Принципы и системы цифрового телевидения (обзор)

Современный этап развития телевидения характеризуется интенсивным внедрением цифровых методов обработки и передачи телевизионного сигнала. Цифровые технологии имеют перед аналоговыми следующие преимущества:

· возможность использования совершенных запоминающих устройств большой емкости с неограниченным временем хранения информации;

· в результате становятся доступны алгоритмы обработки, которые трудно или невозможно осуществить в аналоговом варианте: синхронизация внешних источников программ, преобразование стандартов, фильтрация изображения из шума, внутрикадровое и межкадровое кодирование изображений с целью сокращения объема передаваемой по каналу связи информации;

· возможность регенерации цифрового сигнала, что позволяет при многократном повторении стандартных операций (например, запись-считывание) предотвратить накопление ошибок и сохранить без потерь высокое качество изображения на выходе цифровой системы;

· высокая технологичность производства, стабильность и надежность в эксплуатации элементов цифровой техники, во многих случаях не требуется настройки аппаратуры.

Прогресс в области цифрового телевидения стимулируется развитием спутниковых и волоконно-оптических линий связи, предназначенных для передачи широкополосных цифровых сигналов, принятием международного стандарта МККР на цифровое кодирование телевизионных сигналов, развитием систем телевидения высокой четкости (ТВЧ), требующих глубокого кодирования сигналов с последующим декодированием, что возможно лишь на основе цифровых технологий.

Развитие цифровых методов в телевидении происходит по многим направлениям: внедрение в существующие аппаратно-студийные комплексы (АСК) телецентров цифровых устройств, создание полностью цифровых аппаратно-студийных блоков (АСБ), входящих в состав АСК, создание массовой телевизионной аппаратуры (телевизоры, видеокамеры и видеомагнитофоны) на основе цифровых методов обработки сигналов и управления, совершенствование существующих и создание новых систем цифровой передачи информации, позволяющих улучшить качество телевизионного вещания и расширить сеть абонентов, например, за счет непосредственного телевещания со спутников.

В АСК телецентра цифровая обработка предполагает выполнение следующих операций над сигналами:

· быстродействующее аналого-цифровое (АЦП) и цифро-аналоговое (ЦАП) преобразование телевизионного сигнала;

· выполнение в цифровом виде стандартных операций обработки видеосигнала: гамма-коррекция, апертурная коррекция, микширование и т.д.;

· синхронизация различных источников ТВ программ на основе цифрового ТВ синхронизатора;

· цифровая память на кадр (для выполнения спецэффектов, режима «стоп-кадр» и т.д.);

· цифровая компонентная магнитная видеозапись ТВ сигнала в формате D1;

· цифровое преобразование телевизионных стандартов;

· цифровое шумоподавление;

· декодирование цифрового ПЦТС без перехода к аналоговой форме сигнала.

Внедрение цифровых технологий в бытовую радиотелевизионную технику рассмотрим на примере телевизионного приемника. В настоящее время стандартной нормой является дистанционное микропроцессорное управление всеми оперативными и настроечными функциями телевизора. Во многих телевизорах предусматриваются цифровые узлы, обеспечивающие выполнение телевизором дополнительных функций: приемные блоки (декодеры) системы «Телетекст», модули «кадр в кадре» и некоторые другие. Расширяется ассортимент телевизоров, выполненных по схеме с цифровым управлением и цифровой обработкой видео и звуковых сигналов, в которых предусматривается цифровое декодирование сигналов цветности и обработка цифровых стереофонических сигналов звукового сопровождения, передаваемых по системе NICAM.

В телевизорах высокого класса предусматриваются цифровые блоки улучшения качества телевизионного изображения путем двукратного увеличения частоты полей. Принцип действия блока основан на использовании цифровой памяти на кадр. Наличие памяти на кадр позволяет наряду с преобразованием стандарта и устранением мельканий экрана реализовать цифровой шумоподавитель.

Развитие телевидения и вычислительной техники поставило на повестку дня задачу создания прибора, объединяющего в себе функции телевизора и компьютера, так называемого интернет-телевизора, который в недалеком будущем может стать универсальным средством представления абоненту информационных услуг.

Кратко рассмотрим проблемы, связанные с организацией цифрового телевизионного вещания. Главная из них – расширение полосы частот при переходе от аналогового к цифровому сигналу. По спутниковому каналу связи ТВ сигнал передается с помощью частотной модуляции в полосе частот 8 МГц (вместе с 7 поднесущими звука). Если преобразовать ПЦТС в цифру на частоте 13, 5 МГц (рекомендовано МККР) в стандарте 4: 2: 2, то полоса частот цифрового ПЦТС составит 108 МГц. Таким образом, требуемое сжатие видеоинформации по спектру должно быть не менее 108: 8=13, 5. В цифровом спутниковом вещании вместо неэффективной частотной манипуляции используется относительная квадратурная фазовая манипуляция (ОКФМн), позволяющая вдвое сократить требуемую полосу частот. Таким образом, требуемый коэффициент сжатия составляет 6, 75. Известно, что по спутниковому каналу со стандартной полосой частот 8 МГц передается до четырех ТВ программ. Очевидно, что достигаемый при кодировании коэффициент сжатия должен быть не менее , а фактически несколько больше 27, так как необходимо передавать сигналы звукового сопровождения и служебные данные, необходимые для декодирования. Столь высокая степень сокращения передаваемых данных достигается за счет межэлементной, межстрочной и межкадровой декорреляции изображения в соответствии с международными стандартами, устанавливаемыми системой MPEG-2.