Дополнительные устройства в тракте цифрового телевидения

Предназначены они для выполнения ряда специфических функций: подавления шума, подавления фазового дрожания, коррекции временных искажений, преобразования телевизионных стандартов и др.

В ряде случаев источник телевизионного, сигнала не обеспечивает достаточное соотношение сигнал/шум, что создает помехи в изображении. Качество сигнала можно существенно улучшить, если воспользоваться статистическими свойствами сигнала и шума. Как отмечалось (см. п. 3.5), спектр телевизионного сигнала имеет дискретную структуру с линиями спектра, отстоящими друг от друга для неподвижного изображения на интервалах, равных частоте повторения кадров, а флюктуационный шум обладает сплошным спектром. Следовательно, если применить гребенчатый фильтр с максимумами передачи на частотах, соответствующих спектральным линиям телевизионного сигнала, то спектральные составляющие шума, расположенные между этими линиями, могут быть существенно ослаблены и тем самым улучшено отношение сигнал/шум. Реализация гребенчатого фильтра с необходимыми параметрами аналоговыми средствами связана с серьезными техническими трудностями.

Однако в настоящее время уже создан цифровой гребенчатый фильтр, работающий по принципу коррелятора для сигналов соседних кадров. Разработанные по такому же принципу цифровые шужоподавители (ЦШП) обеспечивают подавление шума при неподвижных изображениях до 15 дБ. При подвижных изображениях из-за смещения спектральных полос телевизионного сигнала, работа ЦШП ухудшается, однако при применении детектора движения, т. е. устройства, учитывающего смещение спектральных полос телевизионного сигнала, степень подавления шума остается достаточно высокой, примерно 9—12 дБ.

Наряду с ошибками передачи символов внешние помехи приводят к их временной нестабильности, называемой фазовым дрожанием, для подавления которого приходится применять специальные подавители фазового дрожания (ПФД). Структурная схема одного из вариантов такого устройства приведена 1 на рис. 9.11. Приходящий телевизионный сигнал записывается в блок памяти БП с входной тактовой частотой, а затем считывается с частотой, полученной в результате усреднения на большом интервале времени частоты импульсов записи. Усредненная частота вырабатывается в цепи фазовой автоподстройки, состоящей из фазового детектора ФД, фильтра нижних частот ФНЧ и высокостабильного управляемого генератора УГ. Применение ПФД снижает фазовое дрожание сигнала с нескольких десятков до единиц градусов.

Нарушения временного масштаба телевизионного сигнала, называемые временными искажениями, проявляются на экране телевизора в виде геометрических искажений изображения, смещения гру пп стр ок, искривления вертикальных линий и т. д. Для устранения искажений подобного вида применяются корректоры временных искажений. В цифровых корректорах телевизионный сигнал записывается в цифровую память с одновременным устранением кодовых комбинаций, относящихся к синхроимпульсам, а затем считывается с частотой, определяемой внешним стабильным генератором.

Международный обмен телевизионными программами вызывает необходимость применения в системе телевизионного вещания преобразователей телевизионных стандартов. Преобразование стандартов СЕКАМ и ПАЛ сравнительно просто, поскольку они используют одинаковые параметры разложения 625/50, преобразование сводится лишь к транскодированию сигналов цветности. Значительно сложнее преобразование стандартов с разными параметрами разложения, например НТСЦ и СЕКАМ. В этом случае необходима память, в которую записывается сигнал в одном стандарте, а считывается — в другом. Обычно используют два запоминающих устройства и чередуют процессы записи и считывания — пока в одно запоминающее устройство записывают сигнал поля входного стандарта, из другого — считывают в выходном. Задача эта не так проста. При переходе с 60 полей на 50 полей каждое шестое поле нужно пропустить, но при этом теряется непрерывность движения.

Чтобы ее сохранить, необходимо осуществить интерполяцию полей. При переходе с 525 строк на 625 необходимо ввести дополнительно 100 строк. При простом повторении определенных строк через равные интервалы возникают на изображении искажения в виде зубчатых линий. Следовательно, и здесь нужна интерполяция строк. В результате усложняется аппаратура, но решается задача качественного преобразования стандартов.

Рассмотренные устройства применяются не только в трактах цифрового телевидения, но и в трактах аналогового. Для этого они снабжаются устройствами АЦП на входе и ЦАП на выходе. Заметим, что в рассмотренных устройствах очень важным элементом является цифровая память на кадр или на поле. Сложности конструктивного и технологического порядка затрудняют пока увеличение объема памяти до нескольких кадров, что было бы желательно для реализации более эффективных алгоритмов обработки телевизионных сигналов.

Особенности передающего устройства.

Структурная схема передающего устройства приведена на рис. 9.12. Для борьбы с помехами, приводящими к ошибкам передачи вследствие искажения символов, в состав передающего устройства включен кодер канала, в котором осуществляется помехоустойчивое кодирование за счет введения в цифровой сигнал избыточных символов. Для передачи сигналов цифрового телевидения по каналам связи, обладающим ограниченной пропускной способностью и низким отношением сигнал шум, требуются корректирующие коды с высокой исправляющей способностью при малой избыточности. Этим требованиям в определенной мере удовлетворяют систематические сверточные коды, получившие наибольшее распространение в системах передачи сигналов цифрового телевидения. При сверточном кодировании двоичные последовательности, разбитые на группы из k₀ символов, перекодируются в последовательности из n ₀ символов, в каждой из которых k ₀ символов совпадают с информационными . Относительная скорость передачи определяется отношением k ₀/n ₀ в действующих спутниковых цифровых линиях связи, например, распространены коды 4/5 и 7/8, приводящие к увеличению цифрового потока в отношение 5/4 и 8/7, но зато уменьшающие вероятность ошибки на символ до значений 10^-6 – 10^-4

Передача сигналов цифрового телевидения по радиолиниям связи (радиорелейным, спутниковым) требует переноса спектра сигнала из основной полосы частот в полосу радиоканала. При этом важное значение имеет выбор способа модуляции. В настоящее время для передачи высокоскоростных цифровых потоков широко применяется метод относительной фазовой манипуляции (ОФМн), обладающий высокими качественными показателями при относительной простоте реализации. Наибольшее распространение получила двухкратная (4-х позиционная ) ОФМн (рис. 9.13). При этом способе модуляции выходной цифровой поток разделяется в преобразователе кода ПК на два потока нечетных А и четных В символов, управляющих состоянием фазы двух модуляторов ФМ однократной ОФМн. На один из модуляторов подается сигнал от генератора Г непосредственно, а на другой — со сдвигом на 90° по фазе, поэтому сигналы обоих модуляторов находятся в квадратуре. После суммирования объединенный сигнал подается на передатчик. В приемнике демодулятор работает либо в режиме синхронного приема, если передается опорный сигнал, либо в режиме автокорреляционного, когда опорная частота вырабатывается из предыдущих посылок самого сигнала.