5.4.3. Требования к полосе
Цветное телевизионное вещание связано с передачей трех сигналов: сигнала яркости Y и двух цветоразностных сигналов Y-K (обозначается СR) и Y-В (СB). В системе аналогового телевидения эти сигналы передаются непосредственно с использованием амплитудной модуляции (наземное вещание) или частотной модуляции (спутниковое вещание). В цифровом телевизионном вещании эти три сигнала сначала преобразуются в потоки цифровых данных, а затем модулируются и передаются (рис. 5.6). Для сигнала яркости, который содержит наибольшие видеочастоты, используется максимальная частота выборки 13,5 МГц. Для сигналов цветности СR и СB, которые содержат меньшие частоты, можно использовать и меньшую частоту выборки. МККР рекомендует применять половину частоты, используемой для сигнала яркости, т. е. 0,5×13,5 = 6,75 МГц. Таким образом, для составляющих цветности выборке подвергается только половина пикселов (каждый второй пиксел). Общее число отсчетов в секунду составляет 13,5 млн + 6,75 млн + 6,75 млн = 27 млн. За узлом выборки следует узел квантования, в котором каждый отсчет преобразуется в многобитовый код. Кодом минимального размера для адекватного представления изображения считается 8-битовый код, который дает 28=256 дискретных уровней сигнала. Скорость передачи битов при таком кодировании составит
27 млн × 8 = 216 млн битов в секунду (216 Мбит/с).
Для столь высокой битовой скорости нужна очень широкая полоса. Точная ширина полосы зависит от типа модуляции, используемой в передатчике. Например, в случае импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) требуется полоса 0,5×216 = 108 МГц. Ширину полосы можно уменьшить, применяя сложные способы модуляции, в частности, квадратурную фазовую манипуляцию (КФМн) и квадратурную амплитудную модуляцию (КАМ). Тем не менее полоса остается ограничивающим фактором для всех типов вещания: наземного, спутникового и кабельного. Поэтому необходимо применять средства сжатия данных и уменьшения числа битов. Эти средства позволяют уменьшить число битов, необходимое для кодирования изображения при сохранении его качества.
Рис. 5.6. Цифровое ТВ-вещание: одна программа
5.4.4. Качество изображения
Качество изображения при цифровом телевизионном вещании ограничивают два фактора: полоса видеосигнала (или число пикселов на один кадр) и битовая скорость. При 720 пикселах на строку и 576 активных строках на кадр общее число пикселов на кадр составит
720 × 576 = 414720.
Для каждой пары пикселов требуется один период полного видеосигнала; поэтому максимальная частота аналогового видеосигнала составляет
414720 × 25/2 = 5,18 МГц.
При такой частоте сохраняется то же качество изображения, что и в традиционном аналоговом вещании.
Вторым ограничением на качество изображения является битовая скорость. При сжатии данных в соответствии со стандартом MPEG-2 для цифрового телевизионного вещания хорошего качества требуется битовая скорость на входе модулятора 15 Мбит/с. Меньшая битовая скорость приведет к ухудшению качества изображения. Для телевизионного вещания высокой четкости, использующего 1152 строки, требуется битовая скорость 60 Мбит/с для 1440 пикселов на строку и 80 Мбит/с для 1920 пикселов на строку.