11.6.3 Телевизионные системы с уплотнением во времени

Рассмотренные выше системы передачи цветного ТВ изображе­ния NTSC, PAL, SECAM имеют общий признак – они изначально должны были удовлетворять требованиям совместимости с системой черно-белого телевидения. Вместе с тем, попытки избавить их от не­которых характерных недостатков привели к использованию прин­ципа последовательной во времени передачи сигналов цветного ТВ изображения. Проводимые в этом направлении исследования име­ли целью улучшить цветопередачу, в особенности, в условиях пло­хого приема, улучшить качество передачи многоканального звуково­го сопровождения, снизить уровень перекрестных искажений между сигналами яркости и цветности.

В 1980 г. способ передачи ТВ сигнала под названием MAC (Mul­tiplexed Analogue Components) был представлен в Великобритании фирмой IBA (Independent Broadcasting Authority). Идея тогда заклю­чалась в разработке единой для всей Европы системы спутникового ТВ вещания. Стандарт MAC позволяет получить улучшенное изображение на экране телевизора по сравнению с системами PAL, SECAM, NTSC, но требует несколько большей полосы частот – она определяется спектром сжатой яркостной компоненты и достигает значения 8,4 МГц. А с учетом высокочастотных предыскажений, вводимых на передающей стороне, полоса пропускания радиокана­ла для приема сигнала D2-MAC без потери четкости должна соста­влять не менее 10 МГц.

В зависимости от выбранного способа передачи звука и данных различают стандарты В-МАС, С-МАС, D-MAC, D2-MAC, Е-МАС для телевидения повышенного качества и HD-MAC и HDB-MAC для те­левидения высокой четкости (ТВЧ). Остановимся подробнее на стан­дарте D2-MAC, получившем в свое время широкое распространение.

Система D2-MAC заняла достойное промежуточное место на пу­ти к внедрению цифрового ТВ вещания. По сравнению с традици­онными аналоговыми системами PAL, SECAM и NTSC для системы D2-MAC характерны следующие признаки:

• отсутствуют перекрестные искажения сигналов яркости и цвет­ности;

• значительно снижены шумы от ЧМ канала в сигнале цветности благодаря его переводу в область низких частот;

• сигналы звукового сопровождения, синхронизации, телетекста и другой служебной и дополнительной информации передаются в цифровой форме;

• повышена четкость изображения за счет более широкой полосы частот сигналов яркости и цветности.

Сигнал строки ТВ сигнала в системе D2-MAC можно разделить на две части: аналоговую и цифро­вую. Аналоговые сигналы яркости и цветности передаются в тече­ние активной части строки в сжатом во времени виде, а цифровая часть сигнала (звук, синхронизация, телетекст и др.) объединена в пакеты, передаваемые в течение обратного хода по строке и по ка­дру.

Сжатие аналогового сигнала осуществляется стробированием с некоторой тактовой частотой (6,75 МГц для цветоразностных ком­понент и 13,5 МГц для яркостной составляющей). Полученные сиг­налы накапливаются в запоминающем устройстве, после чего проис­ходит их ускоренное считывание с более высокой тактовой частотой (20,25 МГц). Цифровые данные передаются в так называемом дуобинарном (трехуровневом) коде. В отличие от бинарного (двухуровне­вого), в нем логической единице соответствует импульс положитель­ной или отрицательной полярности. Логическому нулю соответству­ет импульс нулевой амплитуды. Применение такого кодирования в два раза снижает требуемую ширину полосы пропускания для дан­ной скорости передачи данных, которая составляет 10,125 Мбит/с. Обратный ход, в течение которого передаются цифровые данные, за­нимает интервал порядка 10 мкс. Тактовая частота также составляет 20,25 МГц. Между цифровыми данными и цветоразностным сигна­лом передается аналоговая площадка для фиксации уровня длитель­ностью около 0,7 мкс и со значением сигнала, равным 0,5 максималь­ного размаха яркостного и цветоразностного сигналов.

Следует отметить, что в стандарте D2-MAC поддерживаются два формата экрана: 4:3 и 16:9. Также предусмотрено три вида звуко­вого сопровождения:

• высококачественный стереофонический звук: 40...15000 Гц (два канала, частота дискретизации 32 кГц);

• высококачественный монофонический звук: 40...15000 Гц (че­тыре канала, частота дискретизации 32 кГц);

• монофонический звук среднего качества: 40...7000 Гц (восемь каналов, частота дискретизации 16 кГц).

Поэтому телезритель при приеме в системе D2-MAC может вы­брать один из нескольких вариантов звукового сопровождения: сте­рео или моно, на том или ином языке.

В начале 90-х годов была предложена другая система ТВ ве­щания из семейства MAC – система HD-MAC, ориентированная на стандарт телевидения высокой четкости, со следующими основными характеристиками: 1125 строк разложения, частота полей 50 Гц при чересстрочной развертке. Формат кадра 16:9.

Особенность системы заключается в том, что она использует свойство зрения хуже замечать мелкие детали в быстро движущихся изображениях. На этом и основано сокращение количества инфор­мации, передаваемой на приемную сторону.

Чтобы сигнал мог быть передан по обычным спутниковым ТВ ка­налам, как это возможно для других систем, 1250-строчное изображе­ние должно быть преобразовано в 625-строчное. Кодер выполняет это преобразование, но делает его адаптивным к движению. При этом ТВ кадр разделяется на отдельные фрагменты, которые после выполнен­ной «оценки» движения передаются в приемное устройство с различ­ной дискретностью во времени. Это позволяет уменьшить передавае­мую информацию и ограничить полосу частот сигнала изображения.

Структурная схема кодера в системе HD-MAC показана на рисунке 11.16. Кодирование изображения осуществляется по трем «ка­налам»: Малоподвижные части изображения кодируются так, что передаются с частотой полей 12,5 Гц (длительность поля 80 мс), од­нако с полной вертикальной четкостью 1250 строк. В областях с более быстрым движением объектов в кадре частота полей выбира­ется 25 Гц (40 мс) и в областях кадра, где движение оказывается интенсивным, частота полей равна 50 Гц (20 мс) и вертикальная четкость – 625 строк.

Детектор движения, имеющийся в кодирующем устройстве, ана­лизирует изображение, разделяет его на фрагменты и выбирает не­обходимый режим кодирования. Эта дополнительная информация передается в приемное устройство во время кадрового гасящего им­пульса в виде специального вспомогательного сигнала DATV (Digital Assisted Television) со скоростью 20,25 Мбит/с с помощью дуобинарного кода. Приемник декодирует принятые сигналы и после обрат­ной обработки восстанавливает исходный сигнал, соответствующий вертикальной четкости 1250 строк.

Рисунок 11.16 - Схема кодирования сигнала в системе HD-MAC

Информация об изображении передается как последователь­ность отсчетов изображения, следующих с частотой дискретизации 20,25 МГц. Минимально необходимая полоса частот составляет, та­ким образом, 10,125 МГц.

Упрощенный декодер системы HD-MAC не выделяет сигнал DATV из гасящего импульса, поэтому расшифровывает передавае­мый сигнал исходя из существующего стандартного 625-строчного растра, т.е. в данном случае может воспроизводиться 625-строчный «аналог» передаваемого многострочного изображения. Передача зву­ка и дополнительной цифровой информации в системе HD-MAC не отличается от остальных систем семейства MAC.