СИСТЕМА ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Полезная модель относится к телевизионным системам эфирного наземного вещания и может быть использована при конструировании многоканальных систем передачи цифрового телевидения как спутникового, так и кабельного телевещания.
На протяжении нескольких десятилетий телевидение было аналоговым, и только в 80-х годах разработчикам ТВ систем пришлось столкнуться с ограничениями аналоговых методов, серьезно сужающих возможности дальнейшего развития телевидения.
Одной из главных причин этих ограничений следует считать слабую помехозащищенность аналогового сигнала, который подвергается в каждом из многочисленных устройств телевизионного тракта воздействию шумов и других помех. А ведь современная вещательная ТВ система представляет собой весьма длинную цепь устройств для преобразования и передачи сигналов, число звеньев которой с развитием телевидения сильно увеличивается.
В каждом звене этой сложной цепи возникает неизбежная потеря качества изображения. Связано это с тем, что в любом устройстве, при любом из преобразований, которому подвергается сигнал, на него воздействуют помехи. При аналоговых методах усиления и обработки ТВ сигнала эти помехи накапливаются от звена к звену и, естественно, тем сильнее, чем больше в ТВ системе процессов обработки и переприема сигнала. Пока этих преобразований немного, суммарные искажения еще могут быть незаметны. Но с развитием телевидения число преобразований очень быстро возрастает. Увеличиваются расстояния между передающим и приемным пунктами, растут номенклатура и число различных видеоэффектов, разнообразящих передачу, но требующих дополнительного преобразования, усложняется технология монтажа ТВ программ. В таких системах проблема обеспечения необходимой помехоустойчивости становится главенствующей.
Существенно уменьшить искажения от помех при формировании и передаче ТВ сигналов, а также решить ряд других задач, о которых будет сказано ниже, позволяют цифровые методы, уже известные в технике связи. Именно поэтому в последние годы все большее внимание уделяется так называемому цифровому телевидению. Цифровое телевидение - область телевизионной техники, в которой операции обработки, консервации и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму.
Во многих странах поставлен вопрос о прекращении в первом десятилетии XXI века аналогового телевизионного вещания и полном переходе к цифровому телевидению.
В настоящее время во всем мире активно происходит процесс перехода на цифровые методы приема и передачи эфирных телевизионных программ, а в развитых странах Европы, США и Японии он уже завершается. Наша страна, стоявшая у истоков зарождения телевидения, в соответствии с Постановлением Правительства должна завершить переход с аналогового на цифровое телевидения до 2015 г.
Международной организацией по стандартизации (ISO - International Organization for Standartization), объединяющей национальные комитеты по стандартизации более 100 стран мира, разработала стандарты цифрового телевизионного вещания: DVB, ATSC, ISDB - соответственно европейский, американский и японский стандарты цифрового телевидения.
Пропускная способность каналов связи во многом зависит от среды передачи и типа используемой модуляции. Наибольшую пропускную способность могут обеспечить кабельные каналы, где передаваемый сигнал в значительной степени защищен от помех, что позволяет использовать для передачи сигналов более широкий диапазон частот.
Эфирные и спутниковые каналы использующие, для передачи радиоволны, в гораздо большей степени подвержены влиянию помех, для коррекции которых используются специальные формы кодирования, требующие дополнительной полосы частот. Однако для большей части телезрителей в нашей стране основным пока является именно наземное телевидение. Телесигналы посредством радиоволн распространяются от устанавливаемых на вышках мощных телепередатчиков, и через индивидуальные или коллективные телеантенны поступают к телеприемникам. Одна из проблем эфирного телевидения - малая площадь охвата, ограничиваемая зоной прямой видимости между передающей и принимающей антеннами. За пределами этой зоны уровень сигнала и качество приема резко падают.
Применение цифрового телевидения обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с аналоговым телевидением: повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов; существенное увеличение числа ТВ программ, передаваемых в том же частотном диапазоне; повышение качества изображения и звука ТВ приемниках; создание ТВ систем с новыми стандартами разложения изображения (телевидение высокой четкости); расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры; передача в ТВ сигнале различной дополнительной информации; создание интерактивных ТВ систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу (например, видео по запросу и другие функции).
Во многих крупных городах наибольшее развитие получили кабельные и спутниковые системы телевидения, однако, к недостаткам кабельного телевидения следует отнести наличие кабеля, модема и прочей дополнительной аппаратуры. Для приема спутникового телевидения нужны специальные спутниковые антенны (тарелки) которые, как правило устанавливаются индивидуально и портят вид жилых домов и требуют квалифицированной настройки.
Многоканальные наземные системы цифрового телевидения, как правило используются в небольших городах или поселках, т.к. радиус зоны покрытия не превышает 6 км.
Известные наземные многоканальные системы передачи цифрового ТВ содержат группу мультиплексеров телепрограмм, группу модуляторов, группу передатчиков (число групп соответствует числу каналов, а также сумматоры выходных каналов передатчиков и передающую антенну (или антенны).
Недостатком таких систем является низкая надежность работы системы, т.к. она содержит много элементов не защищая от помех, поэтому из-за наличия относительно больших помех, возможно полное пропадания телевизионного сигнала.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому техническому решению является многоканальная система передачи телевизионных программ, в которой ТВ программы модулируются в соответствующих модуляторах и суммируются в сумматоре, выход которого соединен с передатчиком. Суммарный сигнал поступает на передающую антенну. В полосе 2500-2700 Мгц (частотный диапазон, выделенный для России может быть размещено 31 канал аналогового телевидения, а в цифровом телевидении за счет сжатия стандартом MPEG-2 или MPEG-4 значительно больше. (Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н. и Терехов Б.Г. «Системы цифрового телевидения и телевещания», Изд-во: Горячая линия - Телеком, 2007 с.49-59).
К недостаткам этой системы следует отнести то, что она не обладает желаемой помехоустойчивостью, что снижает ее надежность, а максимальной радиус покрытия канального передатчика при мощности 20 Вт./кан. при подвесе передающей антенне 150 м составляет 32 км., снижая возможность ее использования, т.к. обеспечение такой высоты подвеса не всегда возможно.
Кроме того, система содержит модулятор каждого канала, что увеличивает количество элементов системы.
Технической задачей полезной модели является создание системы, обладающей повышенной надежностью и помехоустойчивостью без усложнения конструкции, но обеспечивающей увеличение радиуса зоны покрытия и упрощение ее обслуживания.
Технический результат достигается за счет того, что в известную систему, содержащую телевизионные программы, представляющие цифровой поток, модулируются соответствующим модулятором и суммируются в сумматоре, выход которого соединен с передатчиком, передающим суммированный сигнал на передающую антенну, внесены изменения и дополнения, а именно:
- перед модулированием несколько программ объединятся мультиплексором;
- между выходами соответствующих модуляторов и входами сумматора ведены последовательно соединенные усилители и полосовые фильтры.
Объединение нескольких телевизионных программ в мультиплексоре позволяет уменьшить количество модуляторов, а введение усилителей и полосовых фильтров позволяет усилить промодулированный телевизионный сигнал и компенсировать затухание его при суммировании, а также отфильтровать сигналы каналов друг от друга, то устраняет искажения при взаимном влиянии спекторов сигналов.
Конвертирование сигнала из ДМВ спектра в полосу частот 2500-2700 МГц в передатчике и усиление сигнала на выходе передатчика позволяет увеличить радиус зоны покрытия, при прочих равных условиях (мощности передатчика и высоты подвеса антенны).
Блок - схема предлагаемой системы цифрового телевидения приведена на фигуре 1.
Она содержит поток входных цифровых сигналов (видео и звука), поступающих в соответствующие мультиплексоры 1, модуляторы 2, усилители 3, полосовые фильтры 4, сумматор 5, передатчик 6, и передающая антенна 7.
Система работает следующим образом. Цифровые потоки отдельных телевизионных программ объединяются мультиплексорами 1 в групповые цифровые потоки. На фигуре 1 приведено объединение 10 программ в каждом мультиплексоре. Групповые цифровые потоки поступают в соответствующие модуляторы 2, где происходит модуляция по стандарту DVB-Т. Промодулированные сигналы усиливаются в канальных усилителях 3 и фильтруются по частоте в полосовых канальных фильтрах 4 и поступают в сумматор 5 и далее весь суммарный спектр поступает в передатчик 6, а с выхода передатчика 6 поступает на передающую антенну 7, с помощью которой радиосигналы распределяются по эфиру.
Заявляемая система за счет дополнительных блоков позволяет уменьшить затухание и искажение телевизионных сигналов, что повышает надежность работы системы, причем при меньшей мощности передатчика и высоты подвеса передающей антенны имеет больший радиус зоны покрытия. При высоте подвеса передающей антенны 60 м и мощности передатчика 10 Вт, радиус зоны покрытия - у прототипа 6,5 км, (приемная антенна 18 Дб), а у заявленной системы 25 км. Это позволяет расширить возможности применения заявляемой системы цифрового телевидения.
В настоящее время, система смонтирована в г.Омске и проходит тестовые испытания. Внедрение и изготовление системы цифрового телевидения предполагается в 2011 г.