Основы цифрового телевизионного вещания

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г.В. МАМЧЕВ, С.В. ТЫРЫКИН

ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО 

ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций 

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов

специальности 21405.65 – Радиосвязь, радиовещание 

и телевидение – Телекоммуникации

НОВОСИБИРСК

2010

УДК 621.397.13.037.372(075.8)

М 22

Рецензенты: И.Н. Пустынский, д-р техн. наук, профессор;

В.А. Майстренко, д-р техн. наук, профессор 

Мамчев Г.В.

М 22
Основы цифрового телевизионного вещания : учеб. пособие / 

Г.В. Мамчев, С.В. Тырыкин. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. –
372 c. (Серия «Учебники НГТУ»).

ISBN 978-5-7782-1359-3

Рассмотрены основные положения цифрового представления и обработки 

телевизионного и звукового сигналов, обобщен и систематизирован материал 
по международным стандартам кодирования с информационным сжатием 
MPEG-2, MPEG-4, AVC, проанализированы особенности передачи сигналов 
цифрового телевидения по эфирным каналам связи. В развернутой форме 
представлены данные об основных характеристиках стандартов цифрового телевизионного вещания DVB-T, DVB-H и изложены основные принципы их 
функционирования, а также описаны конструктивные особенности цифровой 
телевизионной аппаратуры и устройств ограничения доступа к телевизионным 
программам. Особое внимание уделено анализу структуры сетей цифрового 
телевизионного вещания.

Работа подготовлена на кафедре радиоприемных и радиопередаю
щих устройств для студентов всех форм обучения факультета радиотехники, электроники и физики, обучающихся по радиотехническим и 
телекоммуникационным специальностям.

УДК 621.397.13.037.372(075.8)

ISBN 978-5-7782-1359-3
© Мамчев Г.В., Тырыкин С.В., 2010
© Новосибирский государственный 

технический университет, 2010

Предисловие

Главной особенностью технической политики в области телевизионного 

вещания в Российской Федерации является запланированный переход на цифровое вещание в государственном масштабе.

Переход на цифровое телевизионное вещание вносит существенное изме
нение в рынок труда в области телекоммуникаций и требует подготовки соответствующих специалистов. Поэтому еще до утверждения нового государственного образовательного стандарта (третьего поколения) по направлению 
«Телекоммуникации» имеет смысл срочно внести изменения в рабочие программы дисциплин по телевидению, обусловленные переходом на цифровое 
вещание.

Одна из важнейших практических задач в области цифрового телевидения –

сокращение скорости передачи двоичных символов (данных) и, соответственно, требуемой полосы частот канала связи, без которой невозможна реализация систем цифрового телевизионного вещания. (В англоязычной литературе 
вместо слов сокращение скорости передачи данных в телевизионных системах 
используется термин видеокомпрессия.)

Базовые принципы видеокомпрессии, а также конструктивные особенности 

цифровых видеокодеков достаточно подробно изложены в описании стандарта 
MPEG-2, которое одновременно дает хорошее начальное понимание ключевых 
моментов функционирования стандартов видеокомпрессии более высокого 
уровня. При этом условие технических усовершенствований, используемых в 
современных стандартах компрессии, не должно представлять для студентов 
сложную учебную задачу. Кроме того, будущие специалисты в области цифрового телевидения обязательно должны изучать особенности функционирования систем цифрового наземного и мобильного вещания DVB-T и DVB-H. 
Очень важно, чтобы студенты усвоили конструктивные особенности приемопередающей аппаратуры систем цифрового телевизионного вещания, устройств ограниченного (условного) доступа в цифровом телевизионном вещании. Крайне необходимо  изучение специфики передачи сигналов цифрового 

ПРЕДИСЛОВИЕ
6

телевидения по эфирным, спутниковым каналам связи, а также по кабельным 
сетям мультисервисных систем типа MultiPlay.

К сожалению, специальной учебной литературы, доступной для студентов, 

в которой нашла бы отражение современная техника цифрового телевизионного вещания, явно недостаточно. Данное издание призвано восполнить имеющийся пробел.

Содержание учебника отвечает современным достижениям науки и техни
ки – как отечественной, так и зарубежной.

Введение, заключение, главы 2–6 написаны профессором Г.В. Мамчевым, 

глава 1 написана доцентом С.В. Тырыкиным.

Введение

На сегодня в мире работает более 1,6 млрд телевизоров, телефонных линий 

функционирует 800 млн, т. е. примерно в 2 раза меньше, а в развивающихся 
странах соотношение телевизоров и телефонных линий составляет даже 10:1. 
В настоящее время количество телевизоров сравнимо только с числом абонентов мобильной связи. Следовательно, телевидение является доминирующей 
составляющей в информатизации мирового сообщества.

В первом десятилетии XXI века аналоговое телевидение со всеми прису
щими ему искажениями станет частью истории, поскольку наземные, спутниковые и кабельные системы передачи, по которым происходит доставка телевизионных программ телезрителям, постепенно переходят на цифровые 
методы.

Зачем нужно цифровое телевидение? Опыт, накопленный в телевизионном 

вещании, показал, что телевидение, переходя в цифровую эру, способно предоставить ряд новых возможностей при сохранении экономической эффективности. В целом применение цифровых методов обработки, передачи и консервации телевизионных сигналов по сравнению с аналоговыми дает ряд 
преимуществ.

1. Передача телевизионного сигнала в двоичной форме по линии связи с 

помехами позволяет значительно увеличить помехоустойчивость системы.

2. Передача телевизионного сигнала в двоичной форме по многозвенной 

линии связи позволяет производить многократную регенерацию и скремблирование цифрового сигнала в промежуточных пунктах, осуществлять цифровую коррекцию искажений и подавление флуктуационных и периодических 
помех в промежуточных пунктах и таким образом предотвращает накопление 
помех вдоль всей линии. Поэтому качество изображения в цифровой телевизионной системе практически полностью определяется качеством сигнала, 
созданного на телевизионном центре, и почти не зависит от сложности и 
протяженности линий связи. Другими словами, цифровая телевизионная система обеспечивает прозрачную передачу видеосигналов. В данном случае

ВВЕДЕНИЕ
8

под прозрачностью понимается неизменность сигналов источника, когда сохраняются первоначальное качество видеоматериала и его способность к 
дальнейшей обработке.

3. Решается проблема устранения искажений из-за многолучевости и, как 

следствие, повышается качество приема стационарными, подвижными и портативными телевизионными приемниками.

4. Цифровые системы открывают широкие возможности обработки телеви
зионного сигнала в цифровой форме для устранения в нем статистической и 
физиологической избыточности перед передачей по каналу связи, т.е. обеспечивают высокую степень сжатия видеоинформации (с 216 до 1,5…3 Мбит/с), 
что позволяет уже сейчас передавать в стандартном радиоканале с полосой 
пропускания 8 МГц сигналы 50 телевизионных программ в наземном телевизионном вещании и более 10 программ через один ствол спутникового канала 
связи или одну программу телевидения высокой четкости (ТВЧ), а также 
большие потоки данных при сохранении высокого качества передачи. Соответственно, уменьшаются удельные затраты на телеканал по аренде спутникового оборудования.

5. Будут использованы более низкие, по сравнению с аналоговыми систе
мами, мощности передачи. Например, зона покрытия 4-киловаттного цифрового передатчика эквивалентна зоне, которую обеспечивает 20-киловаттный аналоговый радиопередатчик. В данном случае справедливо отметить не только 
реальную экономию электроэнергии, но и существенное уменьшение отрицательного влияния высоких значений напряженности электромагнитного поля 
на окружающую среду.

6. Обеспечивается высокое качество приема переносными телевизионными 

приемниками. В ряде случаев прием аналоговых телевизионных сигналов при 
эфирном вещании вообще невозможен. Так, многие десятилетия предпринимались попытки осуществлять прием телевизионных сигналов в железнодорожных поездах. На линиях с электрической тягой (а таких сегодня большинство) принимать эфирные передачи с приемлемым качеством практически 
невозможно из-за срыва синхронизации при следовании вдоль железнодорожного полотна с мелькающими опорами и значительными помехами от контактной сети. Установлено, что только цифровой метод передачи и приема телевизионных сигналов позволит кардинально решить эту задачу.

7. Допускается более широкая унификация аппаратуры телевизионных и 

других стволов линий связи с целью создания однотипных коммутирующих, 
корректирующих и других устройств.

ВВЕДЕНИЕ
9

8. Обеспечиваются гибкость передачи, что позволяет плавно изменять ско
рость передачи цифровой информации в канале связи при соответствующем 
изменении качества декодированного изображения, адаптируемость к требованиям конкретного потребителя.

9. Сравнительно легко реализуются операции по уплотнению телевизион
ного канала дополнительной информацией. Упрощается аппаратура для передачи одновременно с видеосигналом сигналов звукового сопровождения, звукового вещания, контрольных частот, сигналов точного времени, сигналов 
телеигр, телегазет и других видов информации. Таким образом, обеспечивается возможность введения новых служб вещания, развлечений, образования, 
бытового обслуживания.

10. Возможность регенерации цифрового сигнала позволяет без потери каче
ства широко консервировать телевизионные программы, осуществлять их тиражирование. Хранение информации в двоичном коде может быть неограниченно долгим и допускает многократные обращения к записям. В случае 
необходимости хранящаяся информация легко регенерируется, что особенно 
важно для создания фондовых и архивных материалов. Интеграция локальной 
памяти домашнего компьютерного комплекса (магнитные диски, записываемые оптические диски) в систему цифрового телевидения означает возможность автоматической записи программ, предназначенных для конкретного 
зрителя.

11. Цифровые модуляторы радиотелевизионных передающих станций 

(РТПС) в сочетании с оптимизацией их режимов с помощью микрокомпьютеров обеспечивают повышение КПД станций, качество передачи сигналов, облегчают обслуживание.

12. Полное проникновение цифровой техники в телевизионный тракт от ка
меры до монтажных аппаратных удешевляет производство телевизионных 
программ. Цифровая техника предлагает более эффективную и менее дорогую 
автоматизацию телевизионного вещания.

13. Цифровые методы обработки и передачи телевизионных сигналов спо
собствуют внедрению ТВЧ, многоканальному вещанию в сети Интернет, облегчают международный обмен телевизионными программами. Цифровое телевидение становится частью общемировой сети передачи данных Интернет, 
умножая и без того быстро растущее число пользователей этой сети. Практически цифровое телевидение делает еще один шаг на пути слияния функций 
телевизоров и переносных компьютеров.

14. Цифровое телевидение позволяет телевизионным вещательным компа
ниям вступить в прямой контакт со зрителями, предлагая услуги, например, по 

ВВЕДЕНИЕ
10

исключительной демонстрации различных событий и мероприятий. При этом 
реклама, основанная на изучении пристрастий и вкусов зрителей, может стать 
целевой.

15. Цифровые технологии позволяют придать телевидению интерактивный 

характер. Интерактивная реклама, услуги по продаже товаров, телевизионные 
игры будут, видимо, первыми проявлениями интерактивности, за которыми 
должны последовать образовательные и другие программы.

16. Цифровое телевидение предполагает и высококачественное звуковое со
провождение. В идеале – это применение цифровой системы Dolby AC-3
(с 1991 года ее применяют в киноаппаратуре), которая обусловливает передачу 
шести каналов звукового сопровождения (левый и правый тыл, левый и правый фронт, центр, низкие частоты. Такую систему обозначают «канал 5.1», 
коммерческое название данной системы – Dolby Digital). Достоинством такой 
системы следует считать неизменность уровня звукового сигнала при переходе 
с канала на канал или от одного фрагмента к другому. Для сравнения следует 
отметить, что в аналоговом телевидении характерны скачки громкости звука в 
таких ситуациях.

Структурная схема цифровой телевизионной системы показана на

рис. В1. Кратко рассмотрим назначение основных частей системы.

Рис. В1. Структурная схема цифровой телевизионной системы