Telewizja cyfrowa i standard MPEG2.pdf

S P R Z Ę T

Telewizja cyfrowa i standard MPEG2

Czym jest telewizja cyfrowa,

dlaczego powstaje wokÛ³ niej tyle

zamieszania, co oznacza skrÛt

MPEG2? Przeczytaj poniøszy

artyku³, a†poznasz odpowiedzi na

te pytania.

Powszechnie uwaøa siÍ, øe w†ci¹gu dwu-

dziestu lat wszystkie analogowe formy emisji

radiowych i†telewizyjnych ust¹pi¹ miejsca

systemom cyfrowym. Proces ten rozpoczyna

siÍ obecnie. W†przeci¹gu mniej niø dziesiÍ-

ciu lat technika cyfrowa sta³a siÍ dominuj¹c¹

w przemyúle p³ytowym, a†pojÍcie ìtransmis-

ja cyfrowaî jest coraz czÍúciej uøywane

przez nadawcÛw programÛw.

Niniejszy artyku³ stanowi prÛbÍ wyjaúnie-

nia problemÛw zwi¹zanych z†emisj¹ telewiz-

ji cyfrowej, przedstawienia moøliwoúci ich

rozwi¹zania oraz korzyúci, jakie telewizja

cyfrowa przyniesie.

puste. Jeúli stosunek wymiarÛw obrazu wy-

nosi 5:4, pojedyncza linia zawiera 576*5/

4, czyli 720 pikseli. Tych 720 pikseli po-

winno zostaÊ wyúwietlonych w†czasie odpo-

wiadaj¹cym jednej linii, czyli 52ms, z†czego

wynika, øe pojedynczy piksel ìtrwaî 72,2ns.

Zak³adaj¹c, øe kolejne piksele zmieniaj¹ siÍ

z†czarnych na bia³e i†vice versa, czÍstotli-

woúÊ takiego sygna³u wynosi³aby 6,9MHz.

W†takim razie najniøsza czÍstotliwoúÊ prÛb-

kowania powinna wynosiÊ 14MHz. W†stan-

dardzie MPEG2 sygna³ luminancji jest rzeczy-

wiúcie prÛbkowany z†czÍstotliwoúci¹

13,5MHz.

Przes³anie obrazu telewizji kolorowej za-

wieraj¹cego 625 linii i†25 obrazÛw na se-

kundÍ, przetworzonego na sygna³ cyfrowy

i†przekszta³conego w†strumieÒ danych

o†szybkoúci 216Mbit/s wymaga³oby pasma

108MHz. W†pasmie takim mieúci siÍ 13

kana³Ûw telewizji analogowej - po cÛø wiÍc

telewizja cyfrowa?

Cyfrowa transmisja

kablowa, telewizja sate-

litarna i†naziemna wyko-

rzystuj¹ standard kodo-

wania MPEG2, wprowa-

dzony przez Motion Pic-

ture Experts Group oraz

International Standards

Organisation (ISO), bÍ-

d¹cy standardem cyfro-

wej kompresji sygna³u.

Znaczenie tego standar-

du bÍdzie w†miarÍ zapoznawania siÍ z†ni-

niejszym tekstem coraz bardziej zrozumia³e.

CelowoúÊ stosowania TV

cyfrowej

Zmiana techniki analogowej na cyfrow¹

w TV sta³a siÍ zasadna dopiero wtedy, gdy

inøynierowie zajmuj¹cy siÍ emisj¹ progra-

mÛw przeanalizowali nieco dok³adniej obraz

telewizyjny i†stwierdzili, øe znaczna czÍúÊ

informacji przesy³anej w†TV analogowej po-

wtarza siÍ. Powaøn¹, potencjaln¹ korzyúci¹,

ktÛra wynik³aby ze stosowania cyfrowej

techniki, jest moøliwoúÊ przechowywania

obrazu i†przesy³ania jedynie informacji

o†rÛønicach wystÍpuj¹cych miÍdzy kolejny-

mi obrazami. W†odbiorniku informacja taka

s³uøy³aby do zaktualizowania obrazu znaj-

duj¹cego siÍ w†pamiÍci i†w†drodze aktuali-

zacji powstawa³aby kolejna ramka. Idea ta

stanowi podstawÍ MPEG2, czyli standardu

kompresji danych, wykorzystywanego do

transmisji wysokiej jakoúci obrazu (i düwiÍ-

ku) przy w¹skim pasmie.

Poniewaø standard MPEG2 najpewniej bÍ-

dzie w†przysz³oúci obecny w†naszym co-

dziennym øyciu, dobrze by³oby przyjrzeÊ

siÍ stosowanemu w†nim przetwarzaniu syg-

na³u, poniewaø u³atwi to zrozumienie cyf-

rowej TV. W†drodze miÍdzy konsol¹ studyj-

n¹ i†nadajnikiem sygna³ jest poddawany sied-

miu operacjom, w†wyniku ktÛrych powta-

rzaj¹ce siÍ informacje s¹ usuwane, a†infor-

macje pozosta³e, wraz z†danymi identyfika-

cyjnymi i†synchronizacyjnymi, s¹ dzielone

na pakiety multipleksowane z†innymi pro-

gramami TV, a†wszystko to ³¹czone z†düwiÍ-

kiem. Rys.2 przedstawia 7†etapÛw przetwa-

rzania standardu MPEG2, zapewniaj¹cych

kompresjÍ danych w†stosunku 160:1.

Bardzo czÍsto redundancja w†obrazie TV

osi¹ga 95%. Na pierwszym etapie sygna³y

luminancji i†chrominancji s¹ prÛbkowane

i†poddawane przetwarzaniu A/C. Sygna³ lu-

minancji jest prÛbkowany z†czÍstotliwoúci¹

13,5MHz, natomiast rÛønicowe sygna³y ko-

loru R-Y i†C-Y, w†postaci cyfrowej oznacza-

ne jako Cr i†Cb, s¹ prÛbkowane z†czÍstot-

liwoúci¹ 6,75MHz kaødy. 8-bitowa konwer-

Rys. 1. (a) Typowy sygnał pojedynczej linii

obrazu w TV analogowej; (b) konwersja

analogowo−cyfrowa tego sygnału.

Od analogowego do

cyfrowego

Stosowane obecnie analogowe systemy

telewizji s¹ oparte na precyzyjnej synchro-

nizacji kamery i†odbiornika, tak aby 25 razy

na sekundÍ na ekranie pojawi³ siÍ przeka-

zywany obraz. Obraz jest w†ca³oúci odtwa-

rzany za kaødym razem, nawet wtedy, gdy

nie nast¹pi³ w†nim øaden ruch. W†systemach

telewizji cyfrowej obraz tworzony jest w†pa-

miÍci i†wyprowadzany z†niej w†sposÛb ana-

logiczny jak w†przypadku karty graficznej

i†monitora komputera.

Aby uzyskaÊ reprezentacjÍ cyfrow¹ syg-

na³u analogowego naleøy poddaÊ go prÛb-

kowaniu z†odpowiednio duø¹ czÍstotliwoú-

ci¹, czÍsto dwu- lub trzykrotnie wyøsz¹ od

maksymalnej czÍstotliwoúci sygna³u analo-

gowego. Kaøda z†prÛbek sygna³u jest prze-

twarzana na wartoúÊ cyfrow¹, jak to ilustruje

rys.1 .

W†przypadku obrazu TV wynikiem prÛb-

kowania jest strumieÒ danych binarnych

przedstawiaj¹cy punkt po punkcie oryginal-

ny obraz, poczynaj¹c od lewego gÛrnego do

prawego dolnego rogu obrazu. Obraz tele-

wizyjny jest najczÍúciej dzielony na kolum-

ny i†wiersze. Pojedynczy element obrazu

nosi nazwÍ piksela.

W†przypadku obrazu z³oøonego z†625 li-

nii, 576 nich zawiera informacjÍ obrazow¹,

natomiast pozosta³e nios¹ teletekst lub s¹

Rys. 2. Etapy przetwarzania sygnału TV według standardu MPEG2.

Elektronika Praktyczna 1/98

S P R Z Ę T

Rys. 3. Eliminacja redundancji czasowej − bloki i makrobloki.

sja zapewnia 256 poziomÛw szaroúci, ale

we wspÛ³czesnych studiach czÍúciej spotyka

siÍ konwersjÍ 10-bitow¹.

RÛønice miÍdzy kolejnymi ramkami s¹

wykrywane poprzez porÛwnywanie ramek,

a†nastÍpnie zostaj¹ wys³ane do odbiornika

w†celu uaktualnienia zapamiÍtanego tam ob-

razu. Gdyby przesy³any by³ obraz nierucho-

my lub testowy, po jednokrotnej transmisji

moøna by³oby wy³¹czyÊ nadajnik! Niestety

wszyscy ci, ktÛrzy w³¹czyliby swe odbior-

niki trochÍ pÛüniej, nie odebraliby w†takiej

sytuacji øadnego sygna³u, dlatego teø kom-

pletny obraz jest okresowo przesy³any, by

umoøliwiÊ odbiorcom zmianÍ kana³u lub

w³¹czenie odbiornika w†trakcie emisji.

linii luminancji, ktÛre nastÍpnie s¹ grupo-

wane po cztery bloki luminancji (16 pikseli

na 16 linii) oraz dwa bloki chrominancji

Cr i†Cb. Taka wiÍksza struktura nosi nazwÍ

makrobloku ( rys. 3 ).

PorÛwnania kolejnych obrazÛw odbywaj¹

siÍ na poziomie makrobloku. RÛønice pod-

dawane dalszemu przetwarzaniu s¹ okreú-

lane na podstawie operacji zbliøonej do

odejmowania. Makrobloki s¹ ³¹czone w†sek-

wencje zgodnie ze sposobem analizowania

pierwotnego obrazu: od lewej do prawej i†od

gÛry do do³u.

Kilka kolejnych makroblokÛw jest ³¹czo-

nych w†jednostkÍ o†nazwie ìsliceî ( rys. 4 ),

zawieraj¹c¹ odpowiedni¹ liczbÍ danych wy-

godn¹ z†punktu widzenia detekcji i†korekcji

b³ÍdÛw. ìSlicesî s¹ zazwyczaj ³¹czone po

dwanaúcie w†ci¹gi odpowiadaj¹ce jednemu

obrazowi, b¹dü ci¹gowi obrazÛw. Wraz z†ko-

dami identyfikacyjnymi oraz synchroniza-

cyjnymi tworz¹ sekwencjÍ wideo. Taka gru-

pa jest dogodna z†punktu widzenia edycji

i†prze³¹czania.

NastÍpnie analizowane jest podobieÒstwo

s¹siaduj¹cych pikseli danego obrazu i†kodo-

wana jest liczba pikseli posiadaj¹cych takie

same lub zbliøone poziomy luminancji

i†chrominancji. Jeúli np. ca³a linia obrazu

posiada wartoúÊ luminancji 0,6, Cr=2,2

i†Cb=8,3, w†wyniku tej analizy powstanie

nastÍpuj¹ca informacja ìLinia 78, piksel 1,

Y=0,6, Cr=2,2, CBb=8,3, powtÛrzyÊ 719

razyî.

Redundacja przestrzenna

Trzeci etap przetwarzania przedstawiony

na rys. 2†nosi nazwÍ eliminacji redundancji

przestrzennej i†dotyczy wy³¹cznie jednego

obrazu. Jego idea zobrazowana zosta³a na

rys. 5 , a†ca³y proces s³uøy dalszej eliminacji

nadmiarowej informacji obecnej w†obrazie.

Dalsz¹ redukcjÍ liczby przesy³anych da-

nych uzyskuje siÍ stosuj¹c krÛtkie kody dla

czÍsto wystÍpuj¹cych sekwencji oraz syg-

na³Ûw synchronizuj¹cych. System jest pod

tym wzglÍdem zbliøony do kodu Morse'a,

gdzie najczÍúciej wykorzystywanym lite-

rom alfabetu przyporz¹dkowano najkrÛtsze

kody, np. literze E†- kropkÍ, literze T†-

kreskÍ, natomiast literze Z†kod d³uøszy:

kreska, kreska, kropka, kropka. Dodatkowo

moøna takøe zakodowaÊ d³uøsze ci¹gi zer

lub jedynek, np. x†zer, po ktÛrych nastÍ-

puje y†jedynek moøna zakodowaÊ w†posta-

ci (x,0)(y,1).

Redundancja czasowa

Proces odrzucania powtarzaj¹cej siÍ w†ob-

razach informacji nosi nazwÍ usuwania re-

dundancji czasowej i†stanowi drugi etap prze-

twarzania cyfrowego sygna³u obrazu (rys. 2).

TwÛrcy filmÛw rysunkowych wykorzystuj¹

podobn¹ technikÍ nak³adaj¹c ruchome ele-

menty na statyczn¹ czÍúÊ obrazu zamiast

wielokrotnego rysowania takiego obrazu.

Kaødy obraz jest dzielony na bloki pikseli,

pocz¹tkowo po osiem pikseli na kaøde osiem

Rys. 4. Grupa obrazów.

Elektronika Praktyczna 1/98

S P R Z Ę T

Odbiornik TV w†pe³ni zgodny z†norm¹

MPEG2 powinien mieÊ dostatecznie duø¹

pamiÍÊ, by pomieúciÊ wszystkie trzy rodzaje

obrazÛw. Jednak w†pe³ni zadawalaj¹ce wy-

niki uzyskuje siÍ zapamiÍtuj¹c tylko obrazy

typu I†oraz P, natomiast obrazy B†s¹ odtwa-

rzane na bieø¹co w†odbiorniku.

Pakiety danych

Kompresja danych osi¹gnÍ³a etap, w†ktÛ-

rym juø nie moøna jej odwrÛciÊ. Dane wideo

zostaj¹ teraz po³¹czone w†pakiety o†d³ugoúci

204 bity, o†strukturze przestawionej na rys.

8 .

Rys. 5. Eliminacja redundancji przestrzenna.

Pakiet otwiera bajt synchronizacji, zazwy-

czaj o†wartoúci 47h. Po nim nastÍpuje 187

bajtÛw danych wideo, audio lub innych

danych. Pakiet zamyka 16-bajtowa suma

testowa, wykorzystywana do korekcji b³Í-

dÛw w†odbiorniku. 16-bajtowa suma testowa

pozwala stwierdziÊ poprawnoúÊ danych pa-

kietu. Dla u³atwienia procesu korekcji b³Í-

dÛw dane s¹ poddawane indeksowaniu wg

systemu Reeda-Solomona. Polega on na na-

stÍpuj¹cym przestawieniu bitÛw kaødego baj-

tu:

numer bitu : 87654321

po przestawieniu : 71452863

DziÍki takiemu przestawieniu w†przypad-

ku utraty na skutek zak³ÛceÒ kilku kolej-

nych bitÛw bajtu po przywrÛceniu wyjúcio-

wej kolejnoúci bitÛw utracony blok zostanie

rozdzielony, dziÍki czemu korekcja b³ÍdÛw

jest bardziej skuteczna, np.:

sekwencja bitÛw : 714xxx63†

(odebrana z†utrat¹ 3†bitÛw)

sekwencja z†odtwo- : x76x43x1

rzon¹ kolejnoúci¹

Utracone bity s¹ roz³oøone w†bajcie rÛw-

nomiernie. Taki system stosowany jest m.in.

przy p³ytach CD.

Pojedyncze pakiety danych audio, wideo

i†danych jednego programu TV s¹ ³¹czone

razem w†elementarny strumieÒ pakietÛw

(blok 6†na rys.2 - VLC), do ktÛrego doda-

wana jest informacja synchronizacyjna, wy-

korzystywana przez odbiornik do zsynch-

ronizowania düwiÍku i†obrazu. Jest ona nie-

zbÍdna dlatego, øe dane wideo ulegaj¹ pod-

czas przetwarzania znacznym opÛünieniom,

zw³aszcza jeúli zastosowane zostaje jeszcze

dodatkowe kodowanie (scrambling).

Na tym etapie szybkoúÊ bitowa danych

nie jest sta³a. Dane s¹ wprowadzane do

D³uøsze ci¹gi zer s¹ spotykane w†koÒco-

wej czÍúci sekwencji danych i†ci¹gom tym

s¹ przypisywane krÛtkie kody oznaczaj¹ce

koniec danych. Wszystkie te zabiegi pozwa-

laj¹ oszczÍdziÊ przestrzeÒ, a†ca³a operacja

nosi nazwÍ statystycznej redundacji.

Precyzyjna synchronizacja obecna w†syg-

nale telewizyjnym jest bardzo przydatna,

gdy przychodzi do okreúlenia przemiesz-

czenia grupy pikseli stanowi¹cych czÍúÊ

ruchomego obrazu, poniewaø taka synchro-

nizacja umoøliwia prognozowanie ruchu

grup pikseli. Prognozowania dokonuje siÍ

na poziomie makroblokÛw. W†prosty spo-

sÛb moøna wyznaczyÊ prÍdkoúÊ ruchu, jego

zwrot i†ca³y wektor opisuj¹cy ruch. War-

toúci Y, Cr i†Cb w†makroblokach, odpowia-

daj¹ce tym samym pozycjom obrazÛw mo-

g¹ zostaÊ porÛwnane, a†rÛønice miÍdzy

nimi mog¹ umoøliwiÊ wygenerowanie krÛt-

szego kodu.

Kwantyzacja umoøliwia dalsz¹ redukcjÍ

przesy³anych danych i†w†koderze MPEG pro-

ces kwantyzacji jest - jak to zostanie przed-

stawione dalej - zmienny.

Trzy rodzaje obrazÛw

W†standardzie MPEG2 wykorzystywane s¹

trzy rodzaje obrazÛw - I (obraz g³Ûwny -

Intraframe), P (obraz prognozowany) i†B

(obraz interpolowany dwukierunkowo). Ob-

razy I s¹ obrazami odniesienia, tj. nie pod-

legaj¹ ani interpolacji, ani prognozowaniu

( rys.7 ). Obrazy typu I s¹ umieszczane w†ci¹-

gu obrazÛw w†odstÍpie dwunastu pozycji

i†stanowi¹ odniesienie umoøliwiaj¹ce szyb-

kie dekodowanie obrazu - w†czasie poniøej

po³owy sekundy. Obrazy takie nie s¹ pod-

dawane tak znacznej kompresji jak obrazy

B i†P.

Obrazy typu I†umoøliwiaj¹ entuzjastom

ci¹g³ej zmiany kana³Ûw i†przypadkowym

telewidzom niemal natychmiastowe uzyska-

nie obrazu. W†licz¹cej dwanaúcie obrazÛw

sekwencji obrazy 3, 6, 9 s¹ prognozowane

na podstawie poprzedniego obrazu I i†z†od-

niesieniem do nastÍpnego obrazu I, nato-

miast obrazy 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10 i†11 s¹

obrazami typu B, powstaj¹cymi w†wyniku

interpolacji miÍdzy obrazami I†oraz P.

Znaczna czÍúÊ informacji wideo pochodzi

z†poprzedniego obrazu, uzupe³niona o†za-

istnia³e zmiany, czÍsto z†uøyciem krÛtkich

kodÛw.

Transformacja cosinusowa

Do tego momentu ca³y proces eliminacji

redundancji by³ odwracalny, tj. nie zosta³a

utracona øadna informacja. Kolejny etap

przetwarzania stanowi tzw. dyskretna trans-

formacja cosinusowa. Odpowiada ona czwar-

temu etapowi przetwarzania na rys. 2, a†bar-

dziej szczegÛ³owo prezentuje j¹ rys. 6 .

Transformacji tej s¹ poddawane wartoúci

luminancji i†chrominancji blokÛw 8x8 pik-

seli i†polega ona na konwersji danych z†dzie-

dziny czasu do dziedziny czÍstotliwoúci.

W†uproszczeniu moøna powiedzieÊ, øe fali

prostok¹tnej o†czasie narastania 25ns od-

powiada czÍstotliwoúÊ 10MHz. W†wyniku

transformacji cosinusowej powstaje nowy

zbiÛr liczb, ktÛre s¹ nastÍpnie zaokr¹glane

do najbliøszej wartoúci, ktÛrych zbiÛr usta-

lony zosta³ ze sta³ym krokiem. Za³Ûømy,

øe dysponujemy zbiorem wartoúci ustalo-

nych z†krokiem 20 i†naleøy przedstawiÊ

przy ich pomocy liczbÍ 47 - zostanie jej

przyporz¹dkowana wartoúÊ 40. Jeúli nastÍp-

na zaokr¹glana liczba wynosi 77, wybrana

zostanie wartoúÊ 80. Im wiÍkszy jest krok

kwantyzacji, tym wiÍksze pope³nia siÍ w†niej

b³Ídy. W†przypadku tych samych liczb 47

i†77, ale przy wartoúci kroku kwantyzacji

5†przyporz¹dkowane im zostan¹ liczby 45

i†75, a†wiÍc powstan¹ mniejsze b³Ídy kwan-

tyzacji.

Rys. 6. Kwantyzacja.

Elektronika Praktyczna 1/98

S P R Z Ę T

Rys. 7. Obrazy MPEG.

Rys. 10. Kwadraturowe kluczowanie fazy.

Rys. 8. Struktura pakietu danych MPEG.

SprzÍt wspÛ³pracuj¹cy z†sieci¹ kablow¹

moøe wymagaÊ zmian, niemniej jednak ze

wzglÍdu na koniecznoúÊ ci¹g³ego serwiso-

wania jest on zwykle lokowany w†³atwo

dostÍpnych miejscach. Tak wiÍc przysz³oúÊ

naleøy do TV cyfrowej i†jej era zbliøa siÍ

bardzo szybko. Korzyúci dla nadawcÛw pro-

gramÛw s¹ tak znaczne, øe to w³aúni oni

stymulowaÊ bÍd¹ marsz w†kierunku w†pe³ni

cyfrowej emisji programÛw TV.

bufora (rys. 2, etap 7) przed ostatecznym

multipleksowaniem z†sygna³ami innych pro-

gramÛw. Multipleksowanie to wymaga sta³ej

szybkoúci bitowej strumienia danych.

kluczowanie fazy. Rys. 10 przedstawia za-

sadÍ tej modulacji: wykorzystywane s¹ w†niej

dwa sygna³y noúne o†tej samej czÍstotliwoú-

ci, z†ktÛrych jeden przy braku modulacji

wyprzedza drugi w†fazie o†90 o . Przesuwanie

faz dwÛch sygna³Ûw umoøliwia przekazanie

czterech kombinacji dwubitowych. Modula-

cja QPSK jest wykorzystywana takøe do

przesy³ania düwiÍku telewizji NICAM.

W†przypadku emisji z†nadajnikÛw na-

ziemnych w†pasmie UHF wybÛr najprawdo-

podobniej padnie na modulacjÍ OFDM (or-

togonalne zwielokrotnianie czÍstotliwoúcio-

we), ktÛra z†racji bardzo wysokiej niezawod-

noúci úwietnie nadaje siÍ do tego celu.

W†przypadku TV kablowej zastosowana zo-

stanie najpewniej modulacja QAM (kwadra-

turowa modulacja amplitudy). Dla wszyst-

kich nadawcÛw programÛw nadejúcie cyf-

rowej TV bÍdzie b³ogos³awieÒstwem. Na-

dawcy satelitarni, mog¹cy przekazaÊ na

jednej czÍstotliwoúci noúnej jednoczeúnie

cztery dobrej jakoúci programy, ogranicz¹

koszty znacznie w†porÛwnaniu z†dzisiejsz¹

transmisj¹ analogow¹. Uwolnienie pasm czÍs-

totliwoúciowych pozwoli na dzia³anie wiÍk-

szej liczby nadawcÛw.

Cyfrowa TV naziemna stanie siÍ takøe

bardziej efektywna z†punktu widzenia kosz-

tÛw, poniewaø wszystkie cztery programy

bÍd¹ mog³y zostaÊ wyemitowane na jednej

czÍstotliwoúci z†moc¹ rÛwn¹ tylko 10% mo-

cy emitowanej obecnie przez jeden kana³.

Nawet dla operatorÛw TV kablowej, cyf-

rowa telewizja jest rozwi¹zaniem przysz³oúci,

poniewaø czterokrotne zwiÍkszenia liczby

programÛw dostÍpnych obecnie w†sieci by-

³oby absolutnie niemoøliwe bez prowadzenia

nowych kabli. W³aúnie koniecznoúÊ wymiany

kabli stanowi najwiÍkszy koszmar dla ope-

ratorÛw sieci kablowych, poniewaø wiele

z†nich leøy w†miejscach, do ktÛrych dostÍp

jest utrudniony i†wymiana spowodowa³aby

niechÍtn¹ reakcjÍ uøytkownikÛw drÛg, prze-

chodniÛw, mieszkaÒcÛw i†lokalnych w³adz.

Kontrola szybkoúci bitowej

danych

Gdy do kodera MPEG2 dociera szybko

zmieniaj¹cy siÍ obraz o†duøej liczbie szcze-

gÛ³Ûw, jego wierne odtworzenie w†odbior-

niku wymaga duøej szybkoúci bitowej da-

nych. Moøe wiÍc dojúÊ do przepe³nienia

bufora. Gdy wystÍpuje taka sytuacja, uk³ad

kontroli szybkoúci bitowej danych, znajdu-

j¹cy siÍ miÍdzy kwantyzatorem i†buforem,

obniøa tÍ szybkoúÊ dziÍki modyfikacji pro-

cesu kwantyzacji polegaj¹cej na zwiÍkszeniu

jej kroku. Towarzysz¹cy temu spadek ja-

koúci obrazu trwa bardzo krÛtko i†tylko

wytrawni i†spostrzegawczy telewidzowie s¹

w†stanie go odnotowaÊ.

Elementarny strumieÒ danych zostaje po-

³¹czony z†elementarnymi strumieniami in-

nych programÛw w†transportowy strumieÒ

pakietÛw (rys.8). Pakiety wideo, audio i†da-

nych zostaj¹ po³¹czone w†sposÛb losowy.

PrzypadkowoúÊ ich zmultipleksowania nie

ma znaczenia zwaøywszy, øe kaødy pakiet

posiada element identyfikacyjny. Ten ele-

ment (pakiet) identyfikacyjny umoøliwia

w³aúciwe demultipleksowanie strumienia da-

nych oraz odtworzenie informacji na temat

rodzaju kodowania, przynaleønoúci danych

do konkretnej stacji TV i†danych synchro-

nizacyjnych w†odbiorniku.

Za³Ûømy, øe strumieÒ pakietÛw zawiera

dane pochodz¹ce z†czterech programÛw. Or-

ganizacjÍ strumienia transportowego dla ta-

kiego przypadku przedstawia rys. 9 . W†ta-

kiej postaci dane s¹ kierowane do nadajnika.

Oferta dla widzÛw

Jakie korzyúci cyfrowa TV przyniesie te-

lewidzom? BÍdzie to znacznie szerszy wybÛr

programÛw, niø jest to obecnie. Np. cztery

transmisje sportowe bÍd¹ mog³y byÊ prze-

kazywane na jednej czÍstotliwoúci noúnej.

BÍd¹ mog³y np. zawieraÊ cztery sygna³y

pochodz¹ce z†czterech kamer umieszczo-

nych w†rÛønych punktach stadionu lub bois-

ka. Widz bÍdzie mia³ moøliwoúÊ ogl¹dania

wszystkich czterech obrazÛw jednoczeúnie,

dziel¹c ekran na cztery czÍúci.

Inna moøliwoúÊ to interaktywna TV -

umieszczenie w†odbiorniku telewizyjnym

modemu umoøliwi stworzenie po³¹czenia

zwrotnego przez sieÊ telefoniczn¹. W†ten

sposÛb moøna bÍdzie nawet przeprowadzaÊ

g³osowania.

Telewizja cyfrowa zapewnia wspania³¹

jakoúÊ obrazÛw studyjnych. Ich transmisja

wymaga szybkoúci bitowych leø¹cych po-

miÍdzy 10MbitÛw/s a†15MbitÛw/s. Uzyska-

na jakoúÊ bÍdzie nieco rÛøna od otrzymy-

wanej na studyjnych monitorach. Przekazy-

wanie wiÍkszej liczby kana³Ûw na jednej

noúnej oznaczaÊ bÍdzie oczywiúcie spadek

jakoúci, aø do poziomu domowego standar-

du VHS, jednak obraz bÍdzie wolny od

zanikÛw i†jittera. SzybkoúÊ bitowa transmisji

wynosiÊ tu bÍdzie 5Mb/s lub mniej, a†jedna

noúna s³uøyÊ bÍdzie do przekazania nawet

8 programÛw.

W†przypadku niøszych szybkoúci bito-

wych problemy pojawiaj¹ siÍ, gdy nastÍ-

puje ca³kowita zmiana obrazu, gdy obrazy

zmieniaj¹ siÍ szybko i†zawieraj¹ wiele

szczegÛ³Ûw. W†takich sytuacjach niezbÍd-

ne s¹ wiÍksze szybkoúci bitowe i†przeka-

zywanie takich obrazÛw odbywaÊ siÍ bÍ-

dzie przy wiÍkszym kroku kwantyzacji,

WybÛr modulacji

KoÒcowym problemem jest wybÛr modu-

lacji do transmisji i†w†przypadku TV sate-

litarnej wybÛr pad³ na QPSK - kwadraturowe

Rys. 9. Organizacja strumienia transportowego.

Elektronika Praktyczna 1/98

S P R Z Ę T

Rys. 11. Schemat blokowy odbiornika cyfrowej TV satelitarnej.

poci¹gaj¹c za sob¹ chwilowy spadek roz-

dzielczoúci. Widzowie bÍd¹ musieli zdaÊ

sobie sprawÍ z†faktu, øe wiÍksz¹ liczbÍ

programÛw uzyskuje siÍ kosztem jakoúci

obrazu.

Sygna³ audio jest demodulowany w†ko-

lejnym duøym uk³adzie scalonym, przetwa-

rzany do postaci analogowej i†przekazywany

do dodatkowych wyjúÊ oraz modulatora

UHF. Sygna³y synchronizuj¹ce, wystÍpuj¹ce

w†pakietach audio, zapewniaj¹ precyzyjn¹

synchronizacjÍ obrazu i†düwiÍku. PamiÍÊ

wspÛ³pracuj¹ca z†procesorem audio moøe

opÛüniÊ sygna³ audio nawet o†jedn¹ sekun-

dÍ.

Dane wideo s¹ przetwarzane w†innym

uk³adzie LSI o†wysokiej liczbie wyprowa-

dzeÒ, a†odtworzone dane s¹ wykorzysty-

wane do zbudowania obrazu telewizyjnego

w†pamiÍci, po czym zostaj¹ odczytane,

poddane przetwarzaniu do postaci analo-

gowej i†przes³ane do czÍúci wyúwietlaj¹cej

obraz. Odbiornik TV satelitarnej prawdo-

podobnie zapewnia³ bÍdzie takøe konwer-

sjÍ sygna³u TV do standardu PAL oraz

zawiera³ bÍdzie modulator daj¹cy standar-

dowy sygna³ UHF. Z³oøony sygna³ wideo,

sygna³y RGB oraz sygna³ S-VHS takøe bÍd¹

dostÍpne.

w³¹cznie z†reklamami moøna by³o úci¹gaÊ

od widzÛw pieni¹dze - taka jest rzeczywis-

toúÊ! Proces dekodowania wprowadza dalsze

opÛünienie do i†tak juø z³oøonego przetwa-

rzania sygna³u w†torze odbiornika. Z†tego

w³aúnie powodu stosuje siÍ sygna³y synchro-

nizacyjne.

Dodatkowo zainstalowane zapewne bÍd¹

gniazda umoøliwiaj¹ce dostÍp do proceso-

rÛw odbiornika z†zewnÍtrznego komputera

- dla celÛw diagnostycznych oraz modyfi-

kacji parametrÛw systemu. Naleøy siÍ takøe

spodziewaÊ wyjúcia strumienia danych

MPEG2, ktÛre pozwoli na wprowadzanie

tych danych do komputera.

Zbliøanie siÍ ery emisji cyfrowej TV za-

powiada now¹ rzeczywistoúÊ w†zakresie ser-

wisu i†napraw, choÊ moøliwoúci realizacji

konstrukcji elektronicznych w†warunkach

domowych spadn¹ ze wzrostem z³oøonoúci

rozwi¹zaÒ stosowanych w†cyfrowych od-

biornikach TV.

Czy to siÍ nam podoba, czy nie, cyfrowa

TV jest telewizj¹ przysz³oúci!

Odbiornik cyfrowej

satelitarnej TV

Odbiornik cyfrowej TV satelitarnej, ktÛ-

rego schemat blokowy przedstawiono na

rys.11, stanowi ca³kowicie nowe rozwi¹za-

nie. CzÍúÊ wejúciowa bÍdzie rÛøniÊ siÍ za-

leønie od rodzaju transmisji: satelitarnej,

naziemnej lub kablowej, natomiast dalsze

uk³ady pozostan¹ takie same tak d³ugo, jak

d³ugo wykorzystywany bÍdzie standard

MPEG.

Sygna³ jest demodulowany w†czÍúci wej-

úciowej, w†ktÛrej rÛwnieø przeprowadzana

jest korekcja b³ÍdÛw. Z†bloku korekcji

dane trafiaj¹ do demultipleksera strumienia

transportowego, ktÛry stanowi potÍøny ka-

wa³ek epoksydu (specjalizowany uk³ad

scalony), wyposaøony w†160 wyprowa-

dzeÒ. Demultiplekser strumienia transpor-

towego rozdziela poszczegÛlne programy,

sygna³y audio i†wideo, a†takøe dane ste-

ruj¹ce.

Przysz³oúÊ

Oczywiúcie wiele programÛw bÍdzie ko-

dowanych, by za przyjemnoúÊ ich ogl¹dania

Artyku³ publikujemy na podstawie umowy

z redakcj¹ miesiÍcznika "Everyday Practical

Electronics".

Elektronika Praktyczna 1/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: