Системы вещательного телевидения (или системы наземного телевидения за пределами США и Канады) представляют собой системы кодирования или форматирования для передачи и приема сигналов наземного телевидения .
Системы аналогового телевидения были стандартизированы Международным союзом электросвязи (ITU) в 1961 году, [1] при этом каждая система обозначалась буквой ( A – N ) в сочетании с используемым стандартом цвета ( NTSC , PAL или SECAM ) – например, PAL- Б, NTSC-М и т. д.). Эти аналоговые системы телевещания доминировали до 2010-х годов.
С появлением цифрового наземного телевидения (DTT) на смену им пришли четыре основные системы, используемые во всем мире: ATSC , DVB , ISDB и DTMB .
Каждая аналоговая телевизионная система, за исключением первой, начиналась как черно-белая система. Каждая страна, столкнувшаяся с местными политическими, техническими и экономическими проблемами, приняла стандарт цветного телевидения , который был привит к существующей монохромной системе, такой как CCIR System M , с использованием пробелов в видеоспектре (поясняется ниже), чтобы информация о передаче цвета соответствовала в существующих выделенных каналах. Внедрение стандартов передачи цвета в существующие монохромные системы позволило существующим монохромным телевизионным приемникам, существовавшим до перехода на цветное телевидение, продолжать работать как монохромное телевидение. Из-за этого требования совместимости стандарты цвета добавили к основному монохромному сигналу второй сигнал, который несет информацию о цвете. Информация о цвете называется цветностью с символом C, а черно-белая информация называется яркостью с символом Y. Монохромные телевизионные приемники отображают только яркость, а цветные приемники обрабатывают оба сигнала. Хотя теоретически любая монохромная система может быть адаптирована к цветной системе, на практике некоторые из первоначальных монохромных систем оказались непрактичными для адаптации к цвету, и от них отказались, когда произошел переход на цветное вещание. Во всех странах использовался один из трех стандартов цвета: NTSC, PAL или SECAM. Например, система CCIR M часто использовалась в сочетании со стандартом NTSC для обеспечения цветного аналогового телевидения, и вместе они были известны как NTSC-M.
Был испытан ряд экспериментальных и радиовещательных систем до Второй мировой войны. Первые были механическими и имели очень низкое разрешение, иногда без звука. Более поздние телевизионные системы были электронными и обычно обозначались по номеру строки: 375-строчный (используется в Германии, Италии, США), 405-строчный (используется в Великобритании), 441-строчный (используется в Германии, Франции, Италии, США). ) или 567-строчный (используется в Нидерландах). Эти системы были в основном экспериментальными и национальными, без определенных международных стандартов и не возобновили вещание после войны. Исключением стала 405-строчная система Великобритании, которая возобновила вещание и была первой стандартизированной МСЭ как Система А , остававшейся в эксплуатации до 1985 года.
На международной конференции в Стокгольме в 1961 году Международный союз электросвязи определил стандарты для систем вещательного телевидения ( ITU System Letter Designation ). [1] Каждый стандарт обозначается буквой (AM).
На диапазонах УКВ I , II и III могут использоваться системы на 405 , 625 и 819 строк :
В диапазонах УВЧ, диапазонах IV и V , были приняты только 625-строчные системы, с разницей в таких параметрах передачи, как полоса пропускания канала.
После дальнейших конференций и появления цветного телевидения к 1966 году [2] каждый стандарт обозначался буквой (AM) в сочетании со стандартом цвета (NTSC, PAL, SECAM). Это полностью определяет все существующие в мире монофонические аналоговые телевизионные системы (например, PAL-B, NTSC-M и т. д.).
В следующей таблице приведены основные характеристики каждого стандарта. [2] За исключением линий и частоты кадров , остальные единицы измерения — мегагерцы (МГц).
По историческим причинам некоторые страны используют другую видеосистему на УВЧ , чем на ОВЧ- диапазонах. В некоторых странах, в первую очередь в Великобритании , телевещание на УКВ было полностью прекращено. Британская 405-строчная система A, в отличие от всех других систем, подавляла верхнюю боковую полосу, а не нижнюю, что соответствует ее статусу старейшей действующей телевизионной системы, дожившей до эпохи цветного телевидения (хотя официально она никогда не транслировалась с цветовым кодированием). Система А была протестирована со всеми тремя стандартами цвета, а производственное оборудование было спроектировано и готово к сборке; Система А могла бы выжить, как NTSC-A, если бы британское правительство не решило согласовать с остальной Европой 625-строчную видеосистему, реализованную в Великобритании как PAL-I только на УВЧ.
Французская 819-линейная система E стала послевоенной попыткой повысить позиции Франции в области телевизионных технологий. Его 819 строк были почти высокой четкостью даже по сегодняшним меркам. Как и британская система А, она работала только на УКВ и оставалась черно-белой до ее закрытия в 1984 году во Франции и в 1973 году в Монако. На ранних этапах он тестировался со стандартом SECAM, но позже было принято решение использовать цвет только в 625-строчной системе L. Таким образом, Франция приняла систему L как в сетях УВЧ, так и в сетях УКВ и отказалась от системы E.
В Японии была самая ранняя действующая система HDTV ( MUSE ), разработка которой началась еще в 1979 году. В конце 1980-х годов страна начала широкополосное вещание аналоговых видеосигналов высокой четкости с использованием чересстрочного разрешения 1125 строк при поддержке линейки оборудования Sony HDVS. .
Во многих частях мира аналоговое телевещание полностью прекращено или находится в процессе закрытия; см. Переход на цифровое телевидение , чтобы узнать график отключения аналогового телевидения.
Если не учитывать цвет, все телевизионные системы работают по существу одинаково. Монохромное изображение, видимое камерой (позже компонент яркости цветного изображения), делится на линии горизонтальной развертки , некоторое количество которых составляет одно изображение или кадр . Монохромное изображение теоретически является непрерывным и, следовательно, неограниченным в горизонтальном разрешении, но чтобы сделать телевидение практичным, необходимо было установить ограничение на полосу пропускания телевизионного сигнала, что накладывает окончательный предел на возможное горизонтальное разрешение. Когда был введен цвет, эта необходимость ограничения стала фиксированной. Все системы аналогового телевидения чересстрочные : последовательно передаются чередующиеся строки кадра, за которыми следуют оставшиеся строки в своей последовательности. Каждая половина кадра называется видеополем , а скорость передачи поля является одним из фундаментальных параметров видеосистемы. Это связано с частотой электросети , на которой работает система распределения электроэнергии , чтобы избежать мерцания, возникающего в результате биения между системой отклонения телевизионного экрана и магнитными полями, генерируемыми близлежащей сетью. Все цифровые дисплеи, или дисплеи с «фиксированным пикселем», имеют прогрессивную развертку и должны выполнять деинтерлейсинг чересстрочного источника. Использование недорогого оборудования для деинтерлейсинга является типичным отличием более дешевых и более дорогих плоских дисплеев ( плазменных дисплеев , ЖК-дисплеев и т. д.).
Все фильмы и другие отснятые материалы, снятые с частотой 24 кадра в секунду, должны быть переведены на видеочастоту с использованием телекино , чтобы предотвратить серьезные эффекты дрожания изображения. Обычно для форматов 25 кадров/с (европейские и другие страны с питанием от сети 50 Гц) контент представляет собой ускорение PAL , а для форматов 30 кадров/с используется метод, известный как « развертка 3:2 » (Северная Америка и другие страны). в странах с напряжением сети 60 Гц), чтобы привести частоту кадров фильма в соответствие с частотой кадров видео без ускорения воспроизведения.
Стандарты аналогового телевизионного сигнала предназначены для отображения на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), поэтому физика этих устройств обязательно определяет формат видеосигнала. Изображение на ЭЛТ создается движущимся лучом электронов, который попадает на люминофорное покрытие на передней стороне трубки. Этот электронный луч управляется магнитным полем, создаваемым мощными электромагнитами, расположенными вблизи источника электронного луча.
Чтобы переориентировать этот магнитный рулевой механизм, требуется определенное время из-за индуктивности магнитов ; чем больше изменение, тем больше времени требуется электронному лучу, чтобы обосноваться в новом месте.
По этой причине необходимо отключить электронный луч (соответствующий видеосигналу нулевой яркости) на время, необходимое для переориентации луча от конца одной строки к началу следующей ( горизонтальный обратный ход ) и от от нижней части экрана вверх ( вертикальный обратный ход или интервал гашения по вертикали ). Горизонтальный обратный ход учитывается во времени, отведенном каждой строке сканирования, а вертикальный обратный ход учитывается как фантомные линии , которые никогда не отображаются, но которые включены в количество строк на кадр, определенное для каждой видеосистемы. Поскольку электронный луч в любом случае необходимо выключить, в результате возникают провалы в телевизионном сигнале, которые можно использовать для передачи другой информации, например тестовых сигналов или сигналов цветовой идентификации.
Временные промежутки преобразуются в гребенчатый частотный спектр сигнала, где зубцы расположены на линейной частоте и концентрируют большую часть энергии; пространство между зубцами можно использовать для вставки цветовой поднесущей.
Позже вещательные компании разработали механизмы передачи цифровой информации по фантомным линиям, используемые в основном для телетекста и субтитров :
Телевизионные изображения уникальны тем, что они должны включать в себя области изображения с контентом приемлемого качества, которые некоторые зрители никогда не увидят. [ нечеткий ]
В чисто аналоговой системе порядок полей — это всего лишь вопрос соглашения. Для материала, записанного в цифровом формате, возникает необходимость изменить порядок полей при преобразовании из одного стандарта в другой.
Еще одним параметром аналоговых телевизионных систем, незначительным по сравнению с ним, является выбор того, будет ли модуляция изображения положительной или отрицательной. Некоторые из самых ранних систем электронного телевидения, такие как британская 405-строчная (Система А), использовали положительную модуляцию. Он также использовался в двух бельгийских системах (Система C, 625 строк и Система F, 819 строк) и двух французских системах (Система E, 819 строк и Система L, 625 строк). В системах положительной модуляции, как и в более раннем стандарте белой факсимильной передачи, максимальное значение яркости представлено максимальной мощностью несущей; при отрицательной модуляции максимальное значение яркости представлено нулевой мощностью несущей. Все новые аналоговые видеосистемы используют отрицательную модуляцию, за исключением французской системы L.
Импульсный шум, особенно от старых автомобильных систем зажигания, вызывал появление белых пятен на экранах телевизионных приемников, использующих положительную модуляцию, но они могли использовать простые схемы синхронизации. Импульсивный шум в системах с отрицательной модуляцией проявляется в виде темных пятен, которые менее заметны, но синхронизация изображения серьезно ухудшается при использовании простой синхронизации. Проблема синхронизации была решена с изобретением схем синхронизации с фазовой синхронизацией . Когда они впервые появились в Великобритании в начале 1950-х годов, для их описания использовалось название «синхронизация маховика».
Старые телевизоры с системами положительной модуляции иногда оснащались инвертором пикового видеосигнала, который затемнял белые пятна помех. Обычно это настраивалось пользователем с помощью органа управления на задней панели телевизора с надписью «Ограничитель белых пятен» в Великобритании или «Антипаразит» во Франции. При неправильной настройке ярко-белое изображение станет темным. Большинство телевизионных систем с положительной модуляцией прекратили работу к середине 1980-х годов. Французская система L продолжила свое развитие вплоть до перехода на цифровое вещание. Положительная модуляция была одной из нескольких уникальных технических особенностей, которые изначально защищали французскую электронику и радиовещательную индустрию от иностранной конкуренции и делали французские телевизоры неспособными принимать передачи из соседних стран.
Еще одним преимуществом отрицательной модуляции является то, что, поскольку синхронизирующие импульсы представляют максимальную мощность несущей, относительно легко настроить автоматическую регулировку усиления приемника так, чтобы она работала только во время синхроимпульсов и, таким образом, получать видеосигнал постоянной амплитуды для управления остальной частью телевизора. . В течение многих лет это было невозможно при использовании положительной модуляции, поскольку пиковая мощность несущей менялась в зависимости от содержания изображения. Современные схемы цифровой обработки достигли аналогичного эффекта, но используют переднюю часть видеосигнала.
Учитывая все эти параметры, в результате получается практически непрерывный аналоговый сигнал , который можно модулировать на радиочастотной несущей и передавать через антенну. Все аналоговые телевизионные системы используют рудиментарную модуляцию боковой полосы — форму амплитудной модуляции, при которой одна боковая полоса частично удаляется. Это уменьшает полосу пропускания передаваемого сигнала, позволяя использовать более узкие каналы.
В аналоговом телевидении аналоговая аудиочасть трансляции всегда модулируется отдельно от видео. Чаще всего аудио и видео объединяются на передатчике перед передачей на антенну, но можно использовать отдельные слуховые и визуальные антенны. Во всех случаях, когда используется негативное видео, FM используется для стандартного монофонического звука; системы с положительным использованием видеосигнала AM-звука и технология приемника между несущими не могут быть включены. Стерео или, в более общем смысле, многоканальный звук кодируется с использованием ряда схем, которые (за исключением французских систем) не зависят от видеосистемы. Основными системами являются NICAM , использующая цифровое кодирование звука; двойной FM (известный под разными названиями, в частности Zweikanalton , A2 Stereo, West German Stereo, German Stereo или IGR Stereo), и в этом случае каждый аудиоканал отдельно модулируется в FM и добавляется к широковещательному сигналу; и BTSC (также известный как MTS ), который мультиплексирует дополнительные аудиоканалы в несущую FM-звука. Все три системы совместимы с монофоническим FM-аудио, но с французскими AM-аудиосистемами можно использовать только NICAM .
По сравнению с этим ситуация с мировым цифровым телевидением намного проще. Большинство систем цифрового телевидения основаны на стандарте транспортного потока MPEG и используют видеокодек H.262/MPEG-2 Part 2 . Они существенно различаются в деталях того, как транспортный поток преобразуется в широковещательный сигнал, в формате видео до кодирования (или, альтернативно, после декодирования) и в аудиоформате. Это не помешало созданию международного стандарта, включающего обе основные системы, хотя они несовместимы почти во всех отношениях.
Двумя основными системами цифрового вещания являются стандарты ATSC , разработанные Комитетом по передовым телевизионным системам и принятые в качестве стандарта в большинстве стран Северной Америки , и DVB -T , система цифрового видеовещания – наземная система , используемая в большинстве остальных стран. мира. DVB-T был разработан для совместимости формата с существующими спутниковыми службами прямого вещания в Европе (которые используют стандарт DVB-S , а также находят некоторое применение у поставщиков спутниковых антенн прямого вещания в Северной Америке ), а также существует DVB-T . Версия -C для кабельного телевидения. Хотя стандарт ATSC также включает поддержку систем спутникового и кабельного телевидения, операторы этих систем выбрали другие технологии (в основном DVB-S или собственные системы для спутников и 256QAM , заменяющие VSB для кабеля). В Японии используется третья система, тесно связанная с DVB-T, называемая ISDB-T , которая совместима с бразильской SBTVD . Китайская Народная Республика разработала четвертую систему, названную DMB-T/H .
Наземная система ATSC (неофициально ATSC-T) использует фирменную модуляцию, разработанную Zenith , под названием 8-VSB ; как следует из названия, это рудиментарная техника боковой полосы. По сути, аналоговый VSB предназначен для обычной амплитудной модуляции, а 8VSB — для восьмиполосной квадратурной амплитудной модуляции . Эта система была выбрана специально для обеспечения максимальной спектральной совместимости между существующим аналоговым телевидением и новыми цифровыми станциями в и без того переполненной системе распределения телевидения США, хотя она уступает другим цифровым системам в борьбе с многолучевыми помехами ; однако он лучше справляется с импульсным шумом , который особенно присутствует в диапазонах ОВЧ, которые в других странах прекратили использование на телевидении, но все еще используются в США. Иерархическая модуляция также отсутствует . После демодуляции и исправления ошибок модуляция 8-VSB поддерживает поток цифровых данных со скоростью около 19,39 Мбит/с, чего достаточно для одного видеопотока высокой четкости или нескольких услуг стандартной четкости. Дополнительную информацию см. в разделе «Цифровой подканал: технические соображения» .
17 ноября 2017 года FCC проголосовала 3–2 за разрешение добровольного развертывания ATSC 3.0 , который был разработан как преемник исходного ATSC «1.0», и выпустила по этому поводу отчет и приказ. Полномощные станции должны будут поддерживать одновременную трансляцию своих каналов на сигнале, совместимом с ATSC 1.0, если они решат развернуть услугу ATSC 3.0. [9]
По кабелю ATSC обычно использует 256QAM , хотя некоторые используют 16VSB . Оба они удваивают пропускную способность до 38,78 Мбит/с при той же полосе пропускания 6 МГц . ATSC также используется через спутник. Хотя логически они называются ATSC-C и ATSC-S, эти термины никогда не имели официального определения.
DTMB — стандарт цифрового телевизионного вещания в материковом Китае , Гонконге и Макао . Это объединенная система, представляющая собой компромисс различных конкурирующих стандартов, предлагающих различные китайские университеты, которая включает в себя элементы DMB-T , ADTB-T и TiMi 3.
DVB-T использует кодированное мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (COFDM), в котором используется до 8000 независимых несущих, каждая из которых передает данные со сравнительно низкой скоростью. Эта система была разработана для обеспечения превосходной устойчивости к многолучевым помехам и имеет выбор вариантов системы, обеспечивающих скорость передачи данных от 4 Мбит/с до 24 Мбит/с. Одна американская телекомпания, Sinclair Broadcasting , обратилась в Федеральную комиссию по связи с просьбой разрешить использование COFDM вместо 8-VSB, полагая, что это улучшит перспективы приема цифрового телевидения домохозяйствами без внешних антенн (большинство в США), но эта просьба была отклонена. (Однако одна цифровая станция в США, WNYE-DT в Нью-Йорке , была временно переведена на модуляцию COFDM в экстренных случаях для передачи данных персоналу экстренных служб в нижнем Манхэттене после террористических атак 11 сентября ).
DVB-S — это оригинальный стандарт цифрового видеовещания с прямым кодированием ошибок и модуляцией для спутникового телевидения , принятый в 1995 году. Он используется через спутники, обслуживающие все континенты мира, включая Северную Америку . DVB-S используется как в режимах MCPC , так и в режимах SCPC для каналов вещания сети , а также для спутниковых служб прямого вещания , таких как Sky и Freesat на Британских островах, Sky Deutschland и HD + в Германии и Австрии, TNT SAT/FRANSAT и CanalSat во Франции. , Dish Network в США и Bell Satellite TV в Канаде. Транспортный поток MPEG , доставляемый по DVB-S, имеет обозначение MPEG-2.
DVB-C означает цифровое видеовещание – кабельное вещание и является стандартом европейского консорциума DVB для широковещательной передачи цифрового телевидения по кабелю . Эта система передает цифровой аудио/видеопоток семейства MPEG-2 , используя модуляцию QAM с канальным кодированием .
ISDB очень похож на DVB, однако разбит на 13 подканалов. Двенадцать используются для телевидения, а последний служит либо в качестве защитной полосы , либо для службы 1seg (ISDB-H). Как и другие системы ЦТВ, типы ISDB различаются главным образом используемыми модуляциями из-за требований разных диапазонов частот. В диапазоне 12 ГГц ISDB-S используется модуляция PSK, в цифровом звуковом радиовещании в диапазоне 2,6 ГГц используется CDM, а в ISDB-T (в диапазоне ОВЧ и/или УВЧ) используется COFDM с PSK/QAM. Он был разработан в Японии в формате MPEG-2 и сейчас используется в Бразилии в формате MPEG-4. В отличие от других систем цифрового вещания, ISDB включает управление цифровыми правами для ограничения записи программ.
Поскольку чересстрочные системы требуют точного позиционирования строк развертки, важно убедиться, что горизонтальная и вертикальная временная развертка находятся в точном соотношении. Это достигается путем пропускания одного через ряд электронных делителей для создания другого. Каждое деление происходит на простое число .
Следовательно, должна существовать прямая математическая связь между частотами линии и поля, причем последняя получается путем деления первой. Технологические ограничения 1930-х годов означали, что этот процесс деления можно было выполнить только с использованием небольших целых чисел, желательно не больше 7, для хорошей стабильности. Количество строк было нечетным из-за чересстрочной развертки 2:1. В системе из 405 линий использовалась вертикальная частота 50 Гц (стандартная частота сети переменного тока в Великобритании) и горизонтальная частота 10 125 Гц ( 50 × 405 ÷ 2 ).
Преобразование между разным количеством строк и разной частотой полей/кадров в видеоизображениях – непростая задача. Возможно, самым технически сложным преобразованием является преобразование любой из систем с 625 строками и частотой 25 кадров в секунду в систему M, которая имеет 525 строк и частоту 29,97 кадров в секунду. Исторически для этого требовалось хранилище кадров для хранения тех частей изображения, которые фактически не выводились (поскольку сканирование любой точки не совпадало по времени). В последнее время преобразование стандартов становится относительно простой задачей для компьютера.
Помимо разного количества строк, легко увидеть, что генерация 59,94 полей каждую секунду из формата, содержащего всего 50 полей, может создать некоторые интересные проблемы. Каждую секунду необходимо генерировать дополнительно 10 полей, казалось бы, из ничего. Преобразование должно создавать новые кадры (из существующих входных данных) в реальном времени.
Для этого используется несколько методов, в зависимости от желаемой стоимости и качества конвертации. Простейшие преобразователи просто удаляют каждую пятую строку из каждого кадра (при преобразовании из 625 в 525) или дублируют каждую четвертую строку (при преобразовании из 525 в 625), а затем дублируют или удаляют некоторые из этих кадров, чтобы компенсировать разницу в кадрах. ставка. Более сложные системы включают межполевую интерполяцию , адаптивную интерполяцию и фазовую корреляцию .
Стандарты технологии передачи
Несуществующие аналоговые системы
Аналоговые телевизионные системы
Аудио аналоговой телевизионной системы
Цифровые телевизионные системы
История
{{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь ){{cite web}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )