6.2.4. Оценка возможности передачи цифрового потока

Оценим скорость передачи цифровой информации по каналу связи. При непосредственном кодировании телевизионного сиг­нала методом ИКМ по каналу связи передаются кодовые комби­нации с частотой, равной отсчетам, т.е. частоте дискретизации f_д.

Каждая кодовая комбинация соответствует определенному отсчету и содержит некоторое число k двоичных символов (битов).

Скоростью передачи цифровой информация по каналу связи называется количество передаваемых по этому каналу двоичных символов в единицу времени. За единицу скорости принимается 1 бит в секунду. Таким образом, скорость передачи телевизионного сигнала в цифровой форме будет равна произведению частоты дискретизации f_д и числа двоичных символов в одном дискретном отсчете:

С = f_дk                                                                                                                  (4)

Если верхняя граничная частота телевизионного сигнала, принята равной 6 Мгц, то минимальная частота дискретизации, согласно теореме Котельникова-Найквиста, f_д=12 МГц.

Как отмечалось ранее, в системах цифрового телевидении с ИКМ частоту дискретизации f_д выбирают несколько выше минимально допустимой, определяемой теоремой Котельникова-Найквиста; связано это с необходимостью гарантированного обеспечения исходного качества сигнала при его обратном преобразовании в аналоговую форму. Поэтому при верхней граничной частоте f_гр=6  Мгц,  как указали  выше,  f_д выбирают не менее 13,5 МГц.

Число двоичных символов k в кодовой комбинации одного отсчета связано с числом уровней квантования исходного сигнала соотношением:

k = 1og₂m ≈ 3,31 lg m.                                                                                                   (5)

Число уровней квантования m сигнала должно быть выбрано не меньше максимального числа градаций яркости, различимых глазом, которое в зависимости от условий наблюдения колеблется примерно от 90 до 200. Отсюда

k = 6,4-7,6.

Количество символов в кодовой комбинации может быть только целым числом, поэтому выбор разрядности кодовой комбинации ограничится числами k=7 или k=8. В первом случае кодовая  комбинация может нести  информацию о возможных уровнях сигнала (градации яркости). Во втором случае (соответствующем лучшему качеству передачи градаций) m=2⁸=256. В новейшей аппаратуре часто используют 10-битное уровневое кодирование.

Приняв  k = 8 из (4) и (5) следует, что скорость передачи цифровой информации

С = f_д k = 108 Мбит/с.

Все сказанное выше относилось к черно-белому изображению. Применительно к цветному,   имея в виду стандарт 625/50, попробуем оценить скорость передачи данных.

 

Суммарная скорость цифрового потока при этом (для первого случая) составляет

13,5 х 8 + 2 х 6,75 х 8 = 216 Мбит/с.

Точно также можно подсчитать скорость передачи данных и для уровневого кодирования   10 бит, которое составит 270Мбит/с.

По теореме отсчета минимальная полоса частот f_ц цифрового канала, предназначенного  для передачи цифровой информации со скоростью С, определяется выражением

 

При равномерном расположении тактовых импульсов внутри интервала дискретизации

f_т = k f_д,

где k - разрядность кодовых посылок.

Используя (4),   получаем

f_ц = 0,5 С.

 

И для передачи ТВ сигнала потребуется канал с полосой пропускания, при вышеуказанных   данных,    f_ц = 108 МГц, 216 МГц и 270 МГц. Соответствующее быстродействие требуется от всех узлов преобразования, обработки и консервации сигнала [3].

Передача видеоданных с такими высокими скоростями может производиться по  широкополосным ВОЛС, которые теперь часто используются на телецентрах для обмена   цифровыми ТВ сигналами между аппаратными, участвующими в создании ТВ программ в сетях кабельного телевидения,  но не по эфирным каналам. Стандартные ТВ вещательные радиоканалы имеют существенно меньшую полосу пропускания и для передачи по ним цифровых ТВ сигналов необходимо снизить скорость передачи видеоданных за счет сокращения избыточности, присущей цифровым ТВ сигналам, путем сжатия данных [1].

Цифровые стандарты телевидения высокой четкости и повышенного качества также привязаны к базовой частоте дискретизации.

Последние достижения микроэлектроники позволяют уже сегодня создавать различные цифровые телевизионные устройства, отвечающие указанной скорости передачи и обработки цифровой информации. Многие из этих устройств реализованы. Тем не менее, нельзя считать экономически целесообразным передачу такого большого цифрового потока по каналам связи.  Учитывая перспективу создания единой автоматизированной системы связи (ЕАСС), необходимо цифровой поток телевизионного вещания передавать в одном из ее   унифицированных цифровых каналов. Самый широкий по спектру канал ЕАСС пропускает цифровой поток около 140 Мбит/с. Это так называемый четверичный канал. Третичные магистрали пропускают только 34 Мбит/с. Расчеты показывают, что экономически целесообразно сигнал ТВ вещания передавать в полосе не шире третичной магистрали. В крайнем случае допустимо две ТВ программы разместить в чет­веричной магистрали ЕАСС [5].

Поэтому задача "сжатия" телевизионных сообщений в цифровых системах имеет важнейшее технико-экономическое значение. Эта задача является ключевой для построения экономич­ных систем ТВ связи.