Навигация
2.2 Система DVB/MPEG-2
Международные стандарты для цифрового ТВ вещания были приняты в 1994 году. Это стандарты ISO/IEO 13818-1 (MPEG-2 Systems), 150/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video) и ISO/IEO 13818-3 (MPEG-2 Audio).
Стандарт MPEG-2 определяет форматы кодирования для всех способов передачи цифровых сигналов ТВ вещания, позволяющих получить ТВ изображения высокого качества при скорости передачи данных от 4 до 9 Мбит/с. Он также эффективен при передаче данных с более высокой скоростью, которая требуется для HDTV (системы телевидения высокой четкости).
Сегодняшняя система аналогового ТВ использует чересстрочную развертку и содержит как поля, так и кадры. При кодировании сокращением избыточности блоки формируются либо на основе полей, либо на основе кадров, как было описано ранее, в зависимости от содержания изображения или от интенсивности перемещений в кадре. В вопросах внедрения систем, соответствующих требованиям стандарта MPEG-2, производители декодеров имеют достаточную свободу действий в пределах технических характеристик системы. Некоторые варианты реализации системы могут работать лучше, чем другие.
Существуют определенные положения концепции DVB (цифрового ТВ вещания), которые являются общими для всех составляющих ее систем. Они заключаются в следующем:
-- системы формируются из пакетов фиксированной длины, позволяющих гибко сочетать MPEG-2 видео, звук и данные;
-- все системы используют единый стандарт уплотнения транспортного потока MPEG-2;
-- все системы используют систему служебной информации (SI), обеспечивающую параметры программирования;
-- все системы используют общий внешний код (188, 204) Рида-Соломона с предварительной коррекцией ошибок;
-- метод модуляции и системы дополнительного канального кодирования выбираются в соответствии с требованиями службы провайдера;
-- во всех системах применяется общий метод скремблирования и система условного доступа.
Система DVB-S
Система цифрового ТВ вещания DVB-S (Digital Video Broadcasting -Satellite) предназначена для спутниковых каналов связи при ширине полосы пропускания транспондеров от 26 до 72 МГц, которая используется на подавляющем большинстве существующих ТВ спутников, таких как группы спутников Astra и Hotbird.
DVB-S представляет собой систему с одной несущей; ее удобнее описывать, используя аналогию с луковицей. Сердцевина «луковицы» - это материал программы (основная полезная нагрузка), а внешние слои надстраиваются сверху, чтобы защитить программу от ошибок во время передачи. Официальное название такой многослойной системы - «MPEG System Layer».
Полезная нагрузка может состоять из многих каналов, уплотненных с разделением во времени, располагающихся на одной несущей в режиме МСРС («много каналов на одну несущую»), или из одного канала при совместном использовании транспондера спутника в режиме SCPC («один канал на одну несущую»). Режим МСРС обеспечивает максимальное использование транспондера и позволяет оператору осуществлять передачу на полной мощности. Режим SCPC позволяет различным передающим станциям получить доступ к общему или поделенному транспондеру. Чтобы уменьшить интермодуляционную интерференцию между несущими при использовании одного транспондера, для режима SCPC применяется метод модуляции OQPSK (квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом).
Видео-, аудио- и другие данные организуются в пакеты фиксированной длины (контейнеры) по 188 бит, включая 4-битовый заголовок. Затем предпринимаются следующие шаги:
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.
Похожие работы
... большое количество способов компенсации дисперсии. Их можно разделить на следующие три класса [7]: - способы компенсации дисперсии, основанные на управлении пространственным распределением дисперсии волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) для обеспечения нулевого суммарного (интегрального) значения дисперсии для всей линии; - способы компенсации дисперсии, основанные на управлении ...
... сигналов, разделенных по частоте, времени или форме и оказывающих взаимное влияние, которое должно учитываться при расчете энергетики спутниковых линий. В настоящей главе приводится расчет спутниковой линии ЗС1 (Алматы) – ИСЗ (Іntelsat-804) - ЗС2 (Лондон) по участкам (3). Исходные данные для расчета: Географическое расположение ЗС 1 (Алматы) Широта (Север) 43°13' Долгота ( ...
... и недостатков этой технологии, а также методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок. В результате была спроектирована локальная компьютерная сеть с доступом в Internet на основе существующих сетей кабельного телевидения. Данная модель сети уже реализована в микрорайоне Заречный города Екатеринбурга и явилась первой в России сетью такого рода доведенной до коммерческой ...
... замираний 2.5 Расчет величины Тд(Vmin). 2.6 Расчет уровней сигнала на входе Выводы по проделанной работе Список литературы ВВЕДЕНИЕ Одним из основных видов средств связи являются радиорелейные линии прямой видимости, которые используются для передачи сигналов многоканальных телефонных сообщений, радиовещания и телевидения, телеграфных и фототелеграфных сигналов, передача газетных полос. ...
0 комментариев