.
ISBN 978-5-7782-1359-3
Рассмотрены основные положения цифрового представления и обработки
телевизионного и звукового сигналов, обобщен и систематизирован материал
по международным стандартам кодирования с информационным сжатием
MPEG-2, MPEG-4, AVC, проанализированы особенности передачи сигналов
цифрового телевидения по эфирным каналам связи. <...> В развернутой форме
представлены данные об основных характеристиках стандартов цифрового телевизионного вещания DVB-T, DVB-H и изложены основные принципы их
функционирования, а также описаны конструктивные особенности цифровой
телевизионной аппаратуры и устройств ограничения доступа к телевизионным
программам. <...> УДК 621.397.13.037.372(075.8)
ISBN 978-5-7782-1359-3
© Мамчев Г.В., Тырыкин С.В., 2010
© Новосибирский государственный
технический университет, 2010
3
Предисловие
Главной особенностью технической политики в области телевизионного
вещания в Российской Федерации является запланированный переход на цифровое вещание в государственном масштабе. <...> Переход на цифровое телевизионное вещание вносит существенное изменение в рынок труда в области телекоммуникаций и требует подготовки соответствующих специалистов. <...> Поэтому еще до утверждения нового государственного образовательного стандарта (третьего поколения) по направлению
«Телекоммуникации» имеет смысл срочно внести изменения в рабочие программы дисциплин по телевидению, обусловленные переходом на цифровое
вещание. <...> Одна из важнейших практических задач в области цифрового телевидения –
сокращение скорости передачи двоичных символов (данных) и, соответственно, требуемой полосы частот канала связи, без которой невозможна реализация систем цифрового телевизионного вещания. <...> (В англоязычной литературе
вместо слов сокращение скорости передачи данных в телевизионных системах
используется термин видеокомпрессия. <...> )
Базовые принципы видеокомпрессии, а также конструктивные особенности
цифровых видеокодеков достаточно подробно <...>
Основы_цифрового_телевизионного_вещания.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Г.В. МАМЧЕВ, С.В. ТЫРЫКИН
ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО
ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ
Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов
специальности 21405.65 – Радиосвязь, радиовещание
и телевидение – Телекоммуникации
НОВОСИБИРСК
2010
Стр.1
2
УДК 621.397.13.037.372(075.8)
М 22
Рецензенты: И.Н. Пустынский, д-р техн. наук, профессор;
В.А. Майстренко, д-р техн. наук, профессор
Мамчев Г.В.
М 22
Основы цифрового телевизионного вещания : учеб. пособие /
Г.В. Мамчев, С.В. Тырыкин. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. –
372 c. (Серия «Учебники НГТУ»).
ISBN 978-5-7782-1359-3
Рассмотрены основные положения цифрового представления и обработки
телевизионного и звукового сигналов, обобщен и систематизирован материал
по международным стандартам кодирования с информационным сжатием
MPEG-2, MPEG-4, AVC, проанализированы особенности передачи сигналов
цифрового телевидения по эфирным каналам связи. В развернутой форме
представлены данные об основных характеристиках стандартов цифрового телевизионного
вещания DVB-T, DVB-H и изложены основные принципы их
функционирования, а также описаны конструктивные особенности цифровой
телевизионной аппаратуры и устройств ограничения доступа к телевизионным
программам. Особое внимание уделено анализу структуры сетей цифрового
телевизионного вещания.
Работа подготовлена на кафедре радиоприемных и радиопередающих
устройств для студентов всех форм обучения факультета радиотехники,
электроники и физики, обучающихся по радиотехническим и
телекоммуникационным специальностям.
УДК 621.397.13.037.372(075.8)
ISBN 978-5-7782-1359-3
© Мамчев Г.В., Тырыкин С.В., 2010
© Новосибирский государственный
технический университет, 2010
Стр.2
370
Оглавление
Предисловие ............................................................................................................... 5
Введение ..................................................................................................................... 7
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦИФРОВОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ТЕЛЕВИЗИОННОГО И ЗВУКОВОГО СИГНАЛОВ ...................................... 19
1.1. Принципы цифрового кодирования телевизионного сигнала................. 19
1.2. Формирователи цифровых телевизионных сигналов ............................... 45
1.3. Преобразование звуковых сигналов в цифровую форму ......................... 47
Контрольные вопросы ......................................................................................... 52
2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИДЕОКОМПРЕССИИ
В ТЕЛЕВИДЕНИИ .............................................................................................. 53
2.1. Задача сжатия информации и пути ее решения ......................................... 53
2.2. Международный стандарт кодирования с информационным
сжатием MPEG-2 .......................................................................................... 60
2.2.1. Профили и уровни стандарта кодирования MPEG-2 ......................... 60
2.2.2. Компрессия видеоданных ..................................................................... 67
2.2.3. Кодируемые кадры ................................................................................ 76
2.2.4. Компенсация движения ......................................................................... 79
2.2.5. Использование ДКП в стандарте кодирования MPEG-2 .................. 82
2.2.6. Сжатие звукоданных ............................................................................. 90
2.2.7. Алгоритмы сжатия звукоданных кодерами различных уровней ...... 97
2.2.8. Реализация цифрового многоканального звука, поддерживаемая
стандартом MPEG-2 ............................................................................ 103
2.2.9. Формирование транспортного потока данных в устройствах
кодирования MPEG-2 .......................................................................... 109
2.2.10. Качество телевизионных изображений при кодировании
по стандарту MPEG-2 ........................................................................ 120
2.3. Стандарт представления медиаобъектов MPEG-4 .................................. 125
2.3.1. Описание сцены в стандарте MPEG-4 ............................................... 125
2.3.2. Принципы доставки потоков данных ................................................ 126
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
Стр.370
371
2.3.3. Кодирование визуальных объектов ................................................... 129
2.3.4. Кодирование звуковых объектов ....................................................... 135
2.3.5. Профили и уровни стандарта MPEG-4 .............................................. 141
2.3.6. Идентификация и защита интеллектуальной собственности ......... 148
2.4. Стандарт кодированного представления визуальной информации
Н.264/AVC или MPEG-4 Part 10 ................................................................ 149
2.4.1. Структура стандарта видеокомпрессии Н.264 .................................. 149
2.4.2. Базовый профиль ................................................................................. 155
2.4.3. Основной профиль ............................................................................... 163
2.4.4. Расширенный профиль ........................................................................ 170
2.4.5. Транспортный механизм стандарта Н.264 ........................................ 175
2.4.6. Кодек стандарта Н.264 ........................................................................ 178
2.5. Стандарт описания мультимедийной информации MPEG-7 ................. 180
2.5.1. Общие сведения о стандарте MPEG-7 ............................................... 180
2.5.2. Основные части стандарта MPEG-7 .................................................. 181
2.5.3. Описание главных функций стандарта MPEG-7 .............................. 182
2.5.4. Области применения стандарта MPEG-7 .......................................... 184
Контрольные вопросы ....................................................................................... 185
3. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ЦИФРОВОГО
ТЕЛЕВИДЕНИЯ ПО ЭФИРНЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ ................................ 187
3.1. Основные требования к системам передачи сигналов цифрового
телевидения по радиоканалам ................................................................... 187
3.2. Перемежение и скремблирование ............................................................. 189
3.3. Принципы кодирования, исправляющего ошибки .................................. 191
3.3.1. Коды, исправляющие ошибки ............................................................ 191
3.3.2. Коды Рида–Соломона .......................................................................... 194
3.3.3. Сверточное кодирование .................................................................... 200
3.3.4. Алгоритм декодирования Витерби .................................................... 202
3.3.5. Каскадное кодирование ....................................................................... 204
3.4. Способы модуляции, применяемые при передаче сигналов
цифрового телевидения по радиоканалу .................................................. 205
Стр.371
372
3.5. Стандарт цифрового наземного телевидения DVB-T ............................. 218
3.6. Стандарт цифрового телевещания для мобильных терминалов
DVB-H .......................................................................................................... 246
Контрольные вопросы ....................................................................................... 250
4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЙ
АППАРАТУРЫ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО
ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ DVB-T .................................................... 251
4.1. Основные устройства цифрового передающего аппаратурного
комплекса .................................................................................................... 251
4.2. Конструкция цифрового телевизионного приемника ............................. 260
4.2.1. Описание обобщенной структурной схемы цифрового
телевизора ............................................................................................. 260
4.2.2. Конструктивные особенности селекторов каналов
для цифровых телевизоров ................................................................. 263
4.2.3. Устройство COFDM-демодуляторов .................................................. 266
4.2.4. Особенности функционирования транспортного
демультиплексора цифрового телевизора .......................................... 271
4.2.5. Практическое использование декодеров MPEG-2 ............................ 272
4.2.6. Система управления цифровым телевизионным приемником ....... 274
4.3. Принципы построения абонентских цифровых приставокдекодеров
..................................................................................................... 278
4.4. Комбинированные телевизоры CDTV/DVB-типа ................................... 281
Контрольные вопросы ....................................................................................... 284
5. СИСТЕМЫ ОГРАНИЧЕНИЯ ДОСТУПА В ЦИФРОВОМ
ТЕЛЕВИЗИОННОМ ВЕЩАНИИ ................................................................... 285
5.1. Необходимость ограничения доступа к программам вещания ............. 285
5.2. Принципы построения телевизионных систем с ограниченным доступом
........................................................................................................................... 286
5.3. Алгоритм скремблирования для систем с ограниченным доступом .... 293
5.4.Особенности эксплуатации систем с ограниченным доступом ............. 295
5.5. Маркирование телевизионных программ цифровыми водяными
знаками ........................................................................................................ 297
Стр.372
373
Контрольные вопросы ....................................................................................... 300
6. СТРУКТУРА СЕТЕЙ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО
ВЕЩАНИЯ .......................................................................................................... 301
6.1. Классификация мультисервисных сетей цифрового телевизионного
вещания ........................................................................................................ 301
6.2. Особенности формирования наземной сети телевизионного
вещания ........................................................................................................ 308
6.2.1. Общие сведения о структуре эфирного телевизионного
вещания ................................................................................................. 308
6.2.2. Особенности распространения радиоволн, используемых
для наземного телевизионного вещания ........................................... 312
6.2.3 Применение одночастотных сетей цифрового телевидения ............ 316
6.2.4. Определение мощности телевизионных радиопередатчиков ........ 318
6.3. Принципы функционирования спутниковых сетей телевизионного
вещания ........................................................................................................ 321
6.4. Особенности построения систем кабельного телевидения .................... 326
6.5. Использование в телевизионном вещании распределительных
сетей СВЧ-типа ........................................................................................... 332
6.6. Принципы организации телевизионного вещания в сети Интернет .... 335
Контрольные вопросы ....................................................................................... 343
Заключение ............................................................................................................. 344
Библиографический список .................................................................................. 348
Список сокращений ............................................................................................... 352
Стр.373