Цифровое телевидение (DTV) и стандарт HDTV: принципы работы и преимущества

Внедрение и стандартизация цифрового телевидения. Разработка цифрового телевидения (DTV – Digital Television) велась с ключевой целью – радикально повысить качество телевизионного изображения по сравнению с аналоговыми стандартами. В Соединенных Штатах для надзора за развитием соответствующих стандартов был основан Комитет по современным телевизионным стандартам (ATSC – Advanced Television Systems Committee). В Европе аналогичные задачи решала специально созданная группа Цифровое видеоизображение (DVB – Digital Video Broadcasting), что привело к формированию двух основных конкурирующих стандартов для разных регионов мира.

Ключевые преимущества цифровой передачи сигнала. Основное преимущество DTV заключается в применении стандартных методов передачи и обработки цифровых сигналов к телевизионному вещанию. Благодаря этому помехи, в отличие от аналогового формата, не вызывают искажений картинки или появления «снега» на экране. Существующие мощные методики коррекции ошибок позволяют обнаруживать и заменять искаженные в процессе передачи данные. Ошибки определяются и исправляются с помощью расчетов, основанных на анализе получаемого изображения и специальных контрольных данных.

Принципы работы и кодирование сигнала. Цифровое телевидение (DTV) подразумевает передачу, прием и последующее отображение телевизионного сигнала в цифровой форме на специализированном приемнике. Цифровой сигнал может передаваться через эфир (радиосигнал), по кабельным сетям или с использованием спутниковых систем связи. Перед передачей цифровые данные подвергаются кодированию для сокращения занимаемой полосы пропускания, то есть сжатию. Следовательно, в принимающем устройстве обязательно присутствует декодер для восстановления исходного сигнала. Например, для передачи сигнала телевидения высокого разрешения (HDTV – High-Definition Television) требуется поток данных со скоростью 19,3 Мбит/с.

Качество изображения и звука в HDTV. Телевидение высокого разрешения (HDTV) обеспечивает исключительно высокое качество изображения, дополненное системой шумоподавления Долби для звука формата AC-3, качество которого сопоставимо с аудио с компакт-дисков. Стандарт HDTV использует максимальные для цифрового телевидения разрешения: 720 или 1080 строк, при этом каждый кадр содержит не менее двух миллионов пикселей. Соотношение сторон экрана (ширины к высоте) составляет 16:9 (или 1,78:1), что создает эффект широкоэкранного кинематографического изображения.

Форматы и системы развертки в HDTV. Наиболее распространенными в HDTV являются форматы: 480i (640×480 пикселей, чересстрочная развертка), 480р (640×480 пикселей, прогрессивная развертка), 720р (1280×720 пикселей, прогрессивная развертка) и 1080i (1920×1080 пикселей, чересстрочная развертка). Термины «чересстрочная развертка» и «прогрессивная развертка» обозначают методы построения изображения. При чересстрочной развертке сначала прорисовываются нечетные строки, затем четные, что может вызывать мерцание на больших экранах. Прогрессивная развертка, при которой строки выводятся последовательно, дает более гладкую картинку, но требует более широкой полосы пропускания.

Методы сжатия данных и стандарт MPEG-2. Хотя HDTV потенциально требует широкой полосы пропускания, применение методов сжатия данных значительно снижает эти требования. В цифровом телевидении повсеместно используется стандарт MPEG-2. Этот стандарт сокращает объем передаваемых данных, заменяя длинные последовательности битов специальными кодами, аналогично методам, используемым в факсимильной связи. Применение такой схемы кодирования позволяет уменьшить объем данных в соотношении до 55:1, передавая только информацию, относящуюся к изменениям в изображении.

Интеллектуальное кодирование и перспективы формата. Метод кодирования MPEG-2 позволяет отделить данные, относящиеся к наиболее значимым частям изображения, от второстепенных деталей. Менее важные элементы могут быть отброшены при недостаточной пропускной способности канала. В последующих кадрах передаются в приоритетном порядке любые изменения изображения. MPEG-2 является промышленным стандартом для DVD-дисков и систем спутникового вещания. Хотя сжатие незначительно снижает качество по сравнению со студийным исходником, оно эффективно использует особенности человеческого зрения, отбрасывая малозаметные детали, а итоговое качество многократно превосходит аналоговое телевидение. Широкое использование MPEG-2 также обеспечивает совместимость телевизоров HDTV с компьютерными мультимедийными приложениями.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Шемякин А. Н., Прудыус А. С. и др.

Источник: Публикации представляет собой компиляцию из открытых источников, описывающих принципы работы ранних систем беспроводной связи (DECT, PACS, PHS). Устройство, монтаж и эксплуатация контактной сети и высоковольтных линий электропередачи

Публикации предназначены для подготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих электроснабжение железных дорог, студентов и начинающих специалистов в области телекоммуникаций, радиотехники и электроники.