Коммерциялық емес акционерлік қоғам алматы энергетика және байланыс университеті

Радиотехника кафедрасы

  

 

Сандық теледидар, радиотарату және бейнебақылау жүйелері

6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының магистранттарына арналған дәрістер жинағы

 

 

Алматы 2012 

Құрастырушылар: Артюхин В.В., Байдельдинов У.С., Сүйеубаев О.Б. Сандық теледидар, радиотарату және бейнебақылау жүйелері: 6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының      магистранттарына    арналған   дәрістер   жинағы.    – Алматы: АЭжБУ, 2012 ж. - 35б.

  

Дәрістер жинағы «Сандық теледидар, радиохабар тарату және бейнебақылау» курстарына өздігінен оқуға арналған. Жинақта сандық бейнелеу мен дыбыс, сигналды сығыстыру мен эфирлі, кабельді және жерсеріктік сияқты байланыс арналары типтерінің барлық түрлері модуляциясы қалыптасуының негізгі принциптері келтірілген. Дәрістер жинағының қажеттілігі сандық теледидар жүйесі саласында болатын барлық процестерді терең түсінуге деген сұраныстан туындады.

Дәрістер жинағы 6М071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының магистранттарына арналған.

 

         Сурет - 16, кесте - 1, әдеб. көрсеткіштері - 6 атау.

          

Пікір беруші: доцент Қалиева С.А.

                             

 «Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2012 ж. басылым жоспары бойынша басылады.

  

 «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2012 ж.

 

Дәріс 1. Сандық теледидардың ерекшеліктері

 

Дәріс мақсаты: сандық теледидардың даму кезеңдерін зерттеу.

Дәріс мазмұны: сандық телехабарлама жүйелерінің пайда болуы және оның даму сатыларын оқып үйрену.

 

Сандық теледидардың пайда болуы мен дамуы бірнеше кезеңдерден тұрады. Әрбір кезеңнің басында алдымен ғылыми зерттеулер мен тәжірибелі құрылымдау жұмыстары жасалып, тәжірибелік құрылғылар мен жүйелер, кейіннен халықаралық стандарттар пайда болды. Олардың барлық теледидар тарату, бейнебағдарламаларды шығару және аппараттар өндірістерімен айналысатын барлық фирмалармен ынтымақтастықта болуы қажет болды.

Барлық технологиялардағыдай теледидар дамуы үшін стандарттар маңызды рөл атқарады. Барлық салада стандарттарды шығарып, бекітетін әлемдік деңгейдегі ұйым ISO – International Standart Organization (Халықаралық стандарттау ұйымы), ол әлемдегі 100-ден аса мемлекеттердің стандарттау ұлттық комитетін біріктіреді. ISO комитеттер, комитет ішіндегі комитеттер, жұмысшы топтарын құрып, ISO бекітетін стандарттар жобаларын жасайды. Ақпараттық технологиялар саласында стандарттарды ISO және халықаралық электротехникалық комиссия (International Electrotechnical Comission - IEC) жасайды, бұл ISO/ IEC JTS1 бірлескен комитеті бекітілген стандарттар атауында кездеседі.

Телекоммуникация саласында стандарттармен айналысатын халықаралық тағы бір ұйым – халықаралық электрбайланыс бірлестігі ұйымы (International Telecommunication Union - ITU). Теледидарда стандарттаумен ITU-R (R-radio) секторы айналысады. 1993 жылға дейін бұл қызметті Халықаралық радио бойынша кеңес беруші комитет атқаратын (ХРКК немесе CCIR). ITU шығарған құжаттар ұсынылған, яғни стандартталған болып саналады.

Сандық теледидар тарихының бірінші кезеңі сандық техниканы бөлінудің қарапайым стандарттарын сақтау үшін және бірдей арналар байланысы үшін теледидар жүйесінің жеке бөлімдерінде қолданудан басталды. Бұл кезеңнің негізгі жетістігі сандық студиялық құрылғының пайда болуымен байланысты. Заманауи телестудиялардағы сигналдар таратқыш камералардан сандық формаға ауысты, әрі олардың қалпына келтірілуі сандық құралдармен жүзеге асырылды. Бұл жоғарыда айтылғандардың көбін сандық теледидар арқылы жасауға мүмкіндік берді. Студиялық жабдықтың шығуы теледидарлық сигналдарда аналогтық формаға айналдырып, қарапайым арналар байланысын жасайды. Әртүрлі мемлекеттер  мамандары  жұмыстарының  нәтижелері  ұсыныс ITU-R  Вт  601–де (бұрынғы атауы рекомендация 601 ХРКК немесе CCI R 601) бекітілді. Бұл құжат 1982 жылы қабылданып,  әлі күнге сандық студиялық аппараттың негізгі параметрлерін анықтайды. Сандық теледидарлар дамуының бірінші кезеңіне кіретін тағы бір бағыт – бейне сапасын арттыру мақсатында немесе функционалды мүмкіндіктерді кеңейту үшін теледидар қабылдағыштарына сандық блоктарды енгізу. Мысал ретінде жарықты бөлу және әртүрлі түсті сигналдар үшін қолданылатын сандық сүзгілерді айтуға болады. Олар бейнедегі шу әсерін азайту үшін, әсердің беткі қабатындағы радиотолқындарды және басқа әртүрлі объектілерді шағылыстыру үшін экосигналдарды беруге көп сәулелі қабылдағыштармен бірге қолданылады. Сонымен қатар жоларалық жаймалаудан квазипрогреске өтетін, 100 Гц өріс жиілігіне жоғарылататын, «кадртоқтату» және «кадрдан кадрға» функцияларын атқаратын құрылғыларда белгілі. Осы жаңашаландырылған (дамытылған) құрылғылар байланыс арналарының теледидарлық сигналдарын беру принциптерін өзгерткен жоқ.

Сандық теледидар дамуының екінші кезеңі – қарапайым стандартты теледидарлардан өзгерек жасалған гибридті санды-аналогтық теледидарлар жүйесінің жасалуы. Теледидарлық стандарттар өзгерісінің негізгі екі бағыты: жарық пен әртүрлі түсті сигналдардың бір мезгілде берілуінен тізбекті берілуіне ауысуы және кадрдағы жол сандарының көбеюі мен жолдағы бейне элементтерінің көбеюі. Екінші бағыттың жүзеге асырылуы қабылданған жиілік жолақтарымен байланыс арналары бойынша берілуін қамтамасыз ету үшін теледидарлық сигнал спектрлерін сығуға қажеттіліктен туды.

Гибридті телехабарлар жүйесіне мысал ретінде жапондық жоғары дәлдікті телехабар жүйесі (ДТЖ) MUSE және Батыс еуропа жүйесі МАС атауға болады. Бұл жүйелердегі берілетін және қабылданатын сигналдар сандық құралдармен жүргізіліп, байланыс арнасында аналогтық түрде беріледі. ДТЖ 4 MUSE және HD-MAC жүйелері 16:9 бейнелеу форматынан тұрады, кадрдағы жол саны 1125 және 1250, кадр жиілігі 30 және 25 Гц-ке сәйкес. Сандық кодтау көмегімен сигналдың жиілік жолағының бастапқысы 20 МГц-ке артып, 8 МГц-ке сығыла алады. Бұл сигналдарды жиілік модуляциясымен (ЖМ) жерсеріктік арналар арқылы бере алады, жолақ мөлшері 27 МГц. Сонымен қатар жергілікті телехабар тарату желісі, УҚТТ таратқыш, кабельді желі және басқа техникалар телехабардың берілген жүйесінде сигналдарды бере және қабылдай алмайды, өйткені олар бұл арнаға арналған жиілік жолағына, 6...8 Мгц ие.

Сандық телехабар дамуының үшінші кезеңі – толық сандық телехабарлық жүйенің жасалуы. Жапония және Еуропа елдерінде жоғарыда аталған MUSE және HD-MAC жүйелері пайда болғаннан кейін 1987 ж. АҚШ-та ұлттық стандарттау сапасына бекіту үшін жоғары деңгейлі телехабар жүйесінің ең жақсы жобасына байқау жарияланды.

Алғашқы жылдары байқауда бір-біріне ұқсайтын әртүрлі жүйелер ұсынылды. MUSE және басқа да жүйелер, тек жерсеріктік арналарға арналып жасалған таратқыштар кейін қаралмай қалды. Бұл АҚШ-та 1400-ге жуық жергілікті телехабарлар тарату компаниялары мен кабельді желілердің кең таралуымен түсіндірілді. Барлық инфрақұрылымдар 6 МГц жолақ жиілігінен тұратын телехабарлар арналарына арналған ауқымы кең аналогтық телехабарлар жүйесі жобалары қарастырылды, мұнда бір стандартты арналар үшін қарапайым NTSC сигналдар беріліп, қосымша сигнал сәйкес декодермен қабылдағышта жолдары көп бейнелер мен жолдардағы элементтер санын алуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ешкім бірнеше жылдан кейін жолақ ені 6 немесе 8 МГц болып келетін стандартты арналар арқылы қарапайым және ДТЖ жүйелерінде сигналдар толық сандық жүйе  арқылы берілетінін білмеді.

Бейнелерді сақтау және беру үшін сығу өте өзекті мәселе болғандықтан, стандарттауды халықаралық ISO ұйымы осы мәселені дамыту мен шешуді өз мойнына алды. ISO қозғалмайтын бейнелерді сығу әдісімен айналысатын JPEG (Joint Picture Expert Group – бейнелеу бойынша бірлескен эксперттер тобы) жұмыс тобын құрды, содан MPEG жұмыс тобы (Motion Picture Expert Group – қозғалатын бейнелерді жасау эксперт тобы) қозғалатын бейнелерді сығу мен оған дыбыс қосу әдісімен айналысты. Бұл жұмысшы топтар әртүрлі мемлекеттердің мамандарынан құралды. Бұл топтардың жұмыс нәтижелері ISO стандарттарымен бекітілді. Осы MPEG топтарының жұмыс нәтижелері қазіргі заманғы сандық телехабар жүйесінің негізі болып қалыптасты.

MPEG-1 стандарттары дербес компьютер көмегімен бейне мен дыбыстарды беру мүмкіндігімен кинофильмдермен бейне бағдарламалар жасау негізінен 1993 жылы желтоқсан айында бекітілді. Қарапайым стандартты бөлу көмегімен телехабарлар тарату жүйесіне арналған MPEG-2 стандарттары 1994 жылы қараша айында жасалды. Әрі қарайғы даму MPEG-4 сығу форматының пайда болуына әкелді. MPEG-2 стандарты 4 деңгейлі кадр (Levels) жасады:

-    LL- 352×288 мүмкіндікті төменгі деңгей;

-    МL - негізгі деңгей 720×576;

-    НL 1440 - жоғары деңгей 1440×1152;

-    VHL-1920 жоғары деңгей 1920×1152 және 5 жарық пен түс сигналдарын кодтайтын базалық бағдар (Profiles) (SP-қарапайым, МР-негізгі 2 масштабталған профиль және НР-жоғарғы).

Еуропада 1993 жылдың өзінде-ақ болашақ сандық телехабар жүйесі болатыны айқын еді және MPEG-2-ге негізделген DVB (Digital Video Broadcasting – сандық бейне тарату) жобалары жасалды. Қазіргі уақытта сандық телехабарлама кеңінен тарауда. Бірінші кезекте мүмкіндігі қарапайым теледидардағы берілетін бағдарламалар санын неғұрлым өсіруде, өйткені бұл коммерциялық эффектіні тез береді. Дамыған мемлекеттерде XXI - ғасырдың алғашқы онжылдығына дейін ұқсас телехабарларды тоқтату керек деп шешіп, сәйкесінше бәрін сандық телебейнеге ауыстыру керек екені айтылды.

Сандық телехабарлар Қазақстанда да, Ресейде де жүргізілуде. 1999 жылы Ресей Федерациясының Мемлекеттік байланыс комитеті «Ресейде жергілікті сандық жүйе бойынша дыбыстық және теледидардың тарату тұжырымдамасын енгізуді» қабылдады.

ҚР Мәдениет және ақпарат министрлігі, экономика министрлігі, қаржы министрлігі,  «НИХ  Арна  Медиа»  АҚ  Қазақстан  Республикасында  2009-2015 жж. сандық телерадио таратуды енгізу және дамыту тұжырымдамасын қабылдады.

Тұжырымдама негізінде жүйелерде бағдарламаларды интегралданған транспортты ағындар арқылы тарату концепциясы, яғни хабарлама бағдарламалары, мультимедиалық және басқа да ақпараттар үшін тұжырымдама жасалған. Сандық телехабарлар енгізу екі кезең арқылы жүзеге асырылады. Бірінші кезеңде практикалық тексерумен әдістер мен параметрлерді таңдау үшін тәжірибелі аралас тарату (аналогтық және сандық) бөліктері жасалады. Бірінші кезең нәтижесінде халықаралық стандарттарға бейімделу мен сандық таратудың уақытша нормаларын жасауға ғана болады. Екінші кезеңде сандық ТД және дыбыстық тарату стандарттары бекітілуі керек, әрі оны толық енгізу бастау алады. Сандық телехабар тарату жүйесіне ену 2015 жылға дейін толық аяқталады деп жоспарлануда.

Енді сандық телехабарға толық анықтама беруге болады: сандық телехабарлама дегеніміз – бағдарламалар, телевизиялық сигналдардың қалыптасуы мен сақталуы сандық формада жүзеге асырылатын телевизиялық техника саласы. Сандық телехабарлама – аналогтық телехабарламамен салыстырғанда неғұрлым дамыған телевизиялық техниканың жаңа сатысы, сондай-ақ:

-    телехабар тарату жүйесінің бөгеуге тұрақтылығын жоғарлату;

-    қарапайым жіктеуі бар теледидарлық қабылдағыштағы бейне сапасын арттыру;

-    теледидарлық бейне сапасын арттыратын жаңа теледидарлық жүйелер жасау (айқындылығы жоғары теледидар - АЖД);

-    берілетін теледидар бағдарламалары санын арттыру, өйткені стандартты жолақ ені 6...8 МГц болатын теледидарлық арналардың айқындылығы қарапайым 4 және одан да көп теледидарлық бағдарламаларды немесе 1-2 бағдарламалы АЖД-ны тарата алады;

-    интернет арқылы телехабар таратудың шоғырлануы;

-    теледидарлық бағдарламалар мен басқа да ақпараттарды қорғау  ТД тарату жүйесі арқылы жүйеге айналдыруға мүмкіндік береді;

-    беріліп жатқан бағдарламаға көрерменнің тікелей қатысуымен болатын интерактивті бағдарламалар жүйесін жасау.

 

Дәріс 2. Теледидарлық бейнелерді сандық формаға ауыстыру

 

Дәріс мақсаты: теледидарлық бейнелерді сандық формаға айналдыру кезінде бейне сапасын сақтап қалу.

Дәріс мазмұны: теледидарлық бейнелердегі пикселдер саны. Жолақ жиілігіне қойылатын талаптар.

 

         Аналогтық бейнесигналды сандық формаға айналдыру бейнені немесе кадрды жол жолымен және жол мазмұнының мәнін таңдау арқылы сканерлеу элементі сияқты жүзеге асады. Бейне сапасын сақтап қалу үшін әрбір жолдағы таңдалған мән саны пиксел санына сәйкес келу керек; әрбір таңдап алынған мән бір пикселді білдіреді. Теледидарлық бейнелердегі пикселдердің жалпы саны бір кадрды білдіреді. Теледидарлық бейнелердегі пикселдердің саны бейнедегі жол санымен және бейне форматымен анықталады. SECAM жүйесі 625 жол қолданады, оның 576-сы «белсенді» болып табылады, яғни оларды бейнеақпаратты тасымалдау үшін қолданады. Бейне форматы 5:4-ке тең, бұл қатынас бейнесигналды декодерлеу операциясына ыңғайлы, ол бейне элементтерін блоктарға және микроблоктарға жіктейді (1 суретті қара).