Беляев Ю.В., Галочкин Ю.И. Цифровое телевидение

Подождите немного. Документ загружается.

Вопросы

1. Приведите три преимущества цифрового телевещания перед аналоговым.

2. Укажите для стандарта DVB:

а) число пикселов на строку;

б) число пикселов на изображение;

в) частоту выборки для аналогового видеосигнала.

3. Укажите типы модуляции, используемые :

а) в спутниковом цифровом телевещании;

б) в наземном цифровом телевещании .

4. Укажите два вида удаления избыточности, используемые в видеокоди-

ровании MPEG-2.

5. Что означает в цифровом телевещании:

а) элементарный программный поток;

б) транспортный поток?

6. Объясните причину применения COFDM в наземном цифровом те-

левещании. Сколько несущих используется в режиме 2кб COFDM?

2. ЦИФРОВЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ПРИЕМНИКИ

Цифровой телевизионный прием обычно обеспечивается

интегрированным декодером приемника ( ИДП) или приставкой.

Интерфейсный узел, называемый канальным декодером, зависит от типа

телевещания: спутниковое, наземное или кабельное. Остальные схемы

являются общими для всех трех способов вещания.

2.1. Общая характеристика системы

На рис. 2.1 показана обобщенная блок-схема цифрового телевизион -

ного ИДП. Канальный декодер состоит из цифрового демодулятора и узла

прямой коррекции ошибок. Он принимает модулированные высокочастотные

сигналы и воспроизводит исходный цифровой транспортный поток, содержа-

щий пакеты четырех или пяти мультиплексированных программ. Цифровой

транспортный поток поступает в транспортный демультиплексор , который

идентифицирует каждый пакет по программному идентификатору и осуществ-

Рис. 2.1. Интегрированный декодер приемника для цифрового телевидения:

А — ДОЗУ видеоданных; Б — ДОЗУ звуковых данных

ляет памяти типа ДОЗУ ( динамическое оперативное запоминающее

устройство). Три составляющие видеосигнала передаются в декодер ПАЛ,

который преобразует цифровой видеосигнал в аналоговый полный видеосигнал

ПАЛ и затем посылает его в УВЧ-перекомпоновку данных для воссоздания

элементарного пакета выбранной программы. Если пакет скремблируется, то

он поступает в модуль условного доступа, который обращается к кредитной

карте с встроенной микро-ЭВМ с запросом о наличии у пользователя текущей

подписки на выбранную программу. Если подписка отсутствует, то модуль

условного доступа информирует об этом микроконтроллер системы, который

прекращает всякую обработку сигнала. В противном случае сигнал

возвращается в транспортный демультиплексор для дальнейшей обработки

видео- и звуковыми декодерами. Транспортный демультиплексор формирует

два набора цифровых сигналов и посылает их на соответствующие декодеры;

один набор — это 1- байтовые (8 битов) выходные видеосигналы, другой —

последовательные выходные звуковые сигналы. Для буферизации видео- и

звуковых данных используется быстрая память СОЗУ ( статическое

оперативное запоминающее устройство) 8кбх8, поэтому дальнейшая передача

на видео- и звуковые декодеры может выполняться пакетами.

Узел видеосигнала содержит видеодекодер MPEG-2, который распаковы-

вает поток видеоданных и преобразует его обратно в исходные составляющие:

Y, C

И С

. Изображение восстанавливается по кадрам Э, P и В. Эти кадры

надо хранить одновременно, поэтому необходима большая видеопамять в виде

буферного модулятора.

Звуковой узел содержит звуковой декодер MPEG, который декодирует зву-

ковой пакет по тем же правилам, что и при кодировании на передатчике; зву-

ковой узел формирует левый и правый аналоговые звуковые сигналы. Буфе-

ризация звуковых сигналов осуществляется с помощью ИС памяти ДОЗУ

звуковых данных, которое помимо прочих функций создает задержку в 1 с для

обеспечения синхронизации звука и изображения. Эта задержка необходима,

поскольку обработка видеосигналов длится дольше, чем обработка звуковых

сигналов. Левый и правый аналоговые звуковые сигналы от звукового декодера

поступают на суммирующий усилитель для формирования монофонического

звука для УВЧ-модулятора . Кроме того, формируются отдельные выходные

стереосигналы (L и R).

2.2. Управление системой

Для выбора программ и обработки сигналов необходимы обычное

управление на базе микроконтроллера и микропроцессорный блок, который

выполняет всю необходимую программную работу. На рис. 2.2 показана блок-

схема системы управления на основе микроконтроллера Ml и микропроцессора

М2. Микропроцессор управляет видео- и звуковым декодерами, включая син-

хронизацию, демультиплексором транспортного потока и модулем условного

доступа; кроме того, он поддерживает работу системы меню приемника.

Микропроцессор имеет свои собственные синхронизацию, шины адреса,

данных и управления, ДОЗУ и флэш-память. ИС ОЗУ типа энергонезависимой

Рис. 2.2. Система управления интегрированным декодером приемника

флэш-памяти используется для хранения программ, связанных с процессом

декодирования.

Программы могут обновляться по эфиру путем загрузки нового

программного обеспечения в ИС ДОЗУ с последующей перезаписью во флэш-

память или по телефону, с использованием модема. Эфирное обновление и

перепрограммирование выполняются вещательной компанией ; никаких

действий со стороны пользователя не требуется. Обновление через модем

включает в себя посылку вещательной компанией эфирного сообщения

цифровому телевизионному приемнику, в соответствии с которым приемник

должен « позвонить» по заранее загруженному телефонному номеру. Если

телефонная линия у абонента свободна, то обновление флэш-памяти будет

происходить по обычной телефонной линии. Этот вид связи используется и для

кредитного контроля, выставления счетов и других целей. Микроконтроллер

следит за источником питания и декодирует инфракрасный информационный

сигнал от пульта дистанционного управления и сигнал от кнопок на передней

панели; он управляет канальным декодером, включая селектор и цифровой

демодулятор, а также декодером ПАЛ. Кроме того, он осуществляет связь с

микропроцессором.

2.3. Канальный декодер

Канальный декодер ( называемый также внешним интерфейсом )

является частью приемника и зависит от типа приема. На рис. 2.3 показаны

основные компоненты канального блока для спутникового приемника.

Селектор смешивает входящий аналоговый модулированный

высокочастотный сигнал с сигналом гетеродина; в результате получается

модулированная промежуточная частота. Перед тем как передать

модулированную ПЧ на цифровой демодулятор, ее следует преобразовать в

цифровую форму, используя аналого-цифровой преобразователь ( АЦП). Он

использует скорость выборки, которая по крайней мере в два раза выше

бодовой скорости передаваемого сигнала. Демодулятор представляет собой ИС

процессора цифровой обработки сигналов, который может быть

демодулятором КФМн для спутникового приема или демодулятором COFDM

для наземного приема.

Рис. 2.3. Канальный декодер

Демодулятор полностью управляется и программируется системным

микроконтроллером по шине адреса и данных и линиям управления. Он

оценивает мощность входного сигнала и вырабатывает сигнал АРУ для селек-

тора. Кроме того, демодулятор посылает сигнал синхронизации для гетеродина

селектора по линии управления ГУН. Выходные данные имеют тот же формат,

что и исходный транспортный поток, т.е. состоят из 204- байтовых пакетов

данных (видео-, звуковых или обслуживания программ), включая 16-байтовую

контрольную сумму. Затем транспортный поток направляется в блок ПКО.

Блок ПКО использует байты контрольной суммы для принятия «жестко-

го» решения относительно полученных данных. Он определяет, содержат ли

полученные пакеты данных какие-либо ошибки. Если содержат , то блок ПКО

попытается скорректировать их. При неудачной попытке блок пометит пакеты,

которые содержат ошибки, и они не будут подвергаться дальнейшей обработке.

В конце этого процесса формируется транспортный поток, который содержит

несколько 188- байтовых (204—16) мультиплексированных пакетов,

относящихся к четырем или пяти различным телевизионным программам .

Перед восстановлением изображения пакеты, относящиеся к выбранной

программе, должны быть идентифицированы и размещены в правильном

порядке. Эту операцию выполняет демультиплексор .

2.4. Транспортный демультиплексор

Входные данные демультиплексора этого типа ( рис. 2.4) – 8- битовый

транспортный поток, содержащий видео-, звуковую и служебную информа-

цию, относящуюся к четырем или пяти различным программам, которые

представлены в виде 188- битовых пакетов. Каждый пакет содержит слово

синхронизации для процесса вхождения в синхронизм, идентификатор пакета,

опорный сигнал синхронизации программы, метку времени представления и

биты видео-, звуковых и служебных данных. Если используется

скремблирование или шифрование, входные данные передаются на модуль

условного доступа по специальной 8- битовой шине ( САМ DATAOUT); если

доступ разрешается, то данные возвращаются по отдельной 8- битовой шине

(САМ DATAIN). Доступом управляет микропроцессор, который обращается к

кредитной карте, чтобы установить наличие или отсутствие у пользователя

действующей подписки на выбранную программу.

Основная задача демультиплексора – идентификация пакетов, относя-

щихся к выбранной программе, и использование их меток времени представ-

ления вместе с программной опорной синхронизацией в 27 МГц для синхро-

низации выбранных пакетов между собой. Затем демультиплексор фильтрует

выбранные пакеты и передает их на видеодекодер по шине видеоданных ши-

Рис. 2.4. Транспортный демультиплексор

риной 1 байт. Что касается звуковых пакетов, то демультиплексор преобразует

их в последовательную форму и передает на звуковой декодер . Эта операция

выполняется под управлением микропроцессора , который, помимо прочего,

проверяет служебные пакеты запрошенных программ и направляет

соответствующие инструкции по управлению и обработке на демультиплексор.

Для хранения выбранных видео- и звуковых пакетов и последующей выдачи их

в пачке используется быстрое СОЗУ (время доступа 20—25 мкс). Для этой цели

используются специальные шины адреса и данных ОЗУ. Транспортный

демультиплексор взаимодействует с основным микропроцессором через 8-

битовую шину данных, 13- битовую шину адреса и несколько линий

управления (чтение/запись - R/W, подтверждение – АСК, и выбор кристалла -

CS), а также через одну и более линию запроса прерывания (IRQ).

Транспортный демультиплексор использует свои запросы прерывания для

того, чтобы информировать микропроцессор о некоторых событиях, в

частности о переполнении буфера СОЗУ. При приеме запроса прерывания

микропроцессор выполняет программу обработки прерывания , связанную с

характером прерывания. Демультиплексор работает по системной

синхронизации 25 МГц (отличается от программной опорной синхронизации 27

МГц для потока данных).

2.5. Видеодекодер MPEG

Видеодекодер MPEG ( рис. 2.5) предназначен для восстановления исход-

ного изображения. Этот процесс включает в себя распаковку данных, обращение

дискретного косинусного преобразования, реконструирование изображения по

кадрам Э, P и В и воспроизведение исходных составляющих яркости и цветности

для каждого кадра. Чтобы реконструировать изображение, надо одновременно

хранить передаваемые кадры и провести необходимые сравнения между ними

для восстановления полных кадров. Поэтому необходима память большого

объема. В качестве памяти, где хранятся различные кадры, используется 64-

битовое буферное ДОЗУ. В некоторых приемниках кадры В не используются, а

изображение восстанавливается только по кадрам Э и Р. Этот процесс требует

ДОЗУ с меньшим объемом памяти, т. е. меньших затрат.

После восстановления изображения данные пикселов, связанные с ярко-

стью и цветностью , передаются на кодирующее устройство ПАЛ по 8-битовой

мультиплексированной шине данных YC. Кодер ПАЛ формирует стандартный

телевизионный сигнал - 625 строк на кадр и 25 кадров в секунду. Начало

каждой строки развертки указывается управляющим сигналом HSYNC,

поступающим от кодера ПАЛ на видеодекодер. Нечетные и четные поля

указываются сигналами ODDE и EVEN соответственно. Полный видеосигнал

(CVBS) поступает в УВЧ-модулятор ( рис.2.5). Для синхронизации процесса

сбора данных и видеодекодер, и кодер ПАЛ тактируются опорными

программными синхроимпульсами с частотой 27 МГц.

Рис. 2.5. Декодирование видеосигнала MPEG-2

Декодер программируется и управляется микропроцессором по 8-битовой

шине данных и 6- битовой адресной шине с использованием нескольких уп-

равляющих сигналов, включая R/W и CS. Для запроса программ обработки типа

«старт поля» видеодекодеру предоставляется один сигнал IRQ. Кодер ПАЛ

управляется микроконтроллером по шине I

С, по которой микроконтроллер

устанавливает рабочие параметры кодера.

2.6. Звуковой декодер

Звуковой декодер (рис. 2.6) — это кристалл цифровой обработки сиг-на-

лов, который получает последовательные кодированные звуковые сигналы от

транспортного демультиплексора и выполняет необходимую обработку,

формируя два ( левый и правый) последовательных звуковых канала с