1. Skip to Menu
  2. Skip to Content
  3. Skip to Footer>

Аналоговые и цифровые системы вещания

15.03.2012 15:18

PDF Печать E-mail
Аналоговые и цифровые системы вещания, компрессия цифрового сигнала «MPEG-2» и «MPEG-4»
С момента изобретения радио, а также телевидения и вплоть до 80-х годов 20 века основой передачи радио-теле сигналов являлся аналоговый метод. При всей простоте его реализации у этого метода имеется множество недостатков: качество изображения и звука существенно зависит от параметров электрических сигналов. При копировании информации и ретрансляции сигналов качество их ухудшалось из-за помех, а также искажений вносимых носителями информации и приемно-передающей аппаратурой. Особенно заметно это  проявляется при монтаже видео и аудиоматериалов, где используется метод перезаписи информации с носителя на носитель. Эти проблемы серьезно тормозили развитие и  совершенствование телевещания.
Использование цифровой техники дало новый толчок в развитии систем телевещания. С появлением цифровых методов обработки и передачи сигнала качество изображения и звука значительно повысилось.
Основным отличием цифровых от аналоговых методов обработки является наличие защищенности от шумов и помех, вносимых при передаче сигналов и перезаписи информации. В цифровом сигнале каждому элементу изображения соответствует большая группа импульсов, имеющих только два значения: «1» или «0», а звук и изображение  формируются в результате обработки, усреднения этих импульсов.  Однако у цифрового телевещания есть один большой недостаток: для передачи одного цифрового телеканала требуется полоса частот до 100...120 МГц. Для сравнения, обычный аналоговый телевизионный канал занимает полосу 6...8 МГц. Передать такую информацию по обычным каналам связи просто невозможно.
Поэтому стали  актуальны методы сжатия информации.
Упрощенно весь процесс сжатия информации происходит следующим образом: фоновое изображение делится на несколько прямоугольников, после анализа изображения, передаются только отличия каждого последующего фрагмента от другого, а основной фон от кадра к кадру не меняется.      
Компрессия основана на  устранение избыточности ТВ сигнала. Различают три вида избыточности видеоизображения:
1. Временная (когда два следующие друг за другом кадра изображения имеют незначительные отличия)
2. Пространственная (когда значительная часть изображения состоит из  однотонных, одинаково окрашенных участков)
3. Амплитудная (когда  глаза неодинаково воспринимают  светлые и темные элементы изображения)
Чтобы устранить временную избыточность передают вместо кадра изображения его отличие от предыдущего кадра. Простое вычитание кадров усовершенствовали, когда выяснили, что большая часть изменений, появляющихся на изображении, может быть описана как смещение небольших областей изображения. Разбив изображение на небольшие блоки и сравнив их с расположением в предыдущем кадре, можно для каждого блока определить набор параметров, показывающий направление и значение его смещения. Этот набор называют вектором движения, а всю операцию — предсказанием с компенсацией движения. По каналу связи передаются только вектор движения и относительно небольшая разность между текущим и предсказанным блоком. При сжатии звука сравниваются соседние элементы всей звуковой палитры.
После сжатия объем передаваемой информации значительно уменьшается, соответственно требуется и меньший канал связи.
Для увеличения степени сжатия картину делят  на большее количество элементов, что увеличивает время их анализа. Переданную потребителю сжатую информацию требуется декомпрессировать, т. е. восстановить в первоначальном виде в реальном времени! Это всё стало возможным с развитием быстродействующих процессоров. Для обработки изображения в реальном времени используются специальные вычислительные модули — «кодеры» и «декодеры», обеспечивающие все необходимые действия по компрессии и декомпрессии цифровой информации.
При сжатии  происходит потеря  части информации из-за некоторого усреднения всех элементов. Для увеличения степени сжатия требуется большее усреднение всех элементов, но этот процесс не должен быть бесконечным, так как имеется порог, за которым степень потери информации будет так велика, что повлечет за собой невозможность правильной расшифровки информации. 
Стандартом сжатия (MPEG) стали разработки «Motion picture Experts Group».
Еще в 80-х годах прошлого века был разработан стандарт «MPEG-1». Этот стандарт, известный как «VideoCD», имел существенные недостатки. Однородный фон на изображении выглядел, как составленный из квадратиков, а быстродвигающиеся объекты рассыпались на квадраты. Таким образом, не удалось добиться существенного преимущества по сравнению с «VHS» стандартом, и сейчас «MPEG-1»  практически не используется.
Впоследствии был создан стандарт «MPEG-2», сделавший огромный шаг вперед.  Изображение стало кристально чистое, с высокой четкостью и отличной цветопередачей, звук - лучше, чем у  компакт-диска, т. к. использовалась частота сэмплирования 48 КГц вместо 44.1 КГц, характерной для CD. На базе «MPEG-2» были разработаны стандарты «DVD» (Digital Video Disk) и стандарты цифрового телевещания: «DBS»/»DSS» и «DVB». «DBS» и «DSS» используются только в США для вещания платных каналов. «DVB» (Digital Video Broadcasting) используется в Европе, Азии, Африке, Австралии и сейчас даже в Америке.
В данный момент существует множество методов сжатия видео и аудио информации. Самыми распространенными являются стандарты «MPEG-2» и «MPEG-4».
Стандарт компрессии «MPEG-2» появился довольно давно, что было равносильно революции в передаче сигналов и хранении информации!  На этом стандарте построена значительная часть систем вещания спутникового ТВ. Данный стандарт компрессии обычно используется совместно со стандартом спутникового телевещания  DVB-S.
Стандарт компрессии «MPEG-4» появился относительно недавно и уже получил широкое распространение. Этот стандарт позволил увеличить степень сжатия информации без потери качества в несколько раз. Данный стандарт компрессии обычно используется  совместно со стандартом спутникового телевещания  DVB-S2, что позволяет увеличить число каналов на транспондере, без ухудшения качества, по сравнению со стандартом DVB-S.
Основные преимущества цифровых технологий по сравнению с аналоговым телевещанием — это помехозащищенное  изображение и звук, а также возможность увеличения числа передаваемых каналов с одного транспондера и  расширение сервиса. Теперь на спутниковом транспондере (передатчике) можно передавать четыре — пять каналов с очень хорошим качеством цифрового телевидения вместе со стереозвуком, или восемь — двенадцать каналов с качеством, соответствующим видеомагнитофонному стандарту «VHS». В результате число каналов у спутниковых операторов стало больше, и выбор их заметно увеличился, благодаря уменьшению цены за использование транспондеров. Вместе с цифровым пакетом телеканалов появилась возможность передавать также сопутствующую информацию: телетекст, субтитры, несколько языков и т.п.

Логин

Производители


Каталог