Общие сведения о цифровом телевидении

ЛЕКЦИЯ 18. ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ

Рассмотрены цифровое телевидение, эффективное кодирование и передача телевизионных сигналов, в частности кодирование с предсказанием и адаптивное групповое кодирование, также основные принципы цифровых телевизионных систем. Показаны пути решения задачи сжатия видеоинформации и цифрового представления звуковых сигналов.

Литература [7, 12, 16].

Ключевые термины: Аналогово-цифровое и цифро-аналоговое преобразования. Кодирование(оцифровка). Квантование по уровню. Дискретизация. Передискретизация. Фрмирователь ТВ сигнала. Избыточность ТВ сигнала. Сжатие изображений. Профили. Демультиплексор.

Цифровое телевидение - это отрасль телевизионной техники, в которой передача, обработка и хранение телевизионного сигнала осуществляются в цифровой форме.

Применение методов и средств цифрового телевидения - это новая ступень развития телевизионной техники, обеспечивающая ряд преимуществ по сравнению с аналоговым телевидением:

· повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов;

· уменьшение мощности передатчиков ТВ-вещания;

· существенное увеличение числа телевизионных программ, передаваемых в том же частотном диапазоне;

· повышение качества изображения и звука в телевизионных приемниках с обычным стандартом разложения;

· создание телевизионных систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой четкости - ТВЧ);

· расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры, используемой при подготовке и проведении телевизи­онных передач;

· передача в телевизионном сигнале различной дополнительной информации, превращение телевизионного приемника в многофункциональную информационную систему;

· создание интерактивных телевизионных систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу.

Эти преимущества обусловлены как самими принципами, присущими цифровому телевидению, так и наличием разнообразных алгоритмов, схемных решений и мощной технологической базы для создания соответствующих устройств.

Цифровой телевизионный сигнал получается из аналогового телевизионного сигнала путем преобразования его в цифровую форму. Это преобразование включает следующие три операции:

1. дискретизацию во времени, т. е. замену непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени -- отсчетов или выборок.

2. квантование по уровню, заключающееся в округлении значения каждого отсчета до ближайшего уровня квантования.

3. кодирование (оцифровку), в результате которого значение отсчета представляется в виде числа, соответствующего номеру полученного уровня квантования.

Все три операции выполняются в одном узле - аналого-цифровом преобразователе (АЦП). В современной аппаратуре АЦП реализуется в виде одной БИС. На входы АЦП подаются аналоговый сигнал и(t) и тактовые импульсы Ст, синхронизирующие моменты выборок. Выходные сигналы образуют параллельный п -разрядный двоичный код, представляющий получающееся в результате аналого-цифрового преобразования число.

В своем развитии цифровое телевидение прошло ряд этапов. На каждом этапе сначала выполнялись научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, создавались эксперименталь­ные устройства и системы, а затем принимались стандарты, как правило, международные, которые должны выполняться всеми организациями, ведущими телевизионное вещание и выпускаю­щими видеопрограммы, и всеми фирмами-производителями аппаратуры. Принятие стандартов - важнейшая составляющая развития любой технологии, в том числе и телевидения.

Первый этап развития цифрового телевидения - использование цифровой техники в отдельных частях телевизионной системы при сохранении обычного стандарта разложения и аналоговых каналов связи. Наиболее важным достижением данного этапа было создание полностью цифрового студийного оборудования. На современных телестудиях сигналы с передающих камер преобразуются в цифровую форму, и вся дальнейшая их обработка и хранение в пределах телецентра осуществляются цифровыми средствами. Другое направление использования цифровой техники, характерное для первого этапа развития цифрового телевидения - введение цифровых блоков в телевизионные приемники с целью повышения качества изображения или расширения функциональных возможностей. Примерами таких блоков могут служить цифровые фильтры для разделения яркостного и цветоразностных сигналов, для уменьшения влияния шумов на изображение и для подавления эхо-сигналов, возникающих при отражении радиоволн от поверхности Земли и различных объектов, то есть при наличии многолучевого приема. Широко известны также устройства для перехода от чересстрочной развертки к квазипрогрессивной, реализации функций ‹‹стоп-кадр›› и ‹‹кадр в кадре››, декодирования и воспроизведения на экране дополнительной информации, передаваемой по системе ‹‹Телетекст›› и т. д.

Второй этап развития цифрового телевидения - создание гибридных аналого-цифровых телевизионных систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменений телевизионного стандарта: 1) переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче; 2) увеличение числа строк в кадре и элементов изображения в строке. Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия спектра телевизионных сигналов для обеспечения возможности их передачи по каналам связи с приемлемой полосой частот.

Примерами гибридных телевизионных систем могут служить японская система телевидения высокой четкости МUSЕ и западноевропейские системы семейства МАС [14]. В передающей и приемной частях всех этих систем сигналы обрабатываются цифровыми средствами, а в канале связи сигналы передаются в аналоговой форме.

Третьим этапом развития цифрового телевидения можно считать создание полностью цифровых телевизионных систем. Первые предложения по полностью цифровым системам телевидения появились в 1990 г. В основе этих проектов лежали достижения в методах и технике эффективного кодирования и сжатия изображений. Работы в этой области проводились не только с целью создания цифровых телевизионных систем, но и для таких применений, как видеотелефон и видеоконференции, запись видеопрограмм на цифровые лазерные компакт-диски, компьютерная графика, видеосредства, мультимедиа и др.

С каждым годом возрастало количество проектов цифровых телевизионных систем и улучшались их характеристики. Результаты работ нашли отражение в нескольких стандартах. Для сжатия неподвижных изображений широко используется стандарт JРЕG. Методы сжатия движущихся изображений и сигналов звукового сопровождения описаны в стандартах МРЕG-1 и МРЕG-2. Стандарт МРЕG-1, ориентированный в основном на запись кинофильмов и видеопрограмм на компьютерные лазерные диски с возможностью воспроизведения изображения и звука с помощью обычного персонального компьютера, был окончательно утвержден к декабрю 1993 года Стандарт МРЕG-2, предназначенный для систем телевизионного вещания как с обычным стандартом разложения, так и с увеличенным числом строк (ТВЧ), утвержден в ноябре 1994 году.

В настоящее время системы цифрового телевидения, основанные на сжатии телевизионных сигналов по стандарту МРЕG-2, быстро распространяются во многих странах. При этом в первую очередь решается задача значительного увеличения количества передаваемых программ телевидения обычного разрешения, так как это дает быстрый коммерческий эффект.

Главные особенности нового поколения телевизионных систем:

1. Существенное сужение полосы частот цифрового телевизионного сигнала, достигаемое с помощью эффективного кодирования, то есть сокращения избыточности изображений, и позволяющее передавать 4 и более программ телевидения обычной четкости или 1-2 программы ТВЧ по стандартному телевизионному каналу с шириной полосы частот 6...8 МГц.

2. Единый подход к кодированию и передаче телевизионных сигналов с различной четкостью изображения: видеотелефон и другие системы с уменьшенной четкостью, телевидение обычной четкости, ТВЧ.

3. Интеграция с другими видами информации при передаче по цифровым сетям связи.

4. Обеспечение защиты передаваемых телевизионных программ и другой информации от несанкционированного доступа, что дает возможность создавать системы платного ТВ-вещания.

Дата добавления: 2014-01-06