Сравнительные характеристики существующих стандартов цифрового наземного телевидения

В настоящее время разработаны два стандарта цифрового наземного телевизионного вещания: DVB-T для Европы, ATSC для США, японский стандарт ISDB-T предлагается для международной стандартизации.

Стандарт DVB-T является наиболее универсальным, т.к. в нем используются решения, унифицированные со стандартами цифрового спутникового (DVB-S) и кабельного (DVB-C) телевидения. В системе стандарта DVB-T предусмотрен широкий набор параметров с целью адаптации к различным каналам и режимам работы. В частности, обеспечивается устойчивый прием изображения в автомобиле при движении со скоростью до 300 км/час. Стандарт DVB-T к настоящему времени принят более 40 странами мира.

Стандарт ATSC разработан из условий совместимости со стандартом NTSC, при этом к существующим передатчикам аналоговой системы NTSC подключаются дополнительные цифровые передатчики с обеспечением сопоставимых зон охвата телевизионным вещанием при фиксированном и, возможно, переносном приеме. Система ATSC принята в США, Канаде, Корее, Тайване.

Стандарт ISDB-T близок к DVB-T, но обладает расширенными возможностями передачи служб мультимедиа и использования радиоспектра в виде нескольких сегментированных полос частот, для каждой из которых могут быть установлены свои типы модуляции и способы помехоустойчивого кодирования.

Во всех стандартах цифрового наземного телевидения используются такие виды борьбы с ошибками, как скремблирование, перемежение, внешнее кодирование кодом Рида-Соломона, внутреннее кодирование сверточным кодом. Различия связаны с выбором параметров указанных преобразований потоков данных. Вместе с тем, стандарты телевизионного вещания отличаются методами звукового кодирования. Так в DVB-T и ISDB-Т используется алгоритм кодирования звука MPEG-2 уровня II -MUSICAM. В стандарте ATSC применятся система звукового кодирования Dolby AC-3. Использование обеих систем звукового кодирования допускается Рекомендацией ВТ. 1299 МСЭ-Р.

В стандарте ATSC используется метод модуляции 8-VSB (восьмиуровневая амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой), в стандарте DVB-T метод OFDM (частотное разделение ортогональных несущих). Стандарт ISDB-T предусматривает применение модуляции BST-OFDM (частотное разделение ортогональных несущих в сегментах спектра).

Основные характеристики перечисленных стандартов сведены в табл. 1.

Параметры	ATSC	DVB-T	ISDB-T
Используемая полоса частот по уровню (-3дБ)	7 МГц	7.608258 МГц (режим 2k); 7.611607 (режим 8k)	7.434 МГц (режим 1) 7.431 МГц (режим 2) 7.430 МГц (режим 3)
Число излучаемых несущих		1705 (режим 2k); 6817 (режим 8k)	1405 (режим 1) 2809 (режим 2) 5617 (режим 3)
Число активных несущих		1512 (режим 2k); 6048(режим 8k)	-
Методы модуляции	8-VSB	OFDM(QPSK,16,64-QAM)	Сегментированная OFDM(QPSK,16,64-QAM)
Формирование спектра	Косинусное скругление с коэффициентом 0.07	Косинусное скругление с коэффициентом 0.025;0.05	-
Длительность активного символа	71,4 нс	224 мкс (режим 2k) 896 мкс (режим 8k)	189 мкс (режим 1) 378 мкс (режим 2) 756 мкс (режим 3)
Разнос несущих частот	-	4464 Гц (режим 2k); 1116 Гц (режим 8k)	5291 Гц (режим 1) 2645 Гц (режим 2) 1322 Гц (режим 3)
Защитный интервал	-	1/4; 1/8; 1/16; 1/32 длительности активного символа	1/4; 1/8; 1/16; 1/32 длительности активного символа
Длительность полного символа	59,4 мкс (длительность сегмента, т.е. цикла из 832 символов)	231; 238;252;280 мкс (режим 2k) 924; 952;1008;1120 мкс (режим 8k)	236,250; 212,625; 200,813; 194,906 мкс (режим 1); 472,5; 425,25; 401,625; 389,813 мкс (режим 2); 945; 850,5; 803,25; 779,625 (режим 3)
Длительность передаваемого кадра	37,2 мс	68 OFDM символов, один суперкадр состоит из 4-х кадров	204 OFDM символа
Внутренний код канала	Решетчатая сигнальнокодовая конструкция – скорость 2/3	Сверточный код со скоростью: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8	Сверточный код со скоростью: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8
Внутреннее перемежение	I=12 (независимо кодированные потоки с перемежением во времени)	Временное и частотное перемежение	Временное и частотное перемежение
Внешний код канала	RS (207, 187, t=10)	RS (204, 188, t=8)	RS (204, 188, t=8)
Внешнее перемежение	52-сегментное сверточное байтовое перемежение	Побайтовое сверточное перемежение, I=12	Побайтовое сверточное перемежение, I=12
Скорость полезных данных	27,48 Мбит/с	4,98 – 31,67 Мбит/с	4,868 – 30,980 Мбит/с
Отношение сигнал/шум в канале с АБГШ	15,19 дБ при вероятности ошибки 1,93x10^-4 на выходе транспортного декодера	3,1 – 20,1 дБ при вероятности ошибки 2x10^-4 на выходе декодера Витерби (в зависимости от вида модуляции и скорости кода)	6,2 – 22 дБ при вероятности ошибки 2x10^-4 на выходе декодера Витерби (в зависимости от вида модуляции и скорости кода)

Следует заметить, что в настоящее время предложены более совершенные методы помехоустойчивого кодирования для передачи цифрового телевидения на основе турбокодов. Для использования в системах видеоконтроля выбран стандарт DVB-T, как наиболее распространенный.

Документ EN 300 744 описывает систему передачи данных для цифрового наземного телевидения. Передаваемые данные представляют собой информацию об изображении и звуковом сопровождении, а также любые дополнительные сведения. Условие передачи этой информации в системе DVB-T 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 системы DVB-T 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.

Рис. 1. Преобразование данных и сигналов в передатчике DVB-T

Для 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.1).

Отличительной особенностью DVB-T 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-T, 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 рисунке 2.

Рис.2. Преобразование сигналов и данных в приемнике DVB-T