УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА ТЕЛЕПРОГРАММ ЭФИРНОГО ТВ

Полезная модель относится к телевизионным системам и может быть использована при конструировании головной станции системы кабельного телевидения для коллективного приема аналоговых и цифровых ТВ сигналов.
Одной из проблем наземного эфирного телевидения Российской Федерации является переход от аналогового формата вещания к цифровому. На третьей международной научно-технической конференции «Современные телевизионные технологии. Состояние и направление развития», состоявшейся 30-31 октября 2006 года в Московском научно-исследовательском телевизионном институте (ЗАО «МНИТИ») [Научно-технический журнал «625», «Цифровое телевидение в России: готовность №1», №10 (124), 2006 г., с.72-75] на секции №1 «Технологии XXI века», на которой председательствовал К.Н.Быструшкин, был представлен ряд докладов по данной тематике.
Известно, что при разработке черно-белого, а затем и цветного аналогового телевидения специалистам так и не удалось выработать общий стандарт. В начале 1980-х годов, когда начались работы по созданию цифровых систем телевещания, стало очевидным, что будущее цифрового телевидения во многом будет зависеть от создания единого стандарта. Профессор М.И.Кривошеев М.И. фактически определял стратегию развития всемирного телевидения на всю последнюю четверть прошлого века. Под его руководством были разработаны системы цифрового телевидения
DVB-T, ATSC, HDTB, а также принципы построения интерактивного телевидения и различных информационных систем на его основе. Сигналы цифрового телевещания должны передаваться в стандартных полосах 6 МГц (Америка, Япония), 7 МГц (Западная Европа), 8 МГц (СССР, Франция, Восточная Европа).
Доклад М.И.Кривошеева на названной конференции зачитал К.Н.Быструшкин. «По словам докладчика, в то время далеко не все поддержали эти предложения, так как не видели путей их практической реализации. Методы решения появились только в начале 1990-х годов при помощи алгоритма компрессии MPEG-2, позволившего уменьшить скорость цифрового потока одной телевизионной программы до 4...6 Мбит/с, высокоэффективных методов канальной модуляции с эффективностью передачи информации 2...8 бит на 1 Гц полосы частот радиоканала.
В результате проведенных исследований было предложено использовать в спутниковом цифровом телевидении DVB-S модуляцию QPSK, кабельном телевидении DVB-S модуляцию QAM, в наземном цифровом телевидении DVB-T модуляцию COFDM (в ATSC для наземного вещания используется канальная модуляция 8-VSB). Эти технологии легли в основу разработанного в 1994-1996 гг. пакета стандартов, известных в Европе как DVB. Благодаря этому с 1996 г. в мире начался переход к цифровому вещанию».
В начале этого века был разработан гораздо более эффективный алгоритм компрессии MPEG-4 H.264/AVC, который позволял передавать в стандартной полосе частот цифрового наземного и кабельного телевидения не 6-8, а 10-12 цифровых ТВ программ SDTV. Кроме того, новый алгоритм компрессии позволял передавать в стандартном канале сразу несколько программ HDTV. На тот период ожидалось, что в ближайшие год-два будут разработаны стандарты на наземное (DVB-T2) и кабельное (DVB-C2) цифровое вещание.
Известна концепция МНИТИ организации коллективного приема DVB-T в аналоговом формате по аналогии с внедрением ДМВ-вещания в СССР, когда эти программы предварительно преобразовывались в метровый диапазон волн и уже в таком виде распространялись населению. Сегодня 88% телезрителей получают телепрограммы по эфиру; 11,5% - по кабельному ТВ и только 0,5% имеют возможность непосредственного спутникового приема. В свою очередь 65% телезрителей принимают эфирные программы через сети коллективного распределения, а 35% - на собственные антенны. Способ, предложенный в концепции МНИТИ, на время проведения конференции решал проблему организации коллективного приема телепрограмм эфирного наземного ТВ, однако в общем формате, а не в конкретных чисто
технических вариантах [Научно-технический журнал «625» №10 (124), «Цифровое телевидение в России: готовность №1», 2006 г., с.74, столбец 2].
Известна головная станция AMZ 201 [см. каталог продукции «Телемак», 2007, с.2, 3, 5-8, 33, 36] фирмы-созаявителя данной заявки. Головная станция предназначена для формирования пакетов ТВ каналов в диапазоне 48-862 МГц в кабельных распределительных телевизионных сетях. В состав головной станции входят:
- активные канальные фильтры AMZ 201 01-04 MB и ДМВ диапазона, а также активные канальные фильтры AMZ 501 01-04М с автоматической регулировкой усиления, которые используются при уровнях сигнала на выходе антенны <10 мВ;
- пассивные канальные фильтры AMZ 201 01-02-03Р с регулировкой коэффициента передачи МВ диапазона, которые используются при уровнях сигнала на выходе антенны >10 мВ;
- модуляторы (в том числе с одной боковой полосой), включающие проходной канал с малыми потерями на выходе и регулятор уровня выходного ВЧ сигнала; несущая изображения модулятора MD 605 в МВ, СК, НВ формируется с помощью управляемых делителей;
- аналоговые демодуляторы, предназначенные для преобразования радиосигнала вещательного аналогового телевидения в диапазоне 48, 25-862 МГц в полный цветовой видеосигнал и сигнал звукового сопровождения;
- выходные усилители;
- блоки питания;
- направленные ответвители;
- шасси, на которых устанавливаются элементы головной станции;
- кабельные перемычки, согласованные нагрузки (СНГ1 - для разрыва питания по выходу канальных фильтров, СНГ2 - с инжектором для питания антенных усилителей), вводы питания антенных усилителей;
- кожухи.
Известна также головная станция фирмы «IKUSI» [см. каталог продукции «IKUSI», 2005, с.33, 34, 73, 74]. На стр.33 проиллюстрирован блок питания ТВ головной станции. В корпусе данного устройства расположен также выходной усилитель. На стр.34 изображен блок активных канальных фильтров. На стр.73-74 - демодуляторы для приема телевизионных каналов наземного вещания стандарта DVB-T.
Известно устройство [патент RU на изобретение №2153234] для использования в головной станции системы кабельного телевидения (варианты) и способ распределения программ абонентам в системе кабельного телевидения.
Данное устройство содержит модульную конструкцию головной станции кабельного телевидения и компонент устройства объединения для головной станции. Изобретение может быть использовано в системах распределения программ кабельного телевидения, передающих большое количество сигналов программ с цифровым уплотнением. Данное устройство объединения позволяет легко производить выбор программ из передаваемых сигналов, что и является достигаемым им техническим результатом. В изобретении представлены: схема распределения цифрового и аналогового кабельного телевидения; схема одной головной станции кабельного телевидения, обслуживающей три разные системы кабельного телевидения, каждая с отличающейся полосой рабочих частот; схема модульной системы цифрового кабельного телевидения, обслуживающей две последовательно соединенные системы кабельного телевидения; схема основных компонентов базисной головной станции цифрового кабельного телевидения для системы распределения цифрового кабельного телевидения, а также головной станции с устройством объединения. Представлена также схема основных компонентов головной станции цифрового и аналогового кабельного телевидения для объединенной системы распределения цифрового и аналогового кабельного телевидения, а также схема основных компонентов альтернативного варианта осуществления изобретения для головной станции цифрового кабельного телевидения с устройством объединения и дистанционным доступом к управлению, схема составляющих альтернативных вариантов осуществления изобретения для головной станции цифрового кабельного телевидения.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является последняя схема см. фиг.6 с патента RU на изобретение №2153234, на котором показана головная станция с цифровым входом и аналоговым выходом, в которой используется устройство объединения, включающее в себя декодирующие устройства и аналоговые модуляторы. Видеосигнал принимается в цифровой форме, манипулируется, преобразуется и передается на входные терминалы приемников. В этой конкретной конструкции видеосигнал преобразуется из цифрового формата в аналоговый формат для передачи на входные терминалы приемников (в аналоговой форме). Используя этот вариант осуществления изобретения, преимущества передач уплотненных видеосигналов через спутники можно реализовать без изменения большого парка устаревшей аппаратуры аналоговых входных терминалов приемников.
Радиочастотные сигналы принимаются головной станцией со спутника, наземной линии связи или других средств связи. Показанным управляющим цифровым процессором ЦП можно управлять дистанционно или получать определенные команды
на месте. Управляющий ЦП обеспечивает команды на демультиплексоры по идентификации подмножества цифровых видеосигналов. Это подмножество видеосигналов выбирается головной станцией для последующей обработки.
После выбора цифровых видеосигналов, цифровые видеосигналы обрабатываются посредством декодирующих устройств. На фиг.6с показан каждый сигнал, обрабатываемый посредством декодирующего устройства. Специалисты в данной области техники понимают, что можно использовать множество разнообразных способов кодирования и декодирования. После декодирования каждый аналоговый видеосигнал обрабатывается посредством аналогового модулятора до его передачи на входной терминал приемника (не показанный). В этой конфигурации можно использовать демультиплексоры, декодирующие устройства и аналоговые модуляторы. Размер головной станции ограничен имеющейся шириной полосы частот для дома абонента. На примере приема спортивной программы показана работа головной станции кабельного телевидения с ретранслятора, предназначенного для спортивных программ. Демультиплексор, приписанный к спортивному ретранслятору, получает команду выбрать нужную спортивную программу. Затем спортивная программа декодируется в аналоговую форму и обрабатывается аналоговым модулятором. Затем аналоговый модулятор может разместить программу в 6 МГц имеющейся рабочей полосы частот (например, между 544 МГц и 550 МГц) в кабельной системе.
Данное устройство не предназначено для коллективного приема наземных аналоговых и цифровых ТВ сигналов, дорого и громоздко.
Задача заявляемой полезной модели заключается в обеспечении доступности приема цифровых каналов наземного ТВ для массового приема.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство для коллективного приема телепрограмм эфирного ТВ, включающее блок приемников цифровых ТВ сигналов, содержащий ряд демодуляторов цифровых сигналов, последовательно соединенных с аналоговыми модуляторами, имеет блок усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ, представляющий собой набор параллельно включенных канальных фильтров, и в блок приемников цифровых ТВ сигналов введен ряд канальных фильтров, выходы которых соединены параллельно с выходами канальных фильтров блока усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ, а каждый из демодуляторов цифровых сигналов блока приемников цифровых ТВ сигналов выполнен с возможностью приема сигнала стандарта DVB-T.
Заявляется также устройство для коллективного приема телепрограмм эфирного ТВ с вышеназванными конструктивными признаками, в котором канальный фильтр блока усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ содержит: цепи суммирования и деления, установленные на его входе и выходе, фильтрующие цепи на основе L и С элементов, усилительные каскады и регулируемый аттенюатор, причем перечисленные элементы соединены последовательно.
Заявляется также устройство для коллективного приема телепрограмм эфирного ТВ, содержащее аналоговый модулятор блока приемников цифровых ТВ сигналов, который имеет в своем составе модулирующую микросхему, выход которой выполнен с возможностью настройки на любой канал ТВ диапазона, совмещенную с синтезатором частот и контроллер.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности приема как аналоговых, так и цифровых сигналов стандарта DVB-T в аналоговом формате без использования дополнительного оборудования абонентских цифровых приставок, что в свою очередь делает прием цифровых каналов доступным для широких слоев населения. Достигаемый технический результат заявляемой полезной модели направлен на решение социальной задачи - приема цифровых каналов с минимальными затратами населения. Стоимость одной приставки составляет от 70 до 140 долларов США, в то время как стоимость коллективной системы на одного абонента составляет 10-15 долларов США. За счет конфигурации заявляемого устройства удалось получение высококачественного пакета из аналоговых и цифровых сигналов наземного телевизионного вещания, а также сигналов цифрового наземного ТВ, передаваемого в аналоговом формате. При этом заявляемая система обладает высокой гибкостью и высокими эксплуатационными характеристиками, позволяющими быстро учитывать и реагировать на региональные особенности ТВ вещания.
Заявляемое устройство поясняется с помощью фиг.1-10, на которых представлены:
фиг.1 - схема работы заявляемого устройства;
фиг.2 - изображение блока усиления и выравнивания сигналов уровней наземного ТВ;
фиг.3 - изображение демодулятора цифровых сигналов DVB-T;
фиг.4 - блок-схема активного канального фильтра;
фиг.5 - блок-схема выходного широкополосного усилителя;
фиг.6 - блок-схема направленного ответвителя;
фиг.7 - блок-схема делителя;
фиг.8 - блок-схема демодулятора цифровых сигналов DVB-Т;
фиг.9 - блок-схема аналогового модулятора;
фиг.10 - блок-схема блока питания, на которых позициями 1-28 представлены:
1 - блок приемников цифровых ТВ сигналов;
2 - блок усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ;
3 - приемная антенна эфирного ТВ;
4 - кабель снижения от приемной антенны эфирного ТВ;
5 - канальный фильтр;
6 - кабельная перемычка;
7 - выходной широкополосный усилитель;
8 - направленный ответвитель;
9 - делитель;
10 - демодулятор цифровых сигналов DVB-T;
11 - аналоговый модулятор;
12 - блок питания;
13 - кабель питания;
14 - цепи суммирования (деления);
15 - фильтрующие цепи;
16 - усилительные каскады;
17 - регулируемый аттенюатор;
18 - ВЧ ферритовые трансфлюксоры;
19 - тюнер;
20 - декодер DVB-T;
21 - демультиплексор;
22 - сигнальный процессор;
23 - модулирующая микросхема;
24 - контроллер;
25 - сетевой фильтр;
26 - выпрямительный мост;
27 - драйвер питания;
28 - выходной фильтр.
Заявляемое устройство для коллективного приема телепрограмм эфирного ТВ содержит блок приемников 1 цифровых ТВ сигналов, блок 2 усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ. Блок приемников 1 цифровых ТВ сигналов включает ряд демодуляторов цифровых сигналов 10 стандарта DVB-T, последовательно соединенных с аналоговыми модуляторами 11, ряд канальных фильтров 5. Активные канальные фильтры 5, соединенные между собой и выходным усилителем 7 кабельными перемычками 6, содержат цепи суммирования (деления) 14 на входе и выходе активных канальных фильтров 5 и настроены на частоты аналоговых и цифровых эфирных ТВ каналов.
Выходы канальных фильтров 5 блока приемников 1 цифровых ТВ сигналов параллельно соединены с выходами канальных фильтров 5 блока 2 усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ.
Вход выходного широкополосного усилителя 7 через направленный ответвитель 8 и делитель 9 соединен с входами демодуляторов цифровых сигналов 10 стандарта DVB-T, которые, в свою очередь, соединены с аналоговыми модуляторами 11, входы которых через кабельные перемычки 6 соединены с входами активных фильтров 5, настроенных на свободные частоты в ТВ диапазоне.
Схема содержит блоки питания 12, осуществляющие питание активных канальных фильтров 5 через кабели питания 13.
Кабель снижения 4 от приемной антенны 3 эфирного ТВ представляет собой отрезок ТВ стандартного кабеля, соединяющего выход приемной антенны 3 эфирного наземного ТВ и вход блока 2 усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ.
Активный канальный фильтр 5 содержит фильтрующие цепи 15 на сосредоточенных элементах L и С (индуктивность, конденсатор), усилительные каскады 16, регулируемый аттенюатор 17, цепи суммирования (деления) 14 на входе и выходе активных канальных фильтров 5 (Фиг.4).
Кабельные перемычки 6 представляют собой отрезки коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, на концах которых смонтированы стандартные разъемы.
Выходной широкополосный усилитель 7 предназначен для усиления сигналов ТВ диапазона, содержит три каскада, последний из которых выполнен по двухтактной схеме (push-pull). Схема данного усилителя выполнена на высокочастотных транзисторах, работающих в режиме А (линейный режим работы усилителя) (Фиг.5).
Направленный ответвитель 8 выполнен на высокочастотных ферритовых трансфлюксорах 18 и предназначен для неравномерного деления по двум направлениям (Фиг.6).
Делитель 9 - делитель мощности ТВ диапазона выполнен также на высокочастотных ферритовых трансфлюксорах 18 (двухдырчатых ферритах) по классической схеме (Фиг.7).
Демодуляторы цифровых сигналов 10 стандарта DVB-T - цифровые демодуляторы, которые предназначены для выделения аудио- и видеосигнала одного ТВ канала из транспортного потока стандарта DVB-T. Каждый состоит из селектора каналов - тюнера 19, преобразующего сигнал ТВ канала на промежуточную частоту декодера 20 стандарта DVB-T, демультиплексора 21 и сигнального процессора 22. (Фиг.8).
Аналоговые модуляторы 11 ТВ каналов имеют в своем составе: моделирующую микросхему 23, формирующую сигнал частотного спектра ТВ диапазона, совмещенную с синтезатором частот и контроллер 24 для перестройки аналогового модулятора 11 на нужный ТВ канал и стабилизации частоты аналогового модулятора 11. Перечисленные основные компоненты аналогового модулятора 11 имеют интегральное исполнение (Фиг.9).
Блок питания 12 содержит сетевой фильтр 25, выпрямительный мост 26, драйвер питания 27, выходной фильтр 28 (Фиг.10).
Заявляемое устройство работает следующим образом. Цифровые и аналоговые сигналы наземного ТВ от приемной антенны 3 эфирного наземного ТВ по кабелю снижения 4 поступают на блок 2 усиления и выравнивания уровней цифровых и аналоговых сигналов наземного ТВ, где и осуществляется их усиление и выравнивание. В активном канальном фильтре 5 сигнал через цепи деления 14 попадает на фильтрующие цепи 15, где выделяется один из каналов наземного ТВ. Затем он усиливается с помощью усилительных каскадов 16 и подается на выходной суммирующий элемент 14. Для регулировки коэффициента усиления между каскадами активных канальных фильтров 5 имеется регулируемый аттенюатор 17, позволяющий регулировать уровень выходного сигнала в больших пределах (порядка 20 дБ). После этого ТВ каналы поступают на выходной широкополосный усилитель 7, который усиливает их до уровня, необходимого для подачи в сеть. Выходной широкополосный усилитель 7 содержит три усилительных каскада 16, последний из которых выполнен по двухтактной схеме (push-pull), достаточно широко распространенной в усилителях кабельного ТВ. Через направленный ответвитель 8 и делитель 9 сигналы попадают на вход демодуляторов цифровых сигналов 10 стандарта DVB-T, тюнеры
19 которых настроены на частоты цифровых каналов. Радиочастотный сигнал на промежуточной частоте поступает на декодер DVB-T 20, где преобразуется в групповой транспортный поток стандарта DVB-T, который, в свою очередь, поступает на демультиплексор 21, выделяющий из группового потока один канал в стандарте DVB-T. Сигнальный процессор 22 преобразует сигнал формата DVB-T в обычный аналоговый формат аудио и видео. После выделения аудио- и видеосигналов из транспортного потока DVB-T сигналы подаются на входы аналоговых модуляторов 11, формирующих аналоговые ТВ каналы на свободных частотах ТВ диапазона. Низкочастотные аудио- и видеосигналы подаются на вход модулирующей микросхемы 23, на выходе которой формируется высокочастотный телевизионный сигнал стандарта PAL или SECAM, соответствующий стандартной частотной сетке OIRT. С помощью переключателей на передней панели аналогового модулятора 11 может быть установлен любой канал ТВ диапазона (48-862 МГц). Для уменьшения уровня внеполосных помех сигналы с аналоговых модуляторов 11 подаются на активные канальные фильтры 5, имеющие цепи суммирования и деления 14 на входе и выходе, позволяющие суммировать пакет полученных аналоговых сигналов после модуляции с сигналами наземного эфирного ТВ. Таким образом в ТВ распределительную сеть подается выровненный и усиленный пакет, содержащий аналоговые и цифровые сигналы, присутствующие в эфире, а также полностью или частично демодулированный набор каналов, передаваемый в аналоговом формате из пакетов DVB-T, который возможно принимать стандартным аналоговым ТВ приемником.