Курсовой проект - Расчет основных параметров системы цифрового ТВ вещания

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство связи РФ

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Кафедра РВ и ТВ

Курсовая работа

по основам построения телекоммуникационных систем и

сетей

тема: Расчет основных параметров системы цифрового ТВ

вещания

Выполнил студент

группы Р-52

Артамонов И.Ю.

Вариант 28

Проверил: Мамчев Г.В.

Новосибирск 2008г

Содержание

Исходные данные................................................................................................................................3

Введение................................................................................................................................................4

1 Цифровое представление телевизионного сигнала...................................................................7

1.1 Расчет скорости цифрового потока...........................................................................................9

1.2 Расчет мощности цифрового передатчика............................................................................9

2 Общие требования к способам модуляции...............................................................................11

2.1 Квадратурная амплитудная модуляция (QAM )..................................................................11

2.2 Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)......................................................................12

2.3 Способ частотного уплотнения с ортогональными несущими (OFDM)..........................13

3.МЕЖДУНАРОДНЫЙ СТАНДАРТ КОДИРОВАНИЯ С ИНФОРМАЦИОННЫМ

СЖАТИЕМ MPEG-2........................................................................................................................16

3.1 Практическое использование видеокомпрессии..................................................................16

3.2 Стандарт кодирования MPEG-2..............................................................................................17

3.3 Компрессия видеоданных..........................................................................................................19

3.4 Кодируемые кадры.....................................................................................................................20

3.5 Компенсация движения.............................................................................................................21

4 Концепция стандарта DVB – T....................................................................................................22

4.1 Защитный интервал..................................................................................................................23

4.2 Принцип иерархической передачи..........................................................................................25

4.3 Рандомизация..............................................................................................................................26

4.4 Внешнее кодирование и перемежение....................................................................................26

4.5 Внутреннее кодирование...........................................................................................................26

4.6 Внутреннее перемежение и формирование модуляционных символов...........................27

4.7 Демультиплексирование...........................................................................................................27

4.8 Спектр радиосигнала OFDM....................................................................................................27

4.9 Многолучевой прием..................................................................................................................27

4.10 Формирование данных и структура сигналов....................................................................28

4.11 Параметры системы DVB-Т...................................................................................................29

Заключение........................................................................................................................................30

Список литературы.............................................................................................................................31

Исходные данные

Вариант 28:

1. Коэффициент формата………………………………………………. Кф= 4 :3;

2. Число воспроизводимых кадров в секунду………………………….. n = 45;

3. Число строк………………………………………………... ……………Z =1050;

4. Число уровней квантования…………………………….. ……………m = 512;

5. Коэффициент сжатия……………………………………………………

3



;

6. Скорость внутреннего кода ……………………………………………1/2 ;

7. Способ модуляции несущих……………………………… ………….QAM-64;

8. Высота подвеса передающей антенны………………………………...

мh 390



;

9. Высота подвеса приемной антенны…………………………………...

мh 33



;

10. Качество изображения………………………………………………….

0,4



;

11. Номер радиоканала………………………………………………………

37

;

Введение

На сегодняшний день в мире более 1,6 миллиарда телевизоров, телефонных линий – 800

миллионов, т.е. примерно в два раза меньше, а в развивающихся странах соотношение

телевизоров и телефонных линий составляет даже 10:1. Абонентов мобильной связи, хотя она и

быстро развивается,уже около 400млн. Следовательно, телевидение является доминирующей

составляющей в информатизации мирового сообщества.

В первом десятилетии двадцать первого века аналоговое телевидение со всеми присущими

ему искажениями станет частью истории, поскольку наземные, спутниковые и кабельные

системы передачи, по которым происходит доставка ТВ программ телезрителям, постепенно

переходят в цифровые методы.

Опыт, накопленный в ТВ вещании, показал, что телевидение, переходя в цифровую эру,

способно предоставить ряд новых возможностей при сохранении экономической

эффективности.

1. Передача ТВ сигнала в двоичной форме по линии связи с помехами позволяет

значительно увеличить помехоустойчивость передачи;

2. Передача ТВ сигнала в двоичной форме по многозвенной линии связи позволяет

производить многократную регенерацию и скремблирование цифрового сигнала в

промежуточных пунктах, осуществлять цифровую коррекцию искажений и подавление

флуктуационных и периодических помех в промежуточных пунктах и таким образом

предотвращает накопление помех вдоль всей линии. Поэтому качество изображения в

цифровой ТВ системе практически полностью определяется качеством сигнала,

созданного на ТВ центре, и почти не зависит от сложности и протяженности линий

связи. Другими словами, цифровая ТВ система обеспечивает прозрачную передачу

видеосигналов. В данном случае под прозрачностью понимается неизменность сигналов

источника, когда сохраняются первоначальное качество видеоматериала и его

способность к дельнейшей обработке;

3. Цифровые системы открывают широкие возможности обработки ТВ сигнала в цифровой

форме для устранения в нем статистической и физиологической избыточности перед

передачей по каналу связи, т.е. обеспечивают высокую степень сжатия

видеоинформации (с 216 Мбит/с до 1,5 - 15 Мбит/с), что позволяет уже сейчас

передавать в стандартном радиоканале с полосой пропускания 8 МГц сигналы трех-

четырех ТВ программ в наземном ТВ вещании и до 10 программ через один ствол

спутникового канала связи или одну программу телевидения высокой четкости (ТВЧ), а

также большие потоки данных при сохранении высокого качества передачи.

Соответственно, уменьшаются удельные затраты на телеканал по аренде спутникового

сегмента.

4. Допускаются более широкая унификация аппаратуры ТВ и других стволов линий связи с

целью создания однотипных коммутирующих, корректирующих и других устройств;

5. Обеспечивается гибкость передачи, которая позволяет плавно изменять скорость

передачи цифровой информации в канале связи при соответствующем изменении

качества декодированного изображения, адаптируемость к требованиям конкретного

потребителя;

6. Сравнительно легко реализуются операции по уплотнению ТВ канала дополнительной

информацией. Упрощается аппаратура для передачи одновременно с видеосигналом

сигналов звукового сопровождения, звукового вещания, контрольных частот, сигналов

точного времени, сигналов телеигр, телегазет и ряда других видов информации. Таким

образом, обеспечивается возможность введения служб вещания, развлечений,

образования, бытового обслуживания.

7. Возможность регенерации цифрового сигнала позволяет без потери качества широко

консервировать ТВ программы, осуществлять их тиражирование. Хранение информации

в двоичном коде может быть неограниченно долгим и допускает многократные

обращения к записям. В случае необходимости хранящаяся информация легко

регенерируется, что особенно важно для создания фондовых и архивных материалов.

Интеграция локальной памяти домашнего компьютерного комплекса (магнитные диски,

записываемые оптические диски) в систему цифрового телевидения означает

возможность автоматической записи программ, предназначенных для конкретного

зрителя.

8. Цифровые модуляторы РТПС в сочетании с оптимизацией их режимов с помощью

микрокомпьютеров обеспечивают повышение КПД станций, качество передачи

сигналов, облегчают обслуживание.

9. Полное проникновение цифровой техники в ТВ тракт от камеры до монтажных

аппаратных удешевляет производство ТВ программ. Цифровая техника предлагает более

эффективную и менее дорогую автоматизацию ТВ вещания.

10. Цифровое телевидение позволяет ТВ вещательным компаниям вступить в прямой

контакт со зрителями, предлагая услуги, например, по исключительной демонстрации

различных событий и мероприятий. При этом реклама, основанная на изучении

пристрастий и вкусов зрителей, может стать целевой.

11. Наконец, цифровые технологии позволяют придать телевидению интерактивный

характер. Интерактивная реклама, услуги по продаже товаров, ТВ игры будут, видимо,

первыми проявлениями интерактивности, за которыми должны последовать

образовательные и другие программы.

Структурная схема цифровой телевизионной системы показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – структурная схема цифровой телевизионной системы

Кратко рассмотрим назначение основных частей схемы.

Источник аналоговых ТВ сигналов формирует яркостный сигнал Е

и цветоразностные

сигналы

R−Y

, E

B− Y

, которые поступают на АЦП, где преобразуются в цифровую форму. В

кодере видео осуществляется эффективное кодирование видеоинформации с целью

уменьшения скорости передачи двоичных символов в канале связи ( эта операция является

Источник

ТВ

сигнала

Декодер

видео

Демодул

ятор и

декодер

канала

Демульт

иплексор

ЦАП

видео

АЦП

видео

Кодер

звука

АЦП

звука

Кодер

канала и

модулято

Мультип

лексор

Кодер

видео

Источни

сигналов

звука

Декодер

звука

Канал

связи

Монитор

УНЧ и

динамик

ЦАП

звука

наиболее важной , т.к. без эффективного кодирования невозможно обеспечить передачу

сигналов цифрового ТВ по стандартным каналам связи).

Сигналы звукового сопровождения также преобразуются в цифровую форму. Звуковая

информация сжимается в кодере звука. Кодированные данные изображения и звука, а также

различная дополнительная информация объединяются в мультиплексоре в единый поток

данных. В кодере канала выполняется еще одно кодирование передаваемых данных, имеющее

целью повышение помехоустойчивости. Полученным в результате цифровым сигналом

модулируют несущую используемого канала связи.

В приемной части системы осуществляется демодуляция принятого ВЧ сигнала и

декодирование канального кодирования. Затем в демультиплексоре поток данных разделяется

на данные изображения, звука и дополнительную информацию. После этого выполняется

декодирование данных. В результате на выходе декодера изображения получаются яркостный и

цветоразностные сигналы в цифровой форме, которые преобразуются в аналоговую форму в

ЦАП и подаются на монитор. На выходе декодера звука получаются сигналы звукового

сопровождения, также преобразуемые в аналоговую форму. Эти сигналы поступают на

усилители звуковою частоты и далее на динамики.

Первые системы цифрового телевидения были созданы и испытаны еще двадцать лет назад,

однако, функциональные и конструктивные особенности этих систем не позволяли

использовать их в практических целях.

1 Цифровое представление телевизионного сигнала

Первой операцией процесса цифрового кодирования аналогового сигнала является его

дискретизация, которая представляет собой замену непрерывного аналогового сигнала U(t)

последовательностью отсчетов этого сигнала. Наиболее распространенной формой

дискретизации является равномерная дискретизация с постоянным периодом, в основе которой

лежит теорема Найквиста – Котельникова. Согласно этой теореме любой непрерывный сигнал

U(t), имеющий ограниченный спектр частот , может быть представлен значениями этого

сигнала U(tn), взятые в дискретные моменты времени (отсчеты) tn = nT , где n=1,2,3….4; Т –

период или интервал дискретизации, выбранный из условия теоремы Котельникова рисунок

2.1-2.4. Здесь fв – верхняя граничная частота спектра исходного сигнала U(t).

Рисунок 2.1 Непрерывный сигнал

Риунок 2.2 Отсчеты данного сигнала

U(t)

U(tn

Рисунок 2.3 Квантование сигнала

Рисунок 2.4 - Кодирование сигнала

Аналитическое выражение теоремы Найквиста – Котельникова, утверждающей возможность

замены непрерывного сигнала U(t) последовательностью дискретных значений U(tn) имеет

следующий вид:











nt)(tω

nt))(t(ω

U(nt)=U(t)

sin

Верхняя граничная частота (согласно теореме Н.- Котельникова) ТВ сигнала находится по

формуле:

МГц==znK=f

фв

33.075

10504450,5

0,5





где

−

коэффициент формата;

n – число воспроизводимых строк в одну секунду;

z – число строк.

Найдем частоту дискретизации. В системах цифрового телевидения с импульсно-кодовой

модуляцией (ИКМ) частоту дискретизации

выбирают несколько выше минимально

допустимой, определяемой теоремой Найквиста-Котельникова. Связано это с условием

отсутствия перекрытия побочных спектров в спектре дискретизированного сигнала,

обеспечивающего гарантированное исходное качество сигнала при его обратном

преобразовании в аналоговую форму с помощью низкочастотной фильтрации. Следовательно:

K=1.1

МГц==fk=f

вд

72.7651033.0751.122



1.1 Расчет скорости цифрового потока

Скорость цифрового потока для цифровых видеосигналов определяется выражением:

sf=C

2

где s – длина кодового слова, определяющая число бит, с помощью которых можно записать

в двоичной форме любой номер уровня квантования до m включительно, находится из

соотношения:

где m – число уровней квантования (по условию оно равно 512), отсюда находим s = 9.

По международным стандартам цифрового преобразования ТВ сигналов (МСЭ-Р ВТ . 601-5)

рекомендуется осуществлять раздельное кодирование яркостного Е

и цветоразностных Е

R−Y

и Е

B−Y

сигналов.

Тогда скорость передачи цифрового потока для цифровых компонентных видеосигналов

рассчитывается по следующему выражению:

дyдyдy

++f=C 0.5f0.5f

здесь

дy

- частота дискретизации для яркостного сигнала, Гц;

0,5

дy

- для цветоразностных сигналов, Гц.

Окончательно скорость цифрового потока определяется:

C = 2 f

МБит

= 1309.7791072.7652



Таким образом, при реализации цифровых способов кодирования ТВ изображений,

основанных на классической ИКМ, необходимо оперировать с высокой скоростью цифрового

потока, достигающей нескольких сотен, полутора и выше тысяч (в случае ТВЧ) Мбит/с. И это

рождает много проблем как при передаче видеоданных, так и при их обработке, например,

записи.

1.2 Расчет мощности цифрового передатчика

Для расчета мощности ТВ передатчика, обеспечивающего требуемое значение напряженности

электромагнитного поля в пределах заданной площади, имеющей форму круга, находящегося в зоне

прямой видимости, воспользуемся формулой

0min

)

18.2

(







где D – коэффициент усиления передающей ТВ антенны,

– радиус зоны прямой видимости с учётом влияния атмосферной рефракции,

– длина волны электромагнитного излучения ,

– величина минимально допустимой напряженности поля радиосигнала, необходимая

для обеспечения заданного качества.

kkиз

NNf  825.30375.18)21(470

, МГц

25,599



из

МГц

Для 37 номера радиоканала частота несущей будет равна 599,25 МГц

и коэффициент усиления D=15

Определим длину волны электромагнитного излучения по формуле:





1025.599

103







=0,5м

Определим расстояние прямой видимости по формуле

где h

и h

высоты первой и второй антенн в метрах, а r

в километрах

)(12.4

210

hhr 

)33390(12.4

r

=105м

По графику ([1],стр 83) для заданного частотного диапазона и качества воспроизводимого ТВ

изображения определяем величину минимально допустимой напряженности, и для данного случая

получаем =2985,38 мкВ/м

Теперь определим мощность передатчикам по формуле:

)

3339018.2

5,01059854,2

(



P

=0,023кВт