referat (Спутниковое телевидение), страница 4

Перед подачей в канал связи сигнал подвергается дополнительному помехоустойчивому кодированию и поступает на модулятор. Эти операции не входят в стандарт MPEG и в разных спутниковых системах могут выполняться различными способами, что лишает эти системы аппаратурной совместимости. Европейским странам удалось решить эту проблему, разработав на базе MPEG2 стандарт многопрограммного цифрового ТВ вещания DVB, нормирующий вес операции на передающей стороне вплоть до подачи сигнала на вход СВЧ передатчика.

В стандарте DVB применяется каскадное помехоустойчивое кодирование. Внешний код - укороченный код Рида-Соломона (204.188) с t=8, обеспечивающий "безошибочный" прием (вероятность ошибки на выходе менее 10-10) при вероятности ошибки на входе менее 10-3. Внутренний код - сверточный с относительной скоростью 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 или 7/8 и длиной кодового ограничения К=7, декодирование осуществляется по алгоритму Витерби с мягким решением. Вид модуляции - четырехпозиционная ФМ.

На приемной стороне декодер осуществляет все вышеописанные операции в обратном порядке, восстанавливая на выходе изображение, весьма близкое к исходному.

Основной областью использования цифрового телевидения. как ожидается, станут системы непосредственного ТВ вещания в диапазоне 12 ГГц. В США уже функционирует первая такая система DirecTV / USSB, предоставляющая абонентам возможность приема более чем 170 ТВ программ. Планируется внедрение методов цифровой обработки в европейских спутниковых системах.

Телевидение высокой четкости

Под телевидением высокой четкости (ТВЧ) понимают передача изображения с числом строк, приблизительно вдвое превышающим тот показатель у существующих стандартов, и форматом кадра (отношение ширины кадра к его высоте) 16:9. Объем информации содержащийся в каждом кадре ТВЧ изображения, возрастает в пять-шесть раз по сравнению с обычным телевидением. На ТВЧ изображении отсутствуют дефекты, свойственные принятым сегодня стандартам ТВ вещания, - недостаточная разрешающая способность, заметность поднесущей, перекрестные искажения сигналов яркости и цветности, мерцание изображения из-за недостаточно высокой частоты кадров, дрожание строк и т.д. ТВЧ обеспечивает существенное повышение качества ТВ изображения, приближая его восприятие к зрительному восприятию естественных, натуральных сцен и сюжетов. Такое радикальное улучшение качества изображения не может быть достигнуто ни модификацией существующих стандартных систем цветного ТВ, ни ТВ системами повышенного качества.

В США, Японии, европейских странах в последние пять-семь лет ведутся многочисленные разработки новых ТВ стандартов с улучшенным качеством изображения. Разработаны совместимые системы телевидения повышенного качества (ТВПК), в которых устранены наиболее характерные искажения ТВ сигнала, несколько увеличена разрешающая способность, введен формат изображения 169 (стандарты МАС, PAL-плюс). Эти системы нельзя отнести к ТВЧ, так как параметры разложения изображения не изменяются.

Среди систем ТВЧ с временным разделением наиболее известна и одно время даже претендовала на роль мирового стандарта японская система MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding -кодирование с многократной субдискретизацией), предназначенная для передачи сигналов ТВЧ по спутниковому каналу с полосой 27 (24) МГц. Передача сигналов изображения в спутниковом канале осуществляется с помощью ЧМ сигнала звукового сопровождения - методом четырехпозиционной ФМ. Основные характеристики сигнала MUSE:

Япония достаточно далеко продвинулась в деле внедрения ТВЧ. Разработано необходимое студийное оборудование, поступили в продажу ТВ приемники, ведутся регулярные передачи в стандарте MUSE через вещательный спутник BS-3.

Разработка стандарта ТВЧ в Европе проводилась с 1986 г. в рамках научно-технической программы "Эврика". Новый стандарт HD-МАС (High Definition МАС - МАК высокой четкости) основан на ранее разработанном D(D2)-МАС/packet и совместим с ним. Снижение роли стандартов МАС в спутниковом вещании ставит под сомнение и перспективы широкого внедрения HD-МАС.

В ближайшее время ожидается принятие национального стандарта ТВЧ в США, пригодного для использования, как в наземных, так и в спутниковых системах.

Принятие каждой группой стран своего собственного стандарта ТВЧ может затруднить международный ТВ обмен, как это произошло уже в прошлом со стандартами черно-белого ТВ и системами цветного телевидения. В последнее время под эгидой Международного союза электросвязи предпринимаются усилия по созданию единого мирового стандарта ТВЧ. Уже согласованы базовые параметры ТВЧ сигнала: формат изображения 16:9, колориметрические характеристики, световые параметры, пределы значений скорости передачи видеоданных 0,8...1,2 Гбит/с для чересстрочной развертки и 2...3 Гбит/с при прогрессивном разложении, число элементов в активной части строки и т.п.

Серьезной проблемой в ТВЧ вещании является поиск методов распределения сигналов. Существующие распределительные сети не располагают пропускной способностью, достаточной для передачи значительного числа высокоскоростных сигналов, поэтому на передающей стороне сигнал подвергают дополнительной обработке, имеющей целью сократить объем информации без заметного ухудшения качества изображения.

Разработанные в рамках стандарта MPEG-2 методы цифровой компрессии полностью применимы к ТВЧ и позволяют уже сегодня передать ТВЧ сигнал со скоростью цифрового потока 20…30 Мбит, что примерно соответствует пропускной способности спутникового ВЧ ствола с полосой пропускания 27... 36 МГц.

Засекречивание ТВ сигнала

Телевизионные сигналы со спутника в принципе могут быть приняты любым желающим в пределах обширной территории независимо от желания передающей стороны. Однако в некоторых случаях телекомпания - владелец программы заинтересована в предотвращении несанкционированного приема, например, при передаче программ платного телевидения, деловых телеконференций или для ограничения территории, на которой можно принимать данную программу по условиям авторского права. Наиболее широко применяемый метод ограничения доступа - засекречивание передаваемых программ таким образом, чтобы сделать прием невозможным без специального декодера, предоставляемого владельцем программы. На практике используется восемь систем кодирования для PAL/SECAM, четыре для NTSC и шесть для сигнала МАС.

Основные требования к системе засекречивания - она должна быть недорогой, надежной и "прозрачной". Первое требование очевидно и означает, что стоимость декодера не должна существенно влиять на стоимость всей приемной установки. Высокая надежность предполагает, что сигнал невозможно расшифровать простой переделкой приемника и требуется специальное устройство - декодер, который, по крайней мере, не может быть изготовлен в домашних условиях и содержит ключ или специальную карту, защищенные от копирования. Обычно приходится искать компромисс между надежностью системы засекречивания и ее стоимостью. Прозрачность системы означает, что качество сигнала после кодирования/декодирования не должно ухудшаться.

Простейший способ засекречивания - искажение синхросигнала так, что стандартный ТВ приемник не может восстановить нормальное изображение, оно появляется на экране в виде отдельных сегментов. Информация о синхросмеси передается в сигнале в скрытой форме и обнаруживается декодером, который восстанавливает стандартные синхроимпульсы. Более высокая надежность достигается добавлением инвертирования части сигнала, смещением его уровня. Еще более сложный путь - сдвиг во времени отдельных строк изображения, или рассечение строк и перестановка местами рассеченных частей, или перестановка местами строк.

В одной из первых использовавшихся в Европе систем вместо строчного синхроимпульса подставлялся пакет синусоидальных колебаний с частотой 2,5 МГц, применялись также различные варианты инвертирования изображения. Разновидность этого метода под названием Irdeto/Luscrypt используется при кодировании программы RTL-4 на спутнике Astra. Схожий результат получается при передаче цифровых звуковых сигналов в интервале обратного хода луча, используемой Европейским вещательным союзом в системе "Евровидение". Цифровой пакет нарушает структуру строчного синхроимпульса и сбивает работу амплитудного селектора, поэтому на приеме необходимо специальное устройство регенерации синхросмеси.

Системы со смещением уровня отдельных компонентов видеосигнала оказались не очень надежными и постепенно от них отказались в пользу более совершенных методов со смещением во времени отдельных элементов изображения, которые обеспечивают значительно более высокую надежность. Среди систем, позволяющих распознать изображение, но затрудняющих его просмотр наиболее известна Discret, где изображение каждой строки задерживается на 0, 1 или 2 мкс с помощью дополнительных аналоговых линий задержки, подключаемых к каналу на период строки по псевдослучайному закону. На приемной стороне закон чередования восстанавливается по кодовому слову, передаваемому совместно с сигналом и расшифровываемому декодером.

В системе Videocrypt заложен более сложный принцип перемещения частей строк. Кодер рассекает каждую строку в одной из 256 точек, выбранных по псевдослучайному закону, и меняет местами части рассеченной строки. При этом полностью разрушается структура изображения по вертикали, но частично сохраняется горизонтальная структура - титры, надписи, меню программ Информацию, необходимую для восстановления изображения, декодер получает из двух источников: один ключ передается в закодированном виде в интервале кадрового гасящего импульса, другой распространяется в виде специальной абонентской карточки, рассылаемой подписчикам каждые три-четыре месяца. Сегодня Videocrypt - наиболее распространенный метод кодирования ТВ сигналов, передаваемых в системе PAL.

Более сложная система Nagravision требует на приеме памяти объемом в полукадр. Изображение на передающей стороне записывается в буфер и передается построчно, но с "перемешиванием" порядка строк по псевдослучайному закону. На приеме операции производятся в обратном порядке. В системе Nagravision вертикальная структура изображения не нарушается, но любая горизонтальная полоска как бы размазывается по всему экрану. Эта система выбрана в качестве основной испанскими вещательными компаниями.

Более простая разновидность описанной системы Syster требует памяти только на часть поля и поэтому более экономична в реализации. Ее использует крупнейшая вещательная компания Франции Canal Plus для передачи программ через спутник Те1еcom НВ, а также популярный российский пакет спутниковых программ НТВ-Плюс.

Все применяемые на североамериканском континенте системы засекречивания имеют общую особенность, повышающую их надежность: абонентский декодер работает в интерактивном режиме и активизируется только когда, когда получает от центра управления соответствующую команду. В наиболее распространенной системе Videocipher II, разработанной компанией General Instruments из видеосигнала полностью удаляются обычные сигналы синхронизации, полярность сигнала инвертируется, а сигналы цветового опознавания переносятся на нестандартную частоту.. Обычный ТВ приемник не может принять такой сигнал, и требуется установка специального декодера. Каждому декодеру присвоен индивидуальный номер н при включении он посылает свой номер по телефонным линиям в центр управления компании General Instruments, где он опознается и по спутниковому каналу подается специальное сообщение санкционирующее прием и содержащее инструкции по декодированию. Таким способом практически исключается использование "пиратских" декодеров.

Сигналы двух звуковых каналов в системе Videocipher II передаются в цифровом виде совместно с сигналами синхронизации и другой служебной информацией в интервале строчного гасящего импульса. Аналого-цифровое преобразование осуществляется с точностью 15 бит/отсчет, что обеспечивает динамический диапазон звучания более 75 дБ (теоретически 92 дБ).