Особенности передачи ТВ сигналов по каналам связи

Можно считать, что в настоящее время в мире завершается второй этап развития цифрового ТВ и идет реализация третьего этапа развития цифрового телевидения - создание полностью цифровых телевизионных систем. Это же касается и систем передачи цифровых потоков, как ТВ , так и потоков передачи данных любой природы по каналам связи

Главными требованиями к средствам передачи сигналов ТВЧ по каналам связи являются использование существующих каналов телевизионного вещания и обеспечение при этом высокой помехоустойчивости. Невыполнение первого их этих требований привело бы к необходимости менять сложившееся распределение частотных диапазонов по каналам, заменять передающие и приемные антенны, переходить к использованию более широкополосных передатчиков и радиочастотных трактов ТВ приемников. Цифровой телевизионный сигнал получается из аналогового телевизионного сигнала путём преобразования его в цифровую форму. Это преобразование включает следующие три операции:

1. Дискретизация во времени, т.е. замену непрерывного аналогового

сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени –

отсчётов или выборок.

2. Квантование по уровню, заключающееся в округлении значения

каждого отсчёта до ближайшего уровня квантования.

3. Кодирование (оцифровку), в результате которого значение отсчёта

представляется в виде числа, соответствующего номеру полученного уровня

квантования.

Все три операции выполняются в одном узле – аналого-цифровом

преобразователе (АЦП). В современной аппаратуре АЦП реализуется в виде

одной БИС. На входе АЦП подаются аналоговый сигнал и тактовые

импульсы, синхронизирующие моменты выборок. Выходные сигналы

образуют параллельный n-разрядный двоичный код, представляющий

получающееся в результате аналого-цифрового преобразования число.

Общие принципы построения системы цифрового телевидения.

Рис.16.6.

Источник аналоговых телевизионных сигналов формирует яркостный сигнал Е_Y и цветоразностные сигналы Е_R-Y, E_B-Y , которые поступают на АЦП, где преобразуются в цифровую форму. В следующей части системы, называемой кодером изображения или кодером видео, осуществляется эффективное кодирование видеоинформации с целью уменьшения скорости

передачи двоичных символов в канале связи.

Эта операция является одной из наиболее важных, так как без эффективного кодирования невозможно обеспечить передачу сигналов цифрового телевидения по стандартным каналам связи по той причине , что скорость передачи двоичных символов на выходе кодера MPEG-2 высокого уровня основного профиля все еще имеет большую величину - до 80 Мбит/с. Поэтому для передачи сигналов цифрового ТВ необходимо увеличивать эффективность использования полосы частот канала связи, что достигается применением более сложных методов модуляции несущей.

При передаче высокоскоростных цифровых потоков информации требуется выполнить условие, вытекающее из известного уравнения Шеннона, а именно, по каналу связи с шириной полосы пропускания ΔF можно передавать ΔF бит информации за 1 секунду. То есть эффективность использования полосы частот канала связи составляет 2 бит/с/Гц.

Следовательно, для передачи в последовательной форме цифрового телевизионного сигнала со скоростью передачи двоичных символов 216 Мбит/с ( без сжатия) необходим канал связи с шириной полосы 108 МГц.

Ясно, что ни стандартный канал наземного телевизионного вещания, имеющий ширину полосы 8 МГц, ни спутниковый канал связи, имеющий ширину полосы 27 МГц, непригодны для передачи цифрового телевизионного сигнала. Поэтому одной из важнейших задач в области цифрового телевидения была задача сокращения скорости передачи двоичных символов и, соответственно, требуемой полосы частот канала связи. Частично эту задачу решили рассмотренные выше системы цифрового сжатия, основанные на стандартах группы MPEG. Частично потому, что используя стандарт MPEG-2 мы получаем все еще большую скорость цифрового потока (табл.16.2) , тем более для телевидения высокой четкости HDTV , требующего профиля кодирования High, который не может быть напрямую передан по реальным линиям передачи.

Таблица 16.2

Специфика выбора тех или иных методов модуляции в системах цифрового телевидения обусловлена заданностью сетки каналов эфирного вещания, т.е. использованием уже существующих частотных планов. В разных странах доступными для ТВ вещания являются радиоканалы с полосами частот 6, 7 или 8 МГц. Цифровой поток различных служб, который должен передаваться в этих полосах в нормальных условиях также составляет в разных системах вещания около 20 Мбит/с и выше. Таким образом, при использовании канального кодирования для такой полосы частот, удельная скорость передачи должна составлять примерно 4 бит/(с·Гц) в полосе 6 МГц и 3 бит/(с·Гц) в полосе 7 или 8 МГц.

Но практически, необходимо учесть включение в тракт передачи фильтров, задающих коэффициент скругления спектра 25-35% (и обеспечивающих минимум потери энергии при передаче импульса), а также необходимость повышения скорости передачи данных за счет ввода символов кодовой защиты от ошибок, что также приводит к дополнительному повышению удельной скорости сверх приведенных теоретических значений. Поэтому задача обеспечения эффективного канального кодирования цифровых потоков, полученных от кодера MPEG-2, является очень важной.