Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

возможность временн6го перемежения, допускаемого объемами выде­ ленной для этих целей памяти. Для режима модуляции 4k перемежение выполняется с глубиной в два СОFDМ-символа, а для режима 2k - с глу­ биной в четыре COFDM-символа. При активизации этой опции совмест­

ная трансляция одной и той же программы системами DVB-T и DVB-H

невозможна.

Одновременно предусматривается опция дополнительной помехоза­ щиты, реализованная на базе IP-дейтаграмм и позволяющая в значитель­ ной мере компенсировать отсутствие глубокого перемежения.

В общем случае абонентские терминалы DVB-H способны принимать сигналы обычной системы наземного телевидения Т с OFDM моду­ ляцией 2k или 8k. Примечательно, что помимо сигналов вещательного те­ левидения, кодированных способами МPEG-2 и МPEG-4, по сети DVB-H можно одновременно передавать и любые цифровые данные, упакованные в стандартные IР-пакеты при помощи IРIDVВ-Н-инкапсулятора, что в зна­ чительной степени расширяет возможности мобильного вещания. Факти­

чески приемник DVB-H становится гибридом мобильного телевизора и портативного компьютера с радиодоступом в сеть Интернет.

у мобильных ручных приемников размеры антенны гораздо меньше, чем у стационарных или портативных телевизоров. Размер антенны, ис­ пользуемый в ручном приемнике, очевидно, будет тем меньше, чем выше рабочая частота. Поэтому при одинаковых уровнях мощности радиопере­ датчиков площадь покрытия для системы DVB-H в пять раз меньше, чем площадь покрытия для портативного DVB-Т устройства. Следовательно, чтобы получить требуемую площадь покрытия для ручных устройств с нужной мощностью сигнала, потребуется особый подход к планированию сети для системы DVB-H, похожий на создание сотовых систем для теле­

коммуникационных услуг.

Экспериментальные исследования показали, что для достижения ра­ диопередатчиками DVB-H и DVB-T одинаковой зоны охвата мощность первого должна быть на 20 дБ больше. В то же время требуемый для ус­

тойчивого приема уровень несущая/шум в системе DVB-H в среднем на

30% ниже, а максимально возможная скорость движения приемника на

40% выше [45].

Разработчики системы DVB-H высказывают предпочтение частотам в диапазоне 470 ... 650 МГц. Это близкий к оптимальному диапазон для лю­ бых беспроводных радиоуслуг. Данные частоты достаточно низкие для то­ го, чтобы получить приемлемую дальность распространения сигнала, и достаточно высокие в смысле минимизации индустриальных помех. Для

разработчиков приемников, совмещенных с мобильными телефонами, этот диапазон удобен тем, что при работе в нем обеспечивается минимально возможная интерференция в случае приема сигналов DVB-H и передачей сигналов GSМlUМTS.

вается дополнительное введение прямой коррекции ошибок. Причем мак­

симальный размер встраиваемых IР-дейтаграмм, включая заголовки, со­

ставляет 4080 байт.

IР-пакеты инкапсулируются в МРЕ секции, а те, в свою очередь, - в

транспортные пакеты МPEG-2 TS, переносящие элементарные потоки.

Каждый IР-пакет занимает одну МРЕ-секцию, длина которой практически

не коррелирована с емкостью пакетов МPEG-2 TS. В одном пакете может передаваться множество МРЕ-секций, и, наоборот, одна секция может за­

нимать несколько транспортных пакетов.

Данные, относящиеся к одной услуге, инкапсулируются в транспорт­

ные пакеты MPEG-2 с постоянным идентификационным номером PID. Ис­ пользование такого стека обусловлено тремя причинами:

•Во-первых, в системах DVB-H предполагается передавать телевизион­ ные потоки, компрессированные не в МPEG-2, а в более эффективных форматах, в первую очередь, в Н.264, дЛЯ которых процесс инкапсуля­

ции компрессированных аудио- и видеоданных в транспортные пакеты

МPEG-2 TS жестко не специфицирован и обычно реализуется как раз через IР!МРЕ-инкапсуляцию. Более того, DVB-H потенциально рас­

сматривается как составная часть гибридной системы доставки МУЛЬ­

тимедийных услуг (IP DC).

•Во-вторых, понятие элементарного потока в DVB-H определяется ина­ че, чем в стандарте МPEG-2. В DVB-H это просто поток, передаваемый в пакетах с одним PID-OM.

•В-третьих, снята жесткая корреляция элементарного потока с данными определенного типа. В одном элементарном потоке могут передаваться

все данные, относящиеся к определенной телевизионной программе или

даже к нескольким программам. В последнем случае потоки разных те­ левизионных программ будут передаваться в дейтаграммах с разным мультипакетным IР-адресом и заключаться в МРЕ-секции с разными

МАС-адресами. Аналогичным образом могут передаваться и нетелеви­

зионные услуги.

Кроме того, в IР/DVВ-Н-инкапсуляторе осуществляется формирова­ ние временных слоев (Time Slicing) путем преобразования передаваемой информации в видеоимпульсы малой длительности, и пакетов данных, разнесенных по времени передачи. При этом каждый пакет несет инфор­

мацию о времени передачи следующего пакета. Целью данного преобразо­ вания является временн6е разделение источников видеоданных, уменьше­ ние средней потребляемой мощности абонентских терминалов, а также пе­

редача данных в пакетах с более высокой скоростью.

Таким образом, возможности МРЕ-секций используются для органи­

зации временн6го разделения услуг внутри транспортного потока, полу­

чившего название Time Sliced Multi Protocol Encapsulation. Транспортные

нии, что регуляторы телекоммуникационных услуг и телевещатели, ини­

цииpoBaBшиe строительство сетей мобильного телевидения, организуют также и производство мобильных приемников со встроенными тюнерами соответствующих стандартов. Однако этого не произошло.

Тем не менее консорциум DУВ не сдается и разработал трехэтапный план создания новых стандартов мобильного телевидения. Первым этапом стало появление стандарта DVB-T2-Lite. Он является фактически подмно­ жеством DVB-Т2, в котором оставлены режимы, не требующие большого объема памяти и высокой процессорной мощности. Среди них - возмож­ ность частотного разбиения канала на более узкие полосы (с помощью ме­ ханизма PLP) и временн6го уплотнения сигналов в отдельно взятых PLP, что было заложено и в DVB-H. Преимуществом нового стандарта DVB-T2- Lite перед DVB-H является его совместимость с DVB-T2, позволяющая им использовать общую инфраструктуру сети.

Основная проблема DVB-T2-Lite та же, что и у DVB-H, - это отсутст­ вие поддержки технологии в абонентских устройствах. Массовое внедре­

ние этого стандарта потребует наличия каких-то адаптеров или самостоя­ тельных устройств, которые необходимо будет приобрести отдельно. Хотя

у DVB-T2-Lite есть определенные преимущества, например, связанные с

более экономным расходом энергии аккумулятора мобильного приемного

устройства.

Сегодня на рынке превалирует одна-единственная схема организации услуги - распространение сигнала мобильного телевидения с использова­

нием сетей передачи данных операторов сотовой связи.

На сегодняшний день платный видеоконтент через мобильную сеть (с оплатой со счета мобильного телефона) предлагают три федеральных опе­ ратора: «Мегафон», «Билайн» (ОАО «Вымпелком») и МТС. Кроме того, в 2011 году компанией Yota был запущен видео-сервис Play.yotaplay.ru, дос­

тупный также через любого другого интернет-провайдера России.

Контрольные вопросы

4.1. Перечислите основные требования, предъявляемые к системам передачи сигналов цифрового телевидения и радиовещания.

4.2. В чем заключаются принципы кодирования, исправляющего ошибки?

4.3. Назовите основные методы помехоустойчивого кодирования, используемые

вцифровом телевидении, и дайте им краткую характеристику.

4.4.Дайте краткую характеристику коду Рида-Соломона.

4.5.Поясните особенности сверточного кодирования.

4.6.Как производится декодирование по алгоритму Витерби?

4.7.Объясните необходимость использования каскадного кодирования в систе­ мах цифрового телевизионного вещания.

4.8.Охарактеризуйте основные принципы и преимущества турбокодирования.

4.9.Приведите структурные схемы возможных вариантов турбокодеров.

4. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАчи СИГНАЛОВ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Какие требования предъявляются к способам модуляции, используемым в цифровом телевидении?

Каким образом осуществляется квадратурная амплитудная модуляция? Каковы конструктивные особенности квадратурного модулятора QAM-16? Поясните принципы квадратурной фазовой манипуляции (QPSK).

Почему в наземном цифровом телевизионном вещании используется спо­ соб частотного уплотнения с ортогональными несущими?

Объясните необходимость применения в системах наземного цифрового телевизионного вещания процессоров быстрого прямого и обратного пре­ образований Фурье.

4.16. Сформулируйте основные принципы построения системы цифрового на­

земного телевидения DVB-T.

4.17. Каким образом реализуются принципы иерархической передачи данных в системе DVB-Т?

4.18. Как осуществляется обработка данных и сигналов в системе цифрового те­ левидения DVB-Т?

4.19. Какие методы борьбы с влиянием многолучевого распространения сигна­ лов на качество приема используются в системе DVB-Т?

4.20. Приведите количественную оценку цифрового символа данных и символа OFDM в системе DVB-Т.

4.21. Расскажите о способе практической реализации модуляции OFDM в систе­ ме цифрового наземного телевизионного вещания DVB-Т.

4.22. Объясните принципы формирования данных и структуры сигналов в сис­

теме DVВ-т.

4.23. Какие основные параметры характеризуют работу системы DVB-T?

4.24. Каковы мотивы перехода на второе поколение систем цифрового телера­ диовещания?

4.25. Сформулируйте коммерческие требования к стандарту DVB-T2.

4.26. В чем заключаются основные принципы функционирования второй версии стандарта цифрового наземного телевидения DVB-Т2?

4.27. Поясните структуру потокового ВВ-кадра.

4.28. Каким образом передаваемые в системе DVB-Т2 данные пакетируются в базовые кадры?

4.29. Какую информацию содержат распределенные пилот-сигналы?

4.30. Каким образом осуществляется выбор из 8 различных моделей (РР1 ... РР8) распределения пилот-сигналов?

4.31. Какая модель распределения пилот-сигналов наиболее устойчива к явлению интерференции принимаемых сигналов?

4.32. С какой целью Т2-кадр начинается с преамбулы Рl? 4.33. Какая информация заложена в символе Рl?

4.34. Какова максимальная длительность защитного интервала в стандарте DVВ-Т2? 4.35. Какие виды перемежений используются в системе DVB-T2?

4.36. С какой целью в системе DVB-Т2 осуществляется поворот на определенный угол сигнального созвездия QAM-моДУляции на векторной диаграмме?

4.37. Каким образом выбирается угол поворота сигнального созвездия для моду­ ляции вида QPSK, QAM-16, QAM-64, QAM-256, обеспечивающий макси­ мальную помехоустойчивость?

4.38. С какой целью в одночастотной сети телевизионного вещания вводится режимМISО?

4.39. На примере структурной схемы сети телевизионного вещания объясните принцип реализации режима MISO.

4.40. Поясните особенности технологии РAPR уменьшения отношения пиковой

к средней мощности передачи.

4.41.Дайте сравнительную оценку стандартам DVB-T и DVB-T2.

4.42.В чем заключаются основные принципы функционирования второй версии стандарта цифрового наземного телевидения DVB-Т2?

4.43.Каким образом передаваемые в системе DVB-T2 данные пакетируются в базовые кадры?

4.44.С какой целью в системе DVB-Т2 осуществляется поворот на определенный угол сигнального созвездия QAM-моДУляции на векторной диаграмме?

4.45.Сформулируйте основные принципы работы системы цифрового телеве­ щания для мобильных терминалов DVB-H?

4.46.В чем заключается основное отличие DVB-H от базовой системы DVB-T?

4.47.С какой целью для работы в S-диапазоне частот предполагается использо­ вание нового стандарта DVB-SH?

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ СИСТЕМЫ

ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ DVB-Т/Т2

5.1. Основные устройства цифрового передающего

аппаратурного комплекса

5.1.1. Кодеры цифрового сжатия

Кодер сжатия является самым ответственным элементом в цепочке

обработки цифрового сигнала, он в значительной мере определяет устой­ чивость и качество изображения при заданной скорости цифрового потока.

Стандарт МPEG-2 определяет структуру потока и эталонную модель деко­

дера, но не накладывает ограничений на построение кодера или алгоритм

его работы.

Рассмотрим устройство и работу кодера формата телевидения стан­ дартной четкости на примере семейства кодеров компании Tadiran Scopus [14]. Структурная схема подобного устройства приведена на рис. 5.1. Ко­

дер имеет модульную конструкцию и позволяет использовать сменные

блоки входных интерфейсов, допускающие подачу как аналоговых (ком­ понентных и композитных), так и цифровых видеосигналов. При работе с

аналоговыми сигналами осуществляется композитное декодирование и

аналого-цифровое преобразование сигнала. При необходимости из анало­

гового сигнала с помощью дополнительного декодера выделяются сигналы

телетекста для последующего ввода в мультиплексор. В случае использо­

вания цифрового входного интерфейса SDI с внедренным звуком в модуле входного интерфейса осуществляется выделение звуковых сигналов, кото­

рые затем поступают на кодеры звука. Композитное декодирование приво­ дит к заметному ухудшению качества изображения и потому не рекомен­

дуется к использованию, его следует применять только при невозможности

получить видеосигнал от источника в иной форме.

Важные функции в составе кодера выполняет предпроцессор. Напри­ мер, он осуществляет цифровую фильтрацию и синхронизацию кадров,

производит дополнительную временную обработку и шумоnодавление. Предпроцессор также вводит тестовые сигналы и заставки.

Видеокодер построен на базе однокристального МPEG-2 процессора.

Компрессированный поток видеоданных с выхода кодера поступает через

высокоскоростную шину РС! в буфер, позволяющий поддерживать посто­ янную скорость цифрового потока на входе мультиплексора.