Учебное пособие по дисциплине СиСПИ
.pdf3.3.7 Эффективное цифровое кодирование ТВ сигнала
При компонентном цифровом кодировании 4:2:4, применяемом в АСК, скорость передачи цифрового потока довольно высока (216 Мбит/с); она отличается от скоростей передачи, принятых в иерархии стандартизованных МК.КТТ ИКМ систем. Уменьшить чрезмерно высокую скорость передачи в системах подачи и распределения вещательных ТВ программ можно путем использования методов эффективного кодирования.
При передаче ТВ сигналов системы связи выполняют следующие две специфические функции:
1.передачу цифровых сигналов между отдельными АСК, в которых формируются программы и осуществляется дополнительная обработка сигналов;
2.передачу сформированных сигналов ТВ программ по национальным или международным каналам связи к телевизионным передатчикам, излучающим в эфир стандартизованные аналоговые сигналы (SECAM, PAL).
Линии связи, по которым передаются ТВ сигналы, разделяются на соединительные (между АСК) и магистральные.
При передаче ТВ сигналов по соединительной линии должны быть обеспечены высокое качество изображения, соответствующее студийному стандарту и требуемое значение скорости передачи, соответствующее международным рекомендациям по иерархии ИКМ систем.
По мнению стран — членов ЕСВ, для передачи ТВ сигналов по соединительным линиям целесообразно применять системы компонентного цифрового кодирования, совместимые с телевизионной системой 4:2:2, позволяющие создать единый общий стандарт по международному обмену ТВ программами. Поэтому основная проблема эффективного кодирования в соединительных линиях заключается в оптимизации методов снижения высокой скорости передачи системы 4:2:2.
130
Впроцессе обработки сигналов наиболее критичным является требование обеспечения возможности применения методов рирпроекции и возможности каскадного соединения кодеков. Сокращение избыточности при эффективном кодировании изображений является необратимым процессом, приводящим к потере информации, а в результате каскадного соединения систем эффективного кодирования возникает эффект накопления искажений и ограничиваются возможности обработки сигналов.
Всоответствии с принятой иерархией к ИКМ системам, с помощью которых можно осуществить передачу ТВ сигналов с профессиональным студийным качеством, относятся прежде всего третичные системы со скоростью передачи 34,368 Мбит/с
ичетвертичные—со скоростью передачи 139,294 Мбит/с. Из-за трудностей, связанных с обеспечением высокого качества изображения при передаче со скоростью, соответствующей третичной системе, некоторые администрации связи* в последнее время рассматривают возможности использования половинной скорости четверичной системы, т. е. 68 Мбит/с. Кроме того, при применении в перспективе в европейской телевизионной сети
ECS (European Communication Satellite Service) спутников связи предполагается, что полоса частот спутникового ретранслятора будет равна примерно 40 МГц и поэтому скорость передачи должна составлять 50—60 Мбит/с. Необходимо учитывать, что передаются также сигналы звукового сопровождения, сигналы дополнительной информации и сигналы, обеспечивающие помехоустойчивость передачи. Диапазон скоростей для их передачи принимается равным 5—20% полной скорости передачи системы. В идеальном случае соединительные линии и телевизионные системы наземной и спутниковой связи должны были бы работать с одинаковыми скоростями. Однако в любом случае наземные и спутниковые системы связи должны быть совместимы.
Выполнить исходное требование обеспечения высокого качества телевизионного изображения, передаваемого по соеди-
131
нительным линиям с заданной скоростью передачи, можно на основе использования более сложных методов эффективного кодирования. Однако, учитывая наличие ошибок передачи, характер последующей обработки ТВ сигнала и стоимость реализации кодирующих и декодирующих устройств, выбор системы кодирования для снижения скорости передачи всегда является компромиссом между ее достоинствами и недостатками.
Для применения методов эффективного кодирования в телевизионной сети европейских стран представляется целесообразным использование систем со скоростью передачи 140, 58, 50—60 или 34 Мбит/с. В предварительном заключении ЕСВ 1984 г. указывается, что реализация скорости передачи 140 Мбит/с связана с большими затратами; скорость передачи 34 Мбит/с не обеспечивает достаточного для формирования ТВ программ качества изображения. Таким образом, с точки зрения передачи ТВ сигнала по соединительным линиям скорость 68 Мбит/с является оптимальным компромиссом между качеством изображения и затратами на реализацию кодирующих и декодирующих устройств, при этом уровень качества соответствует принятому в системе компонентного кодирования 4:2:2.
Телевизионная распределительная сеть значительно отличается от рассмотренных соединительных линий. С учетом необходимости преобразования цифрового сигнала на выходе сети в аналоговый передача может быть осуществлена с помощью систем цифрового кодирования более низкой ступени иерархии и в результате этого — с более низкой скоростью (вероятнее всего, со скоростью, соответствующей третьей ступени и равной 34 Мбит/с или меньше) с широким использованием методов эффективного кодирования.
Аналоговый формат преобразованного ТВ сигнала может соответствовать формату классического стандартного полного цветового сигнала (SECAM, PAL) или формату аналоговых составляющих сигналов системы компонентной спутниковой пе-
132
редачи, названной С-МАС (Multiplexed Analogue Components) и
принятой в странах — членах ЕСР в 1983 г.
Система С-МАС представляет собой систему передачи аналоговых сигналов (яркости и двух цветоразностных), работающую по принципу временного сжатия составляющих сигналов и их объединения в активной части телевизионной строки. По сравнению с системой передачи полного цветового сигнала система С-МАС обеспечивает лучшее качество изображения и, кроме того, позволяет осуществить передачу до восьми сигналов звукового сопровождения в цифровой форме, служебных сигналов для управления системой, включая передачу телетекста. Составляющие сигналы цветного изображения передаются в основном в период активной части строки аналогового сигнала так, что каждая телевизионная строка включает в себя сигнал яркости и один цветоразностный сигнал. В следующей строке передается второй цветоразностный сигнал. Коэффициент сжатия сигнала яркости равен 1,5, а цветоразностных сигналов — 3. Ширина полосы сигнала яркости составляет 5,6 МГц. Таким образом, после временного сжатия ширина полосы становится равной 8,4 МГц, что является пределом для частотномодулированного сигнала спутникового канала с шириной полосы 27 МГц. Ширина полосы цветоразностных сигналов перед сжатием равна 1,6 МГц. Сигналы звукового сопровождения и служебные сигналы передаются в цифровой форме за время (10 мкс) строчного гасящего интервала (10 мкс) аналогового ТВ сигнала со скоростью 20,25 Мбит/с. Принцип временного мультиплексирования (уплотнения) составляющих сигналов исключает возможность наложения спектра сигнала цветного изображения на спектры сигналов звукового сопровождения и служебных сигналов. Формат составляющих сигналов и их значения обеспечивают совместимость системы С-МАС с системой цифрового кодирования 4:2:2.
В связи с тем, что до сих пор отсутствует более подробный проект стандарта цифровой системы связи для передачи со-
133
ставляющих сигналов студийной телевизионной системы кодирования 4:2:2, ниже будут рассмотрены общие принципы работы этих эффективных систем передачи.
3.4Системы подвижной радиосвязи общего пользования
3.4.1Особенности и классификация систем подвижной радиосвязи (СПРС)
СПРС предназначены для связи между движущимся абонентом и абонентом ТФОП или между двумя движущимися абонентами.
Принципы организации СПРС:
1.полносвязная система;
2.«принцип звезды».
ii
iЦС ТФОП
ij
|
ik |
i – ЦС – j |
i – ЦС – k |
Рис 3.14 Принцип звезды |
|
i |
j |
134
kl i – l j – k
Рис. 3.15 Полносвязная система
По способу использования каналов связи различают системы:
1.с жестко закрепленными за группой абонентов каналами;
2.с полнодоступным пучком каналов.
При одинаковых условиях (Ротк=10%, tзан.канала=2,5 мин/час) в первом случае обслуживается 60 – 70 абонентов, во
втором – 420 абонентов, однако, необходимо определять метод доступа.
Транкинговый принцип положен в основу всех коммерческих систем радиосвязи.
Наиболее распространенным средством подвижной связи являются радиально-зоновые (транкинговые) системы и сотовые системы.
Транкинговая система представляет собой типичную «звезду».
a |
|
d |
a |
|
|
g |
|
|
|
||||
b |
|
e |
b |
|
|
h |
c |
|
f |
c |
|
i |
|
|
|
|
|
d |
… |
|
|
j |
|
|
|
|
|
g |
|
j |
e |
|
k |
|
h |
|
k |
f |
|
|
l |
|
|
|
||||
i |
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|
|
Жесткое закрепление |
Пучок каналов – тран- |
|
кинговый принцип |
Рис. 3.16 По способу использования каналов
Сотовая система имеет структуру:
«Сота»
БС
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦКПС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ТФОП |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис 3.17 Сотовая структура
БС – базовая станция; ЦКПС – центр коммутации подвижной связи; ТФОП – телефонная сеть общего пользования.
3.4.2 Транкинговые системы
Транкинговыми системами называются радиальнозоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов между абонентами. Это достаточно общее определение, но оно содержит совокупность признаков, объединяющих все транкинговые системы, от простейших до современных. Термин "транкинг" происходит от английского Trunking, что можно перевести как "объединение в пучок".
Транкинг - это метод автоматического управления радиосвязью позволяющий предоставить малое число радиоканалов
136
большому числу радиоабонентов. Принципиально отличаясь от сотовых систем, ориентированных на предоставление услуг телефонной связи, транкинг - радиосвязь для оперативного управления функциональными группами мобильных абонентов, с дополнительной возможностью вхождения в телефонные сети.
Транкинг преодолевает характерные недостатки конвенциональной связи - ожидание установления связи при занятых каналах - и обеспечивает более эффективное использование радиочастотного спектра, сбалансированную загрузку радиоканалов и высокий коэффициент их использования. Транкинг применяется там, где промедление или нечеткое взаимодействие работников чревато невосполнимыми потерями, там, где высококачественная связь необходима вне зависимости от ее цены.
Транковые принципы используются уже свыше 70 лет в телефонии. Любая автоматическая телефонная станция, мини АТС, сотовая связь использует в основе своей работы транкинг. Все мы практически ежедневно используем транкинг. Хотя не многие из нас догадываются о том, что когда мы поднимаем трубку телефона и набираем номер... мы используем транкинг. Ведь было бы непозволительной роскошью выделять каждому телефонному абоненту отдельную линию, особенно междугороднюю. Всем нам для проведения беседы выделяется линия только на время сеанса связи. В остальное время (свободное от наших бесед) по ней обслуживаются другие пользователи.
Рис 3.18 Транкинговая линия
137
Представьте себе ситуацию, когда жители, предположим, одного из районов одновременно решили бы позвонить своим друзьям. Что бы произошло в этом случае? А ничего. Они просто не смогли бы это сделать, так как количество телефонных линий (между АТС) ограничено и одновременно может проводить сеансы связи вполне определенное количество абонентов.
А теперь представьте себе, что все телефонные аппараты заменены на радиостанции, а проводные линии на радиочастотные каналы. Мы получили транк – систему радиосвязи с автоматическим предоставлением свободного канала.
3.4.2.1 Преимущества транковых сетей
По сравнению с сотовыми системами:
возможность связи одновременно с несколькими абонентами (групповые вызовы);
высокая оперативность установления соединения
(0,2–1 сек);
организация очередей к ресурсам системы при занятости и автоматическое соединение после появления возможности доступа;
доступ к системе исходя из установленных приоритетов и экстренное предоставление канала связи абоненту с более высоким приоритетом;
меньшие затраты на развертывание и эксплуатацию систем.
По сравнению с «обычными» системами радиосвязи:
экономия частотных ресурсов;
более высокий уровень сервиса – индивидуальные вызовы, приоритеты, интеграция с другими сетями;
возможность передачи цифровых данных;
138
покрытие связью больших площадей благодаря многозоновой конфигурации.
По сравнению с сетями персонального радиовызова (пейджинг):
двухсторонняя связь;
возможность передачи коротких сообщений (аналогичных пейджинговым) по транковым каналам.
Это далеко не полный перечень имеющихся достоинств. И все же транк не является панацеей от всех бед. Наряду с транковыми системами имеется ряд пользователей, которым по разным причинам необходим сотовый телефон, кому-то достаточно пейджера, а ряд пользователей обходится (и будет обходиться) «обычными» системами связи.
Надо четко представлять, что транк не является универсальным решением всего множества задач радиосвязи. В любом, даже самом «транковом» государстве все равно остается ряд проблем, которые решаются другими системами связи, не имеющими ничего общего с транковыми.
Кнедостаткам транковых систем следует отнести:
низкую рентабельность при малом количестве абонентов;
относительно высокую стоимость оборудования (по сравнению с «обычными» системами радиосвязи);
потребность в линиях межзоновой связи (проводных, радиочастотных, радиорелейных, оптоволоконных) и, как следствие, усложнение и удорожание развертывания;
потребность в профессиональном сервисном обслуживании.
139