Теоретические основы цифрового представления сигналов телевизионных изображений

А. П. ТКАЧЕНКО, А. Л. ХОМИНИЧ

 

 

ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

  по дисциплинам «Телевизионные системы» и «Телевидение»

В 2-х частях

 

Часть 1

КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМАХ

ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

 

 

Минск, БГУИР 2012

 

УДК 621.397.13 (075.8)

ББК 32.94я73

Т48

Рецензенты: заведующий кафедрой РТС БГУИР, доктор технических наук, профессор И. Ю. Малевич;

заведующий лабораторией компьютерной графики ГНУ «Объединенный институт проблем информатики НАН РБ», к.т.н. В. В. Ткаченко

заведующий кафедрой последипломного образования УО «ВГКС» профессор М. А. Баркун.

 

Ткаченко, А. П.

Т48 Цифровое телевидение: учеб. пособие по дисц. «Телевизионные системы» и «Телевидение»: В 4-х ч. Ч. 1. Кодирование источника сообщений в системах цифрового телевизионного вещания для студ. спец. «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения», «Многоканальные системы телекоммуникаций» /А. П. Ткаченко, А. Л. Хоминич. – Минск: БГУИР, 2012. – 162 с.: ил.

 

ISBN 978-985-488-681-7

 

 

Учебное пособие посвящено анализу методов кодирования источника сообщений в системах цифрового телевизионного вещания.

Рассматриваются и математически обосновываются параметры компонентных сигналов цифрового телевизионного вещания (ЦТВ). Приводится детальная классификация систем ЦТВ, анализируются их преимущества.

Дается классификация основных методов сокращения избыточности изображений и их математическое обоснование. Приведены пути повышения эффективности кодирования и рекомендации по их практическому использованию.

Пособие будет также полезно студентам радиотехнических специальностей, магистрантам и аспирантам.

 

 

УДК 621.397.13 (075.8)

ББК 32.94я73

 

 

                                                         © Ткаченко А. П., Хоминич А. Л., 2012

ISBN 978-985-488-681-7 (ч. 1)            © УО «Белорусский государственный

ISBN 978-985-488-680-0                                 университет информатики и

радиоэлектроники», 2012         

СОДЕРЖАНИЕ

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ………………………………………………………….. 4

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………… 9

1 Теоретические основы цифрового представления

сигналов телевизионных изображений…………………………….                                                                                                                            14

1.1 Обобщенная структурная схема цифровой системы передачи

телевизионных изображений…………………………………………………. 14

1.2 Классификация систем цифрового телевизионного вещания (ЦТВ)……… 21

1.3 Анализ преимуществ систем ЦТВ…………………………………………… 46

1.4 Теоретическое обоснование параметров исходных ТВ сигналов

для их цифрового представления…………………………………………….. 49

1.5 Цифровое представление компонентных сигналов яркости

и цветоразностных…………………………………………………………….. 54

1.6 Параметры цифровых компонентных сигналов…………………………….. 60

2 СОКРАЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ………………………….                                                                                                                            74

2.1 Методы сокращения избыточности изображений…………………………...                                                                                                                            74

2.1.1 Обоснование необходимости компрессии изображений……………... 74

2.1.2 Избыточность изображений…………………………………………….. 76

2.1.3 Классификация методов сокращения избыточности изображений…. 81

2.1.4 Критерии оценки качества отображения……………………………… 85

2.2 Статистические методы компрессии………………………………………… 87

2.2.1 Оценка избыточности изображений………………………………………... 87

2.2.2 Код Хаффмана…………………………………………………………… 92

2.2.3 Арифметическое кодирование…………………………………………. 97

2.2.4 Кодирование длин серий………………………………………………...99

2.2.5 LZW-кодирование……………………………………………………. 100

2.3 Кодирование с предсказанием…………………………………………...…..103

2.3.1 Общие принципы использования ДИКМ для компрессии

изображений……………………………………………………………103

2.3.2 Использование кодирования с предсказанием для внутри- и

межкадровой компрессии…………………………………………...…104

2.3.3 Предсказание с компенсацией движения……………………………...120

2.4 Кодирование с преобразованием………………………………………….…126

2.4.1 Общие принципы……………………………………………………..…126

2.4.2 Математические основы ортогональных преобразований………...…131

2.4.3 Дискретное преобразование Фурье……………………………………134

2.4.4 Дискретное косинусное преобразование……………………………...137

2.4.5 Дискретное преобразование Уолша-Адамара………………………...142

2.4.6 Дискретное вэйвлетное преобразование………………………………146

2.5 Гибридное кодирование……………………………………………………....148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………....155

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………….………………………………..156

 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

 

АБГШ – аддитивный белый гауссовский шум

АМ    – амплитудная модуляция

АСБ   – аппаратно-студийный блок

АЧХ  – амплитудно-частотная характеристика

АЦП  – аналого-цифровое преобразование, аналого-цифровой преобразователь

ВОЛС – волоконно-оптическая линия связи

ГВЗ   – групповое время задержки

ДИКМ – дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

ДКП  – дискретно-косинусное преобразование

ДПФ  – дискретное преобразование Фурье

ДПУА – дискретное преобразование Уолша – Адамара

ДМВ  – дециметровые волны

ИКМ – импульсно-кодовая модуляция

КАМ – квадратурная амплитудная модуляция

КАС – конец активной строки (в цифровом сигнале)

КМОП – комплементарная структура металл-оксид-полупроводник

КЦТВ – кабельное цифровое телевизионное вещание

МВ    – метровые волны

МСЭ  – Международный союз электросвязи

МСЭ-Р – сектор радиосвязи МСЭ

МСЭ-Т – сектор стандартизации электросвязи МСЭ

МЦТВ – мобильное цифровое телевизионное вещание

НАС – начало активной строки (в цифровом сигнале)

НТВ  – непосредственное ТВ вещание (спутниковое)

НЦТВ – наземное цифровое телевизионное вещание

ОЭП  – оптико-электронный преобразователь

ПВФ  – пространственно-временная функция

ПЗС   – прибор с зарядовой связью

ПолРК – поляризационное разделение каналов

ПрРК – пространственное разделение каналов

РАВИС – аудиовизуальная информационная система реального времени

РТПС – радиотелевизионная передающая станция

РЧР   – радиочастотный ресурс

СВЧ   – сверхвысокие частоты

СКТ   – система кабельного телевидения

СП     – сингулярное (S-) преобразование

СЦ     – сигнал цветности

СЦТВ – спутниковое цифровое телевизионное вещание

СЯ     – сигнал яркости

ТВ     – телевидение, телевизионный

ТВК   – телевизионный канал

ТВЧ   – телевидение высокой четкости

ТПК  – телевидение повышенного качества (повышенной четкости)

ТПР   – телевидение пониженного разрешения (пониженной четкости)

ТСЧ   – телевидение стандартной четкости

ФНЧ  – фильтр нижних частот

ЦА     – центральная аппаратная (телецентра)

ЦАП  – цифроаналоговое преобразование, цифроаналоговый преобразователь

ЦРС   – цветоразностный сигнал

ЦСП  – цифровая система передачи

ЦТВ  – цифровое телевидение, цифровое ТВ вещание (компонентное)

ЦТП – цифровая телевизионная программа

ЧРК   – частотное разделение каналов

ЭОП  – электронно-оптический преобразователь

 

AES   – audio Engineering Society – Общество инженеров звукотехники, США

ATSC – Advanced Television Systems Committee – Комитет улучшенных (перспективных) телевизионных систем, по имени которого названа принятая в США система цифрового телевидения

AVC  – Advanced Video Coding – расширенное (улучшенное) видеокодирование

BCH – Bose - Choudhuri - Hocquenqhem – Боуза - Чоудхури - Хоквингема (помехоустойчивый код)

BER   – Bit Error Rate – вероятность ошибки на бит

CCD  – Charge – Coupled Device – см. ПЗС

CIF    – Common Image Format – единый формат изображения (международный формат изображения с разрешением 1920×1080 пикселей)

          – Common Interchange Format – единый формат обмена (формат изображения с разрешением 352×288 пикселей и частотой кадров до 30 Гц, используемый в видеоконференцсвязи)

CMMB – China Multimedia Mobile Broadcasting – система мобильного мультимедийного вещания КНР

CMOS – Complementary Metal-Oxide Semiconductor – см. КМОП

COFDM – Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное разделение каналов (модулированных несущих) с кодированием

CWDM – Coarse Wavelength Division Multiplexing – разреженное мультиплексирование с разделением по длинам волн

DMB – Digital Multimedia Broadcasting – цифровое мультимедийное вещание, система цифрового телевизионного вещания

DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specifications – стандарт (интерфейс) передачи данных по кабелю (обратный канал в СКТ)

DVB-T, C, Н, S, SH

 

– Digital Video Broadcasting – цифровое телевизионное вещание, Terrestrial – наземное (НЦТВ), Cable – кабельное (КЦТВ), Handheld – мобильное (с приемом на портативные устройства) (МЦТВ), Satellite – спутниковое (СЦТВ), Satellite Handheld – спутниковое мобильное

DVB-T2, C2, S2,

– цифровое телевизионное вещание – НЦТВ, КЦТВ и СЦТВ второго поколения

DVB-H2 – МЦТВ второго поколения, обозначаемое также DVB-NGH – Next Generation Handheld – новое поколение МЦТВ

DVB- – DVB-3Dimensional Television – DVB стандарт цифрового
-3DTV     трехмерного телевидения

DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing – плотное мультиплексирование с разделением по длинам волн

EAV – End of Active Video – см. КАС

EBU  – European Broadcasting Union – Европейский союз вещания

EDTV – Extended Definition Television – см. ТПК

ETSI  – European Telecommunications Standards Institute – Европейский институт телекоммуникационных стандартов

FEC   – Forward Error Correction – прямое исправление ошибок

FFT   – Fast Fourier Transform – быстрое преобразование Фурье

FTTx – Fiber to the x – волокно до «х», общее обозначение абонентского участка сети, в которой от узла связи волоконно-оптический кабель доходит до определенного места – точки Х, а далее, до абонента – медный кабель (в FTTH – волокно); FTTB – FTT Building – волокно до здания; FTTC – FTT Curb – волокно до микрорайона, квартала или группы домов; FTTH – FTT Home – волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа); FTTN – FTT Node – волокно до сетевого узла

HDTV – High Definition Television – см. ТВЧ

IEC    – International Electrotechnical Commision – Международная электротехническая комиссия, МЭК

IPTV – Internet Protocol for Television – телевидение по протоколу Интернет: услуги предоставляются по выделенной и управляемой оператором сети с гарантированным качеством QoS

ISDB – Integrated Services Digital Broadcasting – цифровое вещание с интеграцией служб, принятая в Японии система ЦТВ

ISO    – International Standard Organization – Международная организация по стандартизации, ИСО

ITU-R,T – International Telecommunication Union – Международный союз электросвязи (МСЭ, R – сектор радиосвязи, Т – сектор стандартизации электросвязи)

 

JPEG – Joint Picture Expert Group – объединенная группа экспертов по изображениям, наименование группы стандартов компрессии статических изображений

LDPC – Low Density Parity Check – низкая плотность проверок на четность (помехоустойчивый код)

LDTV – Low Definition Television – см. ТПР

LMDS – Local Multipoint Distribution System – локальная многоточечная распределительная система (в диапазоне 22…29 ГГц)

MAC – Multiplexed Analog Components – мультиплексирование (временное) аналоговых компонент, система телевидения повышенного качества и HD-MAC – высокой четкости

MediaFlo – Media Forward Link Only – только прямое медиа-соединение, система мобильного вещания США

MFN  – Multi Frequency Network – многочастотная сеть

MMDS – Microwave Multipoint Distribution System – многоточечная СВЧ распределительная система (в диапазоне ниже 10 ГГц, обычно 2,5…2,7 ГГц)

MPEG – Motion Pictures Expert Group – группа экспертов по движущимся изображениям, наименование группы стандартов компрессии динамических изображений

Multicast – многоадресная передача: «точка – многоточка»

MVDS – Multipoint Video Distribution Systems – многоточечная видеораспределительная система (в диапазоне 10 ГГц и выше)

NTSC – National Television Systems Committee – национальный комитет ТВ систем, США, по имени которого названа система цветного телевидения (аналоговая композитная)

OTT   – Over the Top Internet Television – телевидение (видеоконтент) через Интернет: услуги предоставляются по открытой, неуправляемой сети Интернет

PAL   – Phase Alternation Line – «изменение фазы от строки к строке», наименование системы цветного телевидения (аналоговой композитной)

PON  – Passive Optical Network – пассивная оптическая сеть

PSF    – Progressive Segment Frame – сегментный кадр при прогрессивной развертке

QAM – Quadrature Amplitude Modulation – см. КАМ

QEF   – Quasi Error Free – практически без ошибок (в ЦТВ квазибезошибочный прием обеспечивается при одной ошибке в час, что соответствует вероятности ошибок 10^-11)

QoS   – Quality of Service – качество обслуживания

QPSK – Quadrature Phase-Shift Keying – квадратурная фазовая модуляция

RAVIS – Real-time Audio-Visual Information System – см. РАВИС

SAV – Start of Active Video – см. НАС

SDI    – Serial Digital Interface – последовательный цифровой интерфейс

SDTV – Standard Definition Television – см. ТСЧ

SECAM – Sequentiel Couleur avec Memoire – «последовательная передача цветов с запоминанием», наименование системы цветного телевидения (аналоговой композитной)

SFN   – Single Frequency Network – одночастотная сеть

SMPTE – Society of Motion Pictures and Television Engineers – Общество инженеров кино и телевидения, США

SPI     – Synchronous Parallel Interface – синхронный параллельный интерфейс

TCP/IP – Transport Control Protocol / Internet Protocol – протокол управления передачей / протокол Интернета

TRS   – Timing Reference Signals – опорный сигнал синхронизации

Unicast – одноадресная передача: «точка – точка»

VoD   – Video on Demand – видео по запросу, требованию

Wi-Fi – Wireless Fidelity – беспроводные Hi-Fi (High–Fidelity – высокая верность, точность) устройства, системы

WiMAX – Wireless MAN (Metropolitan Area Network) Exchange – беспроводная городская (мегаполиса) сеть обмена сообщениями

xDSL – (x – префикс) Digital Subscriber Line – семейство стандартов цифровой абонентской линии: более 20 асимметричных и симметричных стандартов – от ADSL до VDSL.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современное развитие электронных средств передачи информации характеризуется глубоким проникновением цифровых методов в процессы формирования, обработки и передачи (записи) сигналов с одной стороны, а с другой – их интеграцией и конвергенцией с компьютерными технологиями. Это позволяет многие операции над цифровыми сигналами осуществлять программно.

Теле- и радиовещание не являются исключением – во всем мире происходит процесс перехода к цифровым методам, который в одних городах и странах уже завершен, в других идет бурная цифровизация с конечной целью – завершить её в период с 2011 по 2015 гг. По-видимому, в этот срок не все уложатся, но переход неизбежен, поскольку цифровое телевизионное (ТВ) вещание (ЦТВ) по сравнению с аналоговым имеет существенные преимущества, подробно анализируемые в данном пособии.

Главное преимущество заключается в том, что усилиями ученых и инженеров многих стран удалось не только сохранить радиочастотный ресурс (РЧР) – уже сложившееся распределение радиочастотных ТВ каналов, но и «вписать» в полосу частот одного канала несколько цифровых ТВ программ (ЦТП) стандартной и даже высокой четкости [1 – 5].

Совсем недавно концепция «6+7+8=XXI век», предложенная М. И. Кривошеевым (с 1970 по 2000 год был Председателем исследовательской ТВ комиссии сектора радиосвязи Международного союза электросвязи –
МСЭ-Р), казалась фантазией и даже утопией. Действительно, для передачи цифровых ТВ сигналов требуются каналы с пропускной способностью примерно от 270 Мбит/с до 3 Гбит/с. Существующие же полосы частот наземных каналов вещательного и кабельного телевидения 6, 7 или 8 МГц (в зависимости от принятого в стране стандарта) на такие скорости не рассчитаны. Но, благодаря разработке высокоэффективных алгоритмов сжатия (сокращения избыточности), помехоустойчивых методов кодирования, новых многопозиционных видов цифровой модуляции, успехам в микроэлектронике и программном обеспечении, сложная задача была решена.

Теория преобразования компонентных ТВ сигналов (яркости и цветоразностных) в цифровой вид, а также сокращения в них избыточности и рассматривается в пособии. Эта первая операция получила название кодирование источника. Вместе с еще двумя – кодированием канала (помехоустойчивым кодированием) и модуляцией они завершают процесс формирования радиосигнала ЦТВ. Последние будут рассматриваться в других частях пособия.

Необходимо отметить, что продолжающееся еще вещание по аналоговым композитным системам цветного ТВ вещания NTSC, PAL и SECAM сыграло большую роль в накоплении теоретического и практического опыта работы со сложными сигналами и системами. Однако совместная передача сигнала яркости и сигнала цветности в общей полосе частот путем частотного уплотнения их дискретных спектров (так обеспечивается совместимость с черно-белым телевидением) явилась причиной многих видов искажений. Последние отсутствуют в цифровых ТВ системах, использующих временное уплотнение цифровых компонентных сигналов яркости и двух цветоразностных. Вместе с ними уплотняются цифровые стереофонические сигналы звукового сопровождения, звукового вещания и дополнительные данные.

Европейские страны и большинство других стран для ЦТВ приняли семейство стандартов DVB (Digital Video Broadcasting – дословно – цифровое видеовещание), которое только по виду среды распространения сигналов подразделяется на наземное (Terrestrial), спутниковое (Satellite) и кабельное (Cable) – DVB-T, DVB-S и DVB-C (НЦТВ, СЦТВ и КЦТВ).

В наиболее промышленно развитых европейских странах внедрение DVB начиналось с 1994 – 95 гг. по системе телевидения стандартной четкости ТСЧ (SDTV – Standard Definition Television), условно обозначаемой 625/50/2:1/4:3, поскольку телевидение высокой четкости – ТВЧ (HDTV – High Definition Television) считалось роскошью. Только США начали ЦТВ по американской системе ATSC (Advanced Television Systems Committee – Комитет улучшенных (перспективных) телевизионных систем) и по ТСЧ, и по ТВЧ (см. п. 1.2) и в середине 2009 г. прекратили вещание по аналоговой системе NTSC.

По прошествии нескольких лет после начала тестового вещания стала вырисовываться существенная и отличительная особенность ЦТВ по сравнению с аналоговыми системами, с момента принятия которых прошло почти 60 (NTSC) и 45 (PAL, SECAM) лет. За столь продолжительный период совершенствовалась элементная база, внедрялись новые методы обработки сигналов, но параметры и характеристики аналоговых систем, утвержденные соответствующими стандартами, практически не изменялись [6 – 10].

Напротив, цифровые системы передачи и записи изображений все время развиваются и совершенствуются, расширяются их функциональные возможности. Приведем только основные этапы развития систем DVB по состоянию на начало 2012 г. Появление источников сообщений – ТВ передающих камер с отношением сигнал/шум 60 – 65 дБ явилось причиной перехода от восьмиразрядного кодирования к 10- и даже 12-разрядному при аналого-цифровом преобразовании (АЦП) компонентных сигналов яркости и двух цветоразностных.

Необходимость передачи возрастающих объёмов информации с высоким качеством в ограниченной полосе стандартного ТВ канала была побудительным мотивом для разработки методов сокращения избыточности с большей степенью компрессии (см. раздел 2) – от MPEG-1 до MPEG-4 AVC/H.264, а также более помехоустойчивых способов кодирования канала и высокоэффективных видов цифровой модуляции [11 – 25, 47, 48, 65].

Результаты не замедлили сказаться – разработаны и внедряются системы ЦТВ второго поколения DVB-T2, S2 и C2, появились системы мобильного приёма на портативные устройства с небольшими экранами – DVB-H и DVB-SH, созданы системы интерактивного ТВ, «видео по запросу» (Video on Demand), Интернет-вещание, значительно возросло количество программ, передаваемых по стандарту высокой четкости HDTV [26 – 28, 52, 63]. Для привлечения абонентов российская компания «Континент ТВ» предлагает всем, кто подключится к базовому пакету «Классический» на оборудовании Continent, смотреть бесплатно в течение 2012г. 10 разнообразных по тематике каналов.

Следует отметить, что и в нашей стране эффективно внедряются наземное, кабельное, спутниковое, мобильное ЦТВ и вещание по протоколу Интернет – IPTV (Internet Protocol Television). Только по линии РУП «Белорусский радиотелевизионный передающий центр» уже установлено 57 цифровых радиотелевизионных передающих станций (РТПС), покрывающих территорию, на которой проживает 95% населения. Каждый из передатчиков транслирует 8 ЦТП (цифровых ТВ программ) по стандарту ТСЧ. До конца 2012 г. будут введены еще 10 станций. К середине 2015 г. должно быть дополнительно установлено еще примерно 32 РТПС.

Национальный оператор электросвязи РУП «Белтелеком» в 2008 г. ввел в коммерческую эксплуатацию в г.Минске интерактивную систему ТВ - видео по запросу (IPTV) по цифровой абонентской линии (xDSL), получившую в 2009 г. брэнд ZALA. С 15 ноября 2010 г. начато вещание пакета программ и по стандарту ТВЧ, а с мая 2011 г. услуга IPTV предоставляется региональными дата-центрами в областях в режиме unicast («точка – точка»), т.е. по индивидуальному запросу пользователей в удобное для них время. При этом трансляция ТВ каналов в режиме реального времени multicast («точка – многоточка») по-прежнему осуществляется с головного центра обработки данных.

Казалось бы, достигнут предел мечтаний: ТВЧ на большом и плоском экране с возможностью индивидуального запроса программ в любое время, что может быть лучше? – только трехмерное изображение – 3D. Пока это стереоскопическое телевидение (не в полном смысле объемное), но вышедшее из стен научно-исследовательских лабораторий. Eutelsat транслирует через спутник EUROBIRD 9A в позиции 9° в.д. ТВ программы в формате 3D HDTV, а многие кинотеатры Европы перешли от тестовых к реально прямым демонстрациям различных событий. Так, в 2010г. была проведена первая в мире прямая трансляция в формате 3D из Санкт-Петербурга через этот спутник гала-концерта звезд Мариинского театра под руководством В. Гергиева. Спектакли петербургского театра (в т. ч. и в записи) положили начало российскому 3D телеканалу, который создан с участием российской компании General Satellite и британской Can Communication, которые в апреле помогали «Мариинке» с прямой трансляцией в формате 3D. Лондонский королевский театр оперы и балета «Ковен-Гарден» также объявил, что будет записывать свои спектакли в формате 3D для дальнейшего показа в кинотеатрах. Другая российская телекомпания «HTB Плюс» в партнерстве с FIFA в 3D-кинотеатрах Москвы в прямом эфире через спутник W7 показывала финальные матчи чемпионата мира по футболу-2010 из Южной Африки.

Международная организация DVB Project, курирующая развитие и стандартизацию ЦТВ, в 2011г. приняла окончательную версию спецификаций стандарта DVB–3DTV.

На международной выставке «Связь–Экспоком '2011» в Москве было продемонстрировано несколько новых оригинальных решений в области ЦТВ. Ученые из МНИТИ, томских компаний Triaxes Vision разработали совместную с имеющимися у населения аналоговыми и цифровыми телевизорами российскую систему цифрового трехмерного телевидения 2D/3D DVB-T. Просмотр программ трехмерного ТВ на обычных ТВ приемниках в виде плоского изображения обеспечивается тем, что стереоскопический ТВ сигнал 3D содержит две компоненты: сигнал изображения 2D и дополнительный сигнал глубины Depth. Такое решение позволяет передавать по сетям ЦТВ программы стереоскопического ТВ телевидения 2D/2D DVB-T и в то же время их принимать и отображать – как на обычных, так и на стереоскопических телевизорах 3D со встроенным декодером сигнала трехмерного ТВ (формат 2D+Depth).

Во время выставки экспериментальное вещание стереоскопической ТВ программы по каналу НЦТВ DVB-T осуществлялось с ТВ башни компании «Октод», расположенной в Москве в районе Октябрьского Поля, при помощи цифрового передатчика мощностью 2кВт на 34-м ТВ канале. При этом транспортный поток увеличивается по отношению к сигналу ТВЧ всего на 20%. Полученное изображение можно было оценить на стенде выставки при помощи двух автостереоскопических дисплеев, обеспечивающих просмотр стереоизображения без очков.

Среди разработок Научно-исследовательского института телевидения (г. Санкт-Петербург) был и аппаратный видеокодек, который в реальном времени осуществляет компрессию 18 программ ТСЧ, либо трех ТВЧ. Для этого используется собственный оригинальный стандарт, который, по заявлению разработчиков, обеспечивает степень компрессии в два раза лучше, чем MPEG-4. Этот же институт разработал пять стандартов по ТВЧ [55–59]. Свою студию для производства 3DTV представил Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, который в 1970-годах (тогда ЛЭИС) был одним из первых в мире среди разработчиков стереоскопических систем черно-белого и цветного телевидения. Наиболее крупный провайдер спутникового ТВ в России «НТВ Плюс» в мае 2011г. запустил производство собственного 3D-контента в рамках проекта «НТВ Плюс» 3D by Panasonic». При помощи выездного комплекса (компании Panasonic) планируется снимать и транслировать футбольные матчи в формате 3D.

В нашей стране с 1 июня 2011 г. начато тестовое стереоскопическое цветное 3D ТВ вещание, которое доступно подписчикам HD-пакета ZALA. Для их просмотра необходимо иметь телевизор с функцией 3D и активные 3D-очки.

Поскольку обычная кинопленка имеет разрешение на порядок больше, чем ТСЧ, повышение качества изображения не ограничивается внедрением ТВЧ – уже созданы системы ТВ ультравысокой четкости (UHDTV) для видеоинформационных систем и цифрового кинематографа [19, 52, 54].

Это далеко не полный перечень новых технологий в ЦТВ. Они отражены в огромном количестве рекомендаций Международного союза электросвязи, стандартах Международной организации стандартизации (ISO), Международной электротехнической комиссии (IEC), технических отчетах и стандартах европейского института стандартов по телекоммуникациям (ETSI), рекомендациях Европейского союза вещания (EBU) и других организаций. В этих документах преимущественно утверждаются требования к параметрам и характеристикам, алгоритмам обработки сигналов и т. п., т. е. даются ответы на вопросы «Как должно быть?», «Каким требованиям должна отвечать та или иная система, устройство?», но в меньшей степени на вопрос «Почему так, а не иначе?».

Учитывая ограниченность объема любого учебного издания и данного пособия в том числе, в нем в доступной для студентов форме, но не в ущерб строгости изложения, рассматриваются на физическом и математическом уровнях вопросы кодирования источника сообщений в системах ЦТВ.

В последующих трех частях учебного пособия предполагается проанализировать: канальное (помехоустойчивое) кодирование и модуляцию, алгоритмы компрессии изображений MPEG, а также оконечные устройства ТВ систем – преобразователи свет–сигнал и сигнал–свет.

Однако в такой план могут быть внесены изменения. Это обусловлено тем, что кроме цифровых систем ТВЧ неожиданно стремительно стали развиваться системы стерео и объемного (многоракурсного) ТВ, не только системы ОТТ (Over The Top Internet Television – телевидение (видеоконтент) через Интернет), использующие открытую, неуправляемую сеть Интернет, но и системы IPTV, многочисленные услуги которых предоставляются через выделенные и управляемые оператором сети с гарантированным качеством обслуживания (QoS) [52 – 54, 62 – 67].

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ