🗊Презентация Цифровые телевизионные системы,

Цифровые телевизионные системы, Доц. Брюховецкий Александр Павлович. Проф. Дворкович Александр Викторович

17 декабря 1996 года Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 21 ноября Всемирным днём телевидения

ПРИНЦИПЫ

Диск Нипкова

ИСТОРИЯ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ Особенности

ЭТАПЫ ЦТВ ISO –( International Standart Organization -Международная организация по стандартизации), Главный в мировом масштабе орган, принимающий и утверждающий стандарты в различных областях IEC – (International Electrotechnical Comission - Международная Электротехническая Комиссия) ITU- (International Telecommunication Union- Международный Союз Электросвязи ). международный орган, занимающийся стандартизацией в области телекоммуникаций, CCIR - МККР (Международный Консультативный Комитет по радио) до 1993 года ITU-R - сектор радио, занимается Стандартизацией в телевидении JPEG (Joint Picture Expert Group - объединенная группа экспертов по изображениям), рабочая группа ISO MPEG (Motion Picture Expert Group) - группа экспертов по движущимся изображениям)

Концепция 1998 г В основе. лежит принцип создания в сетях вещания интегрированного транспортного потока для передачи, как вещательных программ, так и мультимедийной и другой информации 1998 г. Концепция внедрения цифрового ТВ вещания ТВ рассматривается, как многоцелевая информационная система. Ее задача при переходе к ЦТВ обеспечить: - комплексное решение проблемы многопрограммного ТВ вещания; - базирование на постепенном, эволюционном переходе от аналогового телевидения к цифровому; - передачу больших объемов данных, массовой интерактивности; - передачу ряда задач мультимедиа и других информационных служб; - адресный и ограниченный доступ к ТВ программам; - максимальную стандартизацию ТВ высокой и сверхвысокой четкости, интерактивности; - использование компьютерных технологий в ТВ-вещании

КОНЦЕПЦИЯ ЦТВ на 2010-2025 г. основывается на глобальном подходе к интеграции ряда новых сфер и компонент информатизации; на внедрении повсеместно: Объемного (трехмерное – 3D) ТВ-вещания; в дальнейшем внедрение систем 3DТВ-NО, обеспечивающих восприятие ряда (N) дополнительных ощущений (О). Например, прикосновений (тактильные чувства), температуры,- сопряжение комплексов создания ТВ программ и других источников информации с наземными и спутниковыми сетями распределения и вещания, включая КТВ, LMDS, MVDS, MWS, MMDS; максимально учитывать прогрессивные цифровые технологии приводящие к интеграции различных служб; повсеместном внедрении Видеоинформационных систем (ВИС) Максимальной стандартизации ТВ высокой и сверхвысокой четкости, интерактивности, использования компьютерных технологий в ТВ-вещании и др. единcтво международных стандартов на интерактивные каналы, организуемые в различных средствах телекоммуникаций

КОНЦЕПЦИЯ ЦТВ

Видеоинформационные системы Видеоинформационные системы (ВИС) – это многофункциональные интерактивные системы, обеспечивающие высококачественное воспроизведение видеоинформации на экранах различных размеров в многолюдных местах как на открытом пространстве (площади, улицы, стадионы и т. п.), так и в закрытых помещениях (залы, торговые центры, метро и т.п.).

ВИС Внедрение видеоинформационных систем различного назчения решает проблемы: — создания высококачественных систем интерактивного цифрового телевизионного вещания при удовлетворении постоянно возрастающих запросов на частотные присвоения систем связи без пересмотра частотных планов; — разработки и внедрения принципиально новых систем мобильного телевидения; — создания принципиально новых интерактивных систем опроса общественного мнения; — обеспечения деятельности органов государственной власти; — создания мобильной видеоконференцсвязи между центральными учреждениями и удаленными районами, а также удаленных районов между собой; — обеспечения сбора и распространения информации различного экономического и политического характера, распространяемой органами власти среди населения, популяризации проводимых

— реализации оперативного контроля объектов и дистанционного управления при устранении аварий и чрезвычайных ситуаций; — оптимизации лечебной и профилактической деятельности, созданию систем мобильной телемедицины; — создания систем дистанционного обучения на базе ведущих ВУЗов, расширения системы подготовки абитуриентов и пр.; — поддержки малого бизнеса, проведения рекламных мероприятий и др. Требования замены морально и физически устаревших основных технических средств вещания вызывают необходимость внедрения новых прогрессивных комплексов и систем. В этих обстоятельствах, учитывая присоединение России к европейской DVB системе цифрового телевизионного вещания, целесообразен и экономически выгоден переход к цифровым системам обработки.

Внедрение видеоинформационных систем в России связано с решением пяти наиболее важных проблем: — эффективного использования мирового опыта по созданию и применению систем цифровой обработки и передачи информации; — разработки стандартов России, касающихся систем формирования и передачи по каналам связи различных видов цифровой информации; — разработки и внедрения собственных видеоинформационных систем и соответствующей аппаратуры; — обучения студентов и специалистов для обеспечения разработок, производства и эффективной эксплуатации таких систем; — создания средств метрологии видеоинформационных систем.

Особое значение приобрело создание новых систем распределения цифрового телевидения и, в частности, многопрограммного цифрового ТВ вещания в Европе. Система DVB, внедрение которой проводится в России и которая охватывает спутниковые (DVBS/S2), кабельные (DVBC/C2), наземные (DVBT/T2) средства передачи. В стандарте реализован принцип использования при различных способах передачи одинаковых методов кодирования сигналов, мультиплексирования, системы коррекции ошибок на первом этапе передачи, что обеспечивает максимальную совместимость разных систем. Международными стандартами охвачены также такие системы распределения телевизионных программ, как MMDS, LMDS, MVDS.

Важнейшим вопросом является разработка отечественных стандартов формирования, передачи и приема цифровой информации с учетом особенностей построения мультимедийных систем в России. Новые стандарты должны разрабатываться с перспективой, а не фиксировать и, тем более, не закреплять нашу техническую отсталость. Метрологическая безопасность России — залог создания высоко качественной видеоинформационной аппаратуры и ее эффективного использования. На современном этапе развития техники выполнение требований метрологии связано с созданием виртуальных измерительных систем на базе использования персональных компьютеров в качестве устройств анализа и организации структуры систем формирования и обработки измерительной информации

При этом обеспечиваются: — патентная чистота способов измерений с применением специально разработанных оптимальных измерительных сигналов и процедур их обработки, позволяющих резко повысить точность и быстродействие измерений; — существенное увеличение функциональных возможностей создаваемых измерительных средств, а также их полностью цифровая реализация; — снижение практически на порядок цены приборов, что достигается их реализацией на базе общедоступных персональных компьютеров, дополнительно комплектуемых соответствующими блоками (платами) ввода и вывода измерительной информации и программными продуктами

Цифровая обработка Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений ввиду ее особой важности выделилась в самостоятельную область техники, в которую входят: — коррекция изображений, их «препарирование», т.е. сознательное разделение на части цифровыми средствами, видоизменение этих частей и их обратная «сборка»; — оценка параметров изображений с целью контроля качества их передачи и приема; — преобразование и кодирование изображений для хранения или передачи по каналам связи; — компьютерная графика, а также визуализация информации, т. е. представление массивов данных в виде различных изображений, что очень эффективно, так как облегчает решение многих задач, сложных именно своей абстрактностью Эта область включает также моделирование систем обработки, хранения и передачи визуальной информации по каналам связи, т.е. набор компьютерно-математических задач, необходимых для разработки новой цифровой телевизионной техники.

В чем отличие и чем характеризуется цифровое телевидение? Телевизионным изображением называется отображение на экране пространственных и временных изменений яркости, цвета и др. физ. параметров исходного изображения. В общем случае изображение можно представить в трехмерной системе координат, где функции пространственных координат x, y описывают изменение параметров в плоскости экрана в фиксированный момент времени, а ось t отображает процесс во времени. Точка изображения характеризуется определенным набором координат (x, y , t ) вместе с ее малой окрестностью называется элементом изображения или отсчетом

Стандартом ТВ сигнала наз. совокупность его основных параметров (характеристик) таких как: способ разложения, число строк в кадре, формат кадра, длительность и форма синхронизирующих и гасящих импульсов, полярность сигнала, разнос между несущими частотами изображения и звукового сопровождения, метод представления и кодирования цветовой информации (компонентный и композитный) Ч/б – 10 стандартов ---- B, D, G, H, I, K, KI, L, M, N По способу передачи цветности- 3 SECAM, PAL, NTSC

Сжатие изображений Это — задача так называемого сжатия, т. е.уменьшения объема информации, необходимого для ее передачи по каналам связи путем сокращения содержащейся в составе изображения информационной избыточности. Ключевыми вопросами, решение которых определяет эффективность развивающихся и вновь создаваемых систем, являются задачи компрессии видеоинформации и оценки ее качества. Решение именно этой задачи имеет, в частности, важное значение для внедрения телевидения высокой четкости. «Высокая четкость» в этих системах достигается увеличением количества как строк в кадре, так и элементов в каждой строке, Это означает резкое возрастание и соответствующего каждому изображению (кадру) объема информации

Передавать эти изображения предстоит с использованием существующих каналов связи, пропускная способность которых остается ограниченной. Становится очевидным, что как только будет создан эффективный и достаточно просто реализуемый алгоритм сжатия телевизионных изображений (а такие работы ведутся давно, и варианты решения этой задачи практически уже найдены) Частотное пространство телевидения во многих случаях ограничено, а кроме того, крайне привлекательным представляется внедрение новых систем телевидения без изменения существующей линейной каналообразующей аппаратуры. Решение такой задачи, как обеспечение возможности передачи хотя бы четырех — шести программ телевидения в стандартном радиоканале, является сегодня исключительно важным, прежде всего с экономической точки зрения.

. Аналоговый (а) и цифровой (б) фильтры НЧ

Раньше Интернет рассматривался как одно из средств общения или даже как развлечение, то сейчас – это один из самых мощных механизмов связи, работы и получения информации. Не удивительно, что рост Всемирной паутины просто катастрофически велик. Весьма актуальным становится вопрос о создании скоростных и надежных каналов связи. Распространенным до сегодняшнего дня является проводное соединение: витая пара, оптоволокно или телефонная линия. Весьма реальным становится использования радиосигнала для передачи информации. Это актуально на «последней миле»,

Однако поскольку радиоволны распространяются в воздушной среде имеет место затухание, связанное с сопротивлением воздуха. Более того, как известно на примере видимого света, который преломляется в призме или в каплях воды, возможно преломление излучения. Плюс к тому в городах и населенных пунктах имеет место отражение от предметов, например домов. Кроме того: Это дифракция и интерференция радиоволн. Первое – это просто огибание волной препятствий. Второе – это наложение радиоволн. Последнее наиболее неприятно. Для того чтобы решить эти технические проблемы, разрабатываются специальные способы модуляции сигнала, то есть кодирования в нем информации. Если при передаче по кабелю применяют модуляцию напряжения, то есть изменение амплитуды сигнала, то при радиосвязи чаще используют модуляцию частоты или фазы.

Радиоинтернет MMDS = 2,500-2,690 ГГц (Multichannel Multipoint Distribution Systems); UNII = 5,725-5,825 ГГц (Unlicensed National Information Infrastructure); LMDS = 27,500-28,350 ГГц, 29,100-29,250 ГГц, 31,000-31,300 ГГц (Local Multipoint Distribution Services).

Quadature Amplitude Modulation (QAM ) Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Decision Feedback Equalization (DFE) Frequency Division Multiplexing (FDM) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

МОДУЛЯЦИЯ QAM Самый простой вариант основан на системе phase shift keying (PSK). Существует две разновидности этой системы: бинарная и квадратичная (BPSK и QPSK). В первом случае за счет использования сдвига фазы на величину f передается один бит за цикл, во втором случае – два, с использованием сдвига фаз на 1/2f, f и 3/2f. Если сочетать сдвиг фаз и модуляцию амплитуды, то получится так называемая технология16-QAM, способная передавать 4 бита за цикл. Технология DFE предназначена для того, чтобы устранять помехи, которые вызваны интерференцией соседних символов. Это связано с возможной большой задержкой (до 4 мкс), когда сигнал предыдущего символа накладывается на принимаемый в данный момент

Технология DSSS базируется на методе QPSK. Но помимо этого передаваемый сигнал помещается в более широкую полосу, причем ширина последней определяется исходя из значения SNR для данной линии (SN – это отношение уровня сигнала к уровню шума). Более точно ширину можно представить формулой 10^(SNR/10)*(изначальную ширину). Видно, что этот метод просто экспоненциально неустойчив к помехам. В технологии OFDM сигнал также делится на несколько несущих, которые рассматриваются как независимые. Следовательно, нет необходимости использовать защитный тон, что повышает пропускную способность канала. Чтобы избежать проблем интерференции, вызванных задержками сигналов, данные передаются порционно (волновыми пакетами), причем каждую такую порцию начинает и заканчивает специальный сигнал.

Модификация VOFDM (vector OFDM) использует тот факт, что в зависимости от положения антенн возможны различные разбиения полосы передачи на независимые несущие. То есть возможно, что одна антенна уверенно принимает один набор частот, а другая — иной. Это позволяет использовать несколько антенн по соседству для передачи сигнала на близких частотах   Технология VOFDM является одной из наиболее современных и эффективных, особенно в условиях непрямой видимости