Digitaalringhäälingu olulisus

Selles numbris on esimene uus artiklite seeria, mis käsitleb kõige tipptasemel digitaalset ringhäälingutehnoloogiat. NHK teadlased avaldasid äsja uue raamatu pealkirjaga "Digitaalringhäälingu tehnoloogiad ja teenused", mille peatoimetaja on STRL-i peadirektor dr Osamu Yamada. Ehkki raamat on kirjutatud jaapani keeles, sisaldab see palju kasulikku teavet digitaalringhäälingutehnoloogia kohta, alates põhitehnikatest kuni rakendussüsteemideni. Järgmise mitme numbri toimetajad järjestavad Jaapani raamatu ingliskeelseteks artikliteks. Selle numbri artiklil on kaks osa: sissejuhatus digitaalringhäälingutehnoloogiasse ja videosignaalide tihendamise tehnika.

1. Ringhäälingu digitaliseerimine
Digitaalringhäälingu kogu ajastu, alates programmide tootmisest kuni digitaalvastuvõtjateni, on varsti käes pildi tihendamise tehnoloogia edusammude, LSI-seadmete suurema integreerituse ja parema jõudluse ning digitaaltehnoloogia kiire arengu, sealhulgas digitaalse ülekandesüsteemid.

Joonis 1 kirjeldab levisignaalide edastamise järjestust. See jada algab videosignaali edastamisest sündmuskohal või stuudios asuva kaamera abil ning jätkub programmi tootmise, redigeerimise, salvestamise, võrgutoimingute, edastamise ja vastuvõtu kaudu. Viimastel aastatel on ringhäälingustuudiod võtnud kasutusele arenenud digitaaltehnoloogiad ja funktsionaalsused, mis võimaldavad ringhäälingusignaale töödelda stuudios ja ülekandevõrkude kaudu. Kodumajapidamistele saadetavate levi signaalide digitaliseerimine on paljudes riikides muutunud ka suureks probleemiks. Mõned näited digitaalringhäälingusignaalide paljudest eelistest on mitmekanaliline levivõimekus, kõrge pildikvaliteet, keerukad funktsioonid, ringhäälingu lähendamine teiste meediumitega ja spektri tõhus kasutamine.
Rahvusvahelise Telekommunikatsiooni Liidu raadiosidesektor (ITU-R), mis arutab ringhäälingusüsteemide eeliseid rahvusvahelisest vaatenurgast, on olnud pikaajalise standardimisvaidluste keskmes, eriti Jaapani, USA ja Euroopa liikmesuse osas. Lõpuks on siiski kokkuleppele jõutud ja nüüd on kõigi nende piirkondade jaoks välja töötatud rahvusvahelised standardid satelliit-, maapealse ja kaabelsüsteemi jaoks. Hiljem on arenenud tihe konkurents, kui kõik need rühmad üritavad edendada oma süsteemi kogu maailmas. Sellega seoses on mitmed riigid, sealhulgas Singapur, Hongkong ja Brasiilia, juba alustanud maapealse digitaaltelevisiooni kolme edastussüsteemi võrdluskatseid, mis on kõige olulisem saatesignaal.

2. Digitaalringhääling suuremates piirkondades

Ameerika Ühendriigid edastasid mitme kanaliga digitaaltelevisiooni signaale satelliidi kaudu esmakordselt 1994. aastal ja sellest ajast alates on see televisiooniteenuse vorm laienenud. Euroopas on sama tüüpi mitme kanaliga digitaaltelevisiooni levitatud alates 1996. aastast.

Maapealse digitaalringhäälingu valdkonnas on DTV (digitaaltelevisioon) süsteemil põhinev ja kõrglahutusega televisiooni (HDTV) sisaldav televisiooniteenus USAs tegutsenud alates 1998. aasta novembrist. Euroopas on Briti Ringhäälingu Corporation (BBC) alustas mitme kanaliga standardtelevisiooni teenust veidi varem, 1998. aasta septembris, kasutades Euroopa süsteemi, mida nimetatakse maapealseks digitaalvideoülekandeks (DVB-T).

Jaapanis on satelliit-, maapealse ja kaabeltelevisiooni digitaalringhäälingu standardeid alates 1994. aastast uurinud telekommunikatsioonitehnoloogia nõukogu digitaalringhäälingusüsteemide komitee, mis on endise posti- ja telekommunikatsiooniministeeriumi (MPT) nõuandev kogu ja praegune avaliku halduse, siseasjade, postide ja telekommunikatsiooni ministeerium (MPHPT). Nende uuringute tulemusel alustas sidesatelliiti (CS) kasutav PerfecTV tegevust 1996. aasta juunis. PerfecTV on sellest ajast alates ühinenud teiste CS ringhäälinguorganisatsioonidega SkyPerfecTV-ks, mis pakub praegu mitusada kanalit programmeerimist.

Jaapanis on laialdaselt arendatud ka digitaalringhäälingut, kasutades Broadcasting Satellites (BS). 30. mail 1997 esitas raadioregulatsiooni nõukogu (samuti MPHPT nõuandev kogu) aruande pealkirjaga "Vajadus digitaalringhäälingu jaoks, keskendudes HDTV-le teise käivitatud BS-4 satelliidi kaudu, mis avatakse 2000. aastal." Kooskõlas selle aruandega algas telekommunikatsiooninõukogus ja raadiotööstuste ja ettevõtjate liidus (PRIA) standardimistöö ning 1998. aasta veebruaris esitatud ülekandesüsteemide aruanne muudeti ministri määruseks. Seejärel, 2000. aasta detsembris, hakkas BS digitaalsaadete mitmekesine valik kasutama BS nelja transpondrit. Need saated sisaldasid seitset HDTV-programmi, kolme standardset teleprogrammi, kümneid raadioprogramme ja erinevaid andmeedastusprogramme.

Maapealse digitaalringhäälingu Jaapani teadusuuringud on olnud samalaadsed selles valdkonnas Euroopa ja Ameerika arenguga seotud uuringute osas ning telekommunikatsioonitehnoloogia nõukogu (teine ​​MPHPT nõuandev kogu) esitas 1999. aastal aruande maapealse digitaalringhäälingu kohta. Veidi varem, juunis MPT ringhäälingu büroo peadirektori eraõigusliku nõuandekomitee, digitaalse maapealse ringhäälingu nõuandekomitee 1998. aasta aruandes märgiti, et maapealne digitaalringhääling peaks algama 2003. aastal Kanto, Chukyo ja Kinki piirkonnas, Jaapani kolme suurima suurlinna piirkonnas. .

3. Digitaalringhäälingu omadused
Võrreldes tavapäraste analoogsüsteemidega eristuvad digitaalringhääling järgmistest funktsioonidest.
(1) Tugev versus müra
Analoogsaadete puhul tähendab vastuvõetud signaali nõrgenemine pildikvaliteedi halvenemist müra kujul teleriekraanil. Nagu on näidatud joonisel 2, peab digitaalne signaal tuvastama ennast ainult numbriga "1" või "0", mis muudab digitaalringhäälingu müra suhtes tugevamaks kui analoogringhääling.

Joonis 2: Digitaalsignaal ja müra

(2) Video- ja helisignaalide pakkimine lairiba kaudu
ITU-R soovitab nii video- kui ka helisignaalide jaoks sama tihendamise tehnikat, nimelt MPEG-2. Videosignaalide digitaalsel pakkimisel sõltub häire ilmnemise viis pildi omadustest. Hiljutised MPEG-2 kujutise tihendamise tehnikad on saavutanud tihendussuhte 1/20 tavalise teleri ja 1/60 HDTV puhul. MPEG-2 uuringud jätkuvad, et veelgi parandada tihendussuhteid, säilitades samal ajal piisava pildikvaliteedi taseme.

(3) Vigade parandamise tehnikad pole analoogsignaalide korral võimalikud
Põhimõtteliselt ei saa analoogsaadete puhul müra eemaldada. Digitaalsaadete puhul on aga veaparandustehnikate abil võimalik edastustee häiretest põhjustatud bitivigu parandada. Siin märgitakse "vigadeks" ainult need bitivigu, mis on parandamiseks liiga suured. Kui täiendavaid paarsusbitte, mida tuleb veaparanduse huvides edastada, võib pidada edastusvõimsuse seisukohast ebasoodsaks, siis saadud parandusefekt kaalub sisuliselt ära eelise, et neid bitte ei saadeta. Veaparandusest on saanud digitaalsete süsteemide asendamatu tehnoloogia.

(4) Video-, heli-, andme- ja juhtsignaalide käitlemise identne meetod
Digitaalsignaalid koosnevad "0" ja "1" bittide signaalidest, mida edastatakse pakettidena, milles tähistatakse digitaalsignaali tüüp. Selle tulemusel saab kõiki signaali tüüpe käidelda samal viisil. See omadus hõlbustab uute teenuste lisamist.

(5) Suure jõudlusega andmeedastus
Tavalistes analoogkanalites, näiteks teleteksti edastuse puhul, mis kasutab telesignaali vertikaalset tühjendusperioodi, on edastusmaht üsna väike, umbes 11 kbps skannimisliini kohta (1H). Seevastu satelliit- ja maapealne digitaalringhääling on võimelised edastama täiustatud andmesideteenuseid, mille edastuskiirus on mitu Mbps. Arvestades lisaks, et telefoniliine või muid sarnaseid saab tõhusalt kasutada linkidena, saab ette kujutada paljusid digitaalseid andmeedastuse rakendusi, näiteks saada vaatajatelt viivitamatuid vastuseid ja pakkuda hõlpsat juurdepääsu Internetile.

(6) Hõlpsasti leitavaid signaale
Vastupidiselt analoogsignaali skrambleerimise raskustele saab digitaalse signaali skrambleerimise skrambleerida nii, et ainult abonendid saaksid edastuse sisu vastu võtta, lisades algsele digitaalsignaalile lihtsalt konkreetse signaali "0" ja "1".

(7) madal edastusvõimsus
Kuna digitaalsignaalid on müra suhtes tugevad, nagu on mainitud punktis 1, saab saatja võimsust vähendada. Ehkki tegelik edastusvõimsus sõltub bitikiirusest ja saatmise / vastuvõtmise tingimustest, võib üldiselt öelda, et maapealne digitaaltelevisioon võib teatud teeninduspiirkonda jõuda, kui edastusvõimsus on umbes 1/10 samaväärse analoogsaate edastamisvõimsusest.

(8) Kanali lihtsustatud planeerimine
Kuna väikese võimsusega edastus on võimalik, mõjutab see külgnevaid kanaleid või eri piirkondade identseid kanaleid vähe. Seetõttu on kanalite kavandamine lihtsam ja üldiselt saab kasutada rohkem kanaleid.

(9) Kummituste ja hääbumise vastu vastupidavad modulatsioonisüsteemid
Kummitused, mis on hoonete põhjustatud häireid, on maapealse digitaalringhäälingu peamine probleem. Eeldades, et piiratud sagedusribalaiuse jaoks soovitakse maksimaalset bitikiirust, on tavaliste ühe kandja modulatsioonisüsteemi abil võimatu kummitustega toime tulla. Kummituste kõrvaldamiseks saab selle asemel kasutada mitmekandjalist ortogonaalset sagedusjagunevat multipleksimist (OFDM). OFDM-i saab rakendada ka mobiilse vastuvõtu keskkonnas üldiselt.

(10) Kohaldatav LSI-tehnoloogia suhtes
LSI-seadmed saavutavad igal aastal suurema integreerituse ja suurema kiiruse. Kuna enamik digitaalsaatevastuvõtjate ülesandeid koosneb digitaalsignaalide töötlemisest, võib oodata väiksemate ja odavamate vastuvõtjate kasutamist.

(11) Teenuse kvaliteedi järsk langus vahetult teeninduspiirkonnast väljaspool
Analoogsaadete puhul tähendab saateantennist eemaldumine teleriekraanil rohkem müra ja pildi järkjärgulist halvenemist, kuna vastuvõtutoide nõrgeneb. Digitaalringhäälingus seevastu põhjustab veaparandustehnikate kasutamine vastuvõtu võimsuse ja vastuvõtja poole biti veamäära vahelise suhte järsu kõvera. Selle tagajärjel kaotab vastuvõtuvõimsuse piiri ületamine vastuvõtu täieliku kaotuse, vastupidiselt pildikvaliteedi järkjärgulisele halvenemisele.

(12) Digitaalringhäälingu jaoks on vaja uusi sagedusi
Praegu kasutatakse Jaapani maapealses ringhäälingusüsteemis analoogsaadete jaoks suurt hulka sagedusi ja digitaalsaadete jaoks on saadaval vähe sagedusi. Maapealse digitaalringhäälingu jaoks on seetõttu vaja eraldada mõned praegu analoogringhäälingus kasutatavad sagedused või eraldada digitaalringhäälingule uued sagedused. Jaapanis on otsustatud reserveerida UHF-sagedusalas madalad sagedused digitaalringhäälingule.

(13) Kasutajad peavad ostma uued vastuvõtjad
Kuna tavapäraseid analoogvastuvõtjaid ei saa loomulikult kasutada digitaalsaadete vastuvõtmiseks, peavad kasutajad ostma vastuvõtjad, mis on spetsiaalselt ette nähtud digitaalsaadete jaoks.

(14) Ringhäälingujaamad vajavad investeeringuid rajatistesse
Ringhäälinguorganisatsioonid peavad investeerima erinevat tüüpi seadmetesse, sealhulgas video / heli kodeerimisseadetesse, andmeedastuse programmide loomise seadmesse, juhtimisseadmetesse ja edastusseadmetesse.

Ehkki ülaltoodud punktid (11) - (14) tähistavad edastussignaalide digitaliseerimisega seotud puudusi, on kogu maailmas vaja liikuda kvaliteetsete, mitme kanaliga, suure jõudlusega edastussüsteemide loomiseks, mis need puudused lõpuks kõrvaldavad.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri