Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

нальный разности амплитуд, используется для управления РУ. На рис. 6.25 показана только одна ось декодера(ось «левый-правый»). Вторая пара РУ с такой же управляющей цепью выравнивает уровни сигналов суммы L + R (фронтальный) и разности L – R (тыловой) для подавления сигналов С и S в каналах R и L (ось «центр-Surround»). Сигнал центрального канала С получается сложением(вместо вычитания) двух сигналов Lt и Rt, выровненных по уровню усилителями РУ. Благодаря использованию управляющих цепей с обратными связями, декодер Pro Logic II приобрел следующие преимущества:

Простыми и дешевыми аппаратными средствами достигается более эффективная компенсация противофазных сигналов в выходной матрице и, как результат, высокая степень развязки между каналами разных осей.

В декодере Pro Logic обе оси контролируются единой переключающей цепью «быстро/медленно». Если хотя бы по одной оси существует значительное доминирование, переключающая цепь переводит обе оси в «быстрый» режим, принудительно изменяя постоянную времени управляющих цепей РУ. Только при условии, что в обеих осях амплитуды сигналов примерно одинаковы, обе они переходят в «медленный» режим. В декодере Pro Logic II две оси функционируют независимо друг от друга, поэтому их управляющие цепи сами«решают», насколько быстро необходимо изменять усиление РУ, анализируя только собственные сигналы. Кроме того, постоянная времени управляющей цепи в декодерахPro Logic II изменяется непрерывно, тогда как в Pro Logic предусмотрено только два фиксированных значения.

Декодер Pro Logic II может быть использован как универсальный декодер не только для фильмов, но и для других звуковых записей в Dolby Surround. Он идеально подходит для простой и недорогой бытовой аппаратуры. Именно поэтому в декодерPro Logic II, кроме «штатного» режима Movie, был добавлен «пользовательский» режимы работы – MuSic. В табл. 6.2 даны сравнительные характеристики декодера Pro Logic II и Pro Logic.

Т а б л и ц а 6.2. Сравнительные характеристики режимов работы

декодеров

Известно, что характеристики звука на звуковых дорожках фильмов и на музыкальных записях отличаются. Главное отличие в том, что дорожка пишется на калиброванной аппаратуреDolby, поэтому при прослушивании через калиброванный декодер точность воспроизведения гарантируется. При записи музыки, как правило, не используется аппаратура Dolby Surround, поэтому невозможно предугадать, как конкретная запись будет воспроизводиться декодером. Поэтому режим Movie декодера Pro Logic II имеет фиксированные параметры, а режим MuSic, напротив, предполагает несколько настроек пользователя. Эти настройки могут быть использованы в любой -ап паратуре с декодером Pro Logic II, но особенно они актуальны в автомобильной акустике, где положение акустических систем фиксировано, а положение «основного» слушателя может изменяться.

¨Регулировка глубины. Позволяет виртуально перемещать положение слушателя в направлении фронт–тыл. С помощью этой настройки можно добиться оптимального баланса между фронтальными каналами и Surround для каждой музыкальной записи.

¨Регулировка положения центра и ширины стереобазы. С по-

мощью этой настройки пользователь может сконфигурировать декодер таким образом, что звук, соответствующий центральному положению звукового образа, будет прослушиваться только в акустической системе центрального канала, только в системах левого и правого каналов(виртуальный центральный канал) или во всех трех системах с любой комбинацией уровней. Таким образом можно изменять баланс трех фронтальных каналов для оптимального прослушивания, например, водителем и пассажиром автомобиля. В домашней системе можно таким способом изменять ширину стереобазы– расстояния между акустическими системами фронтальных каналов, не перемещая сами системы.

¨Режим панорамы. В этом режиме создается впечатление «звучания со всех сторон сразу». Такой эффект достигается использованием естественного отражения акустической энергии систем Surround от боковых стен помещения.

Врежиме MuSic предусмотрен ступенчатый фильтр высоких частот в канале Surround. Он обеспечивает более верное, реалистичное восприятие звука. Благодаря фильтру устраняются искажения на вы-

соких частотах, связанные с многократными отражениями от стен и поглощением звука в элементах интерьера. Временная задержка канала Surround в режиме MuSic не нужна, так как звуковые образы не обязательно должны восприниматься слушателем преимущественно на фронтальных направлениях. И, наконец, в режиме MuSic отключается автоматический баланс, потому что музыканты и певцы иногда намеренно вносят дисбаланс каналов.

Цифровые технологии: Dolby Digital, Dolby Digital EX и Dolby- E. В конце 1980-х, на волне возобновившегося интереса к кино, Dolby

Laboratories разработала цифровую технологию записи и воспроизведения многоканального звука для 35 мм целлулоидной пленки.

Dolby Digital. Несколько аналоговых сигналов звука преобразовывались в цифровой поток, который затем подвергался информационному сжатию по алгоритмуDolby AC-3. Так как к этому времени огромное число существующих проекторов использовали двухканальный стерео или аналоговую системуDolby Pro Logic, то две аналоговых оптических дорожки на ленте необходимо было сохранить. Цифровая информация была размещена на«нерабочей» части пленки – между окошками перфорации. Система использовала шесть каналов звука, поэтому получила наименование «Dolby Digital 5.1».

Эта система предполагает пять полноценных каналов звука, в полном диапазоне – левый, правый, центральный, пространственный правый (Right Surround, RS), пространственный левый (Left Surround, LS) – плюс шестой канал с ограниченной полосой частот. Этот канал получил название канала низкочастотных звуковых эффектов(Low Frequency EffectS, LFE). Акустическая система канала LFE (для нее также распространено название– Subwoofer) располагается перед экраном кинозала, между системами каналов L и C. Для канала LFE требовалась полоса частот примерно в10 раз меньшая, чем для 5 основных каналов. Отсюда обозначение, соответствующее шестому каналу « .1» (одна десятая). Первое коммерческое использование систем Dolby Digital состоялось в кинотеатрах в1992 г., и на сегодняшний день этот формат звука используется не только в кино, но в цифровом вещательном телевидении(спутниковом и кабельном), в DVD и множестве мультимедийных приложений.

Появление Dolby Digital практически уравняло возможности кинозала и «домашнего кинотеатра». Так же, как в настоящем кинотеатре, в домашнем кинотеатре сDolby Digital реализуются шесть каналов –

L, C, R, LS, RS и LFE. Если в аналоговой системе Dolby Surround ис-

пользовался только один канал Surround с ограниченной полосой частот (как правило, для его воспроизведения используются две акустических системы, синфазно излучающие один и тот же сигнал), то Dolby Digital предоставляет пользователю два раздельных канала Surround с такой же полосой частот, как у трех фронтальных каналов. Благодаря такому набору, системы с Dolby Digital создают наиболее реалистичные ощущения и позволяют использовать сложные -про странственные эффекты.

В декодерах высшего уровня возможностиDolby Digital реализованы полностью – на выходе декодера шесть звуковых каналов по схеме «5» или «5.1» – L, C, R, LS, RS, (LFE – если имеется Subwoofer – система). Декодеры уровнем ниже формируют из цифрового потока Dolby AC–3 два аналоговых канала в Dolby Pro Logic – Lt и Rt,

из которых декодер Pro Logic затем выделяет четыре каналаDolby

Рис. 6.26. Варианты использования системы Dolby Digital

Surround – L, C, R, S. Более простые декодеры имеют на выходе традиционный двухканальный стерео – R и L. Наконец, самый простой декодер предназначен для монофонической аппаратуры– на выходе единственный канал звука. Разумеется, декодеры высших уровней могут работать в режимах, соответствующих более простым декодерам. С одной стороны, это позволяет пользователю выбрать оптимальную по стоимости аппаратуру, соответствующую его возможностям и потребностям. С другой стороны, пользователь, купив аппаратуру со сложным декодером, может постепенно наращивать возможности своего аудио-, видеокомплекса – от монофонического звука до «домашнего кинотеатра» «5.1».

Другое важное достоинство технологииDolby Digital – масштабируемость аппаратуры. В рамках одной технологии производится целый ряд аппаратно и программно совместимых декодеров (рис. 6.26).

Возможности Dolby Digital на этом не исчерпываются. Например, декодер предусматривает управляемую компрессию (сжатие динамического диапазона). Использование компрессии удобно, если слушателю по какой-либо причине необходимо ограничить общую громкость звука. Компрессор повышает уровень слабых звуков, чтобы они были отчетливо слышимы и, наоборот, ослабляет слишком сильные звуки. Пользователь может сконфигурировать цифровой декодер таким образом, чтобы низкочастотные составляющие присутствовали только

в тех каналах, для которых предусмотрены Subwoofer или широкополосные акустические системы с отдельными низкочастотными громкоговорителями.

Dolby Digital EX. Только для кинотеатров разработана расширенная система Dolby Digital EX – семиканальная, организованная по схеме «6.1». В Dolby Digital EX предусмотрено не два, а три канала Surround – пространственный левый LS, пространственный правый RS и пространственный центральныйCS. Акустические системы канала CS размещаются вдоль задней стены кинозала, а системы каналов LS и RS – вдоль боковых стен.

Описанные системы Dolby Digital и Dolby Digital EX используют цифровую компрессию звука, обеспечивающую минимальную необходимую скорость цифрового потока– до 320 кбит/с. Это позволяет наиболее эффективно использовать информационную емкость носителей или каналов связи – пространство на пленке, магнитной ленте, частотную полосу эфирного или спутникового канала и т.п. Платой за низкую скорость является то обстоятельство, что формат Dolby Digital рассчитан только на один цикл кодирования-декодирования. Кроме того, цифровой поток AC-3 не привязан по времени к кадровой структуре изображения, поэтому редактировать видеоматериалы со звуком Dolby Digital сложно. В профессиональных приложениях зачастую возникает необходимость в многократном кодировании-декодирова- нии. Например, станции-ретранслятору необходимо получить материал с цифровым звуком Surround по спутниковому каналу связи, сохранить его на цифровом носителе, отредактировать, смонтировать и затем ретранслировать в распределительную сеть(или тиражировать и распространить). Для таких задач Dolby Laboratories разработала профессиональный цифровой формат Dolby-E.

Dolby-E. Цифровой поток Dolby-E может содержать до восьми каналов звука с полной полосой частот. Кроме собственно сжатых данных звука, в поток вводятся метаданные– инструкции для декодера Dolby-E, которые носят необязательный рекомендательный характер. Например, специальная инструкция может автоматически установить в декодере то или иное ограничение динамического диапазона - вы ходных сигналов. В зависимости от оборудования, используемого для приема и обработки сигналаDolby-E, метаданные могут использоваться полностью, частично или не использоваться вообще. Поток Dolby-E делится на два потока, которые могут быть переданы по двум физическим линиям стандарта AES-3 или записаны на цифровой магнитофон вместо двух каналов несжатого звука. Структура потока соответствует кадровой структуре видео, поэтому материал со звуком Dolby-E можно легко монтировать и редактировать, не нарушая синхронность аудио и видео. Формат допускает до 10 последовательных циклов кодирования-декодирования.

Dolby Surround и Dolby Digital в спутниковом телевидении.

В аналоговом спутниковом телевидении с самого начала были предусмотрены два канала звука, поэтому звук Dolby Surround – привычный атрибут спутниковых программ.

Несколько сложнее с цифровым спутниковым телевидением. Разумеется, любой цифровой спутниковый ресивер предполагает стереофонический звук с качеством CD, следовательно, может быть использован для приема программ со звуком, кодированным в аналоговой системе Dolby Surround. Один из первых стандартов информационного сжатия звука, используемый и по сей день в DVB, ISO/IEC 11172-3 предполагает передачу в цифровом потоке аудио двух каналов звука, кодированных в Dolby Surround. Спецификация DVB ETSI TR-101-154 предусматривает в служебных таблицахDVB специальный признак Dolby Surround. Согласно рекомендации, цифровой ресивер DVB должен анализировать этот признак и, если звук кодирован, выводить на экран соответствующую информацию. Для воспроизведения всех четырех каналов требуется внешний аналоговый декодер. Таким образом, пользователь может прослушивать звук вSurround и на цифровых спутниковых программах, используя дополнительно к ресиверу MPEG-2/DVB, например, ресивер с процессором Dolby Pro Logic. Во-первых, это не совсем удобно для пользователя. Во-вторых, в этом нет принципиальной необходимости: пропускная способность цифровых спутниковых каналов DVB более не ограничивает количество каналов звука, их может быть сколько угодно. Действительно, нелогично аналоговыми методами уплотнять четыре звуковых канала в два, чтобы затем передавать их в цифровом потоке, если можно сразу мультиплексировать по времени все четыре или более каналов. Однако единого стандарта для звукаSurround в цифровом телевидении на сегодня не существует.

Системы спутникового телевидения DigiCipher-II и эфирного цифрового телевидения ATSC изначально предполагают декодирование Dolby Digital (цифровой поток Dolby AC-3), т.е. позволяют передавать звук Surround «5.1», если приемник оборудован декодером соответствующего уровня. Однако Dolby Digital является официальным стандартом звука в цифровом телевидении только в странах Северной Америки (США и Канада), Южной Корее и Австралии. В Европе и Азии повсеместно принят универсальный стандартDVB, исполь-

зующий другую технологию цифрового информационного сжатия звука – MPEG. Только совсем недавно в дополнение к старому до-

кументу ISO/IEC 11172-3 был принят документ ISO/IEC 13818-3, опи-

сывающий алгоритм сжатия для звука Surround в системах цифрового телевидения DVB – MPEG-2-5.1. Эта технология по своим возможностям аналогична Dolby Digital – пять полноценных каналов звука плюс один канал с ограниченной полосой частот. К сожале-

нию, ресиверов с декодеромSurround MPEG-2-5.1 на российском рынке пока нет. А вот носителей видео и аудио и мультимедийных приложений в Dolby Digital, несовместимом с MPEG, уже достаточно как в нашей стране, так и в Европе вообще. Соответственно, есть парк декодеров Dolby Digital, и желательно обеспечить их совместимость с цифровыми ресиверами.

Решение такой задачи нашлось в рамкахDVB. Это мультимедийный стандарт, который позволяет одновременно с видео и аудио в одном цифровом потоке передавать любые данные с гарантированной скоростью. Поэтому оказалось возможным передавать звуковое сопровождение цифровых программDVB параллельно – как собственно звук в MPEG и как дополнительные данные в виде потока Dolby Digital AC-3. Поток AC-3 выделяется демультиплексором ресивера

и направляется через соответствующий оптический порт на внешний декодер.

В 1999 г. фирмы Dolby Laboratories и Lucasfilm THX объединили свои усилия с целью создания улучшенной системы окружающего звука формата 5.1, которая получила названиеTHX. Система THX

вотличие от традиционного формата5.1, имела еще один дополнительный тыловой канал. При этом третий тыловой громкоговоритель располагался непосредственно за спиной слушателя с целью усиления звука левого и правого каналов окружения.

Использование третьего тылового громкоговорителя, расположенного позади слушателя, позволяет точнее позиционировать источники звука и создавать более реалистичную звуковую панораму(за счет кажущегося перемещения источников звука). Например, при использовании двух тыловых громкоговорителей зрителю кажется, что шум от пролетающего над его головой космического корабля перемещается вдоль боковых стен помещения; при использовании же третьего окружающего громкоговорителя у слушателя создается впечатление, что корабль пролетает прямо над ним.

THX Surround EX. Фонограмму THX Surround EX можно разместить на обычной звуковой дорожкеDolby Digital, если используется носитель, позволяющий записать 5.1 каналов, например, DVD. Это оказывается возможным потому, что сигнал третьего тылового канала системы ЕХ кодируется в матричной форме и распределяется между правым и левым тыловыми каналами. Сигнал третьего тылового канала кодируется совместно с сигналами левого и правого каналов окружения, а затем «извлекается» из них при воспроизведении звука

вдомашнем кинотеатре. Фактически, оба метода кодирования и декодирования сигнала центрального канала в Dolby Surround и сигнала центрального канала окружения в Surround EX – идентичны.

THX Select и THX Ultra. Чтобы сделать систему ТНХ-обработки информации доступной для использования в сравнительно недорогой

аппаратуре, компания Lucasfilm разработала два уровня сертификации своего оборудования для домашнего кинотеатра: ТНХ Select и THX Ultra. THX Ultra идентичен старому стандарту ТНХ, поэтому изделия, помечавшиеся ранее буквами ТНХ, теперь будут иметь надпись THX Ultra. Аппаратура с маркой THX Select подразумевает соответствие менее высоким стандартам и предназначается для использования в небольших помещениях, где к усилителям мощности и акустическим системам предъявляются менее жесткие требования.

Конкурентом Dolby Laboratories в создании многоканальных форматов стала компания Digital Theater Systems (цифровые системы для кинотеатров), предложившая свой способ создания многоканальных звуковых дорожек. DTS, как и Dolby Digital, является системой 5.1, отличаясь от нее меньшей компрессией сигнала(4:1 против 11:1). Кинолюбители всего мира включились в конкурентную борьбу двух форматов, разделив между ними свои пристрастия. До сих пор неясно, кто победит в этой борьбе, однако большинство любителей музыкальных программ, записанных на DVD, предпочитают те из них, что имеют звуковое сопровождение в DTS. Подобно Dolby Digital, система DTS позволяет получить в домашних условиях5.1-канальный окружающий звук. (DTS может также использовать схему каналов7.1, которая отличается от предыдущей использованием двух дополнитель-

ных тыловых акустических систем.) В формате DTS используется скорость цифрового потока 1536000 бит в секунду, что обеспечивает более высокое качество шестиканального звукового сигнала.

DTS ES – формат с центральным дополнительным тыловым каналом, который благодаря потенциальным возможностямDTS может быть как матричным.

DTS ES Matrix 6.1 – центральный тыловой канал кодируется матричным методом в два тыловых канала и восстанавливается как при -вос произведении, так и независимым информационно несущим каналом.

DTS ES Discrete 6.1 – использует свой большой диапазон частот для создания полностью независимого центрального тылового канала.

DTS NEO 6 – своего рода «ответ» на Dolby Pro Logic II, отличающийся от последнего возможностью выделения центрального дополнительного тылового канала из материалов, записанных в формате 5.1.

Контрольные вопросы

1.Поясните преимущества стереофонического звучания по сравнению с монофоническим.

2.Произведите сравнительную оценку микрофонных стереофонических систем.

3.Произведите сравнительный анализ возможных способов организации стереофонического радиовещания.

4.Почему для организации стереорадиовещания выбран диапазон метровых волн?

5.Что называется комплексным стереофоническим сигналом(КСС)? Как выглядит спектр КСС для стандартизованных систем стереофонического радиовещания – отечественной, американской и шведской? Как обеспечивается совместимость стереопередачи?

6.Нарисуйте структурную схему радиоканала системы стереофонического радиовещания. Каково назначение цепи предыскажений? С какой целью частично подавляется поднесущая?

7.Приведите структурные схемы декодеров стереосигналов и сравните их между собой.

8.Поясните принципы организации стереофонического звукового сопровождения в телевидении.

9.Каков состав оборудования современной радиостанции?

10.Поясните основные принципы построения системы цифрового радиовещания «Эврика-147».

11.Приведите функциональную схему кодера Dolby Surround.

12.Поясните работу пассивного декодера Dolby Surround.

13.Каковы преимущества активного декодирования по системеDolby Surround Pro Logic?

14.Приведите функциональную схему активного декодера с инвертором.

15.В чем заключается принцип декодирования– усиления по доминантному направлению?

16.Приведите функциональную схему декодера Dolby Surround Pro Logic II.

17.Поясните организацию цифровых технологий: Dolby Digital, Dolby Digital EX и Dolby-E.

18.Каким образом используются технологии Dolby Surround и Dolby Digital в спутниковом телевидении?

Список литературы

1.Звуковое вещание: Справочник / Под ред. Ю.А. Ковалгина. – М.: Радио и связь, 1993. – 464 с.

2.Андреев А. Радиовещание сегодня// 625. ТВ информационно-технический жур-

нал. – 1997. – № 3. – C. 46–48.

3.Денин А., Кацнельсон Л. Система цифрового радиовещания«Эврика–147» // Ра-

дио. – 1996. – № 8. – C. 30–32.

4.Высоцкий Г. Домашний кинотеатр и технологииDolby Laboratories. – http://www. sven-audio.tvsat.ru/html/audio/dolby_detal.shtml.

Часть II. Телевидение. Радиорелейная и

спутниковая связь

Глава 7. Физические основы телевидения

7.1. Основные характеристики зрительного анализатора

Оконечным устройством, принимающим ТВ изображение, является зрительная система человека. Поэтому для рационального построения ТВ систем необходимо учитывать свойства и характеристики зрения.

Зрительная система состоит из приемника светового излучения– глаза, нервных волокон, преобразующих и передающих зрительную информацию в мозг человека, и зрительных участков коры головного мозга, в которых происходит расшифровка информации и формирование зрительного образа.

Глаз является внешним органом зрения. Он представляет собой тело примерно шарообразной формы(глазное яблоко) (рис. 7.1), покрытое оболочкой – склерой 1. Передняя часть склеры2, называемая роговицей, прозрачна и имеет несколько более выпуклую форму. За роговицей расположены передняя камера 3, заполненная жидкостью. Передняя камера отделена от остальной части глаза радужной оболочкой 4, имеющей в центре отверстие– зрачок 5. Размер зрачка изменяется в зависимости от освещенности глаза. За зрачком находится хрусталик 6, представляющий собой прозрачное