Цифровое телевидение

Перспективы развития телевизионной техники

Современные ТВ-стандарты (NTCS, SECAM, PAL) существуют уже несколько десятилетий и, казалось бы, должны совершенствоваться, но поскольку это системы аналоговые (т.е. зритель видит электрический аналог изображения), дальнейшее развитие их ограничено. Дело в том, что на каждом участке преобразования и передачи аналогового сигнала происходят искажения, которые, накладываясь друг на друга, ухудшают качество телевизионного изображения. Например, работающий недалеко от телеприемника мощный электромотор может создать существенные помехи на экране.

Аналоговый сигнал непрерывен, и для преобразования в цифровой вид его разбивают на отдельные отсчеты, отстоящие друг от друга на одинаковый интервал времени (дискретизация сигнала). При цифровом кодировании сигнала специальное кодирующее устройство — кодер — способно отсортировать чистый сигнал от промышленных и атмосферных помех, поэтому стабильность параметров ТВ-системы возрастает, правда, объем информации о яркости и цветности сигнала резко увеличивается. Именно поэтому совсем недавно передача цифрового сигнала представлялась неосуществимой, хотя ключ к разгадке этой сложнейшей задачи был заложен в трудах американского инженера Клода Шенона (1916-2001) еще в 1948 г1. В предложенной им теории информации была обоснована избыточность источника сообщений.

Например, попробуем прочитать предложение без гласных:

Кждй трдлбвй стднт мжт сдть тхнк СМ, дл бздльнк эт слжн.

Если Вам это удалось, можно сделать вывод, что гласные звуки являются избыточной информацией.

Кстати, один из первых алфавитов — угаритский (II тыс. до н. э.) — обходился без гласных букв. Заметим, что в данном случае мы сжимали аналоговую информацию. Сейчас представим себе, что журналист снимает парящую в небе птицу: она движется, но если мы мысленно разобьем это изображение на мельчайшие точки, окажется, что большая часть информации не изменяется (вспомним древних философов — «летящая стрела покоится»). В самом деле, цвет птицы постоянен; если небо безоблачное, трудно отличить один участок фона от другого, и только во время взмахов крыльями изменится информация о геометрических точках изображения.

Бели же каждая минимальная точка на экране (пиксел) будет описана сочетанием цифр, например, 1100, а количество таких точек равно десяти, можно составить цифровую цепочку:

1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100 1100, а можно ее записать короче, т.е. сжать, пользуясь элементарными приемами арифметики: 1100x10.

Отсюда следует вывод, что цифровую информацию можно довольно эффективно сжимать, применяя не только простейшие арифметические действия, но и сложнейшие математические алгоритмы, которые, разумеется, оставим за границами данного издания. Итак, при передаче цифрового сигнала нет необходимости в передаче изображения целиком кадр за кадром (как в кино), можно передавать только разностную (изменяющуюся) информацию. Благодаря современным методам компрессии цифровых данных полоса пропускания видеосигнала значительно сузилась, и на месте одного аналогового канала могут располагаться несколько цифровых.

В США в 1996 г. был принят стандарт цифрового ТВ — ATSC, отдельные телецентры начали вещание в цифровом формате, а с 2006 г. предполагается прекратить аналоговое ТВ-вещание, с оговоркой, что пока 85% зрительской аудитории не будут готовы принимать цифровой сигнал, аналоговое вещание сохранится. Главная проблема внедрения «цифры» заключается в том, что основное количество телеприемников у населения всего мира — аналоговые. Либо их надо заменить на цифровые (за счет телезрителя), либо снабдить население специальными приставками, которые смогут принятый цифровой сигнал преобразовывать в аналоговый (по аналогичному пути пошла российская компания «НТВ-Плюс»). Современный цифровой телеприемник — довольно дорогое устройство, поэтому в переходный период, скорее всего, будет предусмотрена техническая возможность приема цифрового сигнала обычным телевизором.

Телевидение высокой четкости (ТВЧ)

Преимущества цифрового кодирования в телевидении очевидны: даже при приеме «цифры» на обычный телевизор качество изображения повышается из-за отсутствия искажений на различных этапах телевизионного тракта. При этом развертка луча остается чересстрочной и разрешающая способность экрана не возрастает. Для существен-

ного повышения качества телеизображения необходимо ввести новые стандарты для формирования и приема видеосигнала, такой системой является телевидение высокой четкости (ТВЧ). Американский стандарт (ATSC) рассчитан на просмотр передачи как на телеэкране, так и на мониторе компьютера. При этом высокое качество картинки можно получить лишь на экране специального широкоформатного телевизора с 1080 активными строками, чересстрочной разверткой.

Согласно ATSC-стандарту, каждый ТВ-приемник должен декодировать любой из многочисленных (а всего их 18 разновидностей) ATSC-форматов и выводить его точно в соответствии с возможностями конкретного подключенного приемника.

Внешне цифровой приемник ТВЧ отличается от аналогового более широким экраном: если соотношение сторон обычного телевизора составляет 4:3 (ширина к высоте), то в цифровом варианте — 16:9. Качество телевизионного изображения заметно повышается за счет двукратного увеличения строк разложения и прогрессивной развертки (впрочем, развертка может быть и чересстрочной). При прогрессивной развертке яркость экрана может быть повышена на 40%. Количество воспроизводимых деталей на экране возрастает в несколько раз. В новой системе расширена частота сигнала яркости и цветоразностных сигналов, поэтому оптимизирована цветопередача. Многоканальная система передачи звука позволяет добиться эффекта присутствия, так как аудиоинформация поступает к зрителю с разных сторон.

Внедрение ТВЧ требует дорогостоящей модернизации аппаратно-студийного комплекса, но практика вещания в США показала, что уже сегодня число программ ТВЧ в общем времени цифрового ТВ постоянно растет.