ЦИФРОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В ТЕЛЕВИДЕНИИ

Цифровое телевидение – это отрасль телевизионной техники, в которой передача, обработка и хранение телевизионного сигнала осуществляются в цифровой форме. Применение методов и средств цифрового телевидения – это этап развития телевизионной техники, обеспечивающий ряд преимуществ по сравнению с предыдущим, аналоговым телевидением:

1. Повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов.

2. Уменьшение мощности передатчиков ТВ-вещания.

3. Существенное увеличение числа телевизионных программ, передаваемых в том же частотном диапазоне.

4. Повышение качества изображения и звука в телевизионных приёмниках с обычным стандартом разложения.

5. Создание телевизионных систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой чёткости – ТВЧ).

6. Расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры, используемой при подготовке и проведении телевизионных передач.

7. Передача в телевизионном сигнале различной дополнительной информации, превращение телевизионного приёмника в многофункциональную информационную систему.

8. Создание интерактивных телевизионных систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу.

Эти преимущества обусловлены как самими принципами, присущими цифровому телевидению, так и наличием разнообразных алгоритмов, схемных решений и мощной технологической базы для создания соответствующих устройств. В своём развитии цифровое телевидение прошло ряд этапов. На каждом этапе сначала выполнялись научно-исследовательские и опытноконструкторские работы, создавались экспериментальные устройства и системы, а затем принимались стандарты, как правило, международные, которые должны выполняться всеми организациями, ведущими телевизионное вещание и выпускающими видеопрограммы, и всеми фирмами - производителями аппаратуры. Принятие стандартов – важнейшая составляющая развития любой технологии.

На первом этапе развития цифрового телевидения цифровая техника использовалась точечно в отдельных частях телевизионного производства (камеры, видеомагнитофоны), при этом, неизменным оствался обычный стандарт разложения и аналоговых каналов связи. Наиболее важным достижением было создание полностью цифрового студийного оборудования. На современных телестудиях сигналы передающих камер преобразуются в цифровую форму, и вся дальнейшая их обработка и хранение в пределах телецентра осуществляются цифровыми средствами. Это позволяет в значительной степени реализовать указанные выше преимущества цифрового телевидения. На выходе студийного оборудования телевизионный сигнал преобразуется в аналоговую форму и передаётся по обычным каналам связи.

Второй этап развития цифрового телевидения – создание гибридных аналого-цифровых телевизионных систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Примерами гибридных телевизионных систем могут служить японская система телевидения высокой чёткости MUSE и западноевропейские система семейства MAC. В передающей и приёмной частях всех этих систем сигналы обрабатываются цифровыми средствами, а в канале связи сигналы передаются в аналоговой форме.

Третьим этапом развития цифрового телевидения можно считать создание полностью цифровых телевизионных систем. Первые подобные предложения появились в 1990 г. В основе этих проектов лежали достижения в методах и техники эффективного кодирования и сжатия изображений. Работы в этой области проводились не только с целью создания цифровых телевизионных систем, но и для таких применений, как видеотелефон и видеоконференции, запись видеопрограмм на цифровые лазерные компакт-диски, компьютерная графика, видеосредства мультимедиа и др.

Для сжатия неподвижных изображений широко используется стандарт JPEG (Joint Picture Expert Group). Методы сжатия движущихся изображений и сигналов звукового сопровождения описаны в стандартах MPEG-1 и MPEG-2 (MPEG – Motion Picture Expert Group). Стандарт MPEG-1, ориентированный в основном на запись кинофильмов и видеопрограмм на компьютерные лазерные диски с возможностью воспроизведения изображения и звука с помощью обычного персонального компьютера, был окончательно утверждён к декабрю 1993 г. Стандарт MPEG-2, предназначенный для систем телевизионного вещания как с обычным стандартом разложения, так и с увеличенным числом строк (ТВЧ), был утверждён в ноябре 1994 г.

В настоящие время системы цифрового телевидения, основанные на сжатии телевизионных сигналов по стандарту MPEG-2, быстро распространяются во многих странах. При этом в первую очередь решается задача значительного увеличения количества передаваемых программ телевидения обычного разрешения, так как это даёт быстрый коммерческий эффект. В Европе уже в 1993 г., как только стало ясно, что за цифровыми телевизионными системами будущее, был принят проект DVB (Digital Video Broadcasting – Цифровое Видео Вещание). В 1997 г. Через искусственные спутники Земли (ИЗС) на европейские страны передавалось 170 каналов цифрового ТВ, а к концу 1998 г. Число таких каналов превысило 1000. Одновременно распространяются цифровое телевизионное вещание по кабельным линиям, цифровая видеозапись, цифровые видеодиски. В развитых странах в первом десятилетии XXI века прекращено аналоговое телевизионное вещание.

Главными особенностями нового поколения телевизионных систем являются:

1. Существенное сужение полосы частот цифрового телевизионного сигнала, достигаемое с помощью эффективного кодирования, то есть сокращения избыточности изображений, и позволяющее передавать 4 и более программ телевидения обычной чёткости или 1-2 программы ТВЧ по стандартному телевизионному каналу с шириной полосы частот 6…8 МГц.

2. Единый подход к кодированию и передаче телевизионных сигналов с различной чёткостью изображения: видеотелефон и другие системы с уменьшенной чёткостью, телевидение обычной чёткости, ТВЧ.

3. Интеграция с другими видами информации при передаче по цифровым сетям связи.

4. Обеспечение защиты передаваемых телевизионных программ и другой информации от несанкционированного доступа, что даёт возможность создавать системы платного ТВ-вещания.

Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к восстановлению в ретрансляторе. Когда в ретранслятор приходит сигнал с небольшими помехами, он преобразуется в цифровую форму, и ретранслятор заново формирует сигнал, полностью убирая искажения. Аналоговый же сигнал удаётся усилить лишь вместе с наложившимися на него шумами.

С другой стороны, если цифровой сигнал приходит с большими помехами, восстановить его невозможно (эффект крутой скалы), в то время как из искаженного аналогового сигнала можно извлечь часть информации, хотя и с трудом. Если сравнивать сотовую связь аналогового формата (AMPS, NMT) с цифровой связью (GSM, CDMA), то при помехах на цифровой линии из разговора выпадают порой целые слова, а на аналоговой можно вести разговор, хотя и с помехами.

Выход из данной ситуации — чаще регенерировать цифровой сигнал, вставляя регенераторы в разрыв линии связи, или уменьшать длину линии связи (например, уменьшать расстояние от сотового телефона до базовой станции, что достигается более частым расположением базовых станций на местности).

Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.

Цифровая технология широко вошла в телепроизводство. Это объясняется низкой стоимостью цифрового производства даже с учётом дорогостоящей аренды цифровых кинокамер.