Классификация систем цифрового телевизионного вещания

Современное состояние в области ЦТВ характеризуется большим разнообразием систем ЦТВ, применяемых способов сжатия (значительного уменьшения избыточности), формирования программных и транспортных потоков, методов помехоустойчивого кодирования и высокоэффективных многопозиционных видов цифровой модуляции.

Не претендуя на исчерпывающую классификацию, системы ЦТВ можно разделить на 17 классификационных признаков (рисунок 1.4). Первый признак (А) делит системы по виду передаваемых изображений на монохромные (черно-белые), цветные, стереоскопические и объемные. Поскольку ТВ вещание с электронной разверткой начиналось (в 1930-е годы) с передачи черно-белых изображений, то и системы А1 включены в классификацию. Это сделано еще и потому, что в ЦТВ черно-белые изображения передаются при трансляции снятых на черно-белую пленку кинофильмов. В последующие годы были приняты стандарты с различным числом строк в кадре – 405 (Великобритания), 525 (США) и 819 (Франция). Стандарт на 625 строк впервые был принят в СССР в 1945 г., и он стал наиболее распространенным. При внедрении цветного телевидения по системам NTSC (1953 г.) и PAL, SECAM (1967 г.) были оставлены только два значения числа строк разложения изображения – 525 (страны Северной Америки, Япония и Корея) и 625 (остальные государства) при чересстрочной развертке с частотой полей (кадров) 60 (30) и 50 (25) Гц соответственно. В системе NTSC по сравнению с черно-белым ТВ значения  частот полей (кадров) уменьшены в 1,001 раза – 59,94 (29,97)Гц.

Длительное время все операции по формированию, обработке, записи, передаче и приему сигналов осуществлялись над аналоговыми ТВ сигналами. Даже когда в телефонии стали применяться цифровые методы передачи с импульсно-кодовой модуляцией, ТВ вещание оставалось аналоговым еще долгие годы. Элементная база того времени, да и весь уровень развития техники не позволяли осуществить столь резкий скачок (почти в 4220 раз) – от 64 кбит/с (скорость в основном цифровом канале) к 270 Мбит/с и более.

Появление микросхем, пусть и малой степени интеграции, открыло путь к проведению научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИР и ОКР) по созданию комплекса цифрового оборудования аппаратно-студийного блока (АСБ) и центральной аппаратной (ЦА) телецентра. Усилиями нескольких коллективов ученых и инженеров предприятий, заводов и вузов, но в основном Всесоюзного научно-исследовательского института телевидения (г. Ленинград) в течение 1975 – 1982 гг. были выполнены ряд НИР и ОКР, которые завершились разработкой и настройкой первых в мире цифровых АСБ и ЦА, а также комплекса измерительных приборов. Сигнал яркости дискретизировался с частотой 12,5 МГц, а цветоразностные сигналы – поочередно через строку с частотой 3,125 МГц. Использовалось 8- и 7-разрядное двоичное кодирование. Скорость цифрового потока составляла 121,875 Мбит/c.

Советские специалисты принимали активное участие в работе Международного консультативного комитета по радио (МККР, сейчас это сектор радиосвязи МСЭ-Р) и знали, что готовятся рекомендации по цифровому телевидению с параметрами: f _{Д. Y} = 13,5 МГц, f _Д.ЦРС = 6,75 МГц при 8-ми разрядном кодировании. ВНИИТ в 1982 – 1984 гг. по программе «Студия» разработал и изготовил цифровое оборудование для АСБ и ЦА с такими параметрами почти на год раньше, чем МККР принял соответствующую рекомендацию.

 

 

Рисунок 1.4 – Классификация систем цифрового телевизионного вещания

 

 

Рисунок 1.4, лист 2

 

 

Рисунок 1.4, лист 3

 

Рисунок 1.4, лист 4

 

Рисунок 1.4, лист 5

В мире в то время была разработана лишь одна экспериментальная цифровая студия французской фирмы «Томсон» (г. Ренн, 1985 г.), но по объему функций она уступала АСБ и не имела ЦА. Обе разработки – и советская, и французская – по уже упоминавшимся причинам были громоздки и много потребляли энергии. Относительно объема оборудования на существующей тогда отечественной элементной базе можно только догадываться, если вспомнить, что первый видеомагнитофон для записи сигналов цветного ТВ на широкую магнитную ленту, изготовленный в США фирмой «Ampex», весил 1,5 тонны. Отсутствие же эффективных алгоритмов сжатия и помехоустойчивого кодирования не позволяли начать опытное вещание.

В 1990-е годы в СССР произошли известные события и работы по ЦТВ на некоторое время были практически свернуты. Наверстывать упущенное всегда сложно, тем более в такой стремительно развивающейся отросли как информационные технологии.

Разделение систем на стереоскопические (А3) и объемные (А4) сделано нами специально, чтобы подчеркнуть различное их толкование, несмотря на то, что «stereos» в переводе с греческого обозначает твердый, объемный, телесный, пространственный. Иными словами стерео – это и есть объемное. В чем же тогда их различие в нашем контексте?

Мы видим объемное изображение объектов (предметов), во-первых, благодаря наличию двух органов зрения, разнесенных на определенное расстояние – базис и, во-вторых, возможности изменения точки наблюдения и, следовательно, видения другого ракурса. Очевидно, технически проще всего реализовать первую функцию: съемку вести двухобъективным (с призменными насадками) киносъемочным аппаратом так, чтобы на обычной кинопленке фиксировались два расположенных друг под другом левое и правое изображения (стереопара). Поэтому пленка при съемке должна продвигаться сразу на два кадра. Когда появилась широкая (70 мм) кинопленка, в СССР впервые в мире учеными и инженерами научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ) был разработан стереоскопический аппарат, обеспечивающий съемку на один кадр пленки двух изображений – левого и правого. Они получили широкое распространение в кинотеатрах прежде всего Москвы и Ленинграда. Еще больший успех ожидал их в США, когда американская техническая делегация ознакомилась с разработками НИКФИ.

Аналогично и в ТВ, только уже на уровне сигналов: требуется передавать два сигнала, соответствующие стереопаре. Следовательно, в стереоцветном ТВ передают полный цветовой ТВ сигнал U_ПЦТС.Л(t) левого изображения и U_ПЦТС.П(t) правого одновременно (требуется занятие двух ТВК), либо поочередно по кадрам (полям). Аналоговые системы стереоцветного ТВ (они названы МРТИ-1, МРТИ-2, автор Ткаченко А. П. и ЛЭИС – кафедра телевидения Ленинградского электротехнического института связи им. проф. М. А. Бонч – Бруевича, которую возглавлял тогда известный ученый Павел Васильевич Шмаков, один из родоначальников многих новых проектов по развитию ТВ, автор первой в мире монографии по стереотелевидению черно-белому и цветному (1966 г.), под его редакцией были изданы несколько учебников «Телевидение») подробно описаны в [10]. Опытные передачи черно-белых и цветных стереоизображений впервые в СССР и одни из первых в мире как раз и велись из небольшой студии ЛЭИСа (сейчас СПбГТУим. проф. М. А. Бонч – Бруевича).

Вторую и первую функции зрения обеспечивают объемные системы ТВ – многоракурсные (имеются сообщения о видеосъемке с помощью 32-х ТВ камер, расположенных вокруг объекта съемки) и голографические (разработано несколько вариантов голографических экранов (дисплеев). В настоящее время стереоскопические и объемные системы ТВ реализуются в цифровом виде по стандарту DVB – 3DTV, см. тж. Введение и [54, 64].

По виду обрабатываемых в студии сигналов (признак Б) системы ТВ разделены на аналоговые, аналог – цифра – аналог и цифровые. В такой последовательности они исторически и развивались вместе с непрерывным повышением требований к качеству изображения, обеспечиваемому цветными ТВ системами, которые к 1988 г. находились в эксплуатации уже долгие годы – NTSC (35 лет), PAL и SECAM (21 год). На этапе перехода от ТСЧ к ТВЧ было несколько новых систем, получивших название «телевидение повышенного качества» – ТПК (EDTV – Enhanced Definition Television). Наиболее интересными были системы MAC (Multiplexed Analog Components – мультиплексирование (по времени) аналоговых компонентных сигналов). ТПК обозначает системы, основанные на стандартах разложения изображения 525/625, но обеспечивающие повышенную разрешающую способность, обычный (4:3) или расширенный (16:9) формат кадра при неизменных или новых стандартах излучения радиотелевизионного сигнала.

Системы MAC использовались для передачи сначала программ ТСЧ по аналоговым каналам спутникового ТВ с частотной модуляцией, а затем и ТВЧ. Для того времени это было незаурядным решением – уплотнить во времени аналоговые компонентные сигналы СЯ и ЦРС с расширенными полосами частот 5,6 МГц для СЯ (по сравнению с 5,0 МГц для большинства стран Европы) и 2,8 МГц для ЦРС (что более, чем в два раза шире, чем в композитных системах NTSC, PAL и SECAM (1,3 МГц). Причем в спутниковом канале ширина полосы частот не изменялась. Сигналы СЯ и ЦРС преобразовывали в цифровой вид и сжимали во времени в 1,5 и 3 раза соответственно, т. е. записывали в память и считывали быстрее. Затем их преобразовывали в аналоговый вид и получали СЯ и ЦРС с увеличенной во столько же раз шириной полосы – до 8,4 МГц (происходит обмен полосы на время передачи, о котором шла речь на с. 20 этого пособия). Подаваемый на частотный модулятор земной станции сигнал представлял собой уплотненные во времени в течение строки сигнала: синхронизации и звукового сопровождения в цифровом виде (в интервале СГИ), один из ЦРС (например, «красный») в течение ~17,3 мкс (Tстр.акт/3 = 52 · 106 / 3 = 17,(3) мкс) и сигнал яркости в течение ~34,6 мкс. В другой строке вместо «красного» передавался «синий» ЦРС. Поскольку спектр реальных сигналов, и MAC сигнала в том числе, спадает с ростом частоты, и в нем нет модулированных поднесущих цветности и звукового сопровождения, то не было необходимости увеличивать ширину полосы ЧМ тракта.

По характеру формируемых сигналов (признак В) ТВ системы могут быть композитными (В1), к которым относятся NTSC, PAL и SECAM (полосы частот указаны для стандартов D/K и L), и компонентными (В2), в которых ЦРС обозначены «сж» – сжатые во времени, «н» – нормированные.

По способу передачи информации о яркости и цветности (признак Г) системы делятся на три типа: к Г1 – отнесены системы PAL, SECAM и NTSC, к Г2 – системы MAC, Г3 – цифровые системы.

По формату цифрового представления сигналов ТСЧ системы разделены на 6 типов, для каждого из них указаны соотношения между частотами дискретизации СЯ и двух ЦРС: 1 – 3,375 МГц, 2 – 6,75 МГц и 4 – 13,5 МГц при формате кадра 4:3. Приведены также скорости мультиплексированного несжатого цифрового потока.

В Д6 приведены скорости для преобразованных в цифровой вид полных цветовых ТВ сигналов NTSC, PAL и SECAM. Этот вариант применялся в первые годы внедрения ЦТВ.

Признак Е делит аналоговые и цифровые системы по их наименованию: Е1 – Е4 NTSC, PAL, SECAM, MAC; Е5 – американская (США) ATSC; Е6 – европейская DVB, принятая в большинстве стран мира; Е7 – японская ISDB; Е8 – система DMB, имеющая три модификации – китайскую DTMB (и CMMB – эфирно-спутниковая) южно-корейскую и европейскую; Е9 – системы DVB по принятым в Российской Федерации (РФ) стандартам (ЦТВ РФ); Е10 – RAVIS, российская система цифрового наземного мультимедийного и звукового вещания РАВИС.

Принятая в США – Е5 – система ЦТВ ATSC (Advanced Television Systems Committee – Комитет перспективных (улучшенных) систем телевидения) получила название по имени разработавшего ее комитета по аналогии с ранее принятой аналоговой системой NTSC (National Television System Committee – национальный комитет телевизионных систем). При этом для мобильного ЦТВ принята система MediaFlo [1, 2, 19, 22, 24, 25].

Системы DVB (Digital Video Broadcasting) – Е6 – различаются по области применения: DVB-T (Terrestrial) – наземного цифрового телевизионного вещания (НЦТВ) первого поколения и DVB-T2 – второго поколения; DVB-S (Satellite) – спутникового цифрового телевизионного вещания (СЦТВ) первого поколения и DVB-S2 – второго поколения; DVB-C (Cable) – кабельного цифрового телевизионного вещания (КЦТВ) первого поколения и DVB-С2 – второго поколения; DVB-H (Handheld) – мобильного цифрового телевизионного вещания (МЦТВ) и DVB-SH (Satellite Handheld), в которых прием сигналов осуществляется на мобильные терминалы [1, 2, 12, 22…28].

Семейство стандартов DVB перечисленными не ограничивается, имеется еще более 30 стандартов ETSI (European Telecommunication Standard Institute – Европейский институт стандартов по телекоммуникациям), среди которых: DVB-MC – на микроволновые многоточечные распределительные системы MMDS в диапазоне ниже 10 ГГц; DVB-MS – на многоточечные видеораспределительные системы MVDS в диапазоне выше 10 ГГц; DVB-TXT, DVB-SI – на передачу сигналов телетекста и сервисной информации; DVB-DSNG – системы спутникового сбора новостей; DVB-RCC, DVB-RCP, DVB-RCD, DVB-RCG и DVB-RCL – интерактивные каналы: для кабельной распределительной сети, по коммутируемой телефонной сети общего пользования или ISDN, через усовершенствованную беспроводную систему связи DECT, через систему GSM и для локальной распределительной системы LMDS соответственно; DVB-CS – на спутниковые распределительные ТВ системы с коллективной антенной SMATV; DVB-DATA – передачи данных по любым сетям DVB и др.

Система ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting – цифровое вещание с интеграцией служб) – Е7 – принята в Японии и имеет много общего с европейской DVB [1, 2, 22, 24, 25].

Системы DMB имеют одинаковое обозначение (аббревиатуру), но различное наименование в зависимости от разработчика.

Стандарты РФ – Е9 – на цифровые системы ТПЧ и ТВЧ [55 – 59] разработаны с учетом соответствующих рекомендаций ITU-R, европейских стандартов на системы DVB, и Американского национального института по стандартизации и Общества инженеров кино и телевидения SMPTE (США). Особенностью цифровой системы ТВЧ (для которой принято расстояние наблюдения, равное 3h, h – высота экрана) является возможность использования двух стандартов разложения изображения [55]. Первый содержит 1250 полных строк в кадре: 1250/25, 50 p, 1250/50 i с форматом кадра 16:9 (4:3), количеством пикселей в активной части кадров 1080 (1125) × 1920 и форматом представления 4:2:2 (при 25 p, 50 i) и 4:2:0 (при 50 p).

Частота дискретизации сигналов R, G, B, Y при частоте кадров 50 Гц (формат 4:2:0) равна f _{Д. Y} = 148,5 МГц, а ЦРС – f _{Д. ЦРС} = 74,25 МГц. Для формата 4:2:2 (25 p, 50 i) соответствующие частоты равны 74,25 МГц и 37,125 МГц. Полное число отсчетов в строке для обоих форматов равно 2376 для сигналов R, G, B, Y и по 1188 – для каждого ЦРС.

Воспроизведение широкоформатного изображения высокой четкости должно осуществляться в формате кадра 16:9 с числом элементов изображения 1920 × 1080. При этом сделано существенное дополнение: для цифрового ТВЧ предпочтительным является воспроизведение изображения высокой четкости унифицированным растром с форматом отображения 15:9 и числом отображаемых элементов 1920 × 1152. В результате этого внизу растра появится поле 1920 × 72 для отображения дополнительной информации, например, речевого или иноязычного сопровождения в цифро-буквенном виде или полного отображения изображения с форматом кадра 4:3 и числом отображаемых элементов 1536 × 1152.

Второй стандарт разложения изображения в кадре содержит 1125 полных строк: 1125/25, 50 p и 1125/50 i с форматом кадра 16:9, числом активных элементов изображения в кадре 1920 × 1080. Частоты дискретизации при прогрессивной развертке (50 p) совпадают с разложением на 1250 строк, а при развертках с 25 p и 50 i – с аналогичными для 1250 строк. Полное число отсчетов в строке при указанных параметрах разложения составляет: для сигналов R, G, B, Y – 2640 и по 1320 – для каждого ЦРС. Этих данных достаточно для нахождения скорости уплотненных во времени сигналов при формировании последовательного цифрового потока, что будет показано в п. 1.4.

В РФ разработан также государственный стандарт [58] на систему ЦТВ повышенной четкости (качества) – ТПЧ с построчным разложением на 825 строк, частотой кадров 50 Гц, форматом передаваемого изображения 16:9 (4:3), при активном числе строк в кадре 720 (768) и расстоянии наблюдения l _Н = 4 h. Частоты дискретизации приняты равными 74,25 МГц для СЯ и 37,125 МГц для ЦРС, при полном числе отсчетов в строке, равном 1800 (для R, G, B, Y) и 900 (для ЦРС). Здесь тоже рекомендуется воспроизводить изображение ТПЧ растром с форматом 15:9 и числом отображаемых элементов 1280 × 768. На поле 1280 × 48 внизу растра можно отображать ту же информацию, что и в стандарте на 1250 строк, или полное изображение с форматом кадра 4:3 и числом отображаемых элементов изображения 1024 × 768 (4:3).

Следующим стандартом РФ на ЦТВ [59] является широкоформатное ТВ стандартной четкости – ТСЧ с форматом изображения 16:9 и разложением изображения на 960 × 540 активных элементов в кадре при полном числе строк 625 и активном – 540/576. Расстояние наблюдения принято равным l _H = 6 h. Предусмотрены параметры разложения 625/50 i, 25, 50, 100 р с частотами дискретизации СЯ (ЦРС) – 18,5625 (9,28125) МГц – для 50 i и 25 р; 37,125 (18,5625) МГц и 74,25 (37,125) МГц – для 50 р и 100 р соответственно. Полное число отсчетов в строке для сигналов R, G, B, Y (ЦРС) составляет 1188 (594).

Воспроизведение изображения должно осуществляться в формате 16:9 с числом элементов 960 × 540 предпочтительно на экранах с форматом 15:9 и числом элементов 960 × 576. Возникающее поле 960 × 36 внизу растра используется как и в предыдущих стандартах или для полного отображения изображения с форматом 4:3 и числом элементов 768 × 576.

Получилось столь большое разнообразие форматов передаваемых ТВ изображений (4:3, 16:9) обычных, широкоформатных и широкоэкранных кинофильмов (от 1,5:1 до 2,75:1), форматов отображения и устройств воспроизведения (4:3, 5:4, 15:9, 16:9, 16:10), при котором трудно осуществлять их согласование. По-видимому, оно должно производиться в телевизоре (дисплее) в ручном режиме, либо автоматически.

Система Е10 – RAVIS (Real-time Audiovisual Information System) – аудиовизуальная информационная система реального времени разработана в РФ [60, 61] на основании патента [62].Система предназначена для организации цифрового наземного звукового и мультимедийного радиовещания в I и II полосах ОВЧ – диапазона частот. В настоящее время под аналоговое ЧМ – вещание отведено две полосы в этом диапазоне: 65,8 – 74 МГц и 87,5 – 108 МГц (при этом участок 92 – 100 МГц отведен пятому ТВК). При стереофоническом вещании на частотный модулятор подается комплексный стереосигнал, сформированный в первой полосе по методу принятой еще в СССР полярной модуляции, а во второй – по международной системе с полярной модуляцией. Система РАВИС с существенно расширенными функциями должна заменить аналоговые системы с ЧМ при сохранении частотных распределений и предоставлении новых мультимедийных услуг: по передаче в одном стандартном радиоканале ЧМ – вещания более 10 звуковых стереопрограмм CD – качества или нескольких программ многоканального звука, возможности трансляции видеопрограмм для мобильного потребителя и реализации ТВ вещания в малонаселенных пунктах при резком удешевлении системы вещания.

Для видеокомпрессии используется оригинальная реализация кодера Н.264/AVX, основанная на российских патентах «ноу–хау». В системе реализован высокоэффективный кодер звука НЕ–ААС, а также кодирование многоканального звука MPEG Surround, более помехоустойчивое кодирование (как в DVB–T2) и технология OFDM. Сравнение характеристик систем DRM+, IBOC–FM (HD Radio, Digital System C) и РАВИС показывает, что последняя значительно превосходит известные [61].

По стандартам разложения изображения (признак Ж) системы ЦТВ можно разделить на семь типов, из которых Ж1÷Ж4 относятся к ТВ, а Ж5 и Ж6 – к цифровому кинематографу и видеоинформационным системам. В отдельную группу Ж7 выделены системы стереоскопического 3D телевидения, которые могут иметь различное разрешение. Телевидение стандартной чёткости – ТСЧ обычно обозначают четырьмя цифрами 625 / 50 / 2:1 / 4:3 и 525 / 60 / 2:1 / 4:3, которые определяют количество строк разложения, частоту полей, кратность чересстрочной (interlaced – i) развёртки и формат кадра – отношение ширины к высоте передаваемого ТВ изображения. При переходе на цифровое ТВ системы ТСЧ дополнились возможностью применения прогрессивной (progressive – р), т. е. построчной развертки и формата кадра 16:9.

Здесь указаны только четыре параметра, характеризующие особенности разложения изображения в процессе его развёртки. Действующие сейчас 10 стандартов на системы аналогового ТВ вещания (B, D, G, H, I, K, K 1, L, M, N), принятые ещё в эпоху чёрно-белого ТВ, описываются ещё рядом параметров, которые пронумеруем с учётом четырёх предыдущих: 5) диапазон волн (метровые, дециметровые); 6) ширина полосы частот ТВ сигнала; 7) вид модуляции несущих изображения и звука; 8) разность частот между несущими; 9) степень подавления нижней боковой полосы частот; 10) ширина полосы радиоканала вещательного телевидения; 11) уровни, форма и длительность синхронизирующих и гасящих импульсов.

С принятием аналоговых систем цветного телевидения (NTSC-1953 г., PAL и SECAM – 1967 г.) все перечисленные параметры остались в силе т. к. эти системы были разработаны с условием обеспечения совместимости с системами чёрно-белого ТВ. Появились новые параметры, характеризирующие: 12) способ формирования сигналов основных цветов U'_R, U'_G, U'_B;
13) способ формирования сигнала яркости U'_Y и первичных ЦРС U'_R-Y и U'_B-Y; 14) способ формирования преобразованных ЦРС: I и Q (NTSC), V и U (PAL), D_R и D_B (SECAM); 15) способ формирования сигналов цветности U_СЦ и цветовой синхронизации U _СЦС; 16) способ обеспечения перемежения спектральных составляющих сигналов U'_Y и U _СЦ; 17) метод формирования полного цветового ТВ сигнала; 18) метод формирования радиосигнала вещательного ТВ, равного сумме радиосигналов изображения и звукового сопровождения [3, 4, 6, 8, 9, 10].

При этом значения высшей частоты спектра ТВ сигнала F _В и ширина полосы частот радиоканала Δ F _РК (параметры 6 и 10), принятые в чёрно-белом ТВ, сохранились в цветном и в зависимости от стандарта имеют следующие значения (F _В /Δ F _РК):

– 6/8 МГц (стандарты D, K, K 1, L);

– 5,5/8 МГц (стандарт I);

– 5/7(8) МГц (стандарты B, G, H);

– 4,2/6 МГц (стандарты M, N).

Стандарт M (525 строк) принят в США, Японии и некоторых других странах; в большинстве других государств используются остальные девять стандартов (625 строк).

Каждая из трёх систем NTSC, PAL и SECAM может применяться с любым из 10 стандартов, образуя 30 комбинаций. На практике их число почти в два раза меньше, например, нет стран, в которых используется система SECAM с развёрткой на 525 строк (M) и 625 строк (I, N), не применяется система PAL со стандартом L, а система NTSC применяется только по стандарту M.

Из приведённых 18 параметров, характеристик и способов формирования и обработки сигналов в цифровых системах ТСЧ сохранены следующие: 1…6, 9 (только в ATSC), 10, 12 и 13, поз. 7, 11, 14 и 18 выполняются принципиально по-другому, а поз. 8, 15, 16, 17 не используются.

В системе ATSC сохранены частоты полей f _ПОЛ = 60/1,001 = 59,94 Гц и кадров f _К = 30/1,001 = f _ПОЛ/2 = 29,97 Гц при чересстрочной развёртке, как было в NTSC. Необходимость изменения частот полей и кадров по сравнению с 60 и 30 Гц, принятыми в чёрно-белом телевидении, обоснована в [8]. Дополнительно в ATSC приняты ещё два значения частот кадров 30 и 60 Гц при прогрессивной развёртке. Поэтому когда указывают частоты полей и кадров 30 или 60 Гц, под ними нужно понимать 29,97 и 59,94 Гц.

Кроме того, в стандарте с 525-ю строками (США и ряд других стран) предусмотрен режим работы передающих ТВ камер с прогрессивной разверткой с частотой 24 Гц, совпадающей с частотой съемки кинофильмов. Необходимость в этом обусловлена тем, что при демонстрации кинофильмов, снятых с частотой 24 кадра в секунду, по ТВ с частотой полукадров (полей) 60 Гц и частотой кадров 30 Гц возникают сильно заметные искажения изображения (особенно быстро движущихся объектов) и звукового сопровождения (высота звука увеличивается в 30/24 раза). Для их уменьшения усложняют телекинопроектор, в котором из каждых четырех кинокадров формируют 5 ТВ кадров (10 полукадров): когда передается первый (т. е. нечетный) кинокадр – образуют один ТВ кадр (2 поля), на втором (четном) кинокадре – образуют 1,5 ТВ кадра (3 поля = 2 + 1 повторенное) и так далее поочередно – 2 поля, 3 поля. Поскольку 75 % вечернего и ночного времени в ТВ вещании тратится на показ кинофильмов (24 к/с), то при работе телекинопроектора с прогрессивной разверткой и частотой кадров 24 Гц искажения не возникают. В ТВ приемниках для устранения яркостных мельканий необходимо преобразование частоты кадров 24 Гц в 48 или 72 Гц. В простейшем варианте на статических изображениях в модуле преобразования вида развертки запоминают каждый кадр и воспроизводят дважды или трижды, на подвижных изображениях алгоритм обработки значительно усложняется.

Оценка разрешающей способности аналоговых ТВ систем осуществляется по специальным испытательным таблицам, штриховым мирам и по измерительным сигналам. При этом за счет развертки изображение в вакуумной передающей трубке дискретизируется только по вертикали на z _АKT активных строк и воспроизводится таким же в кинескопе. Поэтому размер минимальной детали определяется диаметром электронного луча.

Высшая частота спектра ТВ сигнала при известных параметрах электронной развертки определяется по выражению [3, 4, 8, 10]

 

,                                                                       (1.14)

 

где р – коэффициент Келла;

  k = b/h – формат передаваемого ТВ изображения;

  f _К – частота кадров;

α и β – относительные потери времени на строчный и кадровый гасящие импульсы.

Подставляя в (1.14) численные значения, принятые в межгосударственном стандарте на систему вещательного ТВ [6]: k = 4/3, z = 625,
f_К = 25 Гц, α = 0,18, β = 0,08, получаем F _B = 7,3 МГц, а с учетом коэффициента Келла р = 0,82 – F _B = 6 МГц. Если тракт передачи видеосигнала аппроксимировать идеальным ФНЧ с частотой среза, равной 6 МГц, длительность импульса на выходе фильтра не может быть уже 1/2 F _B = 1/(2 ·  6 · 10⁶)= 83 нс по уровню 0,5 (или фронта между уровнями 0,1...0,9), либо 166 нс — по нулевому уровню. Значение 83 нс является теоретическим пределом минимального размера одной детали — элемента изображения (ЭИ). Практически длительность ЭИ получается в 1,5 — 2 раза большей по ряду причин: идеальный ФНЧ нереализуем и в этом нет необходимости, т. к. нужно будет корректировать характеристику группового времени запаздывания, а в тракте передачи цифровых двоичных сигналов склон АЧХ специально делается пологим для уменьшения межсимвольных искажений.

Современные ТВ передающие камеры строятся на ПЗС- или КМОП- матрицах, у которых количество светочувствительных элементов дискретно как по горизонтали (строкам), так и по вертикали. Их общее количество
(N = N _{Э. X .} · N _{Э. Y .}) и определяет число ЭИ в кадре. В этом случае выражение для расчета F _B имеет вид [29]

 

.                                        (1.15)

 

Если выполняется стандарт разложения по вертикали  и горизонтали , выражение (1.15) принимает вид (1.14).

При преобразовании ТВ сигнала в цифровой вид с частотой дискретизации f _Д = 13,5 МГц формируются отсчеты или выборки, следующие с периодом Т _Д = 74,(074) нс, создающие ортогональную пространственную структуру отсчетов (дискретную по двум направлениям), которые условно можно считать элементами изображения.

После преобразования на приемной стороне цифрового сигнала в аналоговую форму он подается на цветной кинескоп (люминофорный слой которого дискретен – мозаичный или штриховой), либо на матричные дисплеи (ЖК, плазменная или светодиодная панель, проектор), размер ЭИ на которых определяется одной физической ячейкой панели.

Оценка разрешающей способности ТВ системы с учетом изложенных факторов числом воспроизводимых ЭИ затруднительна. Поэтому за единицу измерения разрешающей способности принята «телевизионная линия» (TBJI). Под разрешающей способностью (раздельно по горизонтали и по вертикали), измеренной в TBJI, понимают максимальное суммарное количество светлых и темных линий, которые может воспроизвести устройство или система в целом, если испытательный сигнал прошел весь тракт. Здесь имеется некоторая аналогия с измерением разрешающей способности оптических приборов — числом периодов оптической волны, приходящимся на миллиметр или градус.

В компьютерной технике разрешающую способность дисплеев оценивают в пикселах (pixel = picture element — элемент изображения). Под ним понимают минимальный адресуемый элемент двумерного растрового изображения, для которого независимым образом можно задать яркость, цветовой тон и насыщенность. Следовательно, пикселом называются точки, на которые делится экран дисплея, при графическом режиме работы или точки, из которых формируется изображение на струйных или лазерных принтерах [13].

Разрешающую способность устройств воспроизведения изображения в телевидении можно оценивать в пикселах, но ТВ системы в целом измеряют в TBJI.

Телевидение повышенного качества – Ж2 – ТПК (EDTV – Extended Definition Television) по межгосударственному стандарту определяется как система ТВ с неизменным стандартом разложения изображения на телецентре (т. е. таком же, как и в ТСЧ), но обеспечивающая лучшее качество воспроизводимого изображения на приемной стороне. Примером такой системы ТПК являлась уже описанная ранее система МАС. Для приема таких сигналов на стандартный цветной телевизор необходимо было кроме спутниковой приемной установки иметь декодер МАС. В связи с успехами ЦТВ спутниковые системы МАС сейчас не используются. В то же время в РФ принят стандарт на систему ЦТВ повышенной четкости с полным числом строк 825 и построчной разверткой с частотой кадров 50 Гц.

К ТВЧ – Ж3 – на рисунке 1.4 отнесены только системы с числом строк разложения 720, 1125 и 1250 при различных видах развертки – чересстрочной (i – interlaced) или прогрессивной (p) с различными значениями частот полей и кадров. Но в США по системе HDTV ATSC ТВ вещание начато по 18 разновидностям – сочетаниям количества строк разложения – 525, 720 и 1125 (1080 активных), типа развертки – i и p и числа полей и кадров 24, 30 и 60 р, 24 psf, 60 i. При этом телевизоры должны принимать любой из сигналов и автоматически перестраиваться на нужный вид развертки. По-видимому, стандарт 525 даже с 60 р нельзя относить к ТВЧ.

Усилиями 11-й Исследовательской Комиссии МСЭ удалось стандартизировать цифровой сигнал не только стандартного, но и высокого качества. Принят единый стандарт ТВЧ для производства и международного обмена программами с 1125 строками разложения изображения и разными значениями частот полей и кадров (таблица 1.2). В соответствии с рекомендацией ITU-R BT.709-5 сохраняется единый формат изображения (Common Image Format) HD-CIF в виде матрицы с 1080 активными строками в кадре (т. е. отсчетами по вертикали) и с 1920 квадратными элементами изображения (пикселями) в активной части строки (т. е. по горизонтали). При этом значения единых параметров не зависят от частоты кадров, значения которой могут быть равными 60, 50, 30, 25 и 24 Гц.

Необходимо отметить, что задолго до начала цифрового ТВ вещания в Японии было разработано все необходимое оборудование для системы ТВЧ на 1125 строк и велось спутниковое вещание с использованием аппаратуры сжатия MUSE. В Европе разрабатывалась система HD-MAC. Трансляция олимпийских игр из Сеула велась по системе ТВЧ MUSE, а олимпийских игр из Франции и Испании в 1992 г. – по системе HD-MAC.

В стандарт включены новые значения частоты кадров при прогрессивной развертке, в том числе 24 Гц, используемой в кинематографии. Это обеспечивает тождественность электронной и киноверсии фильма, что упрощает международный обмен программами в виде кинофильмов, которые можно редактировать в электронном виде и затем передавать по цифровым каналам связи.

Для формирования сигналов изображения определены прогрессивный (р) и чересстрочный (i) способы развертки. Для транспортировки сигналов, сформированных первым способом, можно применять канал передачи прогрессивных кадров, либо сегментированных (psf).

Таблица 1.2 – Значения параметров для HD-CIF ТВЧ на 1125 строк

 

Вид развертки	60 p	30 p	30 psf	60 i	50 p	25 p	25 psf	50 i	24 p	24 psf
Частота полей, кадров, сегментированных кадров	60	30	60		50	25	50		24	48
Кратность развертки	1:1	1:1		2:1	1:1			2:1	1:1
Номинальная полоса аналоговых сигналов, МГц	60	30			60	30
Частота дискретизации, МГц: R, G, B,Y PR, PB	148,5 74,25	74,25 37,125			148,5 74,25	74,25 37,125

 

Термин «сегментированный кадр» означает, что ТВ сигнал сформирован прогрессивным способом, а передается в виде двух сегментов, один из которых содержит нечетные строки, а другой – четные. Для распределения сигналов, сформированных вторым способом, необходимо применять канал передачи чересстрочных полей.

Все четыре семейства систем ЦТВ DVB, ATSC, ISDB и DМB обеспечивают передачу ТВ сигналов как стандартной SDTV, так и высокой четкости HDTV. Однако, только в США переход в 1998 г. на цифровое ТВ вещание начался сразу на HDTV. В Европе и в других регионах переход от аналога к цифре начался с SDTV, поскольку HDTV считалось роскошью.

В европейских странах интерес к ТВ вещанию по стандарту HD-DVB проявился примерно с 2005 г. В настоящее время количество ТВ программ, передаваемых в цифровом виде по спутниковым каналам (СЦТВ), значительно превышает число аналоговых (см. тж. Введение).

В классификационный признак Ж вошли и цифровые интерфейсы высокого разрешения – HD, которые пришли на смену аналоговым, что значительно упрощает транспортировку данных от видеоконтроллера до матричных дисплеев на ЖК, OLED и плазменных панелях. Интерфейс HDMI (High Definition Multimedia Interface – мультимедийный интерфейс высокого разрешения) был разработан международной ассоциацией стандартизации видеоэлектроники VESA (Video Electronics Standards Association) в конце 2002 г. как единый мультимедийный стандарт для бытовой и компьютерной электроники. При его разработке за основу был взят интерфейс DVI (Digital Video Interface). В 2006 г. ассоциация VESA утвердила спецификацию интерфейса нового поколения, названного DisplayPort версии 1.1. Cтандарт DisplayPort заявлен как не подлежащий лицензированию и не облагаемый какими-либо выплатами, универсальный цифровой интерфейс для передачи аудио- и видеосигнала. Его внедрение позволяет производителям отказаться от интерфейсов VGA, LVDS, DVI и HDMI (таблица 1.3).

Унификация внутреннего и внешнего интерфейсов, как и отсутствие лицензионных выплат, позволяет производителям электроники снизить стоимость конечной продукции.

В DisplayPort предусмотрена поддержка стандарта HDCP защиты данных при широкополосной передаче от незаконного копирования, применяемого также в HDMI и получившего широкое распространение. В отличие от HDMI интерфейс DisplayPort обеспечивает передачу высококачественного звука без потерь и поддерживает современные звуковые форматы: Dolby Audio, Dolby True HD и Dolby Digital Plus.

В этот же классификационный признак для полноты картины включены и системы с более высоким разрешением – Ж5 и Ж6, чем НDTV – цифрового кинематографа (DCDM) с разрешением 4096 × 2048 пикселей и ультравысокой четкости (UHDTV) с разрешением от 3840 × 2160 до 7680 × 4320 пикселей, которые Международным союзом электросвязи рекомендованы и для видеоинформационных систем с большими экранами и соотношением сторон 16:9 – LSDI (Large Screen Digital Imagery). В настоящее время разработано 17 рекомендаций МСЭ по данной тематике. Некоторые параметры этих систем приведены в таблице 1.4 [52 – 54].

Следует отметить огромный вклад в развитие ЦТВ в мире профессора М. И. Кривошеева, который в течение 30 лет (1970…2000 гг.) был Председателем ТВ исследовательской комиссии (11-й ИК) МККР МСЭ (с 1993 г. – сектор радиосвязи МСЭ-Р). Его концепция «6 + 7 + 8 = XXI век» подчинила исследователей и разработчиков различных систем ЦТВ как ТСЧ, так и ТВЧ одной цели – обеспечить передачу нескольких цифровых ТВ программ ТСЧ или ТВЧ в стандартных полосах частот [1, 53].

Первая рекомендация по стандарту ТВЧ была принята в 1989 г. и по инициативе М. И. Кривошеева были продолжены исследования по повышению четкости ТВ изображения. Ее результатом стал принятый в 1999 г. единый мировой стандарт цифрового ТВЧ с разрешением 1920 × 1080 пикселей – нулевой уровень в иерархии будущих цифровых ТВ систем ультравысокой четкости UHDTV. Они ориентированы на создание международных видеоинформационных систем (ВИС) и цифровой кинематограф.

Уже предложены новые форматы изображения UHDTV: первый уровень – 3840 × 2160, второй 5760 × 3240, третий – 7680 × 4320; и многоканальное звуковое сопровождение 22.2. Это не просто плод теоретических исследований: японская компания NHK реализовала систему UHDTV с разрешением 7680 × 4320.

 

 

Таблица 1.3 – Основные характеристики дисплейных интерфейсов

 

Параметр	Типы интерфейсов и значения параметров
	DisplayPort	LVDS	DVI	HDMI
Поддержка аналогового интерфейса	Отсутствует	Отсутствует	Версия DVI-I	Отсутствует
Количество каналов передачи данных и синхронизирующих	1, 2 или 4 канала, синхронизация в основном канале	8 каналов, 2 синхроканала	3 – 6 каналов (два типа разъемов), 1 синхроканал	3 (тип А) и 6 (тип В) каналов, 1 синхроканал
Скорость передачи данных на канал	1,6 или 2,7 Гбит/с (возможность увеличения в будущем)	945 Мбит/с	Макс. 1,65 Гбит/с	Макс. 1,65 Гбит/с
Суммарная пропускная способность, Гбит/с	1,6 – 10,8	7,56	4,95 и 9,9	4,95 и 9,9
Поддержка передачи аудиоданных	Полная	Отсутствует	Отсутствует	Для типа А, дополнительно для типа В
Дополнительный канал	1 Мбит/с	Отсутствует	DDC	DDC
Кодирование данных	ANSI 8 B/10 B	Отсутствует	TMDS	TMDS
Защита данных	DPCP; HDCP (для версии 1.1)	Отсутствует	HDCP	HDCP
Протокол передачи данных	Микропакетный режим	Последовательный поток данных	Параллельный поток данных	Параллельный поток данных
Использование в качестве внутреннего интерфейса	Присутствует	Только как внутренний интерфейс	Отсутствует	Отсутствует

 

Таблица 1.4 – Основные характеристики большеэкранной системы

отображения информации

 

Параметр	Значения параметров
	Формат 3840 × 2160	Формат 7680 × 4320
Формат кадра	16: 9
Число отсчетов в активной части строки	3840	7680
Число активных строк в кадре	2160	4320
Структура дискретизации	Ортогональная
Направление развертки	Слева направо, сверху вниз
Формат пиксела	1: 1 (квадратные пиксели)
Соотношение частот дискретизации сигналов яркости и цветоразностных	4:2:0, 4:2:2, 4:4:4
Частота кадров, Гц	24*, 25, 30*, 50, 60*
Разложение изображения	Прогрессивное
Число бит/пиксел	10, 12
* Для систем 24, 30 и 60 Гц возможны также значения этих частот, деленные на 1,001.

 

Эти системы, естественно, рассчитаны не для целей наземного ТВ вещания, а для демонстрации разнообразной визуальной информации, в том числе и специально созданной телевизионной, на больших плоских экранах, установленных в многолюдных местах: на площадях, стадионах, улицах, вокзалах и т. д. ВИС придают городам новый облик, заменяя во многом ставшие привычными неподвижные панно, стенды с афишами и рекламой. Подавать сигналы на такие экраны можно со спутников или по волоконно-оптическим линиям связи, так как скорость цифрового потока для третьего уровня UHDTV составляет 16,6 Гбит/с в режиме 4:2:2 и при частоте кадров 25 Гц.

Председателем международной группы по проблемам мировой стандартизации цифровых мультимедийных ВИС избран в мае 2009 г. проф. М. И. Кривошеев, который с 2000 г. является Почетным председателем Исследовательской Комиссии по вещанию МСЭ-Р.

В 2005 г. был принят первый стандарт на системы цифровой кинематографии DCI (Digital Cinema System Specification), а в январе 2008 г. были официально приняты новые стандарты SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers – общество инженеров по подвижным изображениям и телевидению США) для цифрового кинематографа D-Cinema Distribution Master (DCDM), D-Cinema Packaging MXF JPEG 2000 и др. В настоящее время цифровые стандарты кинопроизводства находят все большее применение в мировой практике.

В феврале 2011г. ФГУП «Космическая связь» и компания «СинеЛаб Дата Дливерн» объявили о запуске проекта доставки цифрового кино через спутник непосредственно в кинотеатры на всей территории России и СНГ (за исключением удаленных регионов Дальнего Востока). По данным Digital Cinema.ru к 1 декабра 2011г. около 660 кинотеатров (1332 зала) оснащены цифровыми проекторами. Приемная сеть, развернутая компанией «СинеЛаб», не имеет аналогив в России и к началу 2012г. включает в себя 160 станций. До конца года их планируется установить во всех цифровых кинотеатрах России.

В состав систем ТВ пониженного (низкого) разрешения – ТПР (LDTV – Low Division Television) вошли системы, которые обеспечивают более низкое разрешение по сравнению с ТСЧ (SDTV). В соответствии с рекомендацией ITU-T ВТ.601 стандарту SDTV соответствует разрешение 720 × 576 пикселей. В LDTV под CIF (Common Interface Format) – общий формат интерфейса (сжатых видеоданных) по рекомендации ITU-T Н.261 понимается цветное изображение с разрешением 1/2 от стандартного, т. е. 352 × 288 пикселей. CIF расшифровывают еще и как Common (Source) Intermedia Format. Тогда формат QCIF (Quarter) дает разрешение, равное 1/4 от стандартного, т. е. 176 × 144 (таблица 1.5).

В соответствии с Рекомендацией ITU-T H.263 форматы цифровых ТВ сигналов, передаваемых по компьютерным сетям, расширены, и они дополнились форматами SQCIF (Sub-Quarter CIF), 4CIF и 16CIF. Два последних не вписываются в принятую нами классификацию – системы LDTV.

Приведенные в таблице 1.5 значения максимальной скорости передачи двоичных символов соответствуют частоте кадров 30 (29,97) Гц, которая в зависимости от передаваемого сюжета может быть уменьшена до 5…15 Гц, т. е. в 2 – 6 раз. Во столько же раз уменьшится и скорость передачи в соответствии с выражениями (1.2) и (1.15).

Необходимость таких форматов LDTV объясняется нецелесообразностью передачи изображений со стандартным разрешением при воспроизведении на экранах дисплеев очень малых размеров, например как у сотовых телефонов. Следует, однако, отметить, что появление гибких дисплеев с размером экрана, как у малогабаритного телевизора, вынуждает и в системах мобильного цифрового телевизионного вещания (МЦТВ) передавать изображения со стандартным разрешением и даже более высоким.

 

Таблица 1.5 – Параметры цифровых ТВ сигналов по Рекомендации ITU-T H.263

 

Формат	Сигнал яркости	Цветоразностные сигналы	Максимальная скорость передачи, Мбит/с
	Число пикселей
SQCIF	128 × 96	64 × 48	2,9
QCIF	176 × 144	88 × 72	8,7
CIF	352 × 288	176 × 144	34,8
4CIF	704 × 576	352 × 288	139
16CIF	1408 × 1152	704 × 576	557

 

По методам компрессии изображений (признак 3) системы разделены на 6 видов (см. раздел 2).

Следующий классификационный признак И (на рисунке 1.4) – по способу формирования потока данных и радиосигнала – делит системы на два типа: использующие традиционные (И1 – И9) и нетрадиционные (И10 – И14) (т. е. альтернативные) каналы ТВ вещания. К первому типу отнесены системы ЦТВ DVB, ATSC, ISDB и DMB. Во второй тип включены системы подвижной радиосвязи (СПР) третьего и четвертого поколения 3G, 4G; семейство систем цифровой абонентской линии – xDSL (x– prefix, Digital Subscriber Line), количество которых превышает 30, если учитывать все разновидности. Сюда также вошли беспроводные широкополосные системы доступа Wi-Fi (Wireless Fidelity – беспроводная точность) и WiMAX (World Wide Interoperability for Microwave Access – корпоративный доступ в микроволновом диапазоне) и семейство стандартов IPTV, под которыми понимаются системы цифрового ТВ вещания по протоколу Интернет (TCP/IP, IPTV, Web-TV, ONLINE-TV и Mobile-TV) [52, 63, 67].

Конкуренцию системе МЦТВ DVB-H могут составить СПР 3G и 4G, WiMAX, частично Wi-Fi и IPTV при организации беспроводного доступа в Интернет. Если передавать сигнал в стандарте ТВЧ, то его воспроизведение на миниатюрном экране является достаточно сложной задачей прежде всего потому, что невозможно, например, на дисплее сотового телефона отобразить целиком все ТВ изображение высокого разрешения. Его нужно масштабировать с учетом многих факторов, чтобы сделать просмотр максимально комфортным, но не в ущерб информационной наполненности кадра. Именно в этом направлении сейчас ведется интенсивная работа в шестой исследовательской комиссии (ИК №6) МСЭ-Р, отвечающей за вещание, по созданию устройства так называемого интеллектуального масштабирования. Здесь речь идет о том, что нельзя просто вырезать из ТВЧ-картинки какую-то фиксированную часть и отображать ее на дисплее миниатюрного абонентского терминала. В каждый момент времени размер выделяемой части относительно целого изображения может меняться. В ИК №6 МСЭ-Р как раз и создают стандартное устройство, которое автоматически выполняло бы такое интеллектуальное масштабирование. Его создание позволит существенно повысить эффективность перепрофилирования контента для МЦТВ и снизить расходы, связанные с этим. При этом перепрофилирование можно будет осуществлять на любой стадии, будь то прямая трансляция или монтаж различных версий записанной программы.

Во всех системах ЦТВ для обеспечения квазибезошибочного приема применяется каскадное помехоустойчивое кодирование, состоящее из двух ступеней. По мере развития систем ЦТВ совершенствовались и типы кодов для обнаружения и исправления ошибок при декодировании: если в первом поколении систем ЦТВ применялось кодирование Рида – Соломона (как внешнее) и сверточное (как внутреннее) с декодированием по алгоритму Витерби, то в системах второго поколения применяются методы кодирования, позволяющие увеличить радиус зоны обслуживания.

Так, в варианте разработанной в КНР системы DMB-T в качестве внешнего кода выбран код Рида – Соломона, а в качестве внутреннего может использоваться параллельно-каскадированный (т.е. турбо), решетчатый
(trellic) или систематический свёрточный код. В системе НЦТВ DVB-T2 используется BCH-CODE (Боуза – Чоудхури – Хоквигвема) в качестве внешнего и LDPC (Low Density Parity-Check Code – код с низкой плотностью проверок на чётность) в качестве внутреннего. Это сочетание по сравнению с DVB-T обеспечивает выигрыш в помехозащищённости примерно на 3 дБ при прочих равных условиях.

Способы помехоустойчивого кодирования будут проанализированы в Части 2 учебного пособия.

В признак Л включены только основные стандарты DVB, хотя ETSI разработан уже более 100 стандартов по ЦТВ.

По режимам передачи – признак М – системы разделены на 6 видов от 2 k до 32 k в зависимости от размера массива быстрого преобразования Фурье (Fast Fourier Transform), которое применяется для формирования большого числа поднесущих при COFDM [1, 2, 25].

По способам модуляции, множественного доступа и разделения каналов (признак Н на рисунке 1.4) системы ЦТВ разделены на 14 основных видов. Здесь приняты следующие сокращения: QAM-COFDM-ЧРК в системах НЦТВ: QAM (Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция), COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex – ортогональное частотное уплотнение (большого числа модулированных несущих) с кодированием), ЧРК – частотное разделение каналов; аналогично для системы ATSI – 8/16 VSB (Vestigal Side Band – метод модуляции с частичным подавлением одной боковой полосы). В СЦТВ применяются QPSK(APSK, PSK-8) – ЧРК-ПолРК: QPSK (Quadrature Phase Shift Keying – квадратурная относительная фазовая модуляция); APSK (Amplitude Phase Shift Keying – амплитудно-фазовая модуляция); ПолРК - поляризационное разделение каналов. Системы КЦТВ_К по коаксиальному кабелю, а КЦТВ_В – по волоконно-оптическому; МИ – модуляция по интенсивности и DVDM (Dense Wavelength Division Multiplexing – плотное спектральное уплотнение по длинам волн) в волоконно-оптических системах передачи; GMSK-F / TDMA (Gaussian Minimum Shift Keying – Frequenz / Time Division Multiple Access) – гауссовская модуляция с минимальным частотным сдвигом с частотным / временным множественным доступом; ШПС-CDMA – широкополосная система с кодовым разделением и множественным доступом. Сюда же вошли и различные системы вещания через интернет (например ОТТ) и по протоколу интернет.

Среди дополнительных функций – признак О на рисунке 1.4 – выделены только три, описанные в [25].

По построению сетей (признак П) системы делятся на многочастотные (MFN) и одночастотные синхронные (SFN).

В наземной системе ЦТВ необходимо обеспечить уверенный прием на стационарную наружную антенну (фиксированный прием), переносную антенну внутри помещения и на портативную антенну в движущемся транспорте (мобильный прием). При этом во втором и особенно в третьем варианте качество принимаемых радиосигналов сильно зависит от возможных многочисленных отраженных сигналов. Вследствие их интерференции с прямым лучом возникают селективные замирания. Если задержка одного из лучей равна или больше половины длительности радиосимвола, резко увеличивается количество цифровых ошибок и прием становится невозможным.

Специально для борьбы с помехами при многолучевом приеме был разработан метод передачи COFDM-символов, о котором шла речь в п. 1.1. Сущность его заключается в следующем: высокоскоростной последовательный цифровой поток после помехоустойчивого кодирования (в кодере канала) поступает на COFDM-модулятор. В нем этот поток разделяется на большое число низкоскоростных потоков, которые методом QPSK или QAM модулируют свои несущие (активное число которых может изменяться от 1512 – в режиме 2 k до 24176 – в режиме 32 k).

Благодаря большому числу несущих длительность символа в каждом из параллельных потоков оказывается в тысячи раз больше, чем в исходном последовательном потоке. Частотный разнос между несущими и, соответственно, длительность символа выбираются такими, что спектры модулированных несущих оказываются ортогональными: на центральной частоте каждой из несущих огибающие спектров всех остальных модулированных несущих проходят через ноль. Большая длина символа обеспечивает хорошую защиту от межсимвольных искажений, обусловленных интерференцией, так как отраженные сигналы чаще поражают не весь символ, а только его часть. Последнее объясняется тем, что длительность символа для каждой несущей намного больше типичной задержки отраженных сигналов при многолучевом распространении.

Вместо подверженного селективному замиранию широкополосного канала с одной несущей в системе с COFDM передается большое число независимо подвергаемых замиранию узкополосных каналов. При этом небольшие группы несущих могут, вследствие замирания, быть полностью подавлены без потерь принимаемой информации.

Для увеличения степени защиты от многолучевого приема часть длительности символа отводится на защитный интервал, в течение которого передается как бы возвращенная назад во времени копия последующей части символа – в этот промежуток времени оценка значения символа в декодере не производится.

Система ЦТВ с COFDM и защитным интервалом имеет еще одно уникальное свойство – возможность организации синхронной сети вещания (SFN), когда большое число ТВ передатчиков работают строго на одной частоте и синхронно передают одинаковые символы COFDM. Если расстояние между передатчиками выбрано таким образом, что разница в запаздывании сигналов от соседних передатчиков не превышает длительности защитного интервала, приемники в SFN сети не испытывают помех от наложения  сигнала.

По числу цифровых ТВ программ, передаваемых в полосе стандартного ТВ канала (признак Р на рисунке 1.4) системы разделены на 6 видов в зависимости от ширины полосы радиоканала в НЦТВ и КЦТВ, а также СЦТВ. Последним семнадцатым признаком (С) является область применения, которая понятна из рисунка 1.4 и не требует пояснений.