодирование источника, формирование транспортного потока, канальное кодирование и модуляцию (рис. 8.21).

Целью кодирования источника является компрессия данных телевизионного изображения и звука. При формировании транспортного потока цифровой телевизионной системы используется синтаксис, т.е. набор правил обработки сигналов транспортного потока стандарта MPEG-2 для пакетизации потоков видео, звука и дополнительных данных. Формируемые транспортные пакеты имеют фиксированную длину 188 байтов, которая считается оптимальной для условий передачи сигналов телевизионного вещания.

В подсистеме канального кодирования и модуляции транспортный поток данных трансформируется в радиосигнал.

К настоящему времени разработано три стандарта цифрового наземного телевидения. Одним из первых внедренных в эксплуатацию является разработанный в США стандарт цифрового телевизионного вещания ATSC (Advanced Television Systems Committee - Комитет по усовершенствованным системам телевидения). В значительной степени стандарт ATSC представляет собой подмножество стандарта MPEG-2. Стандарту MPEG-2, в частности, соответствуют подсистемы кодирования источника и транспортного мультиплексирования. В стандарте ATSC используется многоуровневая амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой - 8-VSB.

Стандарт ATSC не регламентирует форматы входных цифровых сигналов изображения, которые могут применяться при производстве телевизионных программ. Но в стандарте приводятся некоторые принятые в США форматы, которые могут использоваться в качестве входных для выполнения компрессии (табл. 8.2).‘В будущем могут использоваться сигналы и других форматов.

Стандарт ATSC основывается на подмножестве MPEG-2, определяемом как высокий уровень основного профиля MPEG-2 MP@HL. Это подмножество включает форматы с числом активных строк до 1152 и числом элементов в активной части строки до 1920, причем скорость потока компрессированных данных не должна превышать 80 Мбит/с. Параметры стандарта ATSC находятся в пределах этих ограничений. Это означает, что декодеры, отвечающие требованиям MPEG-2 MP@HL, должны декодировать поток данных, образованный в соответствии со стандартом ATSC (но обратное не является обязательным). В табл. 8.3 приведены форматы компрессии, в соответствии с которыми компрессируются и передаются данные стандарта ATSC.

В Европе в рамках консорциума DVB Project (Digital Video Broadcasting ' Project - проект цифрового видеовещания) разработаны стандарты DVB, которые применяются в системах цифрового аудио-и видеовещания и передачи данных по спутниковым, кабельным и наземным сетям и определяют соответствующие системные рекомендации для кабельного (DVB-С), наземного (DVB-Т) и спутникового (DVB-S) телевизионного вещания, а также для микроволнового многоточечного распределения (сотового телевидения).

Таблица 8.2. Допустимые параметры изображения стандарта ATSC

Параметры Стандарты
SMPTE 274М SMPTE S17.392 МСЭ-Р ВТ.601-4
Число активных строк
Число активных эле­ментов в строке

 

Таблица 8.3. Разрешенные форматы компрессии стандарта ATSC

Число активных строк Число элементов в активной части строки Формат изображения Частота кадров, Гц Разложение
16:9 24, 30 24, 30, 60 24, 30, 60 Построчное Прогрессивное Построчное Построчное
16:9
4:3, 16:9 24, 30, 60 Прогрессивное Построчное Прогрессивное
4:3

 

В настоящее время членами консорциума DVB Project являются вещатели, изготовители оборудования, провайдеры услуг, операторы сети и регулирующие органы (всего около 200 организаций из 30 стран), нацеленные на проектирование глобального семейства стандартов для распределения сигналов цифрового телевидения.

Приступая к разработке системы эфирного (наземного) цифрового вещания, консорциум DVB Project определил следующие требования к ее стандарту:

- стандарт должен поддерживать концепцию контейнера данных и возможность переносить любые типы данных - телевидение стандартной (обычной) четкости, ТВЧ, звук, любую их комбинацию в пределах емкости контейнера;

- стандарт должен обеспечивать высокую помехозащищенность, максимальную гибкость использования спектра с возможным обменом емкости канала связи на размеры зоны обслуживания, возможность передачи служебных таблиц, телетекста, ввод данных системы условного доступа, т.е. реализацию системы платного телевидения;

- стандарт должен быть максимально унифицирован со стандартами на спутниковую и кабельную системы передачи с целью удешевления производства многостандартных декодеров;

- стандарт должен допускать обслуживание с существующих передающих центров и прием на уже используемые антенны;

- должен поддерживаться прием на комнатные антенны и переносимые телевизоры;

- стандарт должен поддерживать работу в одночастотной сети;

- приемник должен иметь выход цифровых данных для выделения сигналов дополнительных служб, желательно наличие модема для организации канала взаимодействия.

Таким образом, стандарт DVB-Т описывает контейнер, приспособленный для доставки пакетированных данных в условиях наземного (Terrestrial) телевидения. Для стандарта DVB-Т ни содержание контейнера, ни происхождение данных не имеют значения, он лишь приспосабливает выходные данные транспортного мультиплексора MPEG-2 к свойствам и характеристикам канала передачи наземного телевизионного вещания, стремясь наиболее эффективно донести их к приемнику. То есть, стандарт определяет структуру передаваемого потока данных, систему канального кодирования и модуляции для мультипрограммных служб наземного телевидения. Отличительной особенностью DVB-Т как контейнера для передачи транспортных потоков MPEG-2 является гармоничное сочетание системы канального кодирования и способа модуляции OFDM.

Основное отличие японского цифрового стандарта ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting - цифровое вещание с интеграцией служб) заключается в том, что интеграция различных телекоммуникационных служб является первоочередной целью, вытекающей из анализа роли телевидения в жизни японского общества. Поэтому телевизор ISDB будет использоваться для цифрового телевидения стандартной и высокой четкости, для цифрового радиовещания, а также для передачи сигналов цифрового телевидения и радиовещания в разнообразных комбинациях и в сочетании с текстом, статическими изображениями, графикой и другими данными, такими, например, как компьютерные программы [37].

В стандарте ISDB планируется передача дополнительных данных для создания электронного путеводителя по телевизионным программам.

В техническом отношении в стандарте ISDB концепция передачи данных является общей для различных вещательных сред, таких, как спутниковое, наземное и кабельное телевидение. Стандарт ISDB интегрирует сигналы изображения, сигналы звука и информацию дополнительных служб, передавая их в одном канапе связи одновременно, но способ модуляции и параметры кодирования могут устанавливаться независимым образом для сигнала каждой службы. Это помехоустойчивая и гибкая схема, пригодная для работы с данными разных прикладных служб в различных условиях прохождения радиосигналов.

В стандарте ISDB обеспечивается одновременная передача данных разных служб. Эти службы весьма различны, отличаются и требования разных служб к передаче данных. Для ТВЧ требуется большая скорость потока передаваемых данных. Для большинства служб звукового вещания и передачи данных основное требование - мобильный прием на портативные переносные приемники в условиях одночастотных сетей. Для передачи компьютерных программ необходима высокая надежность и защита от возможных помех и шумов канала связи. Однако разработчики концепции вещания с интеграцией служб исходят из того, что общая система передачи, обеспечивающая работу широкого круга служб (от передачи данных и звукового вещания до ТВЧ, включая мультимедиа службы), более предпочтительна, чем множество систем, разработанных для различных служб. Среди аргументов в пользу общей системы - более эффективное использование частотного диапазона.

В качестве способа передачи данных в системе наземного вещания с интеграцией служб выбрано частотное уплотнение с ортогональными несущими - OFDM. Однако стандарт ISDB-Т не копирует DVB-T.

Концепции вещания с интеграцией служб ISDB-Т в наибольшей степени отвечает частотное уплотнение с ортогональными несущими, которые объединены в группы, называемые сегментами. Таким образом, физический канал передачи складывается из некоторого числа сегментов BST (Band Segmented Transmission Segments), в соответствии с чем способ передачи данных, используемый в стандарте ISDB-Т, получил обозначение BST-OFDM. Несколько сегментов могут объединяться в группы, называемые слоями, которые образуют логические каналы связи в рамках одного физического канала. В одном канале может передаваться до трех слоев в одно и то же время. Иерархическая передача достигается передачей слоев с различными способами модуляции и параметрами кодирования, которые отвечают требованиям к передаче данных, переносимых отдельным слоем. Допускается изменение способа модуляции несущих, скорости внутреннего кода, интервала временного перемежения. Гибкое использование схем модуляции и канального кодирования - важное свойство стандарта вещания ISDB. Исследование разработчиков стандарта ISDB показали, что 13 сегментов оказывается достаточным для всех потенциальных сфер применения цифрового телевизионного вещания с интеграцией служб.

Реализация принципа иерархической передачи данных позволяет осуществить самые разные варианты конфигурации стандарта ISDB-Т. Например, один сегмент может отводиться для передачи радиопрограмм или данных, которые будут приниматься на переносной радиоприемник, а остальные сегменты для передачи сигнала ТВЧ, который будет приниматься стационарным телевизионным приемником, т.е. допускается передача цифрового потока в нескольких полосах частот. В типичной конфигурации ISDB-Т для ТВЧ отводится 10 сегментов, а для телевидения обычной четкости или для мобильного приема - 3 сегмента. При этом каждый поток передается со своей скоростью и защитой от ошибок. Прием и декодирование данных лишь одного слоя позволяет реализовать так называемый «парциальный прием», т.е. частичный. Независимо от того, реализуется или нет иерархическая передача, в одном физическом канале передаются данные одного транспортного потока MPEG-2.






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 155; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.09 с.) Главная | Обратная связь