DVB-T – Idea nadawania telewizji w sposób cyfrowy

Idea nadawania telewizji w sposób cyfrowy jest prosta – obraz i dźwięk muszą zostać zamienione na postać cyfrową, a następnie cyfrowy potok danych audio-video zostaje rozesłany przez sieć nadajników do indywidualnych odbiorników abonentów. Takie rozwiązanie można było urzeczywistnić dzięki rozwojowi mikroprocesorów. Ich duża moc obliczeniowa oraz szybkość działania sprawiają, że kodowanie, dekodowanie sygnału i jego kompresja i dekompresja mogą odbywać się w czasie rzeczywistym, bez konieczności wprowadzania jakichkolwiek opóźnień.

Zalety cyfrowego nadawania TV

Cyfrowy sposób nadawania ma dwie zasadnicze zalety. Zdigitalizowany sygnał jest bardzo odporny na zakłócenia, a obraz prezentowany w wysokiej rozdzielczości. System zero-jedynkowy i algorytmy kontroli powodują, że oglądany obraz nie śnieży, a dźwięk nie jest zaszumiony.

Przy zbyt dużych zakłóceniach lub zbyt niskim poziomie sygnału może się jedynie zdarzyć, że obraz będzie przerywał lub na telewizorze widać będzie czarny ekran, a w głośnikach – słychać ciszę. Drugą olbrzymią zaletą jest możliwość jednoczesnego przesyłania dodatkowych danych np. wielojęzycznych napisów, innych ścieżek dźwiękowych, opisów programów telewizyjnych.

Wprowadzenie cyfrowego sygnału telewizyjnego wiąże się też z bardziej efektywnym wykorzystaniem dostępnych częstotliwości. Zamiast jednego kanału analogowego w jego przestrzeni można przesłać pakiet kilku kanałów cyfrowych.

DVB-T – standard telewizji cyfrowej

DVB-T jest standardem transmisyjnym telewizji cyfrowej przekazywanej z nadajników naziemnych. Podstawą tego systemu jest strumień transportowy (TS) składający się ze skompresowanych składowych wizji, fonii i danych oraz tablic (PSI) umożliwiających urządzeniu odbiorczemu odbiór wybranego programu telewizyjnego lub radiowego oraz danych.

Aby strumień audio-wideo mógł być wysłany za pomocą fal radiowych, musi być zakodowany za pomocą specjalnego kodeka. W Polsce wybrano nowoczesny standard kodowania MPEG-4 (H.264/AVC). W przedziale częstotliwości odpowiadającym jednemu kanałowi analogowemu umożliwia zmieszczenie do siedmiu programów o jakości zbliżonej lub lepszej niż w wypadku transmisji analogowej.

Szereg państw Europy Zachodniej stosuje nieco mniej efektywne i starsze kodowanie MPEG-2 (np. Niemcy). W tym wypadku na częstotliwościach odpowiadających jednemu analogowemu kanałowi można emitować co najwyżej pięć programów cyfrowych.

Czym się różni sygnał cyfrowy od analogowego?

Sygnał cyfrowy różni się od analogowego tym, że jest zapisany w kodzie dwójkowym – jako ciąg zer i jedynek. Do odczytu służy specjalny mikroprocesor, który przypisuje każdej liczbie dwójkowej odpowiednią wartość i w ten sposób odtwarza np. zmiany jasności. Sygnał cyfrowy jest znacznie mniej podatny na zakłócenia, nawet przy słabym jego natężeniu brak impulsu pozostaje zerem, a impuls jedynką. Niestety transmisja tej samej informacji w surowej postaci cyfrowej zajmuje więcej czasu niż w postaci analogowej. Rozwiązaniem stały się programy komputerowe pozwalające skompresować dane zapisane cyfrowo, co znacznie zmniejsza ilość informacji poddawanej obróbce podczas transmisji.

Impulsy kodu binarnego, czyli poszczególne bity informacji, transmitowane są na stałej, niezmiennej częstotliwości. Całą liczbę – bajt informacji, można szybko przesłać na paru połączonych, równoległych częstotliwościach, co i tak zajmie mniej miejsca niż pasmo analogowe. Odczyt jest wtedy przeprowadzany kompleksowo (od razu otrzymujemy pełne, kilkubitowe słowo), tak by szybko odzyskać pełne dane.

Jak przebiega droga sygnału telewizyjnego od nadajnika do odbiornika?

Droga sygnału telewizyjnego od nadajnika do odbiornika abonenta wygląda następująco:

1. W studiu telewizyjnym uzyskiwany jest obraz z kamer oraz dźwięk z mikrofonów. Ma on postać analogową zamienianą później na cyfrową. Odbywa się to bezpośrednio (np. od razu w kamerze) lub w specjalnych przetwornikach a/c pośredniczących np. między mikrofonem a dalszym torem sygnałowym.
2. W osobnym studiu przygotowywane są w postaci cyfrowej dane dodatkowe np. teletext, streszczenia programów itp.
3. Sygnały cyfrowe z trzech przedstawionych wcześniej źródeł trafiają wspólnie do kodera cyfrowego pracującego w standardzie MPEG. Tam skompresowane sygnały wizji, fonii i pakiety dodatkowych danych zostają połączone w jeden sygnał cyfrowy.
4. Na wyjściu kodera znajdują się układy dzielące strumienie danych na pakiety elementarne (PES -każdy z nich zawiera pewną ilość danych). Każdy z pakietów jest rozpoznawany na podstawie specjalnego nagłówka.
5. Z pakietów elementarnych tworzony jest strumień transportowy TS. Elementarne pakiety danych PES są dzielone na mniejsze pakiety o stałej długości danych i w takiej postaci wrzucane do TS.Uwaga! W strumieniu transportowym mogą być umieszczane (mieszane) elementarne pakiety danych pochodzące z różnych programów telewizyjnych. Każdy pakiet uzupełniany jest 4-bajtowym nagłówkiem. Zawiera m.in. bajt synchronizacji, identyfikator (PID) umożliwiający stwierdzenie, z którego elementarnego pakietu pochodzą dane (przesyłane w danym pakiecie strumienia transportowego) oraz licznik pakietów (CC) informujący, którym z kolei pakietem wydzielonym z elementarnego pakietu PES jest dana porcja informacji.Zastosowanie w strumieniu transportowym krótkich pakietów o stałej długości pozwala na efektywne zabezpieczenie przed błędami transmisji. Typowo każda porcja danych uzupełniana jest 16 bajtami kodu Reeda-Solomona. Zabezpieczenie to gwarantuje korekcję do 8 błędów w każdym pakiecie. Część pakietów zarezerwowana jest do transmisji informacji opisujących przesyłane w strumieniu transportowym programu (PSI).Spośród tych pakietów najważniejszy to pakiet o numerze O, który zawiera tablicę PAT z zapisaną informacją o wszystkich przesyłanych programach. To właśnie na podstawie tych danych możliwe jest ponowne złożenie kompletnego sygnału wybranej stacji.
6. Tak przygotowany potok cyfrowych impulsów kierowany jest do nadajnika.
7. Sygnał poprzez zwykłą antenę naziemną dociera do odbiornika telewizyjnego lub specjalnej przystawki – dekodera DVB.
8. Dekodowanie strumienia transportowego rozpoczyna się od wydzielenia z całego strumienia tablicy PAT. Na jej podstawie dekoder określa identyfikatory paczek danych składających się na program, który ma być w danej chwili odbierany.
9. Ze strumienia pobierane są właściwe pakiety (należące do wybranego programu). Kolejny krok to ich zgrupowanie w odpowiedniej kolejności, tak aby odtworzyć pierwotne pakiety danych PES.
10. Następuje łączenie pakietów PES w jednolity strumień danych, który trafia do dekodera MPEG.
11. W dekoderze przebiega proces dekompresji i selekcji pozwalającej na wydzielenie sygnałów obrazu i dźwięku. Odpowiednie sygnały są kierowane do obwodów odpowiedzialnych za wyświetlanie obrazu i nagłośnienie.
12. Dane dodatkowe trafiają do specjalnego bufora, o ich użyciu (np. wyświetleniu) decyduje bezpośrednio użytkownik. Dane te są cały czas weryfikowane i modyfikowane, tak by zawarta w nich informacja była aktualna.

Wydawać się może, że cały proces jest mało skomplikowany, lecz długotrwały. Otóż nie – bez wnikania w szczegóły, te wszystkie zamiany, kodowania i dekodowania mają bardzo skomplikowane algorytmy. Również same dane to długie strumienie zero-jedynkowe.

Ich obróbkę w czasie rzeczywistym umożliwiają szybkie procesory. „Zaszyte” w nich procedury sprawiają, że cały proces jest niedostrzegalny dla przeciętnego użytkownika. I o to chodzi – żeby cieszyć oko i ucho pięknym obrazem połączonym z wielokanałowym, perfekcyjnym dźwiękiem.

Porównywarka cen sprzętu RTV