Расчет линии связи для системы телевидения (стр. 8 из 14)
В настоящее время стандарт MPEG-2 Video состоит из четырех исходных форматов:
-- Lowlevel (низкий уровень). Это обычный формат качества VHS (или несколько лучше) со скоростью передачи информации примерно от 2 до 4 Мбит/с;
-- Mainlevel (главный уровень). Формат студийного качества ITU-R ВТ601 со скоростью передачи информации около 9 Мбит/с;
-- High-1440 level (высокий 1440 уровень). Это формат высокой четкости, использующий 1440 отсчетов на строку;
-- Highlevel (высокий уровень). Это формат высокой четкости, использующий 1920 отсчетов на строку.
Стандарт MPEG-2 Video также содержит гибкую систему методов сжатия данных, которая разделяется на профили. Каждый профиль определяет различный набор методов сжатия, возрастающих по сложности и стоимости реализации, и обладает полной обратной совместимостью с профилями, которые предшествуют ему по списку (например, декодер главного профиля будет также декодировать изображения простого профиля). Данные профили в общих чертах описаны ниже:
-- простой профиль. Использует минимум способов сжатия и применяется в самых недорогих моделях приемников;
-- главный профиль. Включает все способы простого профиля и дополнительно содержит предсказание по двум направлениям. Это обеспечивает лучшее качество изображения, чем при использовании простого профиля при одной и той же скорости передачи информации. Декодер главного профиля будет декодировать изображения простого профиля, однако он намного дороже. Строка последовательных цветоразностных сигналов может быть позже добавлена к этому профилю;
профиль, масштабируемый по отношению S/N. Обеспечивает дополнительные способы по улучшению отношения S/N, в настоящее время не поддерживается в системе DVB из-за возрастающей сложности декодера;
пространственно масштабируемый профиль. Проблемы его использования подобны описанным в предыдущем пункте; в настоящее время не поддерживается в системе DVB по тем же причинам;
высокий профиль. С его помощью можно кодировать строку одновременных цветоразностных сигналов. Он также предназначен для наиболее престижных систем, использующих очень высокую скорость передачи данных.
Первое поколение европейских моделей совмещенных приемников/декодеров IRD будет удовлетворять требованиям главного уровня, главного профиля вещания студийного качества с числом строк 625 и форматами изображения 4: 3, 16: 9 или 20: 9. Вещатели могут выбирать меняющуюся или постоянную скорость передачи данных, учитывая, что более высокие скорости передачи данных позволяют воспроизводить изображения с меньшими ошибками кодирования. Сегодняшнее качество изображений PAL и SECAM может быть получено при скорости передачи данных около 5-6 Мбит/с. Система MPEG особенно подходит для фильмов с частотой 24/25 кадров в секунду, поскольку их легче кодировать, чем видеофильмы, и они хорошо смотрятся даже при низкой скорости передачи данных. Типичная структурная схема полной системы передачи и приема сигнала DVB приведена на рис. 2.2.1
Система DirecTV
Система DirecTV, работающая в США и Европе, была создана в 1994 году и явилась первой системой непосредственного вещания сжатого цифрового ТВ сигнала. Система, использующая все 32 (или больше) лицензионные частоты спутника DBS, находящегося в позиции 1010W, была предназначена для распределения 150 каналов потребителям, имеющим небольшие антенны диаметром 45 см и соответствующие модели IRD. Частоты вещания на линии связи вверх находятся в диапазоне 17, 3-17. 8 ГГц, а на линии связи вниз - 12, 2-12, 7 ГГц. Каждый транспондер способен обеспечить передачу четырех эфирных ТВ каналов или восьми каналов, передающих ТВ фильмы.
Рис. 2.2.1. Типичное построение системы передачи и приема сигнала DVB через спутник.
Каждый спутник имеет следующие технические характеристики:
Азимутальное расположение 101° западной долготы
Число транспондеров на борту 16
Мощность каждого транспондера 120 Вт
Ширина полосы каждого транспондера 24 МГц
Поляризация круговая
Зона обслуживания вся территория США и Европа.
Сжатая видеоинформация от любого источника уплотняется с временным разделением (TDM) в единый последовательный поток данных, что позволяет изменять число битов в секунду, выделенных для каждого источника, в соответствии с содержанием или форматом канала. До компрессии скорость передачи сигнала составляет 270 Мбит/с, а после MPEG-сжатия снижается до 3, 75-7, 5 Мбит/с, что соответствует коэффициенту сжатия в пределах от 36: 1 до 70: 1. Уплотнение с временным разделением обеспечивает скорость передачи, приближающуюся к 30 Мбит/с, что эквивалентно передаче от 4 до 8 ТВ каналов (в зависимости от содержания).
Достоверность сигнала DBS поддерживается мощной системой коррекции ошибок, базирующейся на сочетании сверточных кодов с кодом Рида-Соломона. Таким образом, сигнал DBS полностью защищен во время прохождения к декодирующей аппаратуре клиента, фактически гарантируется, что доступность сигнала составляет 99, 7% для среднего года. Канальное кодирование, которое имеет много особенностей, достаточно сложно с математической точки зрения. Но, поскольку все подробности реализации скрываются внутри микросхем, его детальное описание не входит в задачу данной книги. Поток данных модулирует несущую методом QPSK.
3. Качественные показатели каналов спутниковых линий
Качественные показатели каналов телевидения
Каналы и тракты спутниковых линий, входящие во взаимоувязанную сеть связи (ВСС) страны, нормируются на основе действующих в России единых для наземных и спутниковых систем связи и вещания норм и стандартов на каналы, групповые и цифровые тракты, а с учетом вхождения их в международные сети связи — также в соответствии с документами международных организаций МККР (теперь Сектор радиосвязи МСЭ-Р) и МККТТ (теперь Сектор стандартизации МСЭ-Т), входящих в МСЭ.
Классификация спутниковых ТВ каналов
В спутниковых системах передачи организуются три типа ТВканалов: магистральные каналы, распределительные для подачи ТВ программ в зоновые и местные ТВ сети и каналы для подачи (вещания) программ на установки индивидуального пользования.
Спутниковые магистральные ТВ каналы, организуемые на базе приемных станций «Орбита» и «Москва», по назначению и качественным показателям соответствуют магистральным ТВ каналам радиорелейных и кабельных линий, и обе линии вверх и вниз в них работают в диапазонах фиксированной спутниковой службы. Для организации телевизионных репортажей с мест актуальных событий широко применяются спутниковые транспортируемые видеорепортаж-ные станции. Эти каналы изображения телевидения и звукового сопровождения телевидения должны отвечать требованиям на магистральный канал.
Спутниковые системы распределительные или подачи (вещания) программ на индивидуальные приемные установки системы, как правило, организуются в диапазоне ФСС на линии вверх — с помощью так называемых фидерных линий и в диапазоне вещательных служб — на линии вниз.
Под ТВ каналом подразумевается совокупность двух каналов — изображения и звукового сопровождения.
Спутниковые распределительные ТВ каналы с приемными установками I класса, например типа «Экран-ПП», должны быть эквивалентны по качественным показателям каналу наземной линии, состоящему из магистрального и внутризонового каналов.
Спутниковые распределительные ТВ каналы с приемными установками II класса для коллективного приема, например, типов «Экран-ПА», «Экран-КР», «Экран-КР10», предназначены для распределения программ центрального телевидения в населенные пункты с числом жителей 2.. .3 тыс. чел. (в местные сети распределения ТВ) с помощью маломощных (1; 10 Вт) ТВ ретрансляторов или сетей кабельного телевидения. К ним относятся и установки коллективного приема ТВ систем вещательного телевидения на базе отечественных спутников «Галс» или предназначенные для приема зарубежных программ, на базе спутников Astra, которые могут работать в разных диапазонах частот. Так, как известно, система «Экран» работает в диапазоне 700 МГц, а приемные установки новых разработок рассчитаны на прием программ в диапазонах фиксированной и вещательной служб в диапазонах 11 и 12 ГГц.
Спутниковые каналы для приема телевидения на установки индивидуального приема фактически состоят из канала подачи программ на линии вверх и канала вещания ТВ.
Гипотетические эталонные цепи
Рис.3.1.1. Гипотетическая эталонная цепь канала изображения спутниковой линии.
Для удобства нормирования и сравнения на общей основе каналов с различными структурами и длинами вводят гипотетические эталонные цепи (ГЭЦ); ГЭЦ магистрального канала изображения дана на рис. 3.1.1., содержит лишь одну линию Земля – спутник - Земля, причем она может содержать линию спутник - спутник. На земной передающей станции имеется модулятор для переноса модулирующего спектра основной полосы на ВЧ несущую, а на земной приемной станции — демодулятор для переноса сигнала с ВЧ несущей на модулирующие частоты. Обычно при нормировании активные соединительные линии между земными станциями ЗС и коммутирующими центрами в ГЭЦ не включаются. С учетом средней длины спутниковых ТВ каналов и их функций принято, что спутниковый магистральный канал изображения по показателю отношение сигнал - взвешенный шум эквивалентен магистральному каналу наземной линии, состоящему из двух каналов длиной по 2500 км. По остальным показателям спутниковый канал изображения эквивалентен наземному магистральному каналу длиной 2500 км. В ГЭЦ канала
Рис. 3.1.2. Уровни в полном цветовом сигнале: L — номинальный размах сигнала яркости от уровня гашения до уровня белого, 700 мВ; S— номинальная амплитуда строчного синхронизирующего импульса, 300 мВ; М — номинальный размах черно-белого сигнала от уровня синхронизирующих импульсов до уровня белого, 1 В; D — мгновенное значение сигнала яркости по отношению к уровню черного; F — мгновенное значение амплитуды цветового сигнала; G — пиковая амплитуда сигнала цветности; Н — размах полного цветового телевизионного сигнала от уровня синхронизирующего импульса до уровня установившегося максимального значения цветовой поднесущей на уровне белого, 1107 мВ; Н' — мгновенное значение размаха полного цветового ТВ сигнала; J— защитный интервал — разность между уровнем черного и уровнем гашения (установочная — O...SO мВ); К — размах цветовой поднесущей — 214 мВ в красных строках и 167 мВ в синих строках.