Расчет линии связи для системы телевидения

1. В заголовок каждого восьмого пакета добавляется свой инвертированный байт синхронизации.

2. Содержимое пакета рандомизируется (перемешивается) заранее определенным образом.

3. Для пакетных данных применяется эффективный широкосистемный внешний код, заключающий в себе код (188, 204) Рида-Соломона с предварительной коррекцией ошибок и дополненный фиксированным 16-байтовым вспомогательным заголовком в виде (204 - 188) х 100/188 = 8, 51%.

4. Для содержимого пакета применяется сверточное чередование.

5. Добавляется второй (внутренний) код. Этот сверточный код может иметь размер вспомогательного заголовка, который регулируется в соответствии с требованиями вещателя.

6. Сигнал модулирует несущую спутникового вещания при помощи метода QPSK. Потоки многих каналов могут быть уплотнены с временным разделением (ТDМ) в единый MPEG-2 транспортный поток.

Система автоматически адаптируется к изменениям характеристик канала. В пределах параметров линии связи вещатель может варьировать двумя переменными: общим размером структуры сигнала и внутренним кодом, исправляющим ошибки. Приемник путем быстрого подбора будет автоматически настраиваться на передаваемые параметры. Например, вещатель может выбрать в качестве внутреннего кода сверточный код с коэффициентом 3/4.

Система DVB-SI

Стандарт MPEG-2 включает в себя программную специальную информацию (PSI), помогающую декодеру захватывать и декодировать структуру пакета. Эти данные передаются для автоматической конфигурации декодера вместе с видео и звуком и позволяют восстанавливать передаваемую видеоинформацию.

Стандарт MPEG-2 позволяет использовать вторую, но уже открытую систему служебной информации (SI). Данные о конфигурации декодера доступны в PSI, но система DVB-SI содержит дополнительную информацию, которая требуется для автоматической настройки приемника. Это необходимо из-за очень большого числа каналов, которые будут доступны в будущем. Понятно, что пользователю потребуется помощь в настройке. Дальнейшим применением для системы DVB-SI является развитие электронных программных путеводителей (EPG).

DVB-SI состоит из четырех главных таблиц и некоторого числа дополнительных:

-- NIT (Network Information Table) - таблица сетевой информации, в которой сгруппированы службы от конкретного вещателя. Здесь содержится вся информация по настройке для совмещенных приемников/декодеров (IRD). Она также используется для смены сигнала в информации о настройке;

-- SDT (Service Description Table) - таблица описания службы. Содержит список названий и систематизированных параметров, соответствующих конкретной службе;

-- EIT (Event Information Table) - таблица, использующаяся для передачи информации о технических параметрах уплотнения MPEG-2, например FEC и применяемый метод модуляции;

-- ТDТ (Time Date Table) - таблица, содержащая информацию о текущем значении времени и дате для обновления часов в IRD;

-- ВАТ (Bouquet Association Table) - дополнительная таблица соответствия, предоставляющая информацию о группах служб, связанных с конкретной службой провайдера (например, многоканальный пакет Sky). Конкретная служба может принадлежать более чем одному пакету программ;

-- RST (Run Status Table) - дополнительная таблица рабочего (текущего) состояния, обеспечивает подробную информацию о текущей программе или службе, а возможно также и информацию о других службах;

-- ST (Stuffing Table) - дополнительная таблица, которая используется для замены, аннулирования или модификации других таблиц SI.

Стандарт MPEG-2 Audio

Для кодирования звука используется спецификация 2 уровня MPEG (MUSICAM). MUSICAM (Masking pattern adapted Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing) - универсальная интегрированная система поддиапазонного кодирования и мультиплексирования с маскированием, адаптированная к структуре сигнала. Система обеспечивает передачу звука CD качества на довольно низкой скорости, является очень гибкой в возможностях передачи моно-, стерео-, объемного звука или звука на нескольких языках. При использовании этого цифрового метода сжатия информации одна звуковая составляющая доминирует над другими составляющими, имеющими близкий, но более низкий уровень фоновых звуков или шумов, которые не будут слышны даже при воспроизведении с высоким качеством. Таким образом, избыточная информация не подвергается кодированию.

Стандарт MPEG-2 Video

В настоящее время стандарт MPEG-2 Video состоит из четырех исходных форматов:

-- Low level (низкий уровень). Это обычный формат качества VHS (или несколько лучше) со скоростью передачи информации примерно от 2 до 4 Мбит/с;

-- Main level (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;

-- High level (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 1010 W, 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 ТВ каналов: 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.

II класса дополнительно к элементам магистрального канала включают модулятор для получения стандартного ОБП-АМ вещательного сигнала на частоте стандартного наземного вещания в соответствии с ГОСТ 7845-92 и контрольный телевизионный демодулятор в соответствии с ГОСТ 20532-83, выделяющий ТВ модулирующий сигнал.

Уровни ТВ сигнала

Каналы изображения спутниковых линий предназначены для передачи сигналов черно-белого и цветного изображений, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 7845-92. В России используется система цветного телевидения СЕКАМ, в которой информация о цветности передается методом ЧМ на поднесущих. Уровни полного цветового сигнала этой системы приведены на рис. 3.2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8