Эффективное цифровое кодирование ТВ сигнала

При компонентном цифровом кодировании 4:2:4, применяе­мом в АСК, скорость передачи цифрового потока довольно высока (216 Мбит/с); она отличается от скоростей передачи, принятых в иерархии стандартизованных МК.КТТ ИКМ систем. Уменьшить чрезмерно высокую скорость передачи в системах подачи и распределения вещательных ТВ программ можно путем использова­ния методов эффективного кодирования.

При передаче ТВ сигналов системы связи выполняют следующие две специфические функции:

1. передачу цифровых сигналов между отдельными АСК, в которых формируются программы и осуществляется дополнительная обработка сигналов;

2. передачу сформированных сигналов ТВ программ по нацио­нальным или международным каналам связи к телевизионным передатчикам, излучающим в эфир стандартизованные аналоговые сигналы (SECAM, PAL).

Линии связи, по которым передаются ТВ сигналы, разделяются на соединительные (между АСК) и магистральные.

При передаче ТВ сигналов по соединительной линии должны быть обеспечены высокое качество изображения, соответствующее студийному стандарту и требуемое значение скорости передачи, соответствующее международным рекомендациям по иерархии ИКМ систем.

По мнению стран — членов ЕСВ, для передачи ТВ сигна­лов по соединительным линиям целесообразно применять системы компонентного цифрового кодирования, совместимые с телевизионной системой 4:2:2, позволяющие создать единый общий стандарт по международному обмену ТВ программами. Поэтому основная проблема эффективного кодирования в соединительных линиях заключается в оптимизации методов снижения высокой скорости передачи системы 4:2:2.

В процессе обработки сигналов наиболее критичным является требование обеспечения возможности применения методов рирпроекции и возможности каскадного соединения кодеков. Сокраще­ние избыточности при эффективном кодировании изображений является необратимым процессом, приводящим к потере информации, а в результате каскадного соединения систем эффективного кодирования возникает эффект накопления искажений и ограничиваются возможности обработки сигналов.

В соответствии с принятой иерархией к ИКМ системам, с помощью которых можно осуществить передачу ТВ сигналов с профессиональным студийным качеством, относятся прежде всего третичные системы со скоростью передачи 34,368 Мбит/с и четвертичные—со скоростью передачи 139,294 Мбит/с. Из-за трудностей, связанных с обеспечением высокого качества изображения при передаче со скоростью, соответствующей третичной системе, некоторые администрации связи* в последнее время рассматривают возможности использования половинной скорости четверичной системы, т. е. 68 Мбит/с. Кроме того, при применении в перспективе в европейской телевизионной сети ECS (European Communication Satellite Service) спутников связи предполагается, что полоса частот спутникового ретранслятора будет равна примерно 40 МГц и поэтому скорость передачи должна составлять 50—60 Мбит/с. Необходимо учитывать, что передаются также сигналы звукового сопровождения, сигналы дополнительной информации и сигналы, обеспечивающие помехоустойчивость передачи. Диапазон скоростей для их передачи принимается равным 5—20% полной скорости передачи системы. В идеальном случае соедини­тельные линии и телевизионные системы наземной и спутниковой связи должны были бы работать с одинаковыми скоростями. Однако в любом случае наземные и спутниковые системы связи должны быть совместимы.

Выполнить исходное требование обеспечения высокого качества телевизионного изображения, передаваемого по соединительным линиям с заданной скоростью передачи, можно на основе ис­пользования более сложных методов эффективного кодирования. Однако, учитывая наличие ошибок передачи, характер последующей обработки ТВ сигнала и стоимость реализации кодирующих и декодирующих устройств, выбор системы кодирования для снижения скорости передачи всегда является компромиссом между ее достоинствами и недостатками.

Для применения методов эффективного кодирования в телевизионной сети европейских стран представляется целесообразным использование систем со скоростью передачи 140, 58, 50—60 или 34 Мбит/с. В предварительном заключении ЕСВ 1984 г. указывается, что реализация скорости передачи 140 Мбит/с связана с большими затратами; скорость передачи 34 Мбит/с не обеспечивает достаточного для формирования ТВ программ качества изображения. Таким образом, с точки зрения передачи ТВ сигнала по соединительным линиям скорость 68 Мбит/с является оптимальным компромиссом между качеством изображения и затратами на реализацию кодирующих и декодирующих устройств, при этом уровень качества соответствует принятому в системе компо­нентного кодирования 4:2:2.

Телевизионная распределительная сеть значительно отличается от рассмотренных соединительных линий. С учетом необходимости преобразования цифрового сигнала на выходе сети в аналоговый передача может быть осуществлена с помощью систем цифрового кодирования более низкой ступени иерархии и в результате этого — с более низкой скоростью (вероятнее всего, со скоростью, соответствующей третьей ступени и равной 34 Мбит/с или меньше) с широким использованием методов эффективного кодирования.

Аналоговый формат преобразованного ТВ сигнала может соответствовать формату классического стандартного полного цветового сигнала (SECAM, PAL) или формату аналоговых составляющих сигналов системы компонентной спутниковой передачи, на­званной С-МАС (Multiplexed Analogue Components) и принятой в странах — членах ЕСР в 1983 г.

Система С-МАС представляет собой систему передачи анало­говых сигналов (яркости и двух цветоразностных), работающую по принципу временного сжатия составляющих сигналов и их объ­единения в активной части телевизионной строки. По сравнению с системой передачи полного цветового сигнала система С-МАС обеспечивает лучшее качество изображения и, кроме того, позволяет осуществить передачу до восьми сигналов звукового сопровождения в цифровой форме, служебных сигналов для управления системой, включая передачу телетекста. Составляющие сигналы цветного изображения передаются в основном в период активной части строки аналогового сигнала так, что каждая телевизионная строка включает в себя сигнал яркости и один цветоразностный сигнал. В следующей строке передается второй цветоразностный сигнал. Коэффициент сжатия сигнала яркости равен 1,5, а цветоразностных сигналов — 3. Ширина полосы сигнала яркости составляет 5,6 МГц. Таким образом, после временного сжатия ширина полосы становится равной 8,4 МГц, что является пре­делом для частотно-модулированного сигнала спутникового кана­ла с шириной полосы 27 МГц. Ширина полосы цветоразностных сигналов перед сжатием равна 1,6 МГц. Сигналы звукового сопро­вождения и служебные сигналы передаются в цифровой форме за время (10 мкс) строчного гасящего интервала (10 мкс) аналогово­го ТВ сигнала со скоростью 20,25 Мбит/с. Принцип временного мультиплексирования (уплотнения) составляющих сигналов ис­ключает возможность наложения спектра сигнала цветного изо­бражения на спектры сигналов звукового сопровождения и слу­жебных сигналов. Формат составляющих сигналов и их значения обеспечивают совместимость системы С-МАС с системой цифро­вого кодирования 4:2:2.

В связи с тем, что до сих пор отсутствует более подробный проект стандарта цифровой системы связи для передачи состав­ляющих сигналов студийной телевизионной системы кодирования 4:2:2, ниже будут рассмотрены общие принципы работы этих эф­фективных систем передачи.