Системы и стандарты телевидения

Цель работы

Изучить основы аналогового и цифрового телевидения, принцип действия, устройство и условия применения аналоговых и цифровых телевизионных приемников, получить навыки их практического применения.

2. Теоретическая справка

Основы телевидения

Все, что мы видим вокруг себя, на самом деле представляет собой отраженные от различных поверхностей окружающих нас предметов лучи света. Отраженный от предмета свет, определенной окраски (спектра) и интенсивности (яркости), несет информацию о нем. Эту информацию можно представлять и передавать в виде электрических сигналов на большие расстояния, так же, как и звук, в виде радиосигналов.

Телевидение – передача на расстояние изображений движущихся и неподвижных объектов с помощью радиоволн или электрических сигналов по кабельным линиям.

Изображение любого объекта образуется из множества отраженных лучей с различными спектрами и интенсивностями. Поэтому потребовалось разработать систему способную преобразовывать изображение объекта в электрический сигнал. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов, расположенных в строгом порядке и образующих сетку – растр (на рис. 1 показаны результаты передачи изображения объекта при разложении его на различное число элементов). Преобразование светового потока от каждого элемента в электрические сигналы, пропорциональные яркости, передача их в эфир и обратное преобразование сигналов в изображение объекта. Из рисунка 1 следует, что четкость воспроизводимого изображения и приближение его к оригиналу тем выше, чем больше элементов разложения. Для нашего глаза вполне приемлемо, если изображение разложено на 450–500 тыс. элементов. Для адекватного воспроизведения сцены используется большое число строк. Например, в системах телевидения PAL и SECAM используется 625, в NTSC – 525 строк. Аналоговые телевизионные экраны имеют форматное отношение (отношение ширины к высоте) 4:3. Таким образом, число элементов по горизонтали увеличивается до 625∙4/3=833,3 элементов на строку, а все изображение будет содержать 625∙625∙4/3=520833 элементов.

Рис. 1. Разложение объекта при телепередаче на составные элементы:
а – на 80; б – на 320; в – на 1280; г – исходное изображение

Совокупность всех элементов изображения, образующая полную картинку на экране телевизора, называется кадром. В секунду формируется 25 кадров изображения. Исторически сложилось, что частота формирования кадров выбрана кратной частоте электрической сети. Поэтому в странах, где частота электрической сети составляет 60 Гц, используются стандарты с формированием 30 кадров в секунду. Быстрая смена изменяющихся кадров воспринимается телезрителем как непрерывное, движущееся изображение благодаря инерционному свойству зрительного анализатора человека («память зрения» – способность зрительного анализатора человека сохранять в своей памяти зрительное впечатление от изображения после его удаления с экрана в течение ~ 0,1 сек.), так как это происходит в кинематографе.

В телевизионной студии передаваемая сцена в видеокамере построчно преобразуется в электрические сигналы, характеризующие яркость и цвет элементов объекта съемки, называемые сигналами яркости и цветности. Эти сигналы определенным образом объединяются. К ним добавляются сигналы, определяющие начало кадра, начало строки и некоторые другие, вместе называемые сигналами синхронизации. Видеоинформация и импульсы синхронизации составляют полный видеосигнал.

Передача телевизионного изображения по элементам называется разверткой изображения, а последовательность передачи элементов способом развертки. Развертка бывает построчная и чересстрочная.

При построчном способе развертки фиксируется яркость каждого элемента строка за строкой (рис. 2). Электронный луч пробегает по сцене слева направо (развертывание), быстро возвращается назад (обратный ход), начинает сканирование следующей строки и т.д.

Рис. 2. Телевизионная строчная развертка

По завершении каждого полного цикла сканирования электронный луч возвращается к верхней строке изображения, и последовательность его движения повторяется.

Движение луча по вертикали называется кадровой разверткой. Для верного воспроизведения изображения, развертка на приемной стороне должна в точности повторять развертку на передающей стороне, строка за строкой и полукадр за полукадром. Чтобы обеспечить такое соответствие, в конце каждой строки вводятся импульсы синхронизации для инициирования обратного хода луча в приемнике, эти импульсы называются импульсами строчной синхронизации. В конце полукадра (поля) вводятся другие импульсы синхронизации для инициирования обратного хода луча полукадра, эти импульсы называются импульсами кадровой синхронизации.

Обычная последовательная развертка, т.е. сканирование всей картинки (625 строк) за один проход и затем переход к сканированию следующей картинки, обладает нежелательным эффектом мерцания. Чтобы уменьшить эффект мерцания яркости экрана применяется чересстрочная развертка. Чересстрочная развертка заключается в сканировании сначала нечетных строк 1, 3, 5 и т.д. и затем четных строк 2, 4, 6 и т.д. За один проход развертывается только половина кадра – полукадр (поле). Полная картинка состоит, таким образом, из двух полукадров, нечетного и четного. Частота полукадров составляет 2∙25 кадров/сек.=50 полукадров/сек. Вследствие инерционности зрения человека это делает мерцание изображения менее заметным.

В последние годы в телевизорах с цифровой обработкой телевизионного сигнала все шире применяется технология 100 Гц. Кадр изображения переводится в цифровую форму и запоминается в соответствующей микросхеме памяти и выводится на экран с удвоенной частотой. В этом случае частота смены полукадров составляет уже не 50, а 100 Гц, что делает мерцание изображения на экране менее заметным, особенно при больших экранах телевизора (более 54 см) и значительно снижает утомляемость глаз при длительном просмотре передач.

Когда разрабатывались системы цветного телевидения, черно-белое телевидение уже существовало. Поэтому основные требования к ним сводились к совместимости с системой черно-белого телевидения и высокому качеству цветовоспроизведения.

Совместимость означает необходимость передачи информации о цвете в том же канале связи и в той же полосе частот, которая уже отведена для черно-белого телевизионного вещания. Под совместимостью системы цветного телевидения с черно-белой следует понимать свойство системы обеспечивать качественный прием программ цветного телевидения в черно-белом виде всеми типами существующих на то время черно-белых телевизоров без каких-либо переделок – условие «прямой совместимости».

С другой стороны, приемник цветного телевидения также без всяких переделок должен принимать без какой либо окраски обычные черно-белые программы – условие «обратной совместимости». Выполнение условий прямой и обратной совместимости имело большое значение для всех стран, где уже широко было развито телевизионное вещание.

Основное снижение объема информации в цветном телевидении достигается за счет передачи ограниченного числа насыщенных цветовых тонов, что оказалось возможным благодаря особому свойству цветового зрения, известному под названием трехкомпонентности цветовосприятия.

Правильно выбрав три основных источника цвета и смешав их в определенных пропорциях, можно получить любой из наблюдаемых человеком цветовых оттенков. Следовательно, по телевизионному каналу достаточно передать информацию только о количественном соотношении трех основных цветов в любой момент времени.

Передача цвета заключается в одновременной передаче яркостных и цветовых составляющих цветного изображения. Сигнал яркости Y передается точно так же, как в черно-белом телевидении. Что касается цветовой составляющей, то она сначала «очищается» удалением яркостной составляющей из каждого основного цвета; в результате получаются так называемые цветоразностные сигналы:

R – Y, G – Y, В – Y.

Поскольку сигнал яркости есть Y = R + G + В, нужно передавать только два цветоразностных сигнала R – Y и В – Y. Третий цветоразностный сигнал G – Y можно восстановить на приемной стороне по трем переданным составляющим Y, R – Y и В – Y. Учитывая, что Y = R + G + В, получим

R = (R–Y) + Y, B = (B–Y) + Y, G = Y–R-B.

Сигнал цветности и несет информацию об интенсивности этих трех составляющих. Способ передачи цветовой составляющей в телевизионном сигнале определяется используемой системой цветного телевидения.

Сигналы цветности, яркости и синхронизации вместе образуют так называемый полный цветовой телевизионный сигнал. При передаче черно-белых изображений составляющая цветности отсутствует. В этом случае сигнал называют полным телевизионным сигналом. Часто сигналы ПЦТС и ПТС называют просто видеосигналами.

Видеосигналы ПЦТС и ПТС являются совместимыми. Это означает, что и цветной, и черно-белый телевизоры могут воспроизводить как черно-белые, так и цветные телепередачи.

Одновременно со съемкой изображения, с помощью микрофона (или нескольких микрофонов, при стерео или многоканальном звуке) происходит формирование сигнала звукового сопровождения, называемого также аудиосигналом.

Эфирное телевидение

Существуют три способа телевизионного вещания: наземное, спутниковое и кабельное.

На сегодняшний день эфирное или наземное (terrestrial) телевидение остается самым распространенным средством доставки зрителям вещательных программ. Для передачи программ в эфир используют электрические колебания высокой частоты, которые в отличие от низкочастотных аудио и видеосигналов могут свободно распространяться в окружающем пространстве на значительные расстояния в виде радиоволн. Сигналы изображения и звука излучаются передающими антеннами телецентров каждый на своей радиочастоте, называемой сигналом несущей изображения и звука соответственно. Эти сигналы мы и принимаем на свои телевизоры с помощью телевизионной антенны. Такой вид передачи телевизионных сигналов называется наземным или эфирным телевидением. Частоты сигналов несущих имеют строго оговоренные стандартом значения. Пара сигналов несущих изображения и звука, служащих для передачи одной телепрограммы называется радиоканалом эфирного телевидения или, говоря проще, телевизионным каналом.

Сигналы эфирного телевидения передаются при помощи ультракоротких радиоволн, сокращенно УКВ, в полосе частот от 48 до 862 МГц. Эта полоса частот условно разделена на 5 диапазонов, объединенных в две группы: - метровый или МВ (VHF), диапазоны I, II, III; – дециметровый или ДМВ (UHF), диапазоны IV, V.

В разных странах существуют некоторые различия в распределении телевизионных каналов между диапазонами. В стандарте, используемом в странах СНГ, метровый диапазон включает в себя 1–12 каналы, дециметровый 21–60 каналы.

Кроме этих диапазонов для телевидения так же используются диапазоны, получившие название S (Sonderkanal) и H (Hyperband). Они отделены от диапазонов МВ и ДМВ и могут использоваться для кабельного телевидения или для приема на отдельно установленную антенну. Диапазон S (каналы S1-S8) находится между II и III диапазонами, то есть его способен принимать любой современный телевизор. H-диапазон (каналы S11-S40) зарезервирован для студий кабельного телевидения (между III и IV диапазонами). Многие модели телевизоров позволяют принимать сигналы в этом диапазоне.

Приняв из окружающего пространства при помощи приемной телевизионной антенны радиосигналы различных телеканалов, телевизор выделяет сигналы именно того канала, на который он в данный момент настроен. В телевизионном приемнике принятый из эфира сигнал усиливается, из него выделяется сигнал звукового сопровождения, синхроимпульсы строчной и кадровой развертки и видеосигнал. Далее в телевизоре происходит обратное преобразование принятого сигнала в видимое изображение и звук.

Из-за особенностей распространения ультракоротких радиоволн, качественный прием программ эфирного телевидения может осуществляться только в зоне прямой видимости между приемной и передающей антеннами, называемой зоной уверенного приема. В зависимости от рельефа местности и высоты передающей и приемных антенн эта зона обычно имеет радиус 60–80 км (рис. 3). Останкинская телебашня, расположенная в городе Москве, имеет общую высоту с антенными устройствами 533 м и обеспечивает уверенный прием в радиусе примерно 100 км в диапазоне МВ и около 60 км в диапазоне ДМВ.

Рис. 3. В зависимости от расстояния для приема телевидения используются разные антенны

Для увеличения зоны уверенного приема на ее границе могут устанавливаться небольшие ретрансляционные телевизионные станции (ретрансляторы), которые принимают сигнал от телевизионного центра и после усиления передают его по другому телевизионному каналу в эфир. Радиус действия ретранслятора обычно оставляет 10–15 км. В этой зоне можно вести прием на обычную телеантенну.

Кабельное телевидение

Наряду с эфирным телевидением широко используется передача телевизионных сигналов по кабельным сетям. Использование кабеля позволяет уменьшить влияние внешних помех на полезный сигнал и, следовательно, передать его более качественно, чем через эфир. На первом этапе развития кабельного телевидения передача сигналов осуществлялась в основном между телестанциями. В настоящее время широкое распространение получили локальные сети кабельного телевидения, предназначенные для доставки программ непосредственно телезрителям. Локальной называется кабельная сеть, расположенная в пределах небольшого населенного пункта, микрорайона, а иногда и одного здания, например многоквартирного дома или гостиницы. По этой сети, с небольшой приемной телевизионной станции, за абонентскую плату, предоставляются программы эфирного и спутникового телевидения, практически без помех и с хорошим качеством изображения и звука.

Более совершенные системы кабельного телевидения обеспечивают передачу сигнала не только от кабельной ТВ станции к абоненту, но и обратно. Это позволяет абоненту такой кабельной сети при помощи обратного канала пользоваться рядом дополнительных услуг. Например, обеспечивать охрану своей квартиры, вызывать тревожные службы, пользоваться сетью Интернет.

Спутниковое телевидение

Спутники сегодня составляют привычную часть мировой системы связи. Спутниковое телевидение, является на сегодняшний день самым динамично развивающимся способом передачи телевизионных сигналов на большие расстояния. Теоретически, спутник находящийся на высоте около 36000 км может охватить своим сигналом территорию приблизительно с радиусом 9000 км. После запуска первого искусственного спутника Земли в 1957 году появилась возможность воплотить эту идею на практике. Преимущества, связанные со спутниковой передачей, намного превышают затраты на запуск спутника в космос. Спутниковой связи по сравнению с наземной свойственны гибкость, надежность и низкие эксплуатационные расходы. Один спутник, например, обеспечивает покрытие очень большой территории, используя существенно меньшую мощность, чем наземный передатчик, для которого требуется много ретрансляционных станций, а также подземная и подводная прокладка кабелей. В некоторых районах земного шара спутники являются единственным средством связи. Наряду с передачей сигналов между телевизионными станциями с помощью спутников, широкое распространение получает индивидуальный прием программ непосредственно со спутников. Обладая комплектом оборудования спутникового телевидения, телезритель получает возможность смотреть множество программ с высоким качеством изображения.

Базовая система спутниковой связи состоит из двух наземных станций, передатчика и приемника, вместе со спутником, находящимся на геостационарной орбите (рис. 4). Спутник, который называют ретранслятором, действует как преобразователь частоты, принимая сигналы от передающей станции (линия связи Земля – спутник) на одной частоте и передавая их обратно (линия связи спутник – Земля) на наземную принимающую станцию на другой, более низкой, частоте. Для прохождения ионосферы, окружающей Землю, частоты линий связи Земля – спутник и спутник – Земля выбираются выше 100 МГц.

Спутниковое вещание включает два этапа. Сначала ТВ сигналы посылаются на спутник, находящийся на геостационарной орбите. Особенностью этой орбиты является то, что спутники, находясь на ней, перемещаются в пространстве синхронно с вращением Земли. Для наблюдателя находящегося на Земле они кажутся неподвижными, как бы «подвешенными» в определённых точках небосвода. Это значительно облегчает прием программ со спутника, так как нет необходимости отслеживать приемной антенной его перемещения.

Рис. 4. Базовая система спутниковая связи

После вывода спутника на орбиту он продолжает вращаться вокруг Земли с постоянной скоростью без посторонней помощи вследствие действия центробежной силы F_c, стремящейся оттянуть его от Земли, эта сила равна гравитационной силе Земли F_g (рис. 5). Чем ближе спутник к поверхности Земли, тем больше гравитационная сила F_g. Чтобы спутник оставался на орбите, центробежная сила также должна быть увеличена; это достигается путем увеличения скорости спутника, что заставляет его быстрее вращаться вокруг Земли. И наоборот, для спутника, находящегося на более удаленной от поверхности Земли орбите, потребуется меньшая скорость для удержания его на орбите; поэтому он будет реже совершать обороты вокруг Земли.

Рис. 5. Силы, действующие на вращающийся спутник:
гравитационная F_G и центробежная F_C

На расстоянии 35786 км от поверхности Земли (и при скорости 3073 км/с) период вращения спутника вокруг Земли точно совпадает с периодом вращения Земли вокруг своей оси. В этом случае говорят, что спутник стационарен по отношению к Земле. Такую орбиту называют геосинхронной или геостационарной (ГСО). Если орбита располагается над экватором (рис. 6), то спутник будет стационарным по отношению к земному наблюдателю. Именно такие орбиты используют для спутникового телевещания. Геостационарную орбиту называют также орбитой Кларка, по имени инженера и писателя Артура Кларка, который впервые изложил требования к спутниковой связи в журнале Wireless World («Беспроводный мир») в октябре 1945 г.

Рис. 6. Геостационарная орбита

Принятый спутником сигнал передающей телестанции усиливается и на другой частоте передается в направлении Земли. Если спутниковая передача ориентирована на индивидуальных пользователей, так называемое вещание непосредственно на дом, то излучаемый спутником сигнал направлен не на конкретную приемную антенну, а на некоторую площадь, или зону, обслуживания. Для представления распределения испускаемой спутником мощности электромагнитного излучения используют контурные карты; каждый спутник формирует свою собственную зону обслуживания на земной поверхности. Применяют спутники высокой мощности, способные излучать мощность более 100 Вт. Эффективную излучаемую мощность, можно существенно увеличить, используя на борту спутника параболический рефлектор; это устройство увеличивает мощность более чем в 10⁴ раз. Такие высокие значения излучаемой мощности обеспечивают высококачественное изображение в частных домах при приеме на параболическую антенну с зеркалом в виде параболоида вращения (тарелку) диаметром всего 30 см.

Спутниковым телевизионным передачам отведены частоты в микроволновом диапазоне (рис. 7). Используются два диапазона сверхвысоких частот С-диапазон (3,4–4,7 ГГц) и К_u-диапазон (10,95–17,7 ГГц). Рабочий диапазон, отведенный для европейского прямого спутникового вещания, составляет 11,7–12,5 ГГц; для телевидения высокой четкости (HDTV) предоставлен К_а-диапазон (21,4–22 ГГц).

Частоты, на которых передаются спутниковые программы гораздо выше частот наземного телевидения, поэтому для их приема необходима специальная параболическая антенна. СВЧ-сигналы спутника отражаются параболическим приемным зеркалом в точку, соответствующую главному фокусу (рис. 8). Круглый в сечении рупорный приемник антенны может собирать сигналы с вертикальной или горизонтальной поляризацией. Используемый обычно рупорный приемник позволяет уменьшить диаграмму направленности и предотвратить прием фонового шума. Волноводный приемник, установленный в главном фокусе, принимает сигналы и посылает их в резонатор на входе малошумящего блока (МШБ).

Рис. 7. Спектр электромагнитного излучения:
ОНЧ – очень низкая частота; КВЧ – крайне высокая частота; (СВЧ)

Рис. 8. Спутниковая параболическая антенна

Антенна спутника принимает частотно-модулированный сигнал (14,25–14,5 ГГц) линии связи Земля – спутник, преобразует его в сигнал меньшей частоты (10,7–11,7 ГГц и 11,2– 11,45 ГГц) и посылает сигнал обратно на Землю (линия связи спутник – Земля). Изменение частоты происходит путем понижения частоты линии связи Земля-спутник на определенную величину (3 ГГц). Сигнал канала спутник – Земля принимается на домашнюю спутниковую антенну типа параболического зеркала и передается на малошумящий блок (МШБ), размещенный в самой приемной антенне. Основное назначение МШБ заключается в преобразовании сигналов сверхвысокой частоты (СВЧ) в более удобный для управления частотный диапазон 950–2150 МГц. После усиления преобразованный сигнал посылается по малошумящему коаксиальному кабелю в спутниковый приемник. Приемник выбирает канал, демодулирует сигнал и восстанавливает исходный видеосигнал.

Восстановленный таким образом исходный видеосигнал содержит две составляющие: полный видеосигнал и звуковой сигнал. Каждая составляющая обрабатывается отдельно.

После этого полный видеосигнал и звуковой сигнал принимает такую форму, что его можно передать по соединителю SCART на телевизор.

В спутниковом телевидении используются как традиционные аналоговые системы цветного телевидения NTSC, PAL и SECAM, так и цифро-аналоговые и цифровые стандарты с улучшенным качеством изображения и звука.

Цифровое телевидения

Цифровом телевидение (digital television, DTV), это система передачи цифрового телевизионного сигнала, его приема, обработки и отображении на цифровых телевизорах. Цифровой сигнал может передаваться конечному пользователю по радиоканалам, кабельным и спутниковым системам, а после приема непосредственно в цифровом виде он используется для формирования изображения и звука.

Бурное развитие цифровых технологий, в последние десятилетия, явилось предпосылкой к созданию новых систем телевидения. Желание улучшить качественные показатели телевизионного вещания, по сравнению с существующими аналоговыми системами PAL, SECAM и NTSC, привело к появлению новых цифровых стандартов изображения. Хранить необработанное цифровое видео (raw video) сложно из-за поистине гигантских размеров финального файла. В профессиональных камерах размер каждого кадра измеряется порой в десятках мегабайт. Одним из решений этой проблемы является разработка и использование различных способов сжатия исходной видеоинформации с помощью видеокодеков.

Кодек (КОдировщик/ДЕКодировщик), как следует из названия, – это программа, предназначенная для кодирования и декодирования видео. Вопреки расхожему мнению, термины «кодирование» и «сжатие» отнюдь не являются синонимами. Кодирование может включать в себя как сжатие, так и некоторые дополнительные операции, например перевод цветовой палитры видео из компьютерной RGB в телевизионную YC_BC_R.

Сжатие видеопотока может быть реализовано двумя способами – с потерями (lossy) и без потерь (lossless) (рис. 9). Первый способ исключительно хорошо уменьшает размер видеофайлов, он используется в самой конечной фазе производства фильма при тиражировании и предпродажной записи на носители. Однако до этого момента сжатие с потерями никогда не применяется. Сжатие без потерь, напротив, применяется только на промежуточных стадиях обработки видео.

Рис. 9. Способы сжатия информации

Способ кодирования видео каждый производитель кодека волен выбирать сам – лишь бы стандартный декодер смог прочитать результат. Из-за этого кодеки от разных производителей принципиально различаются как по скорости кодирования, так и по качеству конечного результата.

Лидером в области кодеков является международная организация – специальная группа экспертов MPEG (Motion Picture Experts Group), организованная в 1988 году, являющаяся разработчиком стандартов на типы кодирования видео- и аудиосигналов. Результатом исследований этой группы явилось создание международных стандартов для сжатия цифрового телевизионного сигнала, также получивших название MPEG. Созданные ей кодеки востребованы практически во всех областях, начиная от домашнего использования и заканчивая применением в профессиональных киностудиях самого высокого уровня. Рассмотрим их.

MPEG-1. Видео в MPEG-1 кодируется в разрешении 352×240 пикселей. Битрейт видео в MPEG-1 постоянный, и для видео CD он составляет 1,5 Мбит/с. Кодек позволяет сжимать видео только в прогрессивном (построчном) режиме.

Формат разделен на несколько частей (parts). Каждая из них отвечает за определенную область работы кодека.

MPEG-1 – Part 1: отвечает за синхронизацию аудио- и видеоданных.

MPEG-1 – Part 2: собственно кодек, обеспечивающий сжатие видеоданных.

MPEG-1 – Part 3: кодек для сжатия аудио.

MPEG-1 – Part 4: описывает тесты на совместимость аппаратуры с форматом.

MPEG-1 – Part 5: описывает принципы создания ПО для воспроизведения формата.

Третья часть делится на несколько слоев (layers). Третий слой (MPEG-1 – Part 3. Layer 3), также известный как МРЗ, в представлении не нуждается. Он получил широкое распространение на ПК в качестве формата для хранения музыки, однако в профессиональном видео его используют крайне редко. Для этого предназначены более совершенные слои – МР2 и МР1. Например, МР2 является главным конкурентом Dolby Digital на роль стандартного аудио-формата в DVD-проигрывателях.

MPEG-2 – специально разработан для кодирования сигналов телевидения. Это общепринятый стандарт, известный также как стандарт MP@ML (Main Profile at Main Level – основной профиль при основном уровне), для цифрового спутникового телевидения, компакт-дисков Super VideoCD и DVD. На низких битрейтах MPEG-2 проигрывает MPEG-1 по качеству сжатия видеоданных, но на более высоких (от 4 Мбит/с и выше) – уверенно превосходит его.

Стандарт MPEG-2 устанавливает 4 уровня (Levels) разрешения кадра (LL – низкий уровень с разрешением 352×288, ML – основной уровень 720×576, HL-1440 – высокий уровень 1440×1152 и HL–1920 – высокий уровень 1920×1152) и 5 базовых профилей (Profiles) кодирования сигналов яркости и цветности (SP – простой, МР – основной, 2 масштабируемых профиля и HP – высокий).

По сравнению с традиционной аналоговой системой цифровое телевизионное вещание имеет следующие преимущества:

• очень высокое качество изображения;

• большее число программ;

• пониженные требования к мощности передаваемого сигнала;

• пониженные требования к отношению сигнала к шуму;

• отсутствие повторных изображений;

• пониженные требования к мощности передаваемого сигнала означают меньшее взаимное влияние соседних каналов.

Аудиокодек MPEG–2 является развитием МР1/2/3. Основной его отличительной особенностью является поддержка многоканального звука формата 5.1.

Таблица 1

Основные форматы цифрового телевизионного изображения

	Разрешение	Коэффициент пропорциональности	Кадровая развертка
HDTV	1920×1080	16:9	24p, 30p, 60i
1280×720	16:9	24p, 30p, 60p
SDTV	704×408	16:9	24p, 30p, 60i, 60p
704×408	4:3	24p, 30p, 60i, 60p
VGA	640×480	4:3	24p, 30p, 60i, 60p

Каждый формат характеризуется разрешением, коэффициентом пропорциональности изображения, частотой и типом развертки: p – построчная, i – чересстрочная

MPEG-3, – разрабатывался как стандарт для цифрового кабельного телевидения высокой четкости HDTV (High Definition Television). Он использует очень высокий битрейт – до 40 Мбит/с, что в десять раз выше стандартного значения для MPEG-2. Вместе с тем реальных преимуществ по сравнению с MPEG-2 он не обеспечивает и поэтому данный формат не получил широкого распространения.

MPEG-4. Создавался специально для использования на маломощных ПК и сети Интернете. Его наиболее очевидное преимущество перед остальными стандартами MPEG заключается в возможности организации трансляции видео через Сеть, так как он оптимизирован под низкий битрейт (ниже 1 Мбит/с).

DivX. Популярность MPEG не могла не остаться незамеченной разработчиками других стандартов; вместе с тем говорить о том, что этот кодек лишен недостатков, нельзя. К большому сожалению, доработка формата MPEG силами энтузиастов, является незаконной. Французский программист Джером Рота, приложивший немало усилий для расширения возможностей кодека MPEG, предпочел не распространять нелегальные исправления и дополнения, а создать на их основе доработанный вариант кодека MPEG. Так появился DivX 3.11 Alpha.

Реакция на появление нового кодека со стороны группы MPEG была отрицательной. Создателю DivX грозили длительными судебными разбирательствами. Для сохранения формата Рота принял решение переписать кодек с нуля, чтобы устранить проблемы с его законностью. В 2000 году он создал фирму DivX Inc., которая приступила к разработке нового кодека. Результатом работы стал полностью легальный кодек DivX 4.0, работы по совершенствованию кодека продолжаются.

XviD. Еще до создания четвертой версии своего кодека компания DivX Inc. создала проект с открытым исходным кодом OpenDivX. В разработке нового кодека, который должен был стать основой для DivX 4.0, участвовало большое число энтузиастов. Однако в июле 2001 года было объявлено о прекращении работ над OpenDivX и закрытии проекта. Но это не остановило сторонних разработчиков, которые решили продолжить работу над проектом без участия DivX Inc. Новый проект назвали XviD (анаграмма от DivX).

В настоящее время осуществляется переход на новые цифровые стандарты аудиовизуальных технологий. Наиболее вероятным кандидатом на роль эфирного ТВ нового поколения считается стандарт DVB-T (табл. 2).

Таблица 2

Стандарты цифрового телевидения

	DVB-S (спутник)	DVB-C (кабель)	DVB-T (антенна)
Стандарты	ETS 300 421	ETS 300 429	prETS 300 744
Тип модуляции	QPSK	QAM	COFDM
Диапазон частот, МГц	10,7-12,75	47-470	174-230
Ширина канала, МГц	33-36	7-8	7-8
Максимальная скорость передачи, Мбит/с
Типичная скорость передачи, Мбит/с			14-24
DVB-T отстает от DVB-S и DVB-C по типичной скорости передачи данных. Число телепрограмм изначально ограничено спецификацией стандарта

Для передачи телевизионных программ будут использоваться в первую очередь существующие наземные вещательные станции. DVB-T транслируется в метровом диапазоне на каналах с 5-го по 10-й и в дециметровом – на каналах с 21-го по 69-й. Напомним, аналоговое телевидение использовало только первые шестьдесят каналов, но цифровая техника вещания и приема позволяет без проблем освоить девять дополнительных. Стандарт DVB-T позволяет вести одновременные трансляции до 32 программ.

Антенны, которые до сих пор применялись для приема аналоговых сигналов, можно использовать и с цифровым телесигналом. Большая часть аналогового распределительного оборудования и антенных усилителей в состоянии обрабатывать цифровой сигнал.

Цифровое телевидение дает много возможностей передавать кроме самих программ разнообразную дополнительную информацию. Наряду с такими технологиями, известными из эпохи аналогового телевидения как телетекст, VPS – ТВ-сигнал на старт записи видеомагнитофона – и двух языковой звук, новая цифровая телевизионная техника предлагает, например, электронную программу передач EPG, мультимедийную платформу МНР и объемный звук формата Dolby Digital.

Повсеместное введение DVB-T в европейских странах планируется на 2010–2012 годы. В настоящее время цифровое ТВ транслируется по спутниковым или кабельным каналам.

Большинство современных спутниковых систем телевещания, так же как и проигрыватели DVD дисков, используют цифровое кодирование сигнала. С помощью таких систем цифровой сигнал на выходе устройства конвертируется в аналоговую форму для отображения на аналоговых телевизорах. При этом качество изображение повышается по сравнению с аналоговыми системами, но оно все еще ограничивается необходимостью преобразования сигнала в аналоговую форму. Сейчас на смену аналоговым телевизорам приходят цифровые телевизионные системы, способные воспроизводить цифровой сигнал.

Телевизоры

Телевизор представляет собой специализированный (телевизионный) приемник, который в отличие от обычного радиоприемника, может принимать и воспроизводить не только звук, но и изображение.

Упрощенно телевизор можно представить состоящим из трех частей:

1. Шасси – платы, которая содержит основные электронные блоки телевизора;

2. Устройства воссоздающего изображение (чаще всего это кинескоп);

3. Корпуса, с расположенными на нем разъемами и органами управления, внутри которого находятся шасси и кинескоп.

Также обязательным дополнением современного телевизора является пульт дистанционного управления (ПДУ).

Рассмотрим, в упрощенном виде, каким образом телевизионный сигнал преобразуется в звук и изображение в аналоговом телевизоре.

Телевизионные радиосигналы, принятые антенной, по кабелю снижения (фидеру) подаются на радиочастотный (антенный) вход телевизора. Далее они поступают в радиочастотный модуль, называемый также тюнером, где из них выделяется и усиливается сигнал именно того канала, на который в этот момент настроен телевизор. В тюнере так же происходит преобразование радиочастотного сигнала в сигнал более низкой частоты, называемой промежуточной. Затем этот сигнал поступает в канал изображения, где происходит выделение из сигнала промежуточной частоты составляющих изображения и звука.

Аудио составляющая подается в канал звукового сопровождения, где происходит выделение звукового сигнала и его усиление. После этого звуковой сигнал подается на громкоговоритель, преобразующий электрический сигнал звуковой частоты в слышимый звук. В случае если телевизор рассчитан на воспроизведение стерео или многоканального звука, в составе его канала звукового сопровождения имеется соответствующий декодер, который разделяет звуковую составляющую на каналы.

Из полного видеосигнала в канале изображения черно-белого телевизора выделяется и усиливается видеосигнал изображения, который используется для управления кинескопом. Главное отличие телевизора цветного изображения от черно-белого заключается в наличии модуля цветности, выделяющего из полного видеосигнала составляющие цветности R, G, B, каждая из которых управляет электронным лучом соответственно красного, зеленого и синего прожекторов цветного кинескопа (рис. 10).