технические науки/6. электротехника

Ткаченко А.П., Лебедева Е.Ю., Чжао С. (Китай)

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Современная классификация систем вещательного телевидения

 

Электронное вещательное телевидение ведет свой отсчет с 1942 г., когда в США был принят стандарт ТВ с параметрами разложения изображения 525/60/2:1/4:3, а в СССР – 625/50/2:1/4:3 в 1945 г., именуемые в настоящее время системами ТВ стандартной четкости – ТСЧ (SDTV) (рисунок 1) и различающиеся по многим параметрам. Обозначаются эти системы латинскими буквами от А до N, из которых используются сейчас D, I, K, K1, L; B, G, H и M, N с шириной полосы частот радиоканала вещательного ТВ

                                       (1)

где     – полоса частот, занимаемая радиосигналом изображения (РСИ);

 – полоса частот, занимаемая радиосигналом звукового сопровождения (РСЗИ);

 – защитный интервал между ТВ каналами.

Для указанных выше трех групп стандартов  равна 8, 7 и 6 МГц соответственно [1]. При этом РСИ формируется методом амплитудной модуляции с частичным подавлением одной боковой полосы (АМ-ЧП ОБП), а РСЗИ – методом частотной (в L – амплитудной) модуляции.

В совместимых (с черно-белым ТВ) системах цветного ТВ (NTSC – 1953 г., США и PAL, SEKAM – 1967 г., Европа, СССР и др. страны) сигналы яркости  и два цветоразностных (ЦРС) – ,  передаются в виде композитного полного цветового ТВ сигнала [2]

                                                (2)

где  – сигнал цветности, т.е. поднесущая тем или иным способом

Рисунок 1 – Классификация систем вещательного ТВ

Рисунок 1 – Классификация систем вещательного ТВ (продолжение)

 

промодулированная одним или двумя ЦРС (в зависимости от системы ЦТВ);

– сигнал цветовой синхронизации.

Большим достижением явилось то, что сигнал (2) передается в той же полосе частот (8, 7 или 6 МГц), что и сигнал черно-белого ТВ.

Системы телевидения повышенного качества – ТПК (EDTV), к которым относятся системы семейства MAC, PALplus и SEKAMplus, были рассчитаны на передачу в стандартном спутниковом канале (MAC) и по наземным линиям связи без расширения полосы частот.

В стереоцветном телевидении существует много предложений, позволяющих в полосе  передавать не три, а шесть сигналов, т. е. по три с позиций левой и правой камер соответственно. Только у первого автора этого доклада имеется четыре изобретения – авторские свидетельства на способы и устройства передачи сигналов стереоцветного ТВ в полосе частот  стандартного телевизионного канала [1].

Переход на цифровое ТВ вещание стал возможным благодаря колоссальным успехам в ряде областей, прежде всего, в области уменьшения избыточности в цифровом сигнале с 270 Мбит/с (при формате 4:2:2 и 10-ти разрядном кодировании) до 4-5 Мбит/с при MPEG-2 и даже 2-2,5 Мбит/с на одну ТВ программу при MPEG-4. Достижения микроэлектроники позволили реализовать цифровые устройства по обработке сигналов в микроэлектронном исполнении; многопозиционные виды модуляции обеспечили передачу одним радиосимволом от 4 до 8 бит информации, применение которых уменьшило символьную скорость и, как следствие, позволило «вписать» цифровой поток в стандартный ТВ радиоканал; успехи в программном обеспечении привели к реализации ряда операций над сигналами (данными) не аппаратной, а программной. Все это в совокупности и позволило передавать 5-6 цифровых ТВ программ в стандартном наземном ТВ канале  или 10-12 программ (при использовании стандарта сжатия MPEG-4), а в спутниковом ТВ – до 10-20 программ [3-6].

Преимущества цифрового ТВ общеизвестны. Обсуждаются те из них, которые представляют большой интерес не для пользователей, а для общества в целом, т. е. страны, государства – экономия радиочастотного ресурса в
(5-6)÷(10-12) раз и энергопотребления (в десятки раз).

Вещание по системе ТВ высокой четкости – ТВЧ (HDTV) по стандарту разложения изображения 1125/60/2:1/16:9 было начато давно в Японии в аналоговом виде по спутниковым каналам. С 1998 г. США начали переход на цифровое ТВ вещание с числом строк 720 и 1125 (HDTV) при различных видах разверток – чересстрочной (i) и построчной (прогрессивной) (p) с  разным количеством полей и кадров (см. рис. 1).

В соответствии с рекомендацией  ITU-R BT.709-3 вводится единый стандарт для производства и международного обмена ТВЧ [3,4].  Основное применение единого стандарта ТВЧ – видеосъемка и телекинопроизводство. В стандарт включены новые значения частоты кадров при прогрессивной развертке, в том числе частота 24 Гц, которая используются в кинематографии. Применение этой частоты существенно облегчает телекинопроектор, используемый для демонстрации кинофильмов по ТВ, что весьма существенно для США, где в ТВ принята частота кадров fк=30 Гц (при частоте полей 60 Гц), и практически не имеет значения для стран Европы и большинства других стран (fк=25 Гц). Для транспортировки изображений, сформированных прогрессивным способом, можно применять канал передачи прогрессивных кадров (p) либо канал передачи сегментных кадров (psf). Для распространения изображений, сформированных чересстрочным способом применяется канал передачи чересстрочных полей. Термин «сегментный кадр» означает, что изображение сформировано прогрессивной разверткой, а передается в виде двух сегментов, один из которых содержит нечетные строки изображения, а другой – четные. В странах Европы цифровое ТВ вещание было начато по стандарту DVB-Т, а затем и C, S, S2, H и SH с разложением изображения на 625 строк, т. е. SDTV. При этом считалось, что HDTV для европейских стран еще большая роскошь. Однако с 2006 г. во многих странах Европы и в Российской Федерации начато не только тестовое, но и регулярное HDTV вещание с разложением изображения на 1250 строк.

Рассматриваются как традиционные, так и нетрадиционные каналы для распределения пользователям цифровых ТВ программ. Производится анализ способов модуляции, множественного доступа и уплотнения каналов, а также областей их применения. Наибольшее внимание уделено нетрадиционным системам подачи: системам подвижной радиосвязи (СПР) третьего и четвертого поколений (3G и 4G), отнесенных к системам телевидения пониженного разрешения (LDTV), xDSL системам с модуляцией CAP на участке «последней мили», беспроводным системам доступа Wi-Fi и WiMAX, а также системе передачи по IP-протоколу (IPTV).

Выполненный анализ позволяет в зависимости от целей и задач, а также массы других исходных данных выбрать наиболее целесообразный вид модуляции, способ и среду распределения цифровых ТВ программ.

 

Литература

1.     Бытовая радиоэлектронная техника: Энциклопедический справочник/Под ред. А.П. Ткаченко. – Мн.:БелЭн, 1995. – 832 с.

2.     Ткаченко А.П. Цветное телевидение. – Мн.: Беларусь, 1981. – 255 с.

3.     Ткаченко А.П., Капуро П.А., Хоминич А.Л. Цифровое представление сигналов изображения и звукового сопровождения: Учеб. пособие по ТВ дисциплинам. – Мн.: БГУИР, 2002. – 50 с.

4.     Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание: основы, методы, системы. – М.:НИИР, 2001. – 568 с.

5.     Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового ТВ вещания. – М.: НИИР, 2006. – 932 с.

6.     Липкович Э.Б., Кисель Д.В. Проектирование и расчет систем цифрового спутникового вещания: Учебно-методическое пособие для студентов вузов. – Мн.: БГУИР, 2006. – 135 с.