Сети передачи массовых сообщений

Тема. 8 Сети передачи массовых сообщений Важнейшими сетями передачи массовых сообщений являются сети вещания. Вещание - процесс одновременной передачи различных сообщений общего назначения широкому кругу абонентов с помощью технических средств связи. Вещательная программа – последовательность передачи во времени различных сообщений. Организация вещания включает в себя две задачи: подготовка вещательных программ и доведение программ до абонентов. Основными требованиями к сетям вещания являются: охват вещанием всего населения страны, высокое качество передаваемых программ, надежность и экономичность. Сеть звукового вещания. Распределение программ производится по каналам связи, разветвление - на специальных узлах. Сеть каналов звукового вещания строится по радиально-узловому принципу. По способу доведения различают радиовещание и проводное вещание (по специальным проводным линиям или линиям телефонной связи). Сеть телевизионного вещания. Распределение программ производится по каналам связи, разветвление - на специальных узлах. Сеть ТВ вещания строится по радиальноузловому принципу. Используется два способа доведения ТВ программ: радиовещание с помощью радиотелевизионных передающих станций (РТПС) (эфирное ТВ) и проводное вещание (кабельное ТВ). Современной разновидностью эфирного ТВ является спутниковое телевизионное вещание с непосредственным приемом на установки, расположенные у абонентов. Закономерность распространения радиоволн метрового и дециметрового диапазона, которая будет рассмотрена ниже, ограничивает зону уверенного приема сигналов РПТС пределами оптической (прямой) видимости. Для увеличения зоны уверенного приема необходимо поднимать передающую и приемную антенны. Для типовых РТПС с опорами для антенн высотой 200...350 м радиус зоны обслуживания составляет 60...100 км. Останкинская телебашня при высоте 536 м обеспечивает радиус зоны обслуживания 120...130 км. Сеть передачи газет. Передача газет обеспечивается факсимильным способом с использованием аналоговой аппаратуры "Газета-2", находящейся в эксплуатации более 20 лет. На территории России имеются 32 пункта приема газет, обычно расположенные непосредственно в типографиях. Пункт разветвления каналов находится на центральной междугородной телефонной станции, поскольку для передачи газет используются телефонные каналы. Газеты передаются ежедневно, по 4...5 ч в сутки. В настоящее время происходит спад нагрузки на данную сеть, поскольку применение аналогового способа передачи не обеспечивает в полной мере требований, предъявляемых полиграфистами. 8.1 Система построения радиовещания в России и в Мире Радиовещание Радиовещание – технология передачи по радио неограниченному числу слушателей речи, музыки и других звуковых эффектов или звуковой информации в радиоэфире, также в проводных сетях (проводное радиовещание) или в сетях с пакетной коммутацией (в компьютерных сетях – интернет-радио). Характеризуется передачей сигнала по принципу «от одного – ко многим», то есть более чем одному слушателю, как правило – по заранее известному расписанию. Радиовещание является одним из основных средств оперативной информации, массовой агитации и пропаганды, просвещения населения. Проводное вещание Система однонаправленной передачи сигналов звукового вещания от центральной вещательной станции ко многим слушателям по проводам (кабелям). В ряде европейских стран получило распространение проводное вещание по обычной телефонной сети. Звуковые частоты используются для телефонной связи, а многоканальное вещание ведётся на ультразвуковых частотах 150…300 кГц. Эфирное радиовещание Радиопередатчик с сопутствующим оборудованием (студии, каналы связи и питания, антенна на мачте или вышке) называется радиостанцией. Частота является главной характеристикой радиовещательной станции. В первые десятилетия развития радиовещания, для обозначения характеристики несущих колебаний использовали длину волны излучения, соответственно – шкалы радиоприёмников были проградуированы в метрах. В настоящее время несущие колебания обозначают частотой и, соответственно, шкалы радиоприёмников градуируют в кГц, МГц и ГГц. Звук в аналоговом эфирном радиовещании модулирует несущую частоту передатчика методом амплитудной (АМ) или частотной модуляции (ЧМ). Метод ЧМ в диапазоне УКВ позволяет осуществлять высококачественное (как правило стереофоническое) вещание. В диапазонах ДВ, СВ и КВ используется радиовещание методом АМ, на смену которому приходит цифровое радиовещание в формате DRM. Попытки использования однополосной модуляции (SSB) в радиовещании особого успеха не имели. Государственная система мощного вещания Сегодня государственное мощное вещание в диапазонах ДВ, СВ и КВ включает 464 передатчика мощностью от 1 до 1200 кВт. Значительная часть (более 33%) из этого числа, в силу отсутствия загрузки, не используется. Распределение аналоговых радиопередающих устройств (РПДУ) по диапазонам и транслируемым программам приведено ниже. Диапазон частот Всего Не использу ются «Радио России» «Маяк» «Голос России» Итого задейство вано ДВ 293 (100%) 106 (36%) 16 5 – 187 (64 %) 57 96 13 27 10 83 СВ КВ 171 (100%) 51 (30 %) 120 (70 %) Для сравнения рассмотрим состояние аналогичных сетей в странах мирового сообщества. Общее число передатчиков в мире работающих в ДВ – диапазоне составляет около 1200 единиц, в СВ – 13 800 единиц, в КВ – 2300 единиц. Мировой парк приемников оценивается в 2,5 миллиарда единиц. Более 25 % от общего количества действующих передатчиков введено в эксплуатацию в течение последних 10 лет. Это РПДУ мощностью от 50 кВт до 2000 кВт. Радиовещание в ДВ и СВ – диапазонах наиболее распространено в США, Германии, Франции, Китае, Японии, Австралии, Великобритании, Индии, Италии. На территорию Российской Федерации на русском языке официально ведут вещание в СВ и КВ – диапазонах более 50 зарубежных радиокомпаний, использующих для вещания свыше 600 номиналов радиочастот, с общим объемом вещания более 210 часов в сутки. Активизируется вещание на Россию радиостанций мусульманских стран – «Голос Исламской Республики Иран», «Голос Шариата», «Радио Пакистан» и др. Наиболее значимые зарубежные радиостанции приведены в нижеуказанной таблице. Радиостанция Радио «Свобода», «Голос Америки» «Международное Радио Китая» «Би-Би-Си» «Немецкая волна» Страна Количество частот Объем вещания США 100 30 (час.) КНР 45 15 Великобритания Германия 57 30 12 8 Коммерческое вещание в России Коммерческое вещание в России существует всего около 20 лет. Большинство коммерческих радиостанций работает в диапазоне FM (87.5 – 108 МГц). Физические особенности вещания в этом диапазоне ограничивают зону приема прямой видимостью передающей антенны. Сигналы принимаются на расстоянии до 30 – 100 км от передатчика, то есть в пределах населенного пункта и ближайших его окрестностях. Эта особенность диапазона позволяет организовывать вещание на одной и той же частоте в нескольких населенных пунктах. Количество радиостанций работающих в одной географической точке, ограничено емкостью диапазона. При ширине полосы для одного канала 400 – 500 кГц в диапазоне 87.5 –108 МГц можно разместить около 50 – ти станций: (108 – 87.5)/0.4 51 (практически еще меньше). В Москве диапазон 87.5 – 108 МГц заполнен, в других городах количество радиостанций варьирует в пределах от 1 – 2 до нескольких десятков. На данный момент в России всего работает около 8000 радиостанций в диапазоне FM диапазона. В настоящий момент из 11 городов – миллионеров Российской Федерации два имеют статус города федерального значения: Москва и Санкт– Петербург. И только в этих городах проживает более 2 млн. человек. В 9 – ти городах-субмиллионерах владельцами более половины радиостанций являются частные лица или местные организации (52,7%). Остальные 47,3% поделили между собой крупнейшие московские игроки и региональные группы. Приблизительно равны доли у холдингов «ВКПМ», «Газпром – Медиа», и Группы Компаний «Выбери радио» (6,9%). Принципы построения сетей FM-радиостанций Большинство FM-радиостанций в регионах являются ретрансляторами центральных станций. Самым распространенным способом доставки контента с головной радиостанции сети (ГРС) на региональную радиостанцию сети (РРС) является метод “точка-многоточие”, для чего чаще всего используется спутниковый канал доставки. На стороне РРС программа звукового вещания (ПЗВ) ГРС принимается спутниковым приемником и ретранслируется в эфир. Локализация контента обеспечивается при помощи замещения московских (будем считать, что ГРС находится в Москве) рекламно-информационных блоков на местные. Альтернативой спутниковому каналу являются наземные каналы связи и технология Audioover-IP. При этом используется один из способов групповой передачи, когда сетевые пакеты отправляются определенной группе адресатов (multicast) или всем адресатам (broadcast). Достоинством метода “точка-многоточие” является относительная техническая простота реализации. На рынке существуют недорогие и надежные системы автоматизации (SYNADYN, DIGISPOT), позволяющие автоматически “врезаться” в ретранслируемую программу и выводить в эфир местные рекламно-информационные блоки. Однако не будем забывать и о недостатках: 1) Технические неполадки на стороне ГСР или в любом месте спутникового канала доставки сигнала приводят к тому, что сразу все сетевые РРС не получат ПЗВ; 2) Многократные преобразования звукового вещательного сигнала (ЗВС) приводят к существенной потере его качества, поэтому требуется обеспечить совмещение местных “врезок” и ретранслируемого ЗВС по звучанию; 3) На РРС необходимо иметь и обеспечивать работоспособность комплекса оборудования, содержать персонал для его обслуживания и подготовки местных программ. Технология Digital Radio Mondiale (DRM) Digital Radio Mondiale (DRM) - набор технологий цифрового радиовещания, разработанных для вещания в диапазонах, используемых в настоящее время для вещания с амплитудной модуляцией, в частности на коротких волнах. По сравнению с амплитудной модуляцией DRM позволяет передавать больше каналов с более высоким качеством, используя различные кодеки MPEG-4. DRM позволяет вести вещание с качеством вещания в ультракоротковолновом – УКВ (метровом) диапазоне волн, используя частоты ниже 30 МГц, то есть диапазоны длинных, средних и коротких волн. Использование этих диапазонов позволяет увеличить дальность распространения сигнала. Использование диапазона УКВ рассматривается в рамках стандарта DRM+. Стандарт DRM предполагает использование части старой аппаратуры вещания, в частности антенн, для снижения затрат. Вещание в формате DRM устойчиво к эффектам затухания и интерференции сигнала, которым подвержено обычное вещание. 8.2 Классификация и основные характеристики радиоприемных устройств Радиоприемное устройство (РПУ) – важный элемент информационной системы, которая состоит из источника сообщения, кодирующего устройства, модулятора, радиопередающего устройства, канала передачи сигнала, антенно-фидерного устройства, радиоприемного устройства, получателя сообщения. Передача информации по радиоканалу осуществляется модулированным высокочастотным колебанием, которое распространяется в пространстве в виде электромагнитного поля. На каждый информационный канал отводится определенная полоса частот, соответствующая ширине спектра радиосигнала. Уровень принимаемого сигнала зависит от частоты и вида модуляции, радиотрассы и способов распространения ЭМВ, а также окружающих условий на радиотрассе. Чем больше расстояние между передатчиком и приемником, тем больше ослабление сигнала. При многолучевом распространении происходит ослабление сигналов из-за интерференционного сложения нескольких лучей, в том числе, отражённых от препятствий. При ионосферном распространении сигналов происходит рассеяние энергии на различных неоднородностях, поглощение части энергии сигнала различными слоями. На входе приемника полезный принимаемый сигнал всегда присутствует в аддитивной смеси с внешними помехами. Эффектом, сопоставимым с ослаблением сигналов, может быть распространение волны в условиях сложной электромагнитной обстановки. Наличие преднамеренных помех или случайных мешающих сигналов от радиотехнических и других систем, присутствующих в данном частотном диапазоне, с точки зрения электромагнитной совместимости, уменьшает отношение сигнал/шум. Основными задачи, решаемыми РПУ являются: 1. Прием слабых сигналов. 2. Фильтрация сигналов на фоне помех от сторонних систем. 3. Усиление слабого сигнала до требуемого уровня. 4. Выделение из принятого сигнала заложенной в нем информации Классификация: 1. По структурной схеме: • приемники прямого усиления (в том числе детекторные, регенеративные, сверхрегенеративные); • супергетеродинные; • приемники прямого преобразования (синхронные, когерентные). 2. По виду модуляции принимаемых сигналов: • приемники амплитудно-модулированных сигналов; • приемники частотно-модулированных сигналов? • приемники фазово-модулированных сигналов; • приемники импульсных сигналов; • приемники сигналов с комбинированной модуляцией. 3. По типу применяемых электронных приборов: • ламповые; • транзисторные; • на интегральных микросхемах; • комбинированные. 4. По длине волны применяемых радиосигналов: № Радиоприемники Длина волны 1 Мегаметровых волн (сверхдлинноволновые, СДВ) 10-100 км 2 Километровых волн (длинноволновые, ДВ) 1-10 км 3 Гектометровых волн (средневолновые, СВ) 100-1000 м 4 Декаметровых волн (коротковолновые, КВ) 10-100 м 5 Метровых волн (ультракоротковолновые, УКВ) 6 Дециметровых волн (УКВ) 10-100 см 7 Сантиметровых волн (УКВ) 1-10 см 8 Миллиметровых волн (УКВ) 1-10 мм 9 Децимиллиметровых волн (УКВ) 0,1-1 мм 1-10 м Возможности радиоприемника определяются следующими техническими характеристиками: • диапазоном принимаемых частот; • чувствительностью; • избирательностью; • динамическим диапазоном; • качеством воспроизведения принимаемого сигнала; • эксплуатационными параметрами. Диапазон принимаемых частот определяется шириной полосы пропускания селективных элементов входных фильтров и интервалом частот гетеродина. Чувствительность радиоприемника оценивается минимальной мощностью или напряжением сигнала на его входе, при которой уровень сигнала и отношение сигнал/шум на выходе приемника обеспечивают нормальную работу оконечных устройств (индикации и регистрации). Избирательность приемника оценивается параметрами амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) его селективных цепей, определяющей зависимость коэффициента усиления приемного тракта от частоты. Избирательность приемника максимальная, когда его амплитудно-частотная характеристика повторяет форму спектра принимаемого сигнала. В этом случае будут приняты все его спектральные составляющие, но не пропущены спектральные составляющие других сигналов (помех). Состояние парка приемного оборудования в России В настоящее время достоверным симптомом отсутствия интереса массового покупателя к высококачественным радиоприемникам может служить отсутствие такого оборудования на рынке. Строго говоря, можно найти товары топ–класса, но их продажи исчисляются единицами, и в массовом сервисе, каковым является радиовещание, эти аппараты не играют роли. Обычные приемники и магнитолы. Основу предложения составляют товары массового спроса. Например, на сайте сети М–видео. Представлены более 40 моделей магнитол ценой от 600 до 5000 рублей, это самый массовый сектор. Приемники имеют диапазон 88—108 МГц (ФМ) и СВ – 100%, 65—74 МГц (УКВ) – 42%, некоторые модели имеют диапазон ДВ и КВ. Наличие приемников является индикатором интереса к вещанию в диапазоне 65–74 МГц. Автомобильные приемники. Практически на 100% парк автомобилей оборудован приемниками. Встроенные приемники обеспечивают прием сигналов в диапазоне СВ и 88—108 МГц (практически 100% моделей). Возможность приема сигналов в диапазоне 65–74 МГц встроенные приемники, как правило, не предоставляют. Ассортимент автомагнитол на рынке весьма широк, речь идет о сотнях моделей ценой от 2000 до 20 000 руб, большая часть – в диапазоне от 3 до 5 тысяч. Из более чем семидесяти моделей автомобильных магнитол, представленных в сети М – видео, почти половина (30) обеспечивает прием сигналов в диапазоне 65–74 МГц. Следует отметить, что многие из новых моделей магнитол позволяют воспроизводить не только компакт – диски (CD–DA, CD, DVD, форматы PCM, MP3 и WMA), но и с твердотельных носителей, подключаемых по USB, что создает дополнительную конкуренцию прослушиванию радиопередач. По разным оценкам, в крупных городах количество автомобилей на 1000 жителей лежит в пределах 300 –500, то есть в Москве и ближайших пригородах имеется около 5 миллионов машин, то есть имеется практически 5 миллионов автомобильных приемников. Не существенная для массового сервиса доля автомобилей оборудована приемниками систем DAB-T, DRM, HD-Radio. Приемники в мобильных телефонах. Отдельно следует отметить приемники в мобильных телефонах. Из 122 моделей, представленных на сайте nokia.ru, встроенный приемник диапазона 88 –108 МГц имеют 84 модели, то есть почти 70%. Приемное оборудование для цифрового радиовещания. В настоящее время оборудование для приема сигналов цифрового вещания практически отсутствует на рынке РФ, хотя и производится довольно много моделей для DAB, HD-Radio, DRM и DMB. Отсутствие этого оборудования в продаже следует воспринимать как очевидное следствие отсутствия вещания. 8.3 Принципы передачи изображения Основные принципы телевидения В основе телевидения лежат два принципа: 1) разбиение плоского изображения на экране датчика ТВ сигнала на элементы (пространственная дискретизация); 2) последовательная во времени передачи яркости и цвета каждого из элементов изображения каналу связи (развертка изображения). Общие сведения. При большой скорости последовательной передачи информации о яркости элементов изображения невозможно использование механических переключателей, имеющих большую инерционность. В телевидении для развертки изображения используется электронное переключение, которое практически безынерционно. Процесс развертки заключается в периодическом движении электронного луча по мишени или экрану телевизионной трубки слева направо и одновременно сверху вниз (рис. 8.1). При движении луча слева направо (.АВ на рис. 8.1, а, прямой ход луча) производится передача (и воспроизведение) изображения. При обратном ходе изображение не передаемся (и не воспроизводится). В современных системах телевидения осуществляется равномерная развертка изображения – скорость прямого движения луча постоянна. Отклонение луча осуществляется электрическим или магнитным полями, вырабатываемыми генераторами разверток (рис.8.2) (строчным и кадровым). Равномерная развертка дает малые искажения передачи и проста в техническом выполнении. Движение электронного луча вдоль оси X называется строчной разверткой, вдоль оси Y – кадровой разверткой. Совокупность .строк, получающихся за время передачи кадра, называется растром. Наиболее распространенные типы разверток – построчная и чересстрочная. При построчной развертке изображение развертывается последовательно строка за строкой (рис.8.1, а). При чересстрочной развертке сначала развертываются все нечетные строки кадра, а затем все четные строки (рис.8.1, б), т. е. один кадр передается в два приема. При прямом ходе луча в передающей телевизионной трубке происходит образование электрического импульса, пропорционального яркости того участка изображения, на который попадает электронный луч. В приемнике электрический сигнал изображения', переданный по сигналу связи, управляет плотностью тока луча, определяющей яркость свечения того места экрана приемной телевизионной трубки, куда попадает луч. Рис.8.1 Рис.8.2 Для неискаженной передачи изображения необходимо осуществить синхронное и синфазное движение электронных лучей в передающей и приемной трубках. Для синхронизации движений электронных лучей используются синхронизирующие импульсы (строчные и кадровые), которые вырабатываются в передатчике и поступают в генераторы разверток передатчика; кроме того, будучи включенными в сигнал изображения, они принимаются и поступают в соответствующие генераторы разверток приемника. Формат кадра. Формат кадра должен соответствовать условию ясного видения. Угол ясного видеи я по вертикали (α ≈ 12°) соответствует рассмотрению изображения с расстояния, равного приблизительно пяти-шести высотам изображения. Таким образом, высота кадра определяется расстоянием от изображения до оптической системы. Ширина кадра должна удовлетворять оптимальным условиям рассматривания изображения целиком. Поэтому формат кадра в телевидении выбирается таким, что отношение а : b = 4 : 3 (рис.8.3). Такой же формат кадра принят и в кино. Рис.8.3 Рис.8.4 Число элементов изображения. Элементов изображения должно быть столько, чтобы глаз не воспринимал мозаичности последнего, т. е. строчная структура не должна быть видна. Так как разрешающая способность глаза (при оптимальной освещенностии контрастности) для люден с нормальным зрением составляет около γ ≈1ʹ то угловые размеры строки должны быть близки к этой величине. Число строк при этом должно быть равным: В России число строк разложения изображения принято по стандарту равным 625. Угловой размер строки при этом получается около 1,1', что близко к предельной разрешающей способности глаза. Число элементов разложения (отсюда следует абсолютная невозможность передачи информации о яркости всех элементов изображения одновременно, ибо для такой передачи потребовалась бы 521000 каналов связи). Число строк определяет четкость (разборчивость) изображения. Четкость, соответствующую Zmakc, принято считать стопроцентной, так как она соответствует разрешающей способности глаза. Установлено, что прирост четкости AY глаз воспринимает пропорционально относительному приращению числа строк: , На рис.8.4 дана кривая зависимости относительной четкости (Y/Yмакс) от числа строк Z. При числе строк Z = 625 четкость составляет около 97% от максимальной. Следует отметить, что реальная четкость изображения зависит от работы всего приемника в целом и определяется по испытательной таблице. Частота повторения кадров. При возбуждении палочек и колбочек, находящихся на сетчатке, происходят фотохимические реакции. Если яркость рассматриваемого предмета мгновенно изменяется, то реакция не может мгновенно следовать за изменением яркости, т. е. глаз обладает инерцией зрительного ощущения. Если изменение яркости происходит медленно, так что к началу следующей вспышки реакция завершается, то глаз воспринимает мигания света. С ростом частоты повторения вспышек глаз перестает восприйимать мигания и ощущает только мерцание. При некоторой критической частоте глаз воспринимает непрерывный свет со средней яркостью, определяемой законом Тальбота: Критическая частота зависит от яркости источника. Для средней яркости современных экранов телевизионных трубок – 40 нт (яркость, достаточная для наблюдения деталей изображения без особого утомления) критическая частота равна 50 гц. При построчной развертке частота* кадров FK должна быть равна 50 гц, а при чересстрочной – 25 гц, так как за время передачи кадра изображение появляется дважды и критическая частота остается равной 50 гц. Параметры телевизионной системы сведены в таблицу Число строк разложения Частота полей 625 50 гц Частота кадров 25 гц Частота строк 15 625 гц Формат кадра 4:3 Форма и частотный спектр видеосигнала Сигнал изображения, полученный в процессе развертки при помощи передающей телевизионной трубки, называется видеосигналом. При последовательной передаче яркостей элементов изображения видеосигнал является функцией времени. На рис.8.5 изображена форма сигнала пяти строк. Так как яркость изменяется от 0 до Вмакс, то напряжение сигнала униполярно. Различают видеосигналы положительной и отрицательной полярности. Если уровень белого соответствует максимальному значению видеосигнала, то полярность такого сигнала называется положительной. Если максимальное значение сигнала соответствует уровню черного, полярность сигнала отрицательная. Униполярный сигнал имеет среднюю составляющую. Средний уровень напряжения может колебаться между уровнями черного и белого. Светлая сцена развертывается вблизи уровня белого (например, вторая строка, рис.8.5), и среднее значение приближается к уровню белого. Темная сцена дает среднюю составляющую, приближающуюся к уровню черного (пятая строка на рис.8.5). Скорость изменения содержания строки определяет частоту изменения средней составляющей за строчку видеосигнала. Естественно, что содержание строки изменяется медленно, следовательно, и среднее значение ис за строку изменяется медленно. Среднее значение за кадр также изменяется медленно или совсем не меняется, если передается одна, и та же телевизионная сцена. Рис.8.5 Таким образом, видеосигнал содержит очень низкие (и нулевые) частоты, определяющие изменение средней яркости всего изображения npns переходе от кадра к кадру. Частоты средней яркости (0 – 3 гц) не передаются непосредственно по каналу связи, а восстанавливаются в приемном устройстве. Чтобы изображение не передавалось за время обратного хода луча Тобр, необходимо напряжение сигнала на это время сделать равным нулю. Для этой цели в видеосигнал вводят гасящие импульсы (рис.8.6) с длительностью, равной времени обратного хода луча строчной и кадровой разверток. Уровень гасящих импульсов соответствует уровню черного. Ширина спектра видеосигнала определяется разностью самой высокой частоты FuaKC и наименьшей частоты сигнала Fмин. Максимальную частоту сигнала изображения определяет время А*ин передачи двух соседних элементов, из которых один имеет нулевую яркость, другой – максимальную (передача чередующихся светлых и черных элементов). Так как за 1 сек передается FKtt элементов, а за время tмин нужно передать 2 элемента, то При построчной развертке это составляет 13 Мгц, при чересстрочной – 6,5 Мгц. Наинизшая частота сигнала изображения получается в том случае, когда все изображение состоит из одной черной или одной белой горизонтальной полосы. При построчной развертке за один период кадровой развертки получается один импульс напряжения сигнала и, следовательно, Fmин = 50 гц. При чересстрочной развертке за один период кадровой развертки Т = 0,04 сек (FK = 25 гц) получается два импульса напряжения, и наименьшая частота кадров также равна 50 гц. Итак, сигнал изображения имеет широкий спектр. Осуществить передачу такой широкой полосы частот без искажений (амплитудных и фазовых) очень трудно, поэтому применяется чересстрочная развертка, имеющая ширину спектра сигнала, в два раза меньшую, чем построчная. При последовательной передаче изображения сигнал оказывается, с. большим или меньшим приближением, периодичным: Например, при передаче неподвижного изображения сигнал полностью периодичен с частотой повторения кадров. При медленном изменении содержания кадров – почти периодичен. Видеосигнал оказывается также квазипериодичным, частота его совпадает с частотой строк. Следовательно, теоретически спектр сигнала может быть представлен в виде ряда с частотами, кратными частоте строк fz. Полный управляющий сигнал в телевидении Как указывалось ранее, в видеосигнал вводятся гасящие импульсы, запирающие трубки на время обратного хода луча. Кроме этого, для обеспечения синхронной работы генераторов разверток передатчика и приемника вместе с сигналом изображения передаются синхронизирующие импульсы. Чтобы не мешать передаче изображения, синхронизирующие импульсы передаются во время обратного хода луча. Их передача происходит на уровне «чернее черного». Чтобы за время передачи кадрового синхронизирующего импульса генераторы строк не вышли из синхронизации, в кадровом синхроимпульсе делаются вырезки со строчной частотой. На рис. 8.6 изображен полный видеосигнал отрицательной полярности; синхронизирующий импульс в реальном сигнале расположен не Посередине гасящего (такое расположение оказывается выгодным для синхронизации генераторов). - Рис.8.6 При чересстрочной развертке кадр передается в два приема. После каждого полукадра происходит передача гасящего и синхронизирующего импульсов. Сигнал, состоящий из видеосигнала, гасящих и синхронизирующих импульсов (строчных и кадровых) называется полным управляющим телевизионным сигналом. Телевизионный радиосигнал Мы уже отмечали, что наивысшая частота сигнала изображения равна примерно 6,5 Мгц. Для передачи сигнала с таким широким спектром целесообразно использовать амплитудную модуляцию (при ЧМ ширина спектра сигнала была бы очень большой). Передача такого широкого спектра – при AM она составляет 13 Мгц – сложная задача. Однако так как вся информация о сиг-нале содержится в одной боковой полосе, то можно передавать только одну боковую полосу AM сигнала. При этом ширина канала уменьшается вдвое. Согласно государственному стандарту в телевидении передается верхняя боковая полоса, несущая и часть нижней боковой полосы (рис.8.7). Ширина спектра в этом случае примерно равна 7,5 Мгц. Такой спектр излучения соответствует наименьшим фазовым искажениям. При выделении одной боковой полосы фильтром, имеющим крутые спады частотной характеристики (П-образная характеристика), возникает резкая нелинейность фазовой характеристики в области граничных частот. Поэтому для уменьшения фазовых искажений оставляют часть второй боковой полосы. Известно, что несущая частота модулированных колебаний должна быть в 6–10 раз больше ширины спектра управляющего сигнала. В соответствии с этим /нес должна быть порядка 50 Мгц или выше. По государственному стандарту несущая частота первого телевизионного канала (наименьшая) составляет 49,75 Мгц (длина волны около 6 м). Звуковое сопровождение телевизионных передач осуществляется на частоте, близкой к несущей частоте изображения (fнес. зв = fнес. из + 6,5 Мгц), чтобы был возможен прием с помощью той же антенны. Полная ширина канала (изображение и звук) составляет 8 Мгц (рис.8.7); ∆f=fнес. зв - fнес. из = 6,5 Мгц поддерживается телецентром с высокой степенью точности. В настоящее время для черно-белого и цветного телевидения отведено 12 каналов в диапазоне 48–230 Мгц и начато освоение диапазона 470–890 Мгц. Рис.8.7 Блок-схема передачи и приема телевизионного изображения На рис.8.8 показана блок-схема передачи и приема телевизионного изображения. В передающем устройстве объект, подлежащий передаче, проецируется на светочувствительную пластину передающей трубки ПТ, находящейся в телевизионной камере ТК. В результате на пластине получается электрическое изображение. В телевизионной трубке осуществляется развертка изображения с помощью генераторов развертки ГР (строчного и кадрового). Генераторы разверток передатчика и приемника синхронизируются синхроимпульсами, вырабатываемыми синхрогенератором СГ. Синхроимпульсы поступают в генераторы разверток передатчика и замешиваются в видеосигнал в каскаде видеоусилителя ВУ. Сложный управляющий телевизионный сигнал поступает в передатчик РП, где формируется модулированный радиосигнал, который передающей антенной излучается в пространство. Рис.8.8 В телевизионном приемнике ПР принятые радиосигналы преобразуются в сложный видеосигнал, который усиливается и поступает в приемную телевизионную трубку ПрТ. На экране трубки воспроизводится передаваемое изображение. Режим трубки выбирается таким, чтобы синхронизирующие импульсы не влияли на работу последней (уровни синхроимпульсов лежат за пределами чувствительности трубки). Так как амплитуда синхронизирующих импульсов больше амплитуды видеосигнала, то для выделения синхроимпульсов используется амплитудный селектор. В блоке синхронизации БС из сложного сигнала отбираются синхронизирующие импульсы и разделяются на строчные и кадровые. Строчные и кадровые синхронизирующие импульсы регулируют работу соответствующих генераторов развертки ГР, обеспечивающих отклонение электронного луча приемной телевизионной трубки с той же скоростью, что и в передающей телевизионной трубке. Кроме сигналов изображения, телевизионный центр передает сигналы, несущие информацию о звуке. Краткие итоги • • • в основе телевидения лежат два принципа: принцип разбиения плоского изображения на экране датчика ТВ-сигнала на элементы изображения (пространственная дискретизация) и принцип последовательной передачи во времени яркости и цвета каждого элемента изображения (развертка изображения); количество элементов изображения в вещательном ТВ определяется величиной угла ясного зрения и разрешающей способностью глаза; в вещательном ТВ используется чересстрочная развертка, когда кадр передается за два этапа (поля). Это позволяет уменьшить полосу частот, занимаемую ТВ-сигналом в два раза по сравнению со случаем использования более простого вида развертки – построчной развертки. 8. 5 Приемники телевизионного сигнала Основные характеристики телевизионного приемника. Стандартом телевизионного вещания называют установленный международной технической организацией набор параметров, определяющих телевизионный сигнал. Стандарт ТВ - сигнала определяет параметры сигнала без характеристик цветности: число строк в кадре, частота развёртки полей, разностная частота несущих изображения и звука, ширина полосы ТВ- сигнала, тип модуляции несущих изображения и звука и т.д. В мире действует 10 стандартов ТВ- сигнала. Стандарты сигнала обозначаются латинскими буквами: B, D, G, I, H, K, K1, L, M, N. ТВ- приёмник, рассчитанный на приём только одного стандарта, не может нормально принимать сигналы других стандартов. В настоящее время ведущие фирмы выпускают мульти стандартные телевизоры, рассчитанные на приём сигналов в различных регионах мира, т.е. по разным стандартам. В России приняты стандарты D и K. Они полностью идентичны: стандарт D применяется в области МВ, а стандарт К – в области ДМВ. Система цветности определяет способ передачи сигналов цветности. В настоящее время используются три основных системы цветности: NTSC, PAL и SECAM. Для того чтобы указать стандарт ТВ - вещания, требуется указать систему цветности и стандарт ТВ - сигнала: например, SECAM – D/K, принятый в России; NTSC – M, принятый в США; PAL – D, принятый в Китае. Телевизионный приемник предназначен для воспроизведения изображения и звукового сопровождения нескольких вещательных программ. Эта задача решается путем приема, усиления и преобразования одновременно двух независимых радиосигналов вещательного ТВ, их взаимного разделения, а также селекции сигналов синхронизации. Структурная схема и принцип работы черно-белого ТВ приемника Рис.8.9 В настоящее время все ТВ приемники строятся по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием несущей изображения и двукратным преобразованием несущей звука. Схемы черно-белого и цветного приемников отличаются блоками формирования сигналов цветности, устройств сведения лучей и более жесткими требованиями к радио тракту. Рассмотрим структурную схему черно-белого приемника. Радиосигнал, принятый антенной, поступает на селектор (переключатель) каналов СК (ПТК), в состав которого входят УВЧ, смеситель и гетеродин. Для приема радиосигналов различных каналов колебательные контура этого узла в диапазонах перестраиваются с помощью варикапов, которые позволяют осуществлять выбор программ и автоматическую подстройку частоты гетеродина. В УВЧ происходит предварительное усиление. Его шумовые параметры во многом определяют чувствительность приемника, поэтому к нему предъявляются жесткие требования. Смеситель и гетеродин служат для преобразования несущих изображения и звука в соответствующие промежуточные частоты fпчи= fг- fпи=38 МГц, fпчзв = fг - fнзв=31,5 МГц. Преобразованные сигналы поступают на общий УПЧИ, где происходит основное усиление сигнала изображения и формируется ЧХ приемника, чем обеспечивается избирательность по соседнему каналу. УВЧ и УПЧИ охвачены системой АРУ, как правило ключевой, в которой анализ сигнала после детектора производится только во время обратного хода строчной развертки по фиксированным уровням видеосигнала. Чтобы уменьшить помехи от несущей звука используется специальный режекторный фильтр перед видеодетектором (ВД), а сигнал в канал звукового сопровождения снимается с него и поступает на УПЧЗ. Про детектированный ВД сигнал усиливается ВУ до уровня 90-200В и подается на модулятор кинескопа. Канал синхронизации содержит амплитудный АС и временной ВС селекторы. АС выделяет из ПТВС сигнал синхронизации разверток, а ВС – дифференцирующая и интегрирующие цепочки – разделяют строчные и кадровые синхронизирующие импульсы. Отклоняющие токи для кинескопа формируются в блоке разверток соответственно в генераторах строчной и кадровой разверток Канал звукового сопровождения начинается с АД, где происходит второе преобразование промежуточной частоты звука. Можно было бы обойтись и однократным преобразованием частоты, но при этом необходимо очень точное сопряжение настроек и обеспечение стабильности параметров УПЧИ и УПЧЗ. Чтобы избежать взаимозависимости настроек и обеспечить при одном гетеродине прием двух сигналов, используются биения между промежуточными частотами звука и изображения, которые возникают на нелинейном элементе АД. Здесь вместо частоты второго гетеродина используется достаточно большой сигнал промежуточной изображения: fпчзв2 = fпчи –fпчзв1 = 38-31,5=6,5 МГц. Для того, чтобы не пропал сигнал звука, необходимо постоянное присутствие несущей изображения, для чего и оставляется в ч-б 15 %, а в цветном 7 %. Чтобы устранить паразитную АМ сигнал звукового сопровождения на 2-ой промежуточной подвергается ограничению в АО, затем детектируется в ЧД и через УЗЧ поступает на громкоговорители. Структурная схема и принцип работы цветного ТВ приемника. В настоящее время все ТВ приемники строятся по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием несущей изображения и двукратным преобразованием несущей звука. Как уже говорилось схемы черно-белого и цветного приемников отличаются блоками формирования сигналов цветности, устройств сведения лучей и более жесткими требованиями к радио тракту. Рис.8.10 Рассмотрим структурную схему цветного приемника. Радиосигнал, принятый антенной, поступает на селектор (переключатель) каналов СК (ПТК), в состав которого входят УВЧ, смеситель(См) и гетеродин (Г). Для приема радиосигналов различных каналов колебательные контура этого узла в диапазонах перестраиваются с помощью варикапов, которые позволяют осуществлять выбор программ и автоматическую подстройку частоты гетеродина. В УВЧ происходит предварительное усиление. Его шумовые параметры во многом определяют чувствительность приемника, поэтому к нему предъявляются жесткие требования. См и Г служат для преобразования несущих изображения и звука в соответствующие промежуточные частоты fпчи= fг- fпи=38 МГц, fпчзв = fг - fнзв=31,5 МГц. Преобразованные сигналы поступают на общий УПЧИ, где происходит основное усиление сигнала изображения и формируется ЧХ приемника, чем обеспечивается избирательность по соседнему каналу. УВЧ и УПЧИ охвачены системой АРУ, как правило ключевой, в которой анализ сигнала после детектора производится только во время обратного хода строчной развертки по фиксированным уровням видеосигнала. Чтобы уменьшить помехи от несущей звука используется специальный режекторный фильтр перед видеодетектором (ВД), а сигнал в канал звукового сопровождения снимается с него и поступает через дополнительный детектор АД на УПЧЗ. Про детектированный ВД сигнал усиливается ВУ блока цветности и в качестве яркостного подается на объединенные катоды цветного кинескопа (дельта) Получение цветоразностных сигналов происходит в декодирующем устройстве блока цветности. Причем в дельта-кинескопах сигналы основных цветов получают опосредованно на соответствующих парах электродов кинескопа модулятор-катод, управляя токами лучей, а в кинескопах с само сведением необходимо включать дополнительную матрицу для их получения. Канал синхронизации содержит амплитудный АС и временной ВС селекторы. АС выделяет из ПТВС сигнал синхронизации разверток, а ВС – дифференцирующая и интегрирующие цепочки – разделяют строчные и кадровые синхронизирующие импульсы. Отклоняющие токи для кинескопа формируются в блоке разверток, а корректирующие токи, обеспечивающие сведение лучей (дельта) формируются в блоке динамического сведения лучей и подаются на катушки сведения. В кинескопах с само сведением эти токи не нужны, что упрощает схему ТВ. Канал звукового сопровождения начинается с АД, где происходит второе преобразование промежуточной частоты звука. Можно было бы обойтись и однократным преобразованием частоты, но при этом необходимо очень точное сопряжение настроек и обеспечение стабильности параметров УПЧИ и УПЧЗ. Чтобы избежать взаимозависимости настроек и обеспечить при одном гетеродине прием двух сигналов, используются биения между промежуточными частотами звука и изображения, которые возникают на нелинейном элементе АД. Здесь вместо частоты второго гетеродина используется достаточно большой сигнал промежуточной изображения: fпчзв2 = fпчи –fпчзв1 = 38-31,5=6,5 МГц. Для того, чтобы не пропал сигнал звука, необходимо постоянное присутствие несущей изображения, для чего и оставляется в ч-б 15 %, а в цветном 7 %. Чтобы устранить паразитную АМ сигнал звукового сопровождения на 2-ой промежуточной подвергается ограничению в АО, затем детектируется в ЧД и через УЗЧ поступает на громкоговорители. 8.4 Цифровое телевидение Основные понятия и история развития Цифровое телевидение – технология передачи телевизионного изображения и звука при помощи кодирования видеосигнала и сигнала звука с использованием цифровых сигналов. Основой современного цифрового телевидения является стандарт сжатия данных MPEG. Под цифровым телевидением в СМИ и разговорной речи обычно подразумевают цифровое наземное эфирное телевещание. Однако цифровые технологии также применяются и в других видах телевидения, например, в спутниковом, где полный переход с аналоговых технологий на цифровые произошёл гораздо раньше. Историю развития цифрового телевидения можно условно разбить на несколько этапов, каждый из которых характеризуется научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, экспериментальными устройствами и системами, а также соответствующими стандартами. Первый этап истории цифрового телевидения характеризуется использованием цифровой техники в отдельных частях ТВ-систем при сохранении аналоговых каналов связи. На данном этапе всё студийное оборудование переводится на цифровой сигнал, обработку и хранение которого, в пределах телецентра, осуществляют цифровыми средствами. На выходе из телецентра телевизионный сигнал преобразуется в аналоговую форму и передаётся по обычным каналам связи. Также, на данном этапе характерно введение цифровых блоков в ТВ-приёмники с целью повышения качества изображения и звука, а также расширения функциональных возможностей. Примером таких блоков являются цифровые фильтры, устройства перехода от чересстрочной к квазипрогрессивной развёртке, повышение частоты полей до 100 Гц, реализация функций «стоп-кадр» и «кадр в кадре» и т. д. Второй этап развития цифрового телевидения – создание гибридных аналогоцифровых ТВ-систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменения телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов изображения в строке. Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия спектра ТВ-сигналов для обеспечения возможности их передачи по каналам связи с приемлемой полосой частот. Примеры гибридных ТВ систем: • Японская система телевидения высокой чёткости MUSE • Западноевропейские системы семейства MAC В передающей и приёмной частях этих систем сигналы передаются в аналоговой форме. Системы MUSE и HD-MAC имеют формат 16:9, количество строк в кадре 1125 и 1250, частоту кадров 30 и 25 Гц, соответственно. Третий этап развития цифрового телевидения – создание полностью цифровых телевизионных систем. После появления аналого-цифровых систем телевидения высокой чёткости в Японии и Европе (MUSE и HD-MAC), в США в 1987 году был объявлен конкурс на лучший проект системы телевидения высокого разрешения для утверждения в качестве национального стандарта. В первые годы на этот конкурс были выдвинуты различные аналоговые системы. Вышеупомянутые гибридные телевизионные системы, предусматривающие передачу сигнала только по спутниковым каналам, вскоре были сняты с рассмотрения. Это объяснялось тем, что в США около 1400 компаний осуществляют наземное вещание, и очень широко развита сеть кабельного вещания. Рассматривались даже проекты аналоговых систем, предусматривавших передачу по одному стандартному каналу двух сигналов – обычного ТВ-сигнала и дополнительного, который в приёмнике с соответствующим декодером позволяет получить изображение с большим количеством строк и элементов разложения в строке. Но уже в 1990 году появились первые предложения полностью цифровых систем телевидения. С каждым годом возрастало количество таких проектов и улучшались их характеристики. В начале 1993 года последние аналоговые системы окончательно были сняты с рассмотрения. А в мае 1993 года 4 группы компаний, представлявших близкие по существу проекты, объединились и в дальнейшем представляли единый проект, который и стал основой стандарта полностью цифровой телевизионной системы в США. Основой этого проекта стал тогда ещё не утверждённый стандарт MPEG-2. Цифровое телевидение высокой чёткости стало возможным благодаря появлению в первой половине 1990-х годов первых цифровых стандартов, учитывавших возможность цифрового вещания как в стандартном разрешении, так и в формате высокой чёткости. В августе 1993 года был окончательно сформирован первый стандарт сжатия цифрового видео – MPEG-1 (в дальнейшем от него отказались из-за многочисленных недостатков в пользу MPEG-2 и MPEG-4). Первой публичной HD-трансляцией в цифровом формате считается телетрансляция, состоявшаяся 23 июля 1996 года со станции телекомпании WRAL-ТV в городе Роли (Северная Каролина). Во многих странах в начале XXI века начался переход с аналогового телевизионного вещания к цифровому телевидению. Во многих странах он уже завершён. 22 августа 2012 года, корпорация LG анонсировала первый в мире 3D телевизор с поддержкой системы 4K UHDTV. 27 июня 2013 года спутниковый оператор «Триколор ТВ» впервые в России осуществил публичную спутниковую телевизионную трансляцию в формате 4K UHDTV. Стандарты Международные стандарты цифрового телевидения принимаются в первую очередь Международной организацией по стандартизации (ISO), объединяющей национальные комитеты по стандартизации более 100 стран мира. В составе этой организации формируются группы, занимающиеся проблемами и стандартизацией отдельных отраслей техники. Одной из групп, занимающейся стандартами цифрового вещания, является группа – MPEG (Moving Picture Expert Group). Другой организацией, играющей значительную роль в стандартизации, является Международный союз электросвязи (ITU). Организация выпускает рекомендации, которые в дальнейшем могут быть преобразованы в международные или в национальные стандарты решениями национальных органов стандартизации. В настоящее время существуют следующие основные стандарты: • DVB-T – европейский стандарт цифрового телевидения; • ATSC – американский стандарт цифрового телевидения; • ISDB – японский стандарт цифрового телевидения; • DTMB – китайский стандарт цифрового телевидения. Преимущества и недостатки Преимущества по сравнению с аналоговым телевидением: • • • • • • • • • • • Повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов и, как следствие, повышение качества изображения и звука в ТВ-приёмниках. Уменьшение мощности передатчиков. Существенное увеличение числа ТВ-программ, передаваемых в том же частотном диапазоне. Создание ТВ-систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой чёткости). 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. Передача в ТВ-сигнале различной дополнительной информации – EPG (электронная телепрограмма). Возможность переключения между несколькими дорожками звукового сопровождения (более обычных двух) и субтитрами на разных языках. Расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры. Возможность добавления в мультиплексы радио. Недостатки по сравнению с аналоговым телевидением: • Замирания и рассыпания картинки на отдельные квадратные группы одноцветных пикселей при недостаточном уровне принимаемого сигнала, данные либо принимаются достаточно качественно для работы встроенных алгоритмов восстановления и видна вся картинка, либо принимаются плохо с невозможностью восстановления. • Практически полное замирание сигнала в грозу. • Передатчик даже с мощностью 10 кВт и высотой подвеса передающей антенны 350 м обеспечивает уверенный приём на расстоянии 50 км, а вследствие этого – необходимость в большем, нежели при аналоговом ТВ, количестве передающих центров. Кодирование (декодирование) и приём телевизионных мультиплексов Цифровой сигнал телевизионных мультиплексов может быть как не закодированным, открытым (бесплатным) так и закодированным, закрытым (платным) с использованием системы условного доступа, с применением смарт-карт и CAM-модулей. Для декодирования и приёма закодированных, закрытых (платных) мультиплексов (телеканалов) нужно вставить смарт-карту в CAM-модуль, который вставляется в CI-слот телевизора, ресивера (твприставки), или компьютера со встроенными декодерами цифрового телевидения. Кодирование (декодирование) и приём интерактивных сервисов и услуг Кодирование цифрового сигнала с использованием системы условного доступа применяется для всех интерактивных сервисов и услуг например, видео по запросу. Кодирование интерактивных сигналов необходимо для индивидуальной доставки каждому потребителю выбранных интерактивных сервисов и услуг, а также для защиты цифрового медиаконтента. Для декодирования и приёма интерактивных сервисов и услуг нужно чтобы телевизор, ресивер (тв-приставка) или компьютер со встроенными декодерами, имели интерактивный интерфейс и CI-слот для установки CAM-модуля, в который всталяется смарт-карта для декодирования и приёма интерактивных сервисов и услуг. Телевидение высокой четкости. Перспективы развития телевидения. Первые системы HDTV, предполагающие развёртку в 1000 аналоговых строк, были предложены пионерами телевидения американцем Джоном Бэрдом и советским инженером Сергеем Новаковским в 1944 и 1946 годах. Проект Бэрда был отвергнут, а Новаковский в 1958 году стал одним из создателей опытной системы военно-штабной связи «Трансформатор» с разрешением 1125 строк. Попытки создать телевидение высокой чёткости возобновились в 1970-х годах, когда стандартное телевидение по качеству изображения и размерам экрана приблизилось к своему потолку. Основа для будущих стандартов ТВЧ была заложена в марте 1972 года, во время очередного заседания 11-й исследовательской комиссии МККР, на котором также была утверждена первая международная программа по разработке методов цифровой компрессии ТВ-сигнала. Системы телевидения высокой чёткости с самого начала разрабатывались не только для передачи высококачественного изображения на расстояние, но и для нужд кинематографа, промышленной и научной видеосъёмки, как стандарт для возможных электронных носителей киноизображения. Непосредственной разработкой телевидения высокой чёткости и устройств для него начала заниматься с 1964 года японская государственная телекомпания NHK, в проекте также принимали участие Sony, Toshiba и NEC. Были созданы телевизоры, передающие камеры и другое оборудование, поддерживающее новый формат. В июне 1978 года компания продемонстрировала первую в мире работоспособную систему ТВЧ: 1125 строк при чересстрочной развёртке и соотношении сторон экрана 5:3. Регулярное HD-вещание NHK начала с 1985 года, а в 1989 году после запуска спутника «Juri BC-3» аналоговый ТВЧ-сигнал через MUSE (Multiple sub-nyquist sampling Encoding system) стал доступен на всей территории Японии в диапазоне 11,7 –12,5 ГГц. К 1990 году в японских домах стояло около 150 тысяч телевизоров, поддерживающих стандарт высокой чёткости NHK. В Европе, в противовес японскому HD-формату, в рамках программы агентства EUREKA был предложен созданный на основе спутниковой системы MAC (D2-MAC) стандарт HD-MAC* или «Эврика-95», использующий чересстрочную развёртку на 1250 строк при полукадровой частоте 50 Гц. В разработке приняли участие Philips, Thomson, Nokia, Grundig и ряд научно-исследовательских и учебных институтов. Проект обошёлся в 350 миллионов долларов. Первые опытные передачи в HD-MAC состоялись через спутник TDE2 в 1988 году во время чемпионата Европы по футболу, ещё через два года транслировался чемпионат мира 1990 года в Италии. Итогом противоборства японской и европейской систем стало принятие двухсистемного стандарта на 1125 строк (из которых 1080 активных), пригодного как для стран, использующих кадровую частоту 60 Гц, так и для стран, поддерживающих 50герцевую развёртку. Активная разработка HD-вещания в США началась в 1981 году, после демонстрации японской системы NHK в Вашингтоне. На презентации присутствовал Рональд Рейган, объявивший создание телевидения высокой чёткости национальным приоритетом. Разработкой ТВЧ в Америке занимался альянс нескольких корпораций: AT&T Bell Labs, General Instrument, Philips, Sarnoff, Thomson, Zenith, а также Массачусетский технологический институт. В 1987 году был объявлен конкурс на лучший проект системы телевидения высокого разрешения для утверждения в качестве национального стандарта. Однако в ходе конкурса комиссия отказалась от аналоговых и гибридных систем и признала цифровой стандарт ATSC. Цифровое телевидение высокой чёткости стало возможным благодаря появлению в первой половине 1990-х годов первых цифровых стандартов, учитывавших возможность цифрового вещания как в стандартном разрешении, так и в формате высокой чёткости. В августе 1993 года был окончательно сформирован первый стандарт сжатия цифрового видео – MPEG-1 (в дальнейшем от него отказались из-за многочисленных недостатков в пользу MPEG-2 и MPEG-4). Первой публичной HD-трансляцией в цифровом формате считается телетрансляция, состоявшаяся 23 июля 1996 года со станции телекомпании WRAL-ТV в городе Роли (Северная Каролина). Через восемь дней, 31 июля 1996 года, началось HD-вещание со станции в Вашингтоне, принадлежащей NBC. Официальная дата начала вещания в американском стандарте ATSC – 29 октября 1998 года, когда в формате высокой чёткости в прямом эфире был показан старт космического корабля «Дискавери». C 2002 года регулярное HD-вещание на территории США начали спутниковые операторы Dish Network и DirecTV, с 2003 года – кабельные. 1 июня 1999 года 11-я исследовательская комиссия Международного союза электросвязи приняла рекомендацию ITU-R ВТ.709-3, окончательно зафиксировавшую цифровой стандарт телевидения высокой чёткости. В Японии современное цифровое HD-вещание в стандарте ISDB-T началось 1 декабря 2003 года в Токио, Осаке и Нагое. К октябрю 2007 года в Японии было продано 27 млн цифровых HD-приёмников. Первой публичной HD-трансляцией в Европе считается запуск 1 января 2004 года HDтелеканала Euro1080. Первой программой стал традиционный новогодний концерт Венского филармонического оркестра. Телевидение высокой чёткости – один из наиболее востребованных продуктов на рынке современного телевещания. Все пять национальных телесетей США (ABC, NBC, CBS, Fox и The CW) сейчас вещают в HD-формате. Из 285 телеканалов, предоставляемых крупнейшим американским спутниковым оператором DirecTV, 195 являются телеканалами со стопроцентным HD-контентом. Преимущества цифрового кодирования в телевидении очевидны: даже при приеме «цифры» на обычный телевизор качество изображения повышается из-за отсутствия искажений на различных этапах телевизионного тракта. При этом развертка луча остается чересстрочной и разрешающая способность экрана не возрастает. Для существенного повышения качества телеизображения необходимо ввести новые стандарты для формирования и приема видеосигнала, такой системой является телевидение высокой четкости (ТВЧ). Американский стандарт (ATSC) рассчитан на просмотр передачи как на телеэкране, так и на мониторе компьютера. При этом высокое качество картинки можно получить лишь на экране специального широкоформатного телевизора с 1080 активными строками, чересстрочной разверткой. Для ТВ-приемников Число активных строк – 1080 Полевая частота, Гц. – 60 Перемежение в развертке – (2:1) интерлейсинг Формат кадра – 16:9 Для мониторов ПК Число активных строк – 720 Полевая частота, Гц. – 60 Перемежение в развертке – (1:1) прогрессивная развертка луча Формат кадра – 16:9 Согласно ATSC-стандарту, каждый ТВ-приемник должен декодировать любой из многочисленных (а всего их 18 разновидностей) ATSC-форматов и выводить его точно в соответствии с возможностями конкретного подключенного приемника. Внешне цифровой приемник ТВЧ отличается от аналогового более широким экраном: если соотношение сторон обычного телевизора составляет 4:3 (ширина к высоте), то в цифровом варианте – 16:9. Качество телевизионного изображения заметно повышается за счет двукратного увеличения строк разложения и прогрессивной развертки (впрочем, развертка может быть и чересстрочной). При прогрессивной развертке яркость экрана может быть повышена на 40%. Количество воспроизводимых деталей на экране возрастает в несколько раз. В новой системе расширена частота сигнала яркости и цветоразностных сигналов, поэтому оптимизирована цветопередача. Многоканальная система передачи звука позволяет добиться эффекта присутствия, так как аудиоинформация поступает к зрителю с разных сторон. Внедрение ТВЧ требует дорогостоящей модернизации аппаратно-студийного комплекса, но практика вещания в США показала, что уже сегодня число программ ТВЧ в общем времени цифрового ТВ постоянно растет. 8.5 Спутниковое телевидение. Чаще всего потребителями спутникового ТВ являются те зрители, у которых просто нет возможности смотреть любимые каналы передаваемые другими принципами распространения. Кабельное телевидение ограниченно в пространственных масштабах, и не рентабельно в малонаселенных пунктах. Эфирное вещание максимально компенсирует эти дистанционные трудности, на сегодняшний день зона покрытия цифрового телевидения закрывает практически всю карту России. Но даже не смотря на это, охват спутниковой трансляцией всего земного шара не возможно заменить другим типом распространения сигнала. Как работает спутниковое телевидение Станция передачи телевизионного сигнала имеет волновой принцип. И для того чтобы охватывать как можно больше территории в отличии от цифрового телевидения, потребуется спутник. Его запускают в космос. Он по геоцентрической орбите двигается вместе с Землей. С нашей наземной станции посылается сигнал на спутник, который его принимает, обрабатывает и ретранслирует обратно на Землю по средствам установленных на его корпусе антенн. Частоты спутникового телевидения Частотные диапазоны для обмена сигналами между источниками, спутниками и тарелками подбираются не случайным образом. Они влияют на размеры антенн и волнопоглощение. Полосы частот используемые от передатчика к спутнику обычно выше тех которые направленны в обратном направление к тарелкам телезрителей. По этому их распределяют на диапазоны: • C – 4 ГГц, 6 ГГц; • Ku – 11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц; • K – 20 ГГц. Самый часто используемый диапазон частот для приема спутникового телевидения – Ku-диапазон – который допускает использование самых маленьких спутниковых антенн. В любом случае частоты спутникового ТВ намного выше наземных и преобразуются в приемлемые ресивером. Принцип работы спутникового ТВ Все каналы спутникового ТВ преобразуются в цифровой формат и передаются сначала на сам спутник. Который движется параллельно экватору на высоте около 40 тыс. км. И за счет одинаковой, постоянной скорости и направления – спутник передает сигнал в одну и ту же точку, но с большого расстояния радиосигнал рассеивается на довольно таки приличную территорию земной поверхности, на которой и установлены принимающие антенны (тарелки) спутникового телевидения. Таким образом покрытие спутникового телевидения одним ретранслятором обеспечивает сигналом большое количество телевизоров. Прием спутникового телевидения Благодаря этому охват территории в 10 и даже 100 раз увеличивается. А установленная на стену антенна ловит данный сигнал, отражает его от своей поверхности и сигнал улавливается конвектором. После чего отправляется в ресивер там декодируется и мы наслаждаемся прекрасным качеством картинки. Поэтому очень важно, чтобы на пути от спутниковой антенны до космического спутника не было никаких преград. Иначе сигнал будет отражаться от данных преград и не доходить до антенны. Рис.8.11 Выбор цифровой антенны Метровые антенны по своему принципу работы – устарели вместе с аналоговым телевидением. Трансляция DVB-T2 цифрового ТВ осуществляется исключительно в полосе частот от 470 до 862 МГц, которая относится к ДМВ (дециметровому) диапазону. А уже внутри телевизора или приставки разделяется на каналы других диапазонов. Самый популярный вид антенн который подходит для всех аналоговых и цифровых каналов – всеволновый. Принцип работы спутниковой тарелки Сигнал спутникового тв собирается на антенне, и за счет её “тарелка-образного” внешнего вида отражается как от зеркала в определенную цель, где стоит конвертер снимающий весь радиосигнал и передающий его ресиверу, который образует сигнал воспринимаемый телевизором. Рис.8.13 Важный фактор для работы спутникового ТВ который стоит учитывать при установке антенны – это направленность точно на спутник, а также возможные помехи и преграды. Измерительное устройство для выбора антенны Основное предназначение данного датчика заключается в измерение мощности сигнала приходящего с антенны. Благодаря чему появляется возможность более верно настроить её на вещание цифрового телевизионного эфира. Самая простая и недорогая модель подходящая для домашнего (комнатного) и дачного использования – это Booox SF01T. Рис.8.12 Но кроме настройки антенны, с помощью этого измерителя можно сделать выбор антенны для цифрового ТВ, а также произвести её правильную установку. Подобные устройства есть и для поиска хорошего сигнала на спутниковой тарелке. • • • • • Основные характеристики спутникового декодера Поддержка стандарта DVB-S2 – означает о том что вы будете смотреть цифровое вещание со всеми его преимуществами. Стандарт изображения – стандартное разрешения SD или высокое HD. Основным отличием у HD-ресивера будет вещательное качество и просмотр телеканалов в формате 16:9. Платные каналы – для приема и просмотра зашифрованных, отдельно оплачиваемых телеканалов, потребуется купить спутниковый ресивер с слотом CI. Но он должен поддерживать стандарты CAM – модулей конкретно вашего спутникового оператора. Возможность подсоединения к всемирной паутине – дает альтернативу просмотра дополнительного контента и загрузки плейлиста IPTV. Запись на USB накопитель – возможна в случае если на вашем ресивере есть специальный разъем USB и отметка PVR. 8.6 Перспективы развития телевидения Стратегию развития отрасли до 2025 года представил заместитель министра связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Алексей Волин. В России подходит к завершению Федеральная целевая программа по созданию инфраструктуры цифрового эфирного телевидения, включающая в себя работу первого и второго мультиплексов. На сегодняшний день более 92% населения РФ могут принимать каналы первого мультиплекса, и свыше 60% – второго. При этом технологическая готовность к запуску второго мультиплекса на самом деле значительно выше, а такие цифры появились только из-за договоренности, что каналы второго мультиплекса пока не будут работать в городах с населением меньше 50 тысяч человек. Однако с 1 января 2019 года министерство ожидает полноценного включения каналов второго мультиплекса на всех передатчиках цифрового телевидения с охватом 98,5% населения РФ. Это те условия, на которые вещатели подписались, приняв участие в конкурсе на второй мультиплекс. В 2018 году в городах с населением менее 100 тысяч человек государство прекратит финансирование передачи телевизионного аналогового сигнала, при помощи которого распространяются обязательные общедоступные каналы. Тем не менее Министерство связи и массовых коммуникаций не является сторонником идеи насильственного отключения аналогового вещания. Процесс перехода на цифру должен идти постепенно. До тех пор, пока в отрасли будут желающие и имеющие возможность оплачивать аналоговое вещание, оно сохранится. Процесс отключения аналога на крупных федеральных каналах должен быть понятен населению: с этим связано большое количество разъяснительной работы, в которую должны быть вовлечены и сами каналы. В дальнейшем необходимо создавать технологическую платформу цифрового телевизионного вещания: мы переходим к комбинации сред и средств передачи и приема сигнала. Они включают в себя эфирное и неэфирное вещание, а также самые разнообразные телевизионные устройства. После, уже на международном уровне, нужно разрабатывать стандарты и технологии того, что М.И. Кривошеев называет всемирный вещательный роуминг. По мнению экспертов, это позволит в любом месте, где бы человек ни находился, иметь возможность принимать тот телевизионный канал, который интересен пользователю. Это можно осуществить, в первую очередь, при помощи технологий OTT и IPTV. Это очень важно и с точки зрения тех каналов, которые сегодня не находят себе места в третьем, четвертом, пятом и последующих мультиплексах, так как при таком развитии технологий мультиплексы отойдут на второй план. Виртуальная реальность и интерактивность: модель телевидения будущего Так это или нет, сказать трудно, но, скорее всего, главным направлением в развитии телевидения станет его сращивание с виртуальной реальностью, которая все больше и больше будет проникать на каналы. Именно поэтому мы говорим не столько о чистом телевидении, сколько о развитии видеоинформационных систем, создающихся на его базе. Ещё одна из современных тенденций, в том числе и с точки зрения международных рекомендаций и стандартов, – спрос на интерактивность. Она обеспечивает развитие в таких направлениях, как кабель, OTT и IPTV. Отдельно хочется отметить разработки в сфере объемного звука. Если в плане развития изображения мы достигли уровня, когда зритель не ощущает явных изменений к лучшему, то объемный звук в состоянии ощутимо повлиять на его восприятие. Таким образом, модель будущего – это телевидение высокой и ультравысокой четкости с объемным звуком, интерактивное, с добавлением виртуальной реальности и всемирным вещательным роумингом. К ней должна стремиться вся телеиндустрия в ближайшие пять-семь лет. Актуальные достижения: вещательное оборудование, сверхвысокая четкость и HBBTV В ходе строительства сети цифрового эфирного телевидения на территории нашей страны произведено около 80% оборудования. Если собрать всю проектную документацию и разместить ее на полках, то общая их протяженность составит два километра. Уже построено почти 4 400 объектов первого мультиплекса, то есть более 88% от общего количества. Почти 93% жителей страны могут смотреть 10 цифровых каналов. Строительство сети первого мультиплекса полностью завершено в 55 субъектах РФ. Во втором мультиплексе построено 2737 объектов, то есть более половины от общего числа станций. Построенные объекты охватывают почти 85% населения. Правда, вещают из них только 204 объекта в городах с населением свыше 50 тысяч. К 2021 году РТРС в соответствии с указом президента начнет поэтапный перевод цифрового эфирного телевидения на стандарт высокой четкости. Уже сейчас разрабатывается следующий этап – вещание в стандарте сверхвысокой четкости. По прогнозам аналитиков, к 2018 году база 4К-телевизоров в российских домохозяйствах составит несколько миллионов. При использовании высокоэффективного кодека HEVC H.265 на одном частотном канале можно разместить один 4К-телеканал с расширенным цветовым охватом и объемным звуком, причем на этой частоте остается место для передачи видео высокой четкости на мобильные устройства. В настоящее время с Останкинской башни производится тестовое вещание телеканала 4К в стандарте DVB-T2 на 58 ТВК. Сигнал можно принимать в радиусе до 30 километров. Для приема нужен телевизор с поддержкой стандартов UHDTV, HEVC (H.265) и DVB-T2. Компания Dolby помогла сформировать для всех видеоматериалов многоканальный звук в формате Dolby Digital Plus. Сейчас РТРС подбирает оптимальные параметры компрессии видеосигнала сверхвысокой четкости и проводит эксперименты по улучшению других характеристик – числа звуковых каналов, расширения динамического диапазона и цветового охвата. В целях инновационного развития РТРС изучает возможности гибридного широкополосного телевидения HBBTV. Среди основных услуг, какие можно организовать на базе HBBTV, можно выделить: • расширенный программный гид; • интерактивный портал; • события трансляции; • обращение к архиву событий; • дополнительный потоковый контент, связанный с основной трансляцией, например, видео с нескольких камер во время спортивной трансляции; • реклама; • интерактивное взаимодействие со зрителями – игры, викторины, опросы и т.п; • услуга отложенного просмотра; • повторный старт программы. Для вещателей внедрение услуг – это, прежде всего, расширение зрительской аудитории и рост продолжительности телесмотрения, рекламных доходов и качества телеизмерений. HBBTV открывает возможности дублирования телерекламы на определенные целевые группы и регионы. Так становится проще конкурировать с Интернетом. РТРС провел тестирование наличия телеприемников с поддержкой HBBTV в регионах страны. За 20 дней тестирования определилось около 1 100 000 таких приемников с доступом в Интернет. Больше всего их в Москве, Санкт-Петербурге и Барнауле. Теперь развитие услуги будет зависеть от интереса вещателей. Общее заключение Все предыдущие десятилетия существования телевидения были периодом аналогового телевидения. По мере развития техники обнаружился ряд недостатков, ограничивающих его дальнейшее развитие. Среди причин, ограничивающих развитие качества ТВ-изображения, следует назвать слабую помехозащищенность аналогового сигнала. Повысить качество телевизионных программ при передаче их на большие расстояния можно при помощи принципиально нового способа – цифрового. Дальнейшее совершенствование цветных телевизоров идет в направлении широкого внедрения цифровых методов обработки сигналов, управления и контроля за их работой. К числу наиболее существенных достоинств цифрового способа передачи следует отнести возможность получения высококачественного телевизионного изображения благодаря практическому отсутствию искажений формы сигнала и повышению помехоустойчивости и упрощению обмена телевизионными программами между странами, имеющими различные стандарты. Цифровые сигналы имеют множество преимуществ, однако для работы с ними требуются совершенно новые технические средства. Поэтому переход осуществляется постепенно, в несколько этапов. На первом этапе, т.е. уже сегодня, происходит замена некоторых блоков аналоговых телевизоров цифровыми. Функции, выполняемые цифровыми устройствами, обеспечивают улучшение качества изображения. Внедрение цифровых устройств на этом этапе практически не изменяет функциональной схемы – просто на входе и выходе цифрового блока будет присутствовать аналоговый сигнал. Второй этап не представляет интереса для потребителей, так как коснется только передающей стороны. На этом этапе цифровыми станут только комплексы телецентра. Третий этап будет характеризоваться созданием полностью цифровых телецентров. Однако сигнал на выходе телецентра останется аналоговым, так как парк телевизоров еще не будет цифровым. Четвертый, заключительный, этап будет характеризоваться созданием полностью цифровых телевизионных приемников. Цифровые домашние телевизоры, которые появятся в ближайшем будущем, превратятся в устройства, позволяющие осуществлять обратную связь с источниками видеоинформации: вычислительным центром, справочными службами, библиотеками и др. Системы телевидения высокой четкости, принятой как единая Система на сегодня, в мире нет. Существующие системы цветного телевидения SECAM, PAL, NTSC, работающие в стандартах с разложением строк и с частотой кадров 625/50 и 525/60 и с форматом кадра 4:3, уступают в два-три раза качеству изображения на киноэкране. Потребность в улучшении качества привела к необходимости создания систем телевидения высокой четкости ТВЧ – High Definition, Television (HDTV). Телевидение высокой четкости должно передавать и воспроизводить изображение, которое по качеству совершенно или почти не отличается от оригинала. В 1990 г. МККР были приняты рекомендации по параметрам единой системы ТВЧ. В них содержится предложение разработать цифровую систему ТВЧ с прогрессивной разверткой, форматом 16:9, числом отсчетов 1920 в строке. До завершения работ по разработке ТВЧ ведущие телевизионные фирмы мира начали совершенствовать существующие системы. В результате появились системы PAL-plus и SECAM-plus. Их разработку проводили фирмы GRUNDIG, NOKIA, PHILIPS и THOMSON