1.1.7. Передача телевизионных программ и других видеосигналов
В системах кабельного телевидения волоконно-оптические кабели используются в магистральных сетях и все более широко в распределительных сетях. Переход к волоконно-оптическим кабелям обусловлен их преимуществами (малые габариты, низкое затухание, широкая полоса пропускания и т.д.), а также тенденцией к снижению цен на оптическое оконечное оборудование.
Слайд 12. На рис. 1.3 показаны способы преобразования телевизионных сигналов от видео камеры для передачи по оптическим каналам связи. Сигнал от видеокамеры содержит аналоговый видеосигнал и частотно модулированный сигнал звукового сопровождения. В настоящее время наибольшее распространение получила радиочастотная амплитудная модуляция с частичным подавлением одной боковой полосы. Несущие частоты выбираются в соответствии с международными стандартами для телевизионных сигналов кабельного телевидения. Ширина полосы каждого канала для передачи, как видеосигналов, так и сигналов звукового сопровождения составляет 8 МГц.
Для преобразования электрического аналогового телевизионного сигнала в оптическое излучение используются полупроводниковые источники излучения: светодиоды или лазерные диоды. При прямой модуляции источника излучения по мощности устанавливается некоторый постоянный уровень мощности, на который накладывается радиочастотный телевизионный сигнал.
Оптический сигнал при амплитудной модуляции является оптическим эквивалентом электрического сигнала. Приемник преобразует принятый оптический сигнал в электрический высокочастотный широкополосный сигнал, усиливает его, выделяет частоты соответствующие выбранному каналу, детектирует его и формирует сигналы изображения и звука. Большие трудности при амплитудной модуляции оптического сигнала возникают из-за того, что существующие источники излучения светодиоды и особенно лазерные диоды обладают нелинейной модуляционной характеристикой, т.е. зависимостью мощности излучения от тока накачки. Использование внешних модуляторов может улучшить ситуацию, но нелинейные искажения остаются. Для уменьшения нелинейных искажений при преобразовании электрического сигнала в оптический, используют малую глубину модуляции и большие уровни средней излучаемой мощности.
Влияние нелинейностей электрооптического преобразования можно уменьшить, используя частотную модуляцию электрического телевизионного сигнала, который затем используется для модуляции лазерного передатчика. На приемной стороне оптический сигнал сначала преобразуется в электрическую форму, а затем демодулируется для получения передаваемых аудио и видеосигналов. Важнейшим преимуществом систем с частотной модуляцией является более низкий допустимый уровень сигнала на входе приемника, что позволяет увеличить дальность передачи информации. Однако это увеличивает требуемую полосу сигнала, приходящуюся на один телевизионный канал до 40 МГц. Кроме того системы с частотной модуляцией существенно дороже систем с амплитудной модуляцией.
Сравнение систем с амплитудной и частотной модуляцией показывает, что преимуществом использования амплитудной модуляции является возможность подключения обычного телевизора к электрическому сигналу фотоприемника. При частотной модуляции необходимо использовать между фотоприемником и телевизором дополнительное устройство - частотный детектор.
Как правило, по оптическому каналу связи (одномодовому ОВ) одновременно передают много телевизионных программ. Системы кабельного телевидения с амплитудной модуляцией и частотным разделением каналов позволяют передавать по кабелю до 69 телевизионных каналов в диапазоне частот от 5 до 862 МГц с возможностью предоставления абонентам обратного канала в диапазоне от 5 до 30 МГц.
Рис. 1.3. Принципы формирования сигналов AM-VSB, DVB-C и IPTV.
Более высокое качество передачи телевизионных сигналов по каналам связи можно обеспечить при аналогоцифровом преобразовании телевизионного сигнала. Полученный цифровой сигнал соответствует стандарту DVB (Digital Video Brodcasting – цифровое телевещание), который определяет параметры телевидения (HDTV) высокой четкости и высокого разрешения, которые отличаются форматами изображения. Скорости передачи цифровых сигналов изменяются от 15 Мбит/с (обычное качество) до 60-80 Мбит/с (высокая четкость). Для передачи по оптическому каналу может использоваться многоуровневая квадратурная амплитудная модуляцией (QAM - Quadrature Amplitude Modulation). В принципе передача цифрового сигнала с квадратурной амплитудной модуляцией является аналоговой, хотя сам сигнал содержит информацию в цифровом виде. Цифровую информацию переносят изменения амплитуды и фазы колебаний радиочастотного диапазона.
Следует отметить, что цифровой телевизионный сигнал с квадратурной амплитудной модуляцией обычно является многоканальным, так как им одновременно передается не один, как показано на рис. 1.3, а 3-5 телевизионных каналов. Многоканальный сигнал образуется мультиплексированием нескольких цифровых сигналов в один двоичный поток. Во многих европейских странах традиционное аналоговое радиовещание и телевидение полностью прекратится в ближайшие несколько лет.
В системах с амплитудной модуляцией используются длины волн 1310 нм и 1550 нм. Для небольших расстояний (до 40 км) экономически более выгодны системы, работающие на длине волны 1310 нм. Для передачи сигналов на большие расстояния используется длина волны 1550 нм. Длина волны 1550 нм применяется также в системах со спектральным уплотнением WDM (мультиплексирование в волновой области), где одно волокно может использоваться как для передачи данных, так и для передачи телевизионных сигналов.
IP-телевидение (IPTV - Internet Protocol Television) представляет собой совершенно новую полностью цифровую технологию для телевещания и передачи видеоинформации. В системах IPTV аналоговый видеосигнал преобразуется в цифровую форму и кодируется в формат MPEG-2 или MPEG-4 (Moving Picture Experts Group);. Аналогичным образом преобразуется и кодируется аудиосигнал. Затем цифровые кодированные видео и аудиосигналы упаковываются в IP-пакеты, которые передаются (маршрутизируются) в IP-сети. Для систем IPTV также необходим протокол транспортного уровня (4 уровень модели OSI), в качестве которого используется протокол UDP (User Datagram Protocol, который ограничивается контролем целостности данных в рамках одной дейтаграммы и не исключает возможности потери пакета целиком, или дублирования пакетов, нарушение порядка получения пакетов данных). Дополнительным протоколом в системах IPTV является протокол RTP (Real Time Protocol), специально созданный для приложений, работающих в реальном масштабе времени. IP-пакеты передаются на канальном уровне (2 уровень модели OSI), который обычно реализуется с помощью Ethernet. Последовательность выполнения протоколов для цифрового видеосигнала - MPEG/RTP/UDP/IP/Ethernet, показана на рис. 1.3.