7253

Цифровое вещание. Основные параметры систем спутникового телевизионного вещания

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цифровое вещание 1. Основные параметры систем спутникового телевизионного вещания. Существуют два вида спутниковой связи, используемых для ТВ-вещания: фиксированная спутниковая служба и радиовещательная спутниковая служба. Фиксированная спутниковая ...

Русский

2013-01-20

270 KB

19 чел.

Цифровое вещание

1. Основные параметры систем спутникового телевизионного вещания.

Существуют два вида спутниковой связи, используемых для ТВ-вещания: фиксированная спутниковая служба и радиовещательная спутниковая служба.

Фиксированная спутниковая служба — это служба передачи сигнала между наземными станциями, расположенными в строго определенных местах земной поверхности.

Телевизионный сигнал из Москвы ретранслируется через спутник, принимается региональной приемной станцией, по специальным линиям связи передается на местный телецентр, который, в свою очередь, излучает его в эфир в диапазоне метровых или дециметровых волн. Такая служба используется как для передачи национальных программ в странах с большими территориями, так и для международного обмена программами. Достоинством фиксированной спутниковой службы является возможность использования маломощных и относительно недорогих спутников-ретрансляторов, а недостатком — сложность и высокая стоимость приемных станций. Примером фиксированной спутниковой службы является отечественная система «Орбита».

Телевизионные распределительные системы «Экран» и «Москва» устроены несколько иначе. За счет усложнения конструкции спутника-ретранслятора в этих системах удалось добиться упрощения и удешевления наземных приемных станций, что в районах с высокой плотностью населения и большим количеством приемных станций дает солидный экономический выигрыш.

Радиовещательная спутниковая служба — это служба радиосвязи, в которой сигналы, передаваемые спутниками, принимаются на индивидуальные приемники, находящиеся в собственности населения. Возможны два варианта приема: индивидуальный, когда приемная антенна и приемник обслуживает одного пользователя, и коллективный, когда антенной и приемником пользуется небольшая группа населения, например, жители одного дома или даже нескольких квартир.

Для спутникового ТВ-вещания используют так называемые геостационарные спутники, выведенные на круговую орбиту, расположенную в плоскости экватора. Высота полета такого ИСЗ обычно составляет около 36 тыс. км, с этой орбиты Земля видна в телесном угле шириной 18°. Территория Российской Федерации разбита на пять вещательных зон, каждая из которых покрывает два часовых пояса, следовательно, для спутникового вещания на всю территорию страны необходимо как минимум пять ИСЗ-ретрансляторов.

Основные параметры отечественных систем спутникового вещания приведены в таблице

Параметр

«Орбита»

«Москва»

«Экран»

Частотный диапазон*, ГГц

4/6

4/6

0,7/6

Мощность передатчика ИСЗ, Вт

15

40

200

Уровень полезного сигнала в точке приема сигнала от ИСЗ у поверхности земли, дБ Вт/м²

-136

-120

-116

Ширина радиоканала, МГц

37

40

24

Девиация несущей частоты, МГц

15

17

12

Наличие сигнала дисперсии**

Нет

Есть

Есть

Приемная антенна наземной станции

Параболическая, 12 см

Параболическая, 2,5 м

Волновой канал

* В числителе — частота сигнала, излучаемого с ИСЗ, в знаменателе — наземной станции в радиолинии «Земля — ИСЗ»;

** Для обеспечения электромагнитной совместимости спутниковых систем связи с наземными радиосистемами применяют искусственное рассеяние мощности по спектру, называемое дисперсией сигнала. Для этого несущая дополнительно отклоняется с частотой 2,5 Гц и девиацией частоты ±4 МГц. 

Спутниковые системы ТВ-вещания работают в диапазоне частот 11,7…12,5 ГГц, в котором размещено 40 каналов. Нечетные каналы отличаются от четных видом поляризации сигнала. 

Приемное устройство радиовещательной спутниковой службы состоит из приемной антенны, конвертера частоты и тюнера, который подключается к обычному телевизору. Сигнал, принятый антенной, проходит через поляризатор, который пропускает сигналы только с необходимой поляризацией, и поступает в конвертер, который переносит его в диапазон 0,95…1,75 ГГц. Затем происходит второе преобразование сигнала на частоту 480 МГц. Выбор программы осуществляется перестройкой частоты гетеродина второго преобразователя частоты. Сформированный телевизионный сигнал подается на телевизор через разъем SCART или на антенный вход в диапазоне ДМВ.

Основные показатели систем спутниковой связи.

Зона обслуживания системы — это совокупность (объединение) зон обслуживания отдельных ИСЗ, входящих в систему. Слово «объединение» (а не «сумма») употреблено потому, что зоны отдельных ИСЗ обычно перекрываются между собой (что неизбежно при достижении сплошного покрытия и полезно для организации связи между земными станциями, расположенными в различных зонах), и поэтому общая зона оказывается по площади меньше суммы площадей отдельных зон.

Пропускная способность системы есть объединение пропускных способностей входящих в систему ИСЗ. В данном случае слову «объединение» (а не «сумма») придается тот же смысл. Пропускная способность системы оказывается меньше суммы пропускных способностей отдельных ИСЗ, поскольку для связи между собой станций, работающих через разные ИСЗ, часть каналов транслируется двумя КС последовательно — с помощью двухскачковых линий (Земля-ИСЗ-Земля-ИСЗ-Земля) или прямых межспутниковых соединений (Земля-ИСЗ-ИСЗ-Земля).

Если в ССС используется только один ИСЗ, зона обслуживания и пропускная способность системы и ИСЗ совпадают.

Пропускная способность системы зависит в некоторой степени от воздействия помех, создаваемых другими ССС; роль этих помех возрастает по мере увеличения числа спутников на орбите.

Далее, система спутниковой связи характеризуется числом и размещением ЗС, числом ИСЗ и типом их орбиты, точкой размещения на геостационарной орбите. Характеристикой системы являются также число стволов на ИСЗ, их полоса пропускания, полосы частот стволов на участках Земля-спутник и спутник-Земля.

Одной из важнейших характеристик системы является метод многостанционного доступа — метод совмещения сигналов, излучаемых различными ЗС, для их прохождения через общий ствол бортового ретранслятора космической станции. Многостанционный доступ (МД) применяют потому, что обычно оказывается неэкономичным создавать число стволов на ИСЗ, равное числу ЗС в системе. Применяют МД с разделением сигналов по частоте, форме и времени. Всякий способ МД приводит к потере пропускной способности ствола до 3... 6 дБ, хотя в наиболее совершенных системах (с временным разделением - МДВР) эти потери могут не превышать 0,5...2 дБ.

На энергетические характеристики системы связи, необходимую полосу частот, ее электромагнитную совместимость с другими системами существенно влияют применяемый метод модуляции; наиболее распространены частотная модуляция (ЧМ) при передаче сообщений в аналоговой форме и фазовая модуляция (ФМ) при передаче сообщений в дискретной форме. Из параметров модуляции важнейшее значение при ЧМ имеет девиация частоты, при ФМ - число фаз несущей (кратность модуляции), а при передаче программ телевидения — также способ передачи звукового сопровождения (временное или частотное совмещение с видеосигналом, частота поднесущей и т.п.). Метод модуляции и параметры модулированного сигнала должны быть согласованы с полосой пропускания и энергетикой стволов системы связи.

Другой важнейшей характеристикой системы является качество организуемых в ней каналов передачи сообщений — телевизионных, телефонных и др. Обычно ССС используется для создания международных либо междугородных каналов связи большой протяженности, и качество этих каналов соответствует требованиям, сформулированным в рекомендациях Международного союза электросвязи (МСЭ) или во внутригосударственных нормативных документах.

Однако в некоторых системах спутниковой связи, исходя из их специфического назначения,  достигаются более высокие либо более низкие показатели качества.

Так, в системах телевизионного вещания с приемом сигналов простыми коллективными и особенно индивидуальными установками часто допускается пониженное отношение сигнал-шум; это, в частности, рекомендовано планом систем спутникового вещания, принятым Всемирной административной конференцией по радио в 1977 г.; аналогичное решение принято в советской системе «Экран». Причиной снижения отношения сигнал-шум является не только желание уменьшить стоимость приемной станции, но и возможность сохранить при этом достаточно высокое качество приема у абонента. Действительно, приемная станция такой системы приближена к абоненту, спутниковая линия заменяет не только междугородную наземную линию, но и часть распределительной сети, упрощается либо вовсе исключается наземный телевизионный передающий центр.

В некоторых ССС, построенных на основе частотного многостанционного доступа и передачи каждого канала на отдельной несущей, применяют шумоподавители (компандеры). Компандеры позволяют уменьшить заметность шумов на 10. ..20 дБ и соответственно выиграть в энергетике линий связи и пропускной способности системы связи, но делают каналы не универсальными, поскольку указанный выигрыш не реализуется при передаче по каналам тональной частоты телеграфных сообщений, данных и др.

С другой стороны, именно в спутниковых системах возможна и осуществляется передача телевизионных сигналов повышенного качества и высокой четкости.

2. Краткая характеристика цифрового стандарта для систем кабельного телевидения DVB-C.

В основе стандартов DVB (в том числе и стандарта DVB-C) лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2 (см. табл.1). В настоящее время используется основной профиль без масштабирования.

Уровень High-1440 (1440×1152 элементов) соответствует телевидению высокого разрешения (высокой четкости) с форматом экрана 4:3 (стандартный экран), а уровень High (1920×1152 элементов) - телевидению высокого разрешения (HDTV) с форматом экрана 16:9 (широкоформатное изображение). Вертикальные столбцы таблицы соответствуют новой градации (т.е. MPEG-2) цифровых телевизионных систем – профилям. С переходом на более высокие профили, т.е. при продвижении по таблице направо, увеличивается количество используемых методов кодирования, появляются новые свойства телевизионной системы, но, естественно, усложняется аппаратура и алгоритмы обработки сигналов.

Как видно из таблицы, на главном уровне (Main), соответствующем телевидению обычного разрешения, скорость передачи двоичных символов в канале связи достигает 15 Мбит/с.

Сравнив эту величину с исходной величиной 216 Мбит/с, соответствующей параллельному стыку по Рекомендации 601 МККР, можно видеть, что осуществляется сжатие потока информации примерно в 15 раз.

Режим “Main Profile@Main Level (MP@ML)” в настоящее время широко используется в системах DVB (Стандарт DVB-C).

На более высоких уровнях главного профиля, соответствующих HDTV, скорость передачи в канале связи возрастает до 60 или 80 Мбит/с. Следует подчеркнуть, что для всех уровней разрешения данного профиля используется один и тот же набор методов кодирования. В этом заключается совместимость разных уровней. На более высоких уровнях кодеры и декодеры должны иметь большее быстродействие и больший объем ЗУ. Аппаратура более высоких уровней разрешения может работать на более низких уровнях разрешения.

Высшие профили стандарта MPEG-2 характеризуются наличием масштабируемости, которая была упомянута выше. Кроме того, на высших профилях возможно применение компонентного кодирования сигналов не только через строку (4:2:0), но и в каждой строке (4:2:2). Предусмотрен также специальный профиль (4:2:2, в табл.1 не показан), предназначенный для студийного оборудования, в частности для видеомонтажа.

На рис. 1 концептуально показана структура формирования головной станцией DVB-C выходного QAM-сигнала и последующего его приема кабельным абонентским приемником-декодером.

Входными сигналами на ГС являются MPEG-2 транспортные потоки, содержащие MPEG-2 транспортные пакеты и такты, получаемые через интерфейс в основной полосе от: спутниковой линии, технологических линий, локальных программных источников и т.п. Методы инверсии каждого восьмого байта для цикловой синхронизации, рандомизации, перемежения и кодирования RS-кодом не имеют отличий от аналогичных методов и устройств в системах DVB-S и DVB-T. Преобразователь байтов и кортежи (короткие последовательности битов, равные значности моделирующего кода) осуществляет формирование битовых структур, удовлетворяющих условию последующего получения символов QAM.

С целью получения модуляции, не зависящей от вращения несущей, к двум старшим разрядам каждого символа QAM применяется дифференциальное кодирование. На этом формирование кортежей заканчивается и осуществляется найквистовская согласованная фильтрация для формирования спектра в квадратурных каналах I и О. Затем сигналами I и О моделируются квадратурные несущие, и сигнал QAM переносится по спектру в полосу рабочего кабельного канала, для сопряжения с которым служит физический интерфейс. На приеме в соответствующем порядке выполняются обратные операции по демодуляции и декодированию сигнала в цифровой приставке Set-Top-Box (STB).

Характерной особенностью рассмотренного тракта адаптации является отсутствие внутреннего сверточного кодека и наличие формирования спектра в основной полосе. Защита от пакетированных ошибок производится исключительно за счет перемежения на выходе кодера Рида-Соломона.
После сверточного перемежения непрерывную последовательность байтов необходимо разделить на короткие последовательности битов, каждая из которых соответствует символу QAM, т.е. определенной точке на квадратурной диаграмме модулированного сигнала. Такие последовательности двоичных символов называются кортежами. Длина кортежа m = log2(M), где М — число позиций сигнала M-QAM (т.е. 2т • QAM).

Циклическая задача отображения байтов в кортежи для одного цикла может быть выражена формулой: 8k = n*m, где: k — число преобразуемых байтов по 8 бит, а n — число кортежей длиной m бит.


Таблица 1. Стандарт MPEG-2 (в основе DVB-C)

Уровень

Профиль

Простой (Simple)

Основной (Main)

Масшта- бирование по S/N (SNR Scalable)

Пространственный (Spatially Scalable)

Высокий (High)

High 1920×1152

-

80 Мбит/с

-

-

100 Мбит/с

High-1440 1440×1152

-

60 Мбит/с

-

60 Мбит/с

80 Мбит/с

Main 720×576

15 Мбит/с

15 Мбит/с

15 Мбит/с

-

20 Мбит/с

Low 352×280

-

4 Мбит/с

4 Мбит/с

-

-

Кодирование компонентов

4:02:00

4:02:00

4:02:00

4:02:00

4:2:0 или 4:02:02

В-кадры

Нет

Есть

Есть

Tcnm

Масштабируемость

Нет

Нет

По S/N

По пространственному разрешению и по S/N

По пространственному разрешению и по S/N


Структура системы DVB-C максимально гармонизирована со структурой спутниковой системы DVB-S, но в качестве типа модуляции в ней используется не QPSK, а M-QAM с числом позиций М от 16 до 256 (т.е. от 16QAM до 256QAM).


3. Принципы управления услугами в сети IP TV-вещания.

TV-вещания посредством IP-сети сегодня уже достаточно хорошо отработана и даже может быть разбита на несколько подвидов:

  •  собственно IP-телевидение (Live TV) - вещание в реальном времени с использованием режима IP multicast. Есть обычное понятие ТВ-канала и, соответственно, оплаты за его просмотр;
  •  видео по запросу (Video on Demand, VoD) - предоставление видео по персональному запросу подписчика через IP в режиме unicast. Продается обычно фильм или его часть;
  •  NVoD (Near Video on Demand) - вещание c VoD-сервера в соответствии с сеткой вещания по IP multicast. По сути, комбинация двух предыдущих технологий;

В идеальном случае провайдеру необходимо предоставлять клиенту все три типа сервиса (и довольно много дополнительных, типа network based Personal Video Recorder, nPVR). А для этого требуется генерировать контент, инкапсулировать в IP и далее транслировать его клиенту. И все это - в реальном времени и на десятки или сотни каналов. IP-сети в нынешней ситуации позволят интегрировать все виды приложений в единую сервис-ориентированную платформу.

Технология Video-over-IP позволяет предоставить не только традиционную услугу просмотра ТВ-каналов на качественно более высоком уровне, но и внедрить совершенно новые услуги.

Функционально решение задачи передачи телевизионных каналов по IP-сети состоит из трех компонентов. Ключевым является IP Headend - традиционный для телевизионных операторов комплекс, обеспечивающий прием, раскодирование и демультиплексирование сигналов со спутника, прием и MPEG-кодирование материалов из аналогового источника и мультиплексирование каналов в IP Multicast-потоки. Именно этот мультиплексор или, иначе говоря, стример (streamer), становится уникальным компонентом headend для Video-over-IP. Он обеспечивает IP-вещание телевизионных каналов таким образом, что каждый канал имеет собственный уникальный адрес и порт IP Multicast.

Кроме того, требуется система обеспечения условного доступа (CAS), гарантирующая защиту контента, то есть шифрующая телеканалы для того, чтобы смотреть их могли лишь авторизованные пользователи. CAS может обеспечивать авторизацию как собственными методами, так и средствами автоматизированной системы расчетов, сторонних систем или middleware ("прослойка"). В качестве средства авторизации могут использоваться смарт-карты, программные ключи (когда пользователю достаточно пароля).

Декодирование телеканалов осуществляется непосредственно на абонентском устройстве IP Set Top Box или персональном компьютере. Абонентское устройство внешне напоминает спутниковый ресивер, за тем исключением, что в качестве входного интерфейса у него используется не разъем для подключения спутниковой антенны, а стандартный сетевой интерфейс Ethernet. По сути, это небольшой компьютер со своей операционной системой, MPEG-декодером и веб-браузером - именно наличие веб-браузера и IP-канала позволяет реализовать интерактивные сервисы.

Видео по запросу можно условно разделить на два вида: "настоящий" (True VoD) и "условный" (Near VoD). Если True VoD представляет собой комплекс, обеспечивающий unicast-поток для каждого пользователя в любое время, то Near VoD - это способ экономии полосы пропускания за счет применения MultiCast. В последнем случае несколько экземпляров каждого из фильмов запускается на воспроизведение "по кругу" со смещением начала произведения во времени, и подписчик получает доступ к каналу, на котором воспроизводится конкретный фильм. Естественно, только True VoD предоставляет подписчику услуги персонального видеоплейера: "перемотка" в любые стороны, воспроизведение с произвольной позиции, постановка на "паузу" и просмотр фильма в любое удобное время.

Для обоих видов услуги видео по запросу являются обязательными такие компоненты, как сервер VoD, Middleware и абонентское устройство. Сервер VoD - это видеосервер с дисковым массивом большой емкости для хранения видеоматериалов и специализированным программным обеспечением, обеспечивающим multicast-трансляцию видеоматериалов в режиме Near VoD или доступ к видеоматериалам по протоколу RTSP для True VoD. Обычно видеосервер может также осуществлять перехват и запись multicast-потоков, что используется для реализации услуг PVR (видеозапись). Middleware представляет собой специализированный программный комплекс, который обеспечивает управление услугами VoD, IP TV и всеми сопутствующими, такими как интерактивные сервисы, Personal Video Recorder ,и многими другими. Middleware также обеспечивает авторизацию, ведение статистики и предоставляет визуальные интерфейсы пользователям и администраторам. В качестве абонентского устройства в данном случае выступает тот же самый Set Top Box, что используется подписчиком для услуг IP TV.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28176. Голография. Схема записи и восстановления голограмм. Запись голограмм на толстослойных эмульсиях. Применение голограмм 115 KB
  Схема записи голограммы представлена на рисунке 1. Денисюк осуществил запись голограммы в трехмерной среде объединив таким образом идею Габора с цветной фотографией Липпмана. Тогда участки голограммы с максимальным пропусканием света будут соответствовать тем участкам фронта предметной волны в которых ее фаза совпадает с фазой опорной волны. Поэтому при последующем освещении голограммы опорной волной в ее плоскости образуется то же распределение амплитуды и фазы которое было у предметной волны чем и обеспечивается восстановление...
28177. Искусственная анизотропия, создаваемая в результате механического деформирования, воздействия электрического (эффекты Керра и Поккельса) и магнитного (эффект Коттона - Мутона) поля. Естественная и искусственная (эффект Фарадея) оптическая активность 51 KB
  Искусственная анизотропия создаваемая в результате механического деформирования воздействия электрического эффекты Керра и Поккельса и магнитного эффект Коттона Мутона поля. Естественная и искусственная эффект Фарадея оптическая активность Среды в которых скорость распространения света в различных направлениях неодинакова называют оптически анизотропными. был открыт эффект Керра – возникновение двулучепреломления под действием электрического поля рисунок 2. Явление Керра квадратичный электрооптический эффект объясняется...
28178. Тепловое излучение тел и его законы. Ультрафиолетовая катастрофа. Формула Планка 102 KB
  Отличительной чертой теплового излучения является то что оно возникает за счет внутренней энергии тела. Тепловое излучение имеет сплошной спектр положение максимума в спектральной кривой излучения зависит от температуры. При полном термодинамическом равновесии все части системы имеют одинаковую температуру и энергия теплового излучения испускаемого каждым телом компенсируется энергией поглощаемого этим телом теплового излучения других тел. Спектр равновесного излучения не зависит от природы вещества.
28179. Фотоэффект. Основные законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Фотоэлементы и их применение 87.5 KB
  Фотоэффект. Основные законы внешнего фотоэффекта. Внутренний фотоэффект. Явление вырывания электронов с поверхности вещества под действием электромагнитного излучения называется внешним фотоэффектом.
28180. Поглощение (абсорбция) света веществом. Закон Бугера. Элементарная квантовая теория излучения и поглощения света. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Условие усиления света 165 KB
  Элементарная квантовая теория излучения и поглощения света. Условие усиления света Под действием электромагнитного поля световой волны проходящей через вещество возникают колебания электронов среды с чем связано уменьшение энергии излучения затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия восполняется в результате излучения электронами вторичных волн частично она может преобразовываться в другие виды энергии. Действительно опытным путем установлено а затем и теоретически доказано Бугéром что интенсивность...
28181. Лазеры. Принципиальная схема лазера. Основные структурные элементы лазера и их назначение. Типы лазеров. Основные характеристики лазеров 181 KB
  Каждому радиационному переходу между энергетическими уровнями и в спектре соответствует спектральная линия характеризующаяся частотой и некоторой энергетической характеристикой излучения испущенного для спектров испускания поглощенного для спектров поглощения или рассеянного для спектров рассеяния атомной системой. При этом распространение излучения в среде обязательно сопровождается уменьшением его интенсивности – выполняется закон Бугера где – интенсивность излучения вошедшего в вещество d – толщина слоя – коэффициент...
28182. Оптика движущихся сред. Эффект Доплера. Поперечный и продольный эффект Доплера 194 KB
  Он гласит: все физические законы независимы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчёта. Это означает что уравнения выражающие законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчёта. Поэтому на основе любых физических экспериментов нельзя выбрать из множества инерциальных систем отсчёта какуюто главную абсолютную систему отсчёта обладающую какимилибо качественными отличиями от других инерциальных систем отсчёта. Она одинакова во всех направлениях в пространстве и во всех инерциальных системах...
28183. Поляризация света. Способы получения поляризованного света. Закон Малюса. Поляризационные призмы 238.5 KB
  Явление поляризации света было открыто Эразмусом Бартолинусом, датским учёным, в 1669 году. В своих опытах Бартолинус использовал кристаллы исландского шпата, имеющие форму ромбоэдра. Если на такой кристалл падает узкий пучок света, то, преломляясь
28184. Распространение света в изотропных средах. Отражение и преломление света на границе между диэлектриками. Основные законы геометрической оптики. Формулы Френеля 146 KB
  При этом падающий отражённый и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром восстановленным к границе раздела сред в точке падения О. Углы соответственно углы падения отражения преломления волн. Амплитуду падающей волны разложим на составляющие Ер параллельную плоскости падения и Еs перпендикулярную плоскости падения. Для составляющих вектора Е перпендикулярных плоскости падения рисунок 3 выполняются условия в которых индексы при Е и p при Н опущены: .