Цифровое телевидение стандартов DVB-T и DVB-T2

Геннадий Мамчев, Анатолий Белов

  

Системы передачи сигналов цифрового ТВ по эфирным радиоканалам с использованием DVB-T и DVB-T2

dvb-t - dvb-t2

Иллюстрация © SNEG5.com

Содержание

Концепции стандарта DVB-T

Концепция стандарта DVB-T2
• Формирование передаваемых пакетов данных

• Сервисные возможности системы стандарта DVB-T2

• Сравнительная оценка систем стандартов DVB-Т и DVB-T2

•Основные устройства цифрового передающего аппаратурного комплекса

• Кодеры цифрового сжатия
• Мультиплексоры
• Гибридные телевизионные передатчики
• Описание обобщенной структурной схемы цифрового телевизора

Продолжение серии статей о цифровом телевидении в России. Предыдущие статьи:

• «Изобретение телевидения. История и современность»

• «Аналоговое телевидение как базовая основа цифрового ТВ»

• «Практическое использование видеокомпрессии в телевидении»

Концепции стандарта DVB-T

Передаваемые данные представляют собой информацию об изображении и звуковом сопровождении, а также любые дополнительные сведения, относящиеся к мультисервисным услугам. Условие передачи этой информации в стандарте DVB-Т только одно — данные должны быть закодированы в виде пакетов транспортного потока MPEG-2. В этом смысле стандарт описывает контейнер, приспособленный для доставки пакетированных данных в условиях наземного телевидения.

Для стандарта DVB-Т ни содержание контейнера, ни происхождение данных не имеют значения, она лишь приспосабливает выходные данные транспортного мультиплексора MPEG-2 к свойствам и характеристикам канала передачи наземного телевизионного вещания, стремясь наиболее эффективно донести их к приемнику. То есть, стандарт определяет структуру передаваемого потока данных, систему канального кодирования и модуляции для мультипрограммных служб наземного телевидения, работающих в форматах ограниченной, стандартной, повышенной и высокой четкости. [1, с. 235]

dvb-tДля обеспечения совместимости устройств различных производителей, стандарт определяет параметры цифрового модулированного радиосигнала и описывает преобразования данных и сигналов в передающей части системы цифрового наземного телевизионного вещания (рис. 4.21).

Рис. 4.21. Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в передатчике DVB-Т

Рис. 4.21. Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в передатчике DVB-Т

Отличительной особенностью системы стандарта DVB-Т как контейнера для передачи транспортных пакетов MPEG-2 является гармоничное сочетание системы канального кодирования и способа модуляции OFDM. Обработка сигналов в приемнике не регламентируется стандартом и остается открытой. Это не означает, что создатели стандарта не предвидели принципов построения приемника DVB-Т, но отсутствие жесткого стандарта на приемник обостряет конкуренцию между производителями телевизоров и стимулирует усилия по созданию высококачественных и дешевых аппаратов. Примерный вариант схемы приемника приведен на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в приемнике DVB-Т

Рис. 4.22. Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в приемнике DVB-Т

Система стандарта DVB-Т разрабатывалась для цифрового вещания, но она должна встраиваться в существующее аналоговое окружение, поэтому в системе следует обеспечить защиту от интерференционных помех соседнего и совмещенного каналов, обусловленных действующими передатчиками PAL/SECAM. Поскольку речь идет о наземном вещании, то должна быть обеспечена максимальная эффективность использования частотного диапазона, реализуемая в результате оптимального сочетания одиночных передатчиков, многочастотных и одночастотных сетей.

Следует учитывать высокий уровень промышленных шумов в канале наземного телевидения. Система стандарта DVB-T должна успешно бороться е типичными для наземного телевидения эхо-сигналами, вызванными как статическими объектами, например, зданиями, так и динамическими объектами, например, самолетами, и обеспечивать устойчивый прием в условиях многолучевого распространения радиоволн, обусловленного рельефом местности. Является желательным создание условий для приема в движении и на комнатные антенны. Все эти требования были выполнены в DVB-T благодаря применению новой системы модуляции OFDM. [1, с. 235]

OFDM отличается передачей сигнала с использованием большого количества несущих колебаний, частоты которых кратны некоторой основной частоте. Причем каждая несущая переносит поток данных, уменьшенный в число раз, равное количеству несущих. Несущие являются ортогональными, что делает возможной демодуляцию модулированных колебаний даже в условиях частичного перекрытия боковых полос отдельных модулированных несущих. [1, с. 238]

Кодирование обязательно связано с введением в поток данных некоторой избыточности и соответственно с уменьшением скорости передачи полезных данных, поэтому наращивание мощности кодирования за счет увеличения объема проверочных данных нс всегда соответствует требованиям практики. Для увеличения эффективности кодирования, без снижения скорости кода, применяется перемежение данных. Кодирование позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, а перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фрагменты, с которыми справляется система кодирования. [1, с. 238]

Концепция стандарта DVB-T2

dvbt2Вторая версия стандарта цифрового наземного телевидения DVB-T2, разработанная в рамках консорциума DVB в 2008 году для передачи программ ТВЧ, обеспечивает, как минимум, 30%-ный прирост пропускной способности эфирных каналов, возможно и 50%-ное увеличение по сравнению c системой стандарта DVB-T.

DVB-T2 является последним в семействе стандартов DVB эфирного наземного цифрового телевидения, так как физически невозможно реализовать более высокую скорость передачи информации в единице спектра.

Какой именно выигрыш можно получить, зависит от применяемых режимов модуляции несущих и построения сети. Максимальным такой выигрыш будет в одночастотных сетях. [1, с. 262]

При разработке нового стандарта было обеспечено выполнение следующих предварительно сформулированных коммерческих требований:

Требования к DVB-T2 — открыть спойлер

• Сигналы стандарта DVB-T2 должны приниматься на существующие домашние фиксированные и портативные антенны.

• Переход на новый стандарт не должен сопровождаться изменением инфраструктуры передающей телевизионной сети.

• Новый стандарт должен улучшить работу одночастотных сетей телевизионного вещания.

• Стандарт DVB-T2 допускает возможность сосуществования в одном радиочастотном канале сигналов, передаваемых с разной степенью помехоустойчивости. Например, часть сигналов, передаваемых по одному радиоканалу шириной 8 МГц, может быть предназначена для телеприема на направленные антенны, установленные на крышах зданий, а часть – для приема на комнатные портативные антенны.

• Снижение эксплуатационных расходов в DVB-T2 за счет уменьшения отношения пиковой к средней мощности передаваемого сигнала, то есть уменьшение пик-фактора, повышающего КПД цифрового радиопередатчика.

• Отказ от классической схемы FEC-кодирования (сверточный код в совокупности с кодом Рида-Соломона) и замена его на более эффективный код с низкой плотностью проверки на четность (Low Density Parity Code – LDPC), относящийся к турбокодам, и короткий циклический код БЧХ.

• За счет использования более эффективной схемы FEC-кодирования увеличена кратность модуляции несущих до QAM-256, повышающая скорость передачи данных (одним символом передается 8 бит). Несмотря на то, что этот тип модуляции более чувствителен к ошибкам, обусловленным шумом, эксперименты показали, что FEC-кодирование с помощью LDPC обеспечивает, как минимум, 30%-ное увеличение эффективности использования радиоканала по сравнению е системой стандарта DVB-T при типовых условиях передачи.

• Применение более широкого ряда размерностей быстрого преобразования Фурье (FFT), а именно: lk, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k, приводящее к уменьшению времени защитного интервала по отношению к длительности символа данных примерно на 18%, что повышает эффективность передачи полезной информации.

• Более «экономная» передача служебной информации (пилот-сигналов) за счет применения нескольких оптимизированных вариантов размещения пилот-сигналов, приводящего к уменьшению числа используемых при этом несущих частот.

• Усложнение системы перемежения данных за счет введения режима пс- ремежения по времени, что позволит увеличить устойчивость передаваемого сигнала к импульсным помехам, которые характерны для городской территории.

• Применение способа поворота сигнального созвездия QAM-модуляции с цикличной Q-задержкой, обеспечивающее выигрыш в отношении сигнал/шум.

• Использование технологии разнесенного приема в синхронной сети телерадиовещания за счет реализации режима MISO (Multiple Inputs – Single Output, то есть множественный (двойной) вход – один выход) с кодированием но модифицированной схеме Аламоути, позволяющим улучшить качество цифрового телерадиовещания в областях перекрытия зон обслуживания разных передатчиков за счет обработки телевизионным приемником сигналов от двух передающих антенн.

Большая часть технических решений, использованная при создании стандарта DVB-T2, была направлена на максимальное увеличение пропускной способности радиоканала, практически достигающей 50 Мбит/с. Таким образом, в DVB-T2 обеспечивается фактический рост пропускной способности в 1,4 раза при практически равных условиях передачи (отношение сигнал/шум 20 и 22 дБ соответственно в стандартах DVB-Т и DVB-T2). [1, с. 263]

Ряд опций в совокупность требований к DVB-T2 были введены для возможности оптимизации ее параметров в зависимости от характеристик конкретного радиоканала, для повышения гибкости и надежности ее работы в практических условиях приема.

Несмотря на применение одного и того же способа модуляции (OFDM) новый стандарт цифрового наземного вещания DVB-T2 не является совместимым с предыдущим стандартом DVB-T. [1, с. 264]

Формирование передаваемых пакетов данных

Если стандарт DVB-Т был предназначен исключительно для передачи пакетов транспортного потока MPEG-2, то сеть DVB-T2 способна транслировать самые разные по природе и структуре информационные потоки. При этом стандарт DVB-T2 способен одновременно передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и временны’ми интервалами. Каждый цифровой поток помещается в свой магистральный поток — так называемый канал физического уровня PLP (англ. Physical Layer Pipe).

Создаваемые магистральные PLP могут содержать один из следующих потоков, представляющих собой последовательность пользовательских пакетов UP (User Packet).

Стандарт DVB-T2 ориентирован на передачу телевизионных потоков, в которых иногда используются пустые пакеты (для выравнивания скорости потока, разного рода задержки для сохранения постоянной скорости потока). Поэтому в DVB-T2 предусмотрены средства удаления этой избыточной информации, но с возможностью ее восстановления на приемном конце. [1, с. 264]

Стандарт DVB-T2 чрезвычайно гибок с точки зрения мультиплексирования множества потоков в единый трансляционный сигнал. Коммерческие требования к DVB-T2 включают обеспечение различных уровней помехоустойчивости для разных услуг. Поэтому внутри кадра Т2 осуществляется группировка OFDM-символов, так что каждая услуга передастся цельным блоком, занимающим в кадре определенный слот, то есть формируется выходной multi-PLP-noток.

Таким образом, в стандарте DVB-T2 группирование OFDM-символов неразрывно связано с распределением модулируемых несущих между логическими потоками информации, то сеть PLP. Причем в DVB-T2 возможна одновременная передача нескольких транспортных потоков, каждый из которых помещается в индивидуальный PLP. [1, с. 267]

Сервисные возможности системы стандарта DVB-T2 — открыть спойлер

DVB-T2 позволяет предоставлять абонентам различные цифровые сервисы и услуги:

• Многоканальное мультиплексирование, то есть одновременная передача большого числа цифровых сигналов методом временного уплотнения.
• Телевидение стандартной четкости SDTV в форматах соотношения сторон экрана 4:3 и 16:9.
• Телевидение высокой четкости HDTV.
• ЗD-телевидение в стандарте DVB 3D-TV.

Читать или скачать эту статью в формате PDF, 20 стр

Цифровое телевидение стандартов DVB-T и DVB-T2_скрин

• Интерактивное гибридное телевидение в стандарте Hbb TV (Hybrid Broadcast Broadband TV-гибридное вещательное и широкополосное телевидение). Hbb TV — новая европейская технология, направленная на унификацию доступа пользователя к сервисам, передаваемым через вещательные и широкополосные сети. Данный стандарт был специально разработан телевещателями для того, чтобы иметь возможность предоставлять дополнительные услуги абонентам независимо от операторов платного телевидения.
• Видео по запросу.
• Телегид.
• Телетекст.
• Субтитры.
• Стереозвук.
• Звук Dolby Digital.
• Мультизвук (выбор языка вещания).
• Цифровое радио. Обеспечивает близкий к 100% охват населения России в местах постоянного проживания тремя программами цифрового радиовещания: «Радио России», «Маяк» и «Вести-24» в полном соответствии с Указом Президента РФ от 24 июня 2009 г. № 715 «Об общероссийских обязательных общедоступных телеканалах и радиоканалах».
• Точное время и дата, синхронизируемые с цифровым телевещанием.
• Передача данных в стандарте DVB-DATA, при котором данные передаются в потоке DVB. Примерами передачи данных могут служить скачивание программ или программных обновлений через спутниковый, кабельный или наземный каналы, предоставление интернет-сервисов через вещательный канал, интерактивное телевидение.
• Прямой и обратный каналы связи для интерактивных сервисов в стандартах DVB-RCS (Return Channel via Satellite — обратный канал через спутник) и DVB-RCT (Return Channel Terrestrial — наземный обратный канал).
• Широкополосный доступ в Интернет.
• Система оповещения о чрезвычайных ситуациях (Адресное обращение к населению служб МЧС России и гражданской обороны). Данная услуга функционирует только в России.
• Доступ граждан к госуслугам.

В приведенном выше списке представлены все цифровые сервисы и услуги системы стандарта DVB-T2, многие из которых являются интерактивными. [1, с. 282]

Сравнительная оценка систем стандартов DVB-Т и DVB-T2

Для оценки потенциальных возможностей двух систем (DVB-Т и DVB-T2) в табл. 4.6 приведены основные параметры их функционирования, позволяющие, в первую очередь, оценить пропускную способность эфирных радиоканалов.

Таблица 4.6 Сравнительный анализ основных параметров стандартов DVB-Т и DVB-T2 [1, с. 284]

Из анализа приведенных в табл. 4.6 параметров следует, что система DVB-T2 по сравнению с системой DVB-Т в большей степени адаптивна к задачам, решаемым операторами эфирного вещания, а именно: покрытие определенной территории максимальным количеством телепрограмм, цифровое вещание на территории со сложным рельефом местности, вещание на движущиеся объекты, где скорость передачи информации не является основным требованием.

Сочетание новой технологии канального кодирования, используемой в системе стандарта DVB-T2, и стандарта видеокомпрессии Н.264 существенно повышает привлекательность цифрового телевидения для операторов многопрограммного эфирного телевизионного вещания, так как это позволяет значительно увеличить количество передаваемых программ в одном частотном канале шириной 8 МГц. Причем характеристики системы стандарта DVB-T2 отвечают требованиям наземного цифрового вещания в формате телевидения высокой четкости.

В сочетании с улучшенной коррекцией ошибок кодирования стандарт DVB-T2 позволяет увеличить производительность одночастотных сетей SFN до 30%.

Для повышения гибкости и надежности в критических условиях приема стандарт DVB-T2 предоставляет также ряд новых возможностей:

– вращение созвездия, которое обеспечивается в различных видах модуляции, чтобы обеспечивать получение наивысшей кодовой скорости сигналов в сложных каналах передачи данных;

– специальные методы уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) передаваемого сигнала, которые приводят к повышению эффективности высокочастотных усилителей мощности;

– режим передачи MISO с использованием модифицированной формы кодирования Alamouti, позволяющий улучшить качество цифрового телерадиовещания в областях перекрытия зон обслуживания передатчиков.

Основные устройства цифрового передающего аппаратурного комплекса

dvbt2

Кодеры цифрового сжатия

Кодер сжатия является самым ответственным элементом в цепочке обработки цифрового сигнала, он в значительной мере определяет устойчивость и качество изображения при заданной скорости цифрового потока. Стандарт MPEG-2 определяет структуру потока и эталонную модель декодера, но не накладывает ограничений на построение кодера или алгоритм его работы.

Рассмотрим устройство и работу кодера формата телевидения стандартной четкости на примере семейства кодеров компании Tadiran Scopus. Структурная схема подобного устройства приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структурная схема кодера цифрового сжатия

Рис. 5.1. Структурная схема кодера цифрового сжатия [1, с. 299]

Кодер имеет модульную конструкцию и позволяет использовать сменные блоки входных интерфейсов, допускающие подачу как аналоговых (компонентных и композитных), так и цифровых видеосигналов. При работе с аналоговыми сигналами осуществляется композитное декодирование и аналого-цифровое преобразование сигнала. При необходимости из аналогового сигнала с помощью дополнительного декодера выделяются сигналы телетекста для последующего ввода в мультиплексор.

В случае использования цифрового входного интерфейса SDI с внедренным звуком в модуле входного интерфейса осуществляется выделение звуковых сигналов, которые затем поступают на кодеры звука. Композитное декодирование приводит к заметному ухудшению качества изображения и потому не рекомендуется к использованию, его следует применять только при невозможности получить видеосигнал от источника в иной форме.

Важные функции в составе кодера выполняет предпроцессор. Например, он осуществляет цифровую фильтрацию и синхронизацию кадров, производит дополнительную временнýю обработку и шумоподавление. Предпроцессор также вводит тестовые сигналы и заставки.

Видеокодер построен на базе однокристального MPEG-2 процессора. Компрессированный поток видеоданных е выхода кодера поступает через высокоскоростную шину PCI в буфер, позволяющий поддерживать постоянную скорость цифрового потока на входе мультиплексора. [1, с. 298]

Стандартным решением для кодера считается наличие двух стереоканалов звука. В кодерах предусмотрена подача как цифровых сигналов AES/EBU, так и аналоговых сигналов, в последнем случае осуществляется аналого-цифровое преобразование с разрядностью 18 бит/отсчет и частотой дискретизации 32; 44,1 или 48 кГц. Звуковые кодеры выполнены на цифровых сигнальных процессорах.

В зависимости от выбранного режима скорость выходного потока в начале может изменяться в пределах от 32 до 384 кбит/с, обеспечивая Уровни I или II стандарта MPEG-2. Возможна установка двух дополнительных кодеров звука, что даст возможность организовать в общей сложности 4 стерео или 8 моноканалов. С выходов кодеров элементарные потоки сжатых звукоданных подаются на мультиплексор.

Общепринятым для кодеров сжатия становится наличие каналов передачи данных пользователя — низкоскоростного асинхронного со скоростью до 115,2 кбит/с и синхронного со скоростью до 2 и более Мегабит в секунду. Кодеры позволяют сформировать оба вида каналов. Для высокоскоростных данных используется последовательный синхронный интерфейс RS-422. Данные е этого входа преобразуются в параллельный формат и через управляемый буфер подаются непосредственно на вход мультиплексора. Максимальная скорость передачи данных – 20 Мбит/с.

Оригинальное техническое решение компании Tadiran Scopus позволяет использовать высокоскоростной вход данных для каскадного подключения второго кодера. Специальное программное обеспечение загружается в мультиплексор и обеспечивает возможность демультиплексирования транспортного потока от другого кодера. Внешний транспортный поток подастся на вход модуля мультиплексора вместе е внутренними элементарными потоками и объединяется в единый транспортный поток, при этом осуществляется замена PID.

Низкоскоростные данные поступают для обработки на последовательный асинхронный порт центрального контроллера. Этот контроллер управляет также всей работой кодера. При запуске устройства он считывает из специальной энергонезависимой памяти конфигурационные параметры кодера. Далее с флэш-диска в оперативную память загружается программа работы кодера, которая содержит инструкции по выполнению всех операций предобработки, цифрового сжатия, мультиплексирования.

Для целей обновления программного обеспечения существует отдельная энергонезависимая память, позволяющая хранить предыдущие загрузочные версии программного обеспечения. Такая система позволяет гибко конфигурировать кодер, производить модернизацию программного обеспечения и по мере необходимости устанавливать различные опции, такие, как статистическое мультиплексирование, скремблирование и поддержка профиля «4:2:2». [1, с. 300]

Контроллер имеет два последовательных асинхронных порта RS-232, один из которых может использоваться для управления и диагностики посредством подключения к персональному компьютеру. Для доступа к сети Ethernet имеется специальный преобразователь.

Модуль мультиплексора в составе кодера решает две основные задачи. Первая задача — прием элементарных потоков от видеокодера и звуковых кодеров, потоков данных (низкоскоростных и высокоскоростных), прием и ресинхронизация транспортного потока от другого кодера (вместо высокоскоростных данных), мультиплексирование всех потоков, введение и замена служебной информации. Второй задачей является скремблирование выходного транспортного потока. Причем кодер, как правило, может поддерживать два типа скремблирования: е фиксированным ключом и с возможностью смены ключей.

На выходе мультиплексора формируется суммарный однопрограммный транспортный поток МРЕС-2/DVB. При этом источником сигнала синхронизации скорости всех потоков может служить как внешний, так и внутренний генератор. Выходной сигнал может формироваться в одном или нескольких общепринятых стандартах.

Максимальная скорость цифрового потока определяется выбранным профилем и уровнем компрессии, для наиболее часто применяемого сочетания МР@МL она составляет 15 Мбит/с. Практически используемая скорость в канале зависит от назначения передачи (распределение программ, непосредственное вещание), содержания программы, качества кодера.

Появившиеся в последние два года кодеры ТВЧ обрабатывают входные отсчеты на скорости примерно равной 1,5 Гбит/с. Современные процессоры не обеспечивают достаточного быстродействия, поэтому входной сигнал разделяется на шесть потоков меньшей скорости, соответствующих изображению, разделенному на шесть горизонтальных полое (с довольно большим перекрытием), и обрабатывается параллельно в шести предпроцессорах и шести видеокодерах.

Отсчеты сжатых видеоданных е выходов видеокодеров накапливаются в буферной памяти, а затем считываются и объединяются в единый цифровой поток. Главный процессор следит за тем, чтобы изображение на стыках полое сшивалось гладко и не испытывало скачков и перепадов яркости, такие же меры принимаются и по обеспечению эффективной компенсации движения по всему экрану. Микросхемы кодеров взаимодействуют между собой непосредственно и по сверхбыстродействующим шинам.

Первые модели кодеров имели простые системы шумоподавления типа пространственной фильтрации, которые давали положительный эффект в некоторых случаях, но искажали изображение во всех остальных, и их приходилось отключать. Новые схемы шумоподавления используют пространственно-временныˊе фильтры с компенсацией движения и эффективно подавляют шумы различного происхождения: из-за зернистости кинопленки, пыли, грязи и царапин; шумы выпадений магнитной ленты; шумы композитного декодирования и т.д. Первые результаты показали, что выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе может составить от 0,5 до 3 дБ. [1, с. 301]

Размер и структура ГВК – параметры, наиболее тесно связанные с изображением, и удачный их выбор позволил бы значительно улучшить качество изображения. Одно из возможных решений — двухпроходное кодирование, когда на первом проходе выбирается структура ГВК, близкая к оптимальной, а на втором проходе осуществляется собственно компрессия изображения. Расчеты показали, что выигрыш составляет около 1 дБ в среднем и до 5 дБ на отдельных сюжетах.

В стандарте МРЕС-2 уже заложен механизм адаптации — выбор полевого или кадрового кодирования. Кадровое кодирование более подходит для медленных движений, полевое — для быстрых. Оптимизация может дать выигрыш в отношении сигнал/шум 0,7 дБ в среднем и по 3 дБ на пиках при быстром движении.

При цифровом сжатии видеоданных наступают моменты, когда качество изображения ухудшается весьма существенно – смена кадра, очень быстрые движения, всплески шума. Предотвратить срывы можно путем усложнения алгоритма кодирования – использования двух или нескольких проходов кодера но кадру. При первом проходе кодер получает полезную информацию о кадре, оценивает сложность сцены, движения, скорость потока, шаг квантования, обнаруживает момент смены кадра.

Эти данные используются при втором проходе для сохранения постоянного качества изображения. С увеличением быстродействия процессоров, возможно, будет перейти к многопроходному кодированию и даже к итеративному режиму, когда процесс кодирования повторяется до тех нор, пока не будут достигнуты удовлетворительные характеристики качества на всей длине ГВК. [1, с. 302]

Мультиплексоры

Мультиплексор служит для объединения в единый транспортный поток цифровых потоков от различных источников — кодеров сжатия, выходов других мультиплексоров, выходов приемников — декодеров и т.д. Приходящие сигналы могут иметь разную временную базу (то есть формироваться е несколько различающимися тактовыми частотами), и задача мультиплексора – сформировать асинхронный поток с сохранением синхронизирующей информации каждого из компонентов.

Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти — информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается е другой, более высокой частотой. Если представить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов но перекрываются во времени, это и будет мультиплексор. [1, с. 302]

Основным параметром мультиплексора считается выходная скорость транспортного потока, которая у большинства моделей составляет 55…60 Мбит/с. Существуют и образцы со скоростью до 100 Мбит/с. Разумеется, устанавливаемая на выходе скорость потока должна быть, по крайней мере, не ниже суммы скоростей всех объединяемых потоков. Превышение скорости выходного потока компенсируется введением нулевых пакетов на выходе мультиплексора. [1, с. 303]

Гибридные телевизионные передатчики

Проанализировав требования к аналоговым и цифровым передатчикам и учитывая неизбежность достаточно длительного переходного периода к цифровому телевизионному вещанию, рядом фирм различных стран была разработана и внедряется концепция двойного использования современных радиопередающих средств, так называемых гибридных (аналого-цифровых) передатчиков, которые также носят название «Digital Ready», то сеть буквально, «передатчик, готовый к цифре». Замене подлежит только модулятор.

Данная концепция предполагает единство структуры и максимальную унификацию составных частей, что значительно упрощает переход от аналогового вещания к цифровому и снижает экономические расходы. Структурная схема такого радиопередатчика представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Структурная схема гибридного телевизионного передатчика dvb-t2

Рис. 5.2. Структурная схема гибридного телевизионного передатчика [1, с. 303]

В соответствии с принятой в настоящее время практикой построения структурных схем передатчиков для телевизионного вещания сначала производится формирование сигнала на относительно низкой (промежуточной) частоте, затем этот сигнал с помощью преобразования и фильтрации переносится на рабочую частоту.

Сигналы телевизионного вещания, подаваемые на передатчик, формируются модуляторами — либо аналоговым, либо цифровым (COFDM модулятором). Далее следует предкорректор, предназначенный для компенсации нелинейных искажений последующего тракта. Нелинейные искажения являются главной причиной появления побочных спектральных составляющих в выходном сигнале усилителя мощности.

Эффективным методом уменьшения нелинейных искажений является предыскажение, принцип действия которого основывается на линеаризации амплитудной и фазоамплитудной характеристик усилителя мощности. Поэтому в усилительный тракт передатчика на малом уровне мощности включается предкорректор нелинейных искажений — нелинейное устройство, передаточные характеристики которого подбираются таким образом, чтобы амплитудная характеристика объединенного устройства предкорректор – усилитель мощности стала линейной, а фазоамплитудная характеристика — равномерной.

Преобразователь обеспечивает перенос сигнала в рабочий канал, а усилительный тракт (усилитель мощности) — необходимую выходную мощность. Переход от одного вида вещания к другому в подобной структуре обеспечивается заменой модуляторов. [1, с. 304]

В настоящее время уже доступны серийно выпускаемые гибридные передатчики с выходной мощностью цифрового сигнала до 20 кВт, что эквивалентно мощности аналогового сигнала, равной 60 кВт. Имеется возможность работы гибридных радиопередатчиков в составе одночастотных сетей при наличии синхронизации при помощи GPS-приемника. [1, с. 306]

Описание обобщенной структурной схемы цифрового телевизора

Прием сигнала системы стандарта DVB-T2 осуществляется эфирной коллективной, индивидуальной или комнатной антенной, подключенной к телевизору со встроенным декодером DVB-T2, который иногда называют интегрированным приемником-декодером (Integrated Receiver-Decoder — IRD), либо специальной приставкой (Set-Top-Box) для аналоговых телевизоров, содержащих дополнительную цифровую плату, с целью их адаптации к декодированию и обработке цифрового сигнала.

Также прием сигнала системы стандарта DVB-T2 можно производить на любой компьютер со встроенным декодером DVB-T2.

Выполнение каких функций должен обеспечивать цифровой телевизор, чтобы в итоге на экране воспроизводящего устройства могла просматриваться цифровая телевизионная программа?

Для этого рассмотрим обобщенную структурную схему цифрового телевизора (рис. 5.8).

Рис. 1.8. Обобщенная структурная схема цифрового телевизора dvb-t2

Рис. 1.8. Обобщенная структурная схема цифрового телевизора [1, с. 317]

Прежде всего, следует выделить и усилить радиоблоком (тюнером) высокочастотный радиосигнал, настроиться на выбранный канал и преобразовать радиочастоту в более низкую — промежуточную частоту.

Далее сигнал промежуточной частоты демодулируется в радиоблоке и преобразуется в сигнал основной полосы. Вслед за демодуляцией во входном блоке идет Витерби-декодирование — процесс, обратный внутреннему кодированию. При его выполнении выделяется цифровой поток, который подвергается процедуре деперемежения для получения правильного порядка следования данных по времени. С целью выделения транспортных 188-байтовых пакетов поток затем подвергается процедуре декодирования Рида-Соломона. После этого этапа обработки цифровой сигнал принимает вид транспортного потока.

Затем сигнал должен быть демультиплексирован, то есть разделен на отдельные составляющие составного информационного потока, сформированного мультиплексором.

Для демультиплексирования необходимо произвести так называемую PID-фильтрацию, которая включает в себя:

– установление синхронизма работы декодера. Для этого система автоматически находит первый байт в заголовке транспортного пакета;

– поиск транспортных пакетов с идентификатором PID = 0 для построения таблицы соединения программ РАТ, а также поиск пакетов с идентификатором PID = 1 для построения при необходимости таблицы условного доступа CAT;

– использование таблицы РАТ для построения таблиц планов программ РМТ, а также таблиц CAT для предоставления зрителю информации о доступных для него программах в мультиплексированном потоке.

Зритель может выбрать необходимую программу, подав соответствующую команду с пульта дистанционного управления (ПДУ), сигнал с которого обрабатывается микропроцессором. Получив команду приемник «узнает» в соответствии с этой командой и информацией из таблиц РАТ и РМТ идентификационные PID-номсра транспортных пакетов, необходимых для реконструкции пакетных элементарных потоков, составляющих заданную зрителям программу. [1, с. 318]

Конструкция цифрового телевизора, предназначенного для функционирования в сети вещания стандарта DVB-Т, должна предусматривать возможность воспроизведения высококачественных телевизионных изображений при использовании различных дополнительных источников видеоданных, например, плеера DVD. С этой целью цифровой телевизор должен быть оборудован специальным мультимедийным интерфейсом высокого разрешения.

Читать или скачать эту статью в формате PDF, 20 стр.

Цифровое телевидение стандартов DVB-T и DVB-T2_скрин

В 2002 г. был разработан стандарт аудио-видеоинтерфейса HDMI (High Definition Multimedia Interface — мультимедийный интерфейс высокого разрешения) е достаточной шириной полосы пропускания для передачи как несжатого цифрового видео высокой четкости, так и многоканального звука с незначительной компрессией или в несжатом формате по одному кабелю и с избытком свободного пространства.

HDMI позволяет передавать несжатое аудио-видео содержимое между HD DVD-проигрывателем (или другим источником видеоданных) и HD-совместимым телевизором или монитором. В среднем интерфейс HDMI способен передавать поток данных со скоростью до 5 Гбит/с. Этого достаточно, чтобы удовлетворить разрешению 1080р (телевидения высокой четкости с прогрессивной разверткой) и дополнительно передавать сигналы большинства современных цифровых аудиоформатов.

Стандарт HDMI обладает дополнительными резервами, учитывающими будущую модернизацию аудио- и видеоформатов. Так, например, в последней спецификации HDMI заявленная пропускная способность равна 10,2 Гбит/с.

С целью управления правами доступа к цифровым данным, то сеть исключения несанкционированного использования аудио-видеоданных в канале пропускания интерфейсов, рекомендуется совместное применение цифрового интерфейса HDMI с протоколом HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection — протокол защиты широкополосных цифровых данных), разработанным корпорацией Intel. Причем за использование протокола HDCP необходимо производить лицензионные отчисления. [1, с. 318]

В англоязычной технической литературе структура современного цифрового телевизионного приемника классифицируется на несколько функциональных блоков. Фактически основу конструкции любого DVB-приемника определяют два блока: Front-End (FE), который состоит из селектора каналов и демодулятора, и Back-End (BE), содержащий декодер и любой дополнительный сопроцессор. Декодеры, в зависимости от типа телевизионного приемника, бывают, как правило, либо MPEG-2 – в случае приема программ стандартной четкости (Standard Definition – SD), либо MPEG-4 или Н.264 – для программ высокой четкости (High Definition – HD). [1, с. 319]

Источник

Мамчев, Г. В. Цифровое телевизионное вещание. Учебное пособие для ВУЗов / Г. В. Мамчев. — Москва : Горячая линия — Телеком, 2014. — 448 c. — Текст : непосредственный.


 

Общая оценка материала: 4.9
Оценка незарегистрированных пользователей:
[Total: 26 Average: 5]