Основні теоретичні відомості про аналогове телевізійне мовлення

Однією з особливостей застосування ШСЗ є обмеженість енергетичного потенціалу супутникового ретранслятора, в силу чого у SAT мовлення традиційно використовують методи обробки, які вимагають мінімального відносини несуча/шум (C/N) на вході демодулятора в обмін, наприклад, на смугу частот сигналу. В аналоговому мовленні це був вибір частотної модуляції (замість амплітудної), а в цифровому мовленні доводиться застосовувати потужне каскадне завадостійке кодування (зовнішнє - блоковим кодом Ріда-Соломона, а внутрішнє - згортковим кодом) і модуляцію з невисокими кратностями (наприклад, QPSK замість більш високошвидкісний 16-QAM). Додатковою особливістю цифрового SAT мовлення є той факт, що многопрограммное мовлення здійснюється за рахунок мультиплексування, в цифровому потоці, а робота передавача ШСЗ здійснюється тільки на одній несучій в нелінійному режимі, що дозволяє підвищити його вихідну потужність на 2,5...4 дб порівняно з лінійним режимом роботи. Таке підвищення енергетики еквівалентно зменшенню діаметра рефлектора приймальної антени в 2 рази в порівнянні з прийомом сигналів аналогового мовлення.

У 1994р. в рамках консорціуму DVB Project був створений Європейський стандарт цифрової супутникової системи багатопрограмного телевізійного мовлення - стандарт DVB-S, що працює в смузі частот 11/12 ГГц (European Standard EN 300 421 v.1.1.2, 1997-08). Для цілей SAT мовлення виділені смуги частот в діапазонах 12, 29, 40 і 85 ГГц. У діапазонах 40 ГГц і 85 ГГц виділено спектр частот шириною в 2 ГГц.

У жовтні 1996р. був прийнятий проект Рекомендації по загальним функціональним вимогам до багатопрограмним систем SAT мовлення в смузі частот 11/12 ГГц, а вже у жовтні 1999 р. був вироблений проект нової Рекомендації, враховує, що в світі існують чотири схожі по архітектурі системи: стандарт DVB-S (Система А), DSS (Система), G1-MPEG-2 (Система С) і ISDB - S (Система D).

Система А (стандарт DVB-S) розроблена європейським консорціумом DVB Project і призначена для доставки служб багатопрограмного телевізійного мовлення або ТВЧ в частотних діапазонах фіксованою і радіомовної SAT служб (10,7...12,75 ГГц) з їх безпосереднім прийомом на домашні інтегральні приймачі-декодери, а також на приймачі, підключені до систем з SAT колективними ТБ антенами SMATV (Satellite Master TV Antenna), і систем кабельного телебачення (СКТ) при первинному і вторинному розподілах програм TV мовлення. В даний час практичне всі цифрове SAT TV мовлення на всі п'ять континентів здійснюється за стандартом DVB-S.

Існує два основних способи цифрової передачі SAT сигналів:

* передача N стислих цифрових сигналів на N несучих (MCPC - Multiple channels per carrier);

* мультиплексування N стислих цифрових сигналів та їх передача на одній несучої SCPC - Single channel per carrier);

Кількість програм телевізійного мовлення, яке можна передавати за допомогою одного супутникового транспондера, залежить від необхідної швидкості передачі інформації, компонентного або композитного формату кодування для джерела сигналу, якості і роздільної здатності вихідного зображення, критичності алгоритму стиснення до деяких видів зображень і необхідної якості відновленого зображення.

Досягнення в області стиснення даних дозволяє організувати велику кількість високоякісних цифрових ТВ каналів з відносно низькими швидкостями (менше 3 Мбіт/с, що еквівалентно 9-10 TV каналів в стандартній смузі SAT каналу величиною 27 МГц). У багатьох випадках допустима і швидкість в 1500 кбіт/с, що еквівалентно не менше 20 TV каналів з одного транспондера.

Структурна схема передавальної частини стандарту DVB-S показана на рис.1. На передавальній стороні виконуються наступні перетворення потоку даних для його адаптації до каналу:

- транспортний мультиплексування і рандомізація для дисперсії енергії;

- зовнішнє кодування за допомогою коду Ріда-Соломона ( RS);

- згорткове перемежування та внутрішнє кодування з використанням виколотого згорткового коду;

- формування сигналу в основній смузі частот та його модуляція.

Для SAT систем TV мовлення характерні обмежена потужність переданого сигналу і, отже, підвищена чутливість до впливу шумів і інтерференційних перешкод. Спільне використання енергетично ефективної квадратурної фазової модуляції QPSK і каскадного кодування каналу на базі укороченого коду RS (Ріда-Соломона) і згорткового коду в поєднанні з алгоритмом декодування Вітербі з м'яким рішенням забезпечує високу завадостійкість системи в умовах впливу шумових і інтерференційних перешкод, а також нелінійності бортового ретранслятора (тобто можливість роботи при підвищеній потужності). Завдяки узгодженій фільтрації і прямого виправлення помилок, висока якість прийому досягається навіть в екстремальних умовах, коли рівень мінімального сигналу близький до значень, що відповідають пороговим значенням відносин несуча/шум (C/N) і несуча/інтерференційна перешкода (C/I). При цьому гарантується не більше однієї помилки на годину, що еквівалентно ймовірності помилок близько 10-10...10-11 на вході демультиплексера MPEG-2 в приймальнику-декодері.

Для узгодження переданого сигналу з смугою і енергетичними характеристиками конкретного транспондера встановлюється необхідне співвідношення BW/RS, де BW - смуга транспондера за рівнем - 3 dB, RS - швидкість переданих символів. Так, для модуляції QPSK, швидкості згорткового коду R (або FEC) і швидкості RS-коду 188/204, відповідна швидкість передачі інформаційних символів складе:

R_U = R•(2R_s)•(188/204) = 1,843• R•R_S.

Для даної швидкості символів Rs може бути обрано одне з 5 значень кодової швидкості внутрішнього згорткового коду, що відповідно змінює отриману швидкість символів RU і спектральну ефективність системи CU=RU/BW.

Можливі варіанти співвідношення швидкостей передачі R, Rs, RU та спектральної ефективності CU від смуги транспондера при BW/Rs = 1,28 для QPSK модуляції наведено в табл.1.

Структурна схема блоків адаптації до каналу стандарту DVB-S на передавальній і приймальній сторонах. Як вже зазначалося вище, основним видом модуляції в стандарті DVB-S прийнята QPSK (у вітчизняній літературі іноді іменується як ФМ-4), хоча в окремих випадках можуть використовуватися 8-PSK (ФМ-8) і навіть 16 QAM (КАМ-16). Застосування завадостійкого кодування дозволяє значно знизити необхідний для роботи демодулятора з QPSK відношення Еб/N0 (відношення енергії в одному біті інформації до потужності шуму), а для модуляції більшої кратності порогове значення Еб/N0 виявляється дещо вище.

2.7 Особливості стандарту DVB-S2 в порівнянні з DVB-S

DVB-S2 - друге покоління цифрового супутникового телебачення, стандарт на трансляцію цифрового телебачення, який стане наступником DVB-S. Він був розроблений в 2003 році групою DVB Project, міжнародним промисловим консорціумом, і ратифікований ETSI (EN 302 307) в березні 2005 року. Стандарт передбачає удосконалення DVB-S і введення електронного збору новин (або Digital Satellite News Gathering), використовуваного мобільними пристроями для посилки звуків і зображень з будь-якої точки світу додому на телевізійну станцію.

DVB-S2 призначений для мовлення, включаючи стандартне і HDTV. Впроваджені інтерактивні сервіси, такі як Internet access і (професійна) передача контенту. Розробка DVB-S2 збіглася з появою відеокодеків HDTV і H.264 (MPEG-4 AVC).

Дві нові ключові властивості були додані в порівнянні зі старим DVB-S:

· Потужна схема кодування, заснована на сучасному LDPC. Для спрощення LDPC коди мають спеціальну структуру, відому як Irregular Repeat - Accumulate.

· Режими VCM (Variable Coding and Modulation, змінне кодування і модуляція) і ACM (Adaptive Coding and Modulation, адаптивне кодування і модуляція), які дозволяють оптимізувати смугу частот з динамічно змінними параметрами.

Ще однією відмінністю є поліпшена модуляція 32APSK (амплітудна і фазова маніпуляція), збільшені швидкості трафіку і спеціальний транспортний механізм для передачі IP-пакетів даних, включаючи потоки відео і аудіо MPEG-4, при цьому зберігається зворотна сумісність з базовим MPEG-2 TS.

DVB-S2 досягає набагато кращого використання смуги частот, ніж попередники. Підвищується максимальний бітрейт на тій же смузі частот супутника. Виміряна продуктивність DVB-S2 перевищує DVB-S на 30% за інших рівних смузі частот і потужності переданого сигналу. Оскільки тепер введена нова технологія стиснення, то якість (MPEG-4 AVC) HDTV тепер може транслюватися в тій же смузі, яка раніше займалася під DVB-S, заснованому на MPEG- SDTV десятиліттям раніше.

32QAM. В цьому випадку як на і, так і на Q припадає по 6 значень, і всього 36 можливих станів (6 х 6 = 36). Цих станів занадто багато (потрібно всього лише 32), тому чотири кутових символьних стану, які при передачі споживають найбільшу енергію, опускають. Отже, від передавача потрібно менше значення максимальної потужності. Оскільки 25 = 32, використовується 5 біт на символ, і символьна швидкість дорівнює 1/5 бітової швидкості.

радіосигнал телебачення цифровий супутниковий

Висновки

Під час виконання курсової роботи я дійшов до висновку, що при представленні інформації про відеосигнал в цифровому вигляді ми можемо проводити ширший спектр маніпуляцій з даним сигналом. Наприклад, приставивши сигнал в цифровому вигляді ми можемо використовувати новітні більш ефективні типи кодування та модуляції, і як наслідок ефективність передавання зростає в рази.

В аналогових системах телевізійного мовлення SECAM радіосигнал зображення формується за допомогою амплітудної модуляції (АМ) несучої зображення повним колірним (що складається з суми сигналів яскравості й колірності) ТВ сигналом з частковим придушенням нижньої бічної смуги частот, а радіосигнал звукового супроводу - за допомогою частотної модуляції несучої звуку сигналом звукового супроводу і в нас 1 ТВ канал займає смугу частот 8 МГц.

В цифрових системах телевізійного мовлення використовується значно складніший тип модуляції - OFDM.. Вхідний потік даних поділяється на кілька паралельних підпотоків, кожен з яких передається з меншою швидкістю ніж початковий вхідний. Кожен підпотік передається на окремій підчастоті і модулюється в залежності від потреб в режимамах QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM. Також слід відзначити введення схеми модуляції з "обертальним" сигнальним знаком. Ця процедура означає, що сформований модуляційний символ повертається в комплексній площині на певний кут, що залежить від числа рівнів. Відзначено, що застосування такої техніки забезпечує операційне посилення 7,6 дБ.

Отже, як бачимо більш складний та сучасний тип модуляції дає нам великий виграш в ефективності. Наприклад, у порівнянні з аналоговим, в смузі частот 8 мГц ми можемо розмітити близько 5 ТВ каналів у відмінній якості.

Список літератури

1. Телевидение: учебник для вузов/В.Е. Джакония, А.А. Гоголь, Я.В. Друзин и др; под ред. В.Е. Джаконии, 4-е изд., стереотип. - М.; Горячая линия - Телеком, 2007.

2. Системы цифрового ТВ и радиовещания / Под. Ред. Н.С. Мамаева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006.

3. Серов А.В. Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H. СПб.: БХВ-Петербург, 2010.

4. Гельгор А.Л., Попов Е.А. Система цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011.

5. 6. ГОСТ 7845-92 «Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений».

Размещено на Allbest.ru