Телевидение предыдущего поколения

Введение.

Развитие рынка телекоммуникаций и конкуренция диктует коммерческим операторам связи необходимость постоянно изобретать новые услуги. В последнее время наблюдается тенденция к интерактивным видеосервисам. Это ведет к тому, что активно начинают развиваться транспортные сети, на которые возлагается задача доставки новых услуг конечному потребителю.

Широкополосные медиауслуги и высококачественный контент революционным образом меняют пользовательское приложения и устройства доступа, делая их более мобильными и обеспечивая интеграцию рабочего окружения и персональных развлечений. "Широкополосность" является механизмом распространения, обеспечивающим доставку медиаконтента до потребителя без потерь. Маркетинговые исследования показывают, что темпы развития инфраструктуры широкополосных сетей превышают самые агрессивные предсказания аналитиков. На потребительском рынке телесвязи бурно развиваются различные широкополосные технологии доступа, такие как xDSL, Ethernet, PON, Wi-Fi. Одним из наиболее перспективных интерактивных услуг является цифровое телевидение IPTV. Учитывая повышенный интерес к технологии цифрового телевидения IPTV, телекоммуникационные операторы обязательно должные ею воспользоваться и добавить IP-телевидение в пакет своих предложений в дополнение к быстрому Internet.

Телевидение предыдущего поколения.

Аналоговое телевидение (Analog TV) - система, использующая для приема видео и звука аналоговый электрический сигнал, который может передаваться как по кабелю, так и по радио. Принцип работы аналогового телевидения таков: сигналы изображения и звука передается от телецентра мощнейшими антеннами на значительные расстояния. Пара сигналов, которые несут изображение и звук одной телепрограммы, называются телевизионным каналом. Антенны домов улавливают радиоволны и передают посредством кабеля на телевизор. В разных странах существуют некоторые различия в распределении телевизионных каналов между диапазонами. В стандарте, используемом в странах СНГ, метровый диапазон включает в себя 1-12 каналы, дециметровый - 21-60 каналы. Поймав сигнал канала, телевизор развертывает его в изображение и звук.Появление цветного телевидения стало следующим шагом развития аналогового ТВ. Случилось это в начале пятидесятых годов, когда в Америке утвердили новый формат аналоговой системы вещания - NTSC (National Television System Committee). Она была принята для передачи видео и звука в 1953 году. Вещание по этой системе ведется, кроме США, также в Канаде, Японии, Южной Корее и ряде стран американского континента. Правда, вскоре нашелся и большой минус системы - при передаче сигнала могут появиться искажения в цвете картинки. Чтобы этого избежать, телевизоры NTSC оснащались регуляторами цветового тона TINT CONTROL, что позволяло добиться более естественной окраски деталей. Весомый вклад в развитие телевидения сделал французский инженер Анри де Франс, которой начал в 1953 году разработку еще одной системы аналогового ТВ, получившей название SECAM (Sequentiel Couleur Avec Memoire). В ее доработке принимали участие не только французские специалисты, но и советские. Официально трансляции по системе SECAM начались в 1967 году, причем сразу в России и Франции. В настоящее время стандарт SECAM принят также в ряде стран Восточной Европы, Азии и Африки. Особенностью этой системы являлась поочередная (через строку) передача цветового сигнала с дальнейшим его восстановлением на приемнике с помощью линии задержки. В середине 60-х годов появилась еще одна система вещания - PAL (Phase Alternation Line). Ее разработкой занималась немецкая компания Telefunken. В принципе, новая система представляла собой доработанную NTSC, но использовала отличные от нее сигналы цветности. PAL менее чувствительна к фазовым искажениям в отличие от американской аналоговой системы, но в тоже время в телеприемнике происходило усреднение сигналов цветности в двух соседних строках, что приводило к понижению вертикальной четкости цветовой составляющей. Сложности внедрения цветного телевещания не позволяли сойти с мировой сцены черно-белому телевидению вплоть до конца 80-х годов ХХ века. В конце концов, и аналоговая система стала не такой выгодной и конкурентоспособной. В Европе еще в 1993 году пришли к мнению, что будущее за цифровым телевидением, а «аналог» потихонечку уступал свои позиции. Да и преимущества «цифры» были налицо: улучшение качества изображения и звука, уменьшение мощности передатчиков, повышенная помехоустойчивость трактов передачи, выбор языка и субтитров, расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры.

SECAM или SÉCAM (от фр. Séquentiel couleur avec mémoire, позднее Séquentiel couleur à mémoire - последовательный цвет с памятью) - система аналогового цветного телевидения, разработка которой началась во Франции в конце 1950-х годов. В 1965-66 годах совместно с СССР была доработана, став первым европейским стандартом цветного телевидения^[1]. В результате дальнейшего совершенствования, проходившего в процессе эксплуатации, начатой в 1967 году одновременно в СССР и Франции, система приобрела окончательный вид и название SECAM-IIIB. Так же, как в других системах цветного телевидения - NTSC и PAL-для совместимости с чёрно-белым телевизионными приёмниками вместо непосредственной передачи трёх сигналов основных цветов осуществляется передача сигнала яркости Y, соответствующего чёрно-белому изображению, и двух цветоразностных сигналов R-Y и B-Y, несущих информацию о красном и синем цветах соответственно. Недостающая информация о зелёном цвете G восстанавливается в приёмном устройстве вычитанием суммы цветоразностных сигналов из яркостного в соответствии с соотношением:

.

Главной особенностью системы SECAM, отражённой в её названии, является передача во время интервала одной строки только одного цветоразностного сигнала из двух, передаваемых поочерёдно^[1]. В приёмнике сигнал, передаваемый в течение одной строки, воспроизводится в течение двух строк за счёт использования строчной памяти. В момент передачи сигнала R-Y, из строчной памяти в декодер поступает сигнал предыдущей строки B-Y и наоборот. Поскольку система SECAM используется только с европейским стандартом разложения 625/50, длительность запоминания равна периоду одной строки, составляющему 64 микросекунды. Поочерёдная передача цветоразностных сигналов требует согласованной работы коммутаторов передающего и принимающего устройств, которые должны переключаться синхронно и синфазно. Для этого используется сигнал цветовой синхронизации, или как его часто называют, сигнал цветового опознавания^[5]. Он состоит из серии 9 импульсов трапецеидальной формы, добавляемых в цветоразностные сигналы во время кадровых гасящих импульсов с 7-й по 15-ю строки нечётного и с 320-й по 328-ю чётного полукадров. Начало и конец каждого импульса совпадают с началом и концом активной части строки. Опознавание происходит за счёт разницы в частотах соседних импульсов, принимающих крайние значения 4,756 МГц для «красных» и 3,9 МГц для «синих» строк. В современных телевизорах вместо сигналов опознавания для цветовой синхронизации используются защитные вставки немодулированной поднесущей, следующие на задней площадке строчных гасящих импульсов. Частота этих пакетов, также используемых для настройки амплитудного ограничителя сигнала цветности, соответствует частоте несущей передаваемого в соответствующей строке цветоразностного сигнала.

Спектр телевизионного сигнала SECAM

Серое поле соответствует сигналу яркости, а жёлтое — сигналу цветности. Вертикальные линии обозначают составляющие поднесущей, соответствующие красному (4,406 МГц) и синему (4,25 МГц) цветоразностным сигналам при отсутствии модуляции.

PAL совместим с чёрно-белым телевещанием. Вместо непосредственной передачи основных цветов система предусматривает передачу сигнала яркости Y, как в чёрно-белом телевидении, и двух цветоразностных сигналов R-Y и B-Y, несущих информацию о красном и синем цветах соответственно. Недостающая информация о зелёном цвете G восстанавливается в приёмнике вычитанием цветоразностных сигналов из яркостного. Сигнал цветности, который содержит информацию о цветоразностных сигналах, чёрно-белыми телевизорами не принимается. Он передается в высокочастотной области спектра сигнала яркости при помощи вспомогательной несущей частоты - поднесущей, которая принимается блоком цветности цветных телевизоров.

Передача сигнала цветности происходит с использованием квадратурной модуляции поднесущей. Фаза одной из квадратурных составляющих (R-Y) сигнала цветности PAL меняется от строки к строке на противоположную. Для уменьшения видимости помех от поднесущей, её частота выбрана равной сумме нечётной гармоники четвертьстрочной частоты и частоты кадров. Эта частота составляет 4433618,75 Гц (4,43 МГц), обеспечивая «четвертьстрочный сдвиг» поднесущей.

При передаче сигнала цветности «красный» цветоразностный сигнал повторяют в следующей строке с поворотом фазы на 180 градусов. Для устранения фазовой ошибки декодер PAL складывает текущую строку и предыдущую из памяти. При сложении двух сигналов взаимно уничтожаются «красные» цветоразностные компоненты из-за изменения их знака. При вычитании двух сигналов взаимно уничтожаются «синие». Таким образом, на выходах сумматора - вычитателя получаются разделённые сигналы U и V, являющиеся масштабно изменёнными R-Y и B-Y. Для правильного суммирования и вычитания необходимо, чтобы прямой и задержанный сигналы находились в фазе или в противофазе. Это достигается только в случае задержки на целое число полупериодов поднесущей. Поэтому, отклонение времени задержки для декодеров PAL не должно превышать 5 наносекунд. В аналоговых телевизионных приёмниках для запоминания цветоразностного сигнала от предыдущей строки используется ультразвуковая линия задержки, в цифровых - оперативная память на строку.

Для цветовой синхронизации в системе PAL на задней площадке строчного гасящего импульса передаётся «вспышка» поднесущей, состоящая из 8-10 периодов колебаний опорного генератора. В системе PAL фаза вспышек изменяется на 90° от строки к строке, неся информацию о фазе красной составляющей поднесущей.

Спектр телевизионного сигнала PAL.
Показан PAL-I с разносом частот 6,0 МГц между несущими изображения и звука (используется в Великобритании, Гонконге и Сингапуре). Коричневым цветом показан спектр поднесущей (Chroma).

Базовая система NTSC, применяемая в США, основана на использовании предыдущего стандарта чёрно-белого телевидения, принятого в 1941 году, со стандартом разложения 525/60. Вместо непосредственной передачи основных цветов используется передача сигнала яркости Y, соответствующего чёрно-белому изображению, и двух цветоразностных сигналов R-Y и B-Y, несущих информацию о красноми синем цветах соответственно. Недостающая информация о зелёном цвете G восстанавливается в приёмнике вычитанием суммы цветоразностных сигналов из яркостного. Сигнал цветности, который содержит информацию о цветоразностных сигналах, чёрно-белыми телевизорами не принимается. Его передача осуществляется в спектре яркостного сигнала на вспомогательной частоте (поднесущей) 3 579 545,5 Гц (3,58 МГц), которая принимается блоком цветности цветных телевизоров. Два цветоразностных сигнала E_R-Y и E_B-Y передаются с помощью квадратурной модуляции поднесущей.

Цветоразностные сигналы подаются на балансный модулятор, на котором они модулируются по амплитуде с подавлением поднесущей. Модулированные цветоразностные сигналы красного E_R-Y и синего E_B-Y сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90°. При суммировании они образуют новый сигнал - сигнал цветности. Таким образом:

Изменение фазы свидетельствует об изменении тона, а модуль вектора определяет насыщенность. При этом, на неокрашенных или слабо окрашенных участках изображения помехи нет, так как поднесущая подавлена.

Применение амплитудной модуляции с подавленной поднесущей порождает трудности при приёме. При детектировании важно чтобы совпадали фазы и частоты гетеродина и поднесущей. Для этого после каждого строчного синхроимпульса на площадке строчного гасящего импульса передаётся особый импульс-вспышка, он содержит 8-10 периодов колебаний опорного генератора.

Частота поднесущей выбрана таким образом, чтобы как можно меньше влиять на приёмники чёрно-белого телевидения.

Помеха от поднесущей. 1-й кадр

Помеха от поднесущей. 2-ой кадр

В интервале строки размещается нечётное число полупериодов поднесущей (точно - 455), поэтому рисунок от помехи имеет вид шахматного поля. Такая структура менее заметная, чем вертикальные полосы.

Полярность поднесущей в смежных кадрах изменяется на противоположную, таким образом, тёмные участки чередуются со светлыми. За счёт временно́й взаимной компенсации, помеха становится ещё менее заметной.

Информация о цветности передается не в системе координат E_R-Y и E_B-Y, а в системе E_I и E_Q, развернутой относительно E_R-Y и E_B-Y на 33°.

Показана векторная диаграмма сложения двух цветоразностных сигналов и результирующий вектор. Получение сигнала КАМ в NTSC.

Одновременно с этим применяется компрессия по амплитуде для повышения совместимости с чёрно-белым телевидением. Уменьшая размах амплитуды, компрессия обеспечивает отсутствие поднесущей на неокрашенных участках.

Полосы пропускания для сигналов E_I и E_Q выбраны различными - таким образом разработчиками учитывается тот факт, что человеческий глаз различает мелкие сине-зелёные детали лучше, чем красные. Для сигнала E_I ширина полосы пропускания - 1,3 МГц, для E_Q - 0,5 МГц.

Значения частот строк и полей, в чёрно-белом стандарте 525/60 составлявшие 15750 и 60 Гц, были изменены, для того, чтобы поднесущая звука стала точной 286-й гармоникой частоты строк. После коррекциистрочная составляет приблизительно 15734 Гц, а кадровая - 59,94 Гц. «Волны» от этого не исчезли, но стали неподвижными и практически незаметны.

Спектр телевизионного сигнала NTSC M.

Поиск по сайту: