ГЛАВА 5. Основы цифрового телевидения 83

телевидения, в которых используется для передачи, консервации или каких-либо других задач обработки аналоговый сигнал, называются системами аналогового телевидения. На протяжении нескольких десятилетий телевидение было аналоговым, и только в конце 70-х годов разработчикам телевизионных систем пришлось столкнуться с ограничениями аналоговых методов, серьезно сужающими возможности дальнейшего развития телевидения.

Одной из главных причин этих ограничений следует считать слабую помехозащищенность аналогового сигнала, который подвергается в каждом из устройств телевизионного тракта воздействию шумов и других помех. Современная же вещательная ТВ система представляет собой весьма длинную цепь устройств преобразования и передачи сигналов, число звеньев которой с развитием телевидения сильно увеличивается.

В любом звене этой сложной цепи возникает неизбежная потеря качества изображения. Связано это с тем, что в каждом устройстве, при любом из преобразований, которому подвергается сигнал, на него воздействуют помехи. При аналоговых методах усиления и обработки ТВ сигнала эти помехи накапливаются от звена к звену, и естественно, тем сильнее, чем больше в ТВ системе процессов обработки, переприема или перезаписей сигнала. Пока этих преобразований немного, суммарные искажения еще могут быть незаметны. Но с развитием телевидения число преобразований очень быстро возрастает. Увеличиваются расстояния между передающими и приемными пунктами, растет номенклатура и число различных видеоэффектов, разнообразящих передачу, но требующих дополнительных преобразований, усложняется технология монтажа ТВ программ. В таких системах проблема обеспечения необходимой помехоустойчивости становится главенствующей. Существенно уменьшить искажения от помех при формировании телевизионной программы, ее консервации или передаче позволяют цифровые методы, уже известные в технике связи. Поэтому в последние годы основное внимание уделяется развитию цифрового телевидения.

Цифровое телевидение — область телевизионной техники, в которой операции обработки, консервации и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму.

Цифровые методы помимо обеспечения высокого качества изображения при воздействии значительных помех обладают и другими достоинствами. Так, при одинаковой пропускной способности канала они позволяют передавать большее число программ по сравнению с аналоговым телевидением; благодаря уменьшению необходимых настроечных операций на этапе производства они более технологичны;

выше эксплутационная надежность цифровой аппаратуры. Намного легче в сравнении с аналоговой техникой достигается универсальность работы цифровой аппаратуры в различных мировых стандартах телевидения. Лучшая помехозащищенность цифрового сигнала

84 ЧАСТЬ I. Физические основы телевидения

позволяет снизить требования к его мощности в процессе доставки к приемным устройствам. Повторные изображения, характерные для аналогового телевидения при многолучевом приеме, цифровыми методами могут быть практически полностью исключены.

Наконец, цифровые методы позволят включить телевидение в единую мировую информационную систему через телевизионные интерактивные каналы, а также реализовать возможность приема телевизионных программ через подключение к сети Интернет.

Можно представить системы цифрового телевидения двух типов [14]. В системе первого типа, полностью цифровой, преобразование передаваемого изображения в цифровой сигнал и обратное преобразование цифрового сигнала в изображение на приемном экране осуществляются непосредственно в преобразователях свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях тракта передачи изображения информация передается в цифровой форме. В перспективе создание таких преобразователей вполне реально. Однако в настоящее время их еще не существует, а поэтому целесообразно рассматривать цифровые ТВ системы второго типа, в которых с датчиков получается аналоговый ТВ сигнал, затем он преобразуется в цифровую форму, подвергается всей необходимой обработке, передаче или консервации, а затем снова приобретает аналоговую форму. При этом используются существующие датчики аналоговых ТВ сигналов и преобразователи сигнал-свет в телевизионных приемниках. В этих системах на вход тракта цифрового телевидения поступает аналоговый ТВ сигнал, затем он кодируется, т.е. преобразуется в цифровую форму.

5.1.1. Импульсно-кодовая модуляция

Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму представляет собой комплекс операций, наиболее существенными из которых являются дискретизация, квантование и непосредственно кодирование.

Дискретизация — замена непрерывного аналогового ТВ сигнала u(t) последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распространена равномерная дискретизация, имеющая постоянный период, основанная на теореме Котельникова-Найквиста. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал u(t), имеющий ограниченный спектр частот (рис. 5.1,а), может быть представлен значениями этого сигнала u(tn), взятыми в дискретные моменты времени (отсчеты) („ = пТ (рис. 5.1,6), где п = 1,2,3,... — целые числа; Г — период или интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Котельникова-Найквиста: Г ^ 0,5//гр. Здесь/гр — максимальная частота спектра исходного сигнала и((). Величина, обратная периоду дискретизации, называется частотой дискретизации. Минимально допустимая частота дискретизации /д = 2/гр.

Дата добавления: 2015-11-26