В настоящее время спутниковое телевизионное вещание переживает период бурного развития и совершенствования техники. Создается новая элементная база, которая позволяет все более повышать качество передаваемого изображения. Не обошлось и без совершенствования методов формирования и передачи телевизионного сигнала. В середине 70-х годов, когда спутниковые системы только развивались, использовался аналоговый телевизионный сигнал, как и в наземном вещании. Однако этот способ передачи изображения не слишком подходит для спутниковых каналов.

Активно велись работы по поиску новых, более совершенных методов. Становилось ясно, что наилучшего качества можно добиться только от цифрового способа передачи сигнала.

Аналоговые методы накладывают определенные ограничения на качество сигнала, что, соответственно, сужает возможности развития телевидения. Одной из главных причин этих ограничений является низкая помехозащищенность аналогового сигнала, т.к. при прохождении всего телевизионного тракта он подвергается воздействию шумов и других помех. А вещательная телевизионная сеть представляет собой очень длинную цепь устройств преобразования и передачи сигналов. Особенно это относится к системам спутникового телевидения.

В каждом устройстве телевизионного тракта возникает неизбежная потеря качества изображения -ведь при любом преобразовании сигнал подвергается воздействию помех. При аналоговых методах эти помехи накапливаются тем сильнее, чем больше в тракте процессов обработки и переприема.

В настоящее время происходит переход от аналогового вещания к цифровому, и промежуточным звеном здесь является разработанный и принятый в начале восьмидесятых годов комбинированный цифроаналоговый стандарт, получивший название МАС - Мultiplexed Analogue Components (система уплотнения аналоговых компонент).

Принципы построения

Стандарт МАС позволяет получить улучшенное изображение на экране телевизора по сравнению с PAL, SEKAM, NTSC, но требует несколько большей полосы частот - она определяется спектром сжатой яркостной компоненты и достигает величины 8,4 МГц. А с учетом высокочастотных предыскажений, вводимых на передающей стороне, полоса пропускания радиоканала для приема D2-МАС без потери четкости должна составлять не менее 10МГц.

В зависимости от выбранного способа передачи звука и данных различают стандарты В-МАС, С-МАС, D-МАС, D2-МАС, Е-МАС для телевидения повышенного качества (ТПК) и HD-МАС и HDВ-МАС для телевидения высокой четкости (ТВЧ). Остановимся подробнее на стандарте D2-МАС, как получившим сейчас самое широкое распространение.

Являясь "законнорожденным ребенком" проекта EUREKA-95, в котором приняли участие такие известные "киты" западной электронной промышленности, как ITT, Philips, Tomson, Siemens, Nokia и др., D2-МАС занял достойное промежуточное место на пути к цифровому телевидению. Вот его характеристики - в сравнении с традиционными аналоговыми системами:

• отсутствуют перекрестные искажения сигналов яркости и цветности;
• значительно снижены шумы в канале цветности благодаря его переводу в область низких частот;
• сигналы звукового сопровождения, синхронизации, телетекста и другой служебной и дополнительной информации передаются в цифровой форме;
• повышена разрешающая способность изображения за счет более широкой полосы частот сигналов яркости и цветности.

Рис. 1. Строка сигнала D2-MAC
D2-МАС можно разделить на две части: аналоговую и цифровую. Аналоговые сигналы яркости и цветности передаются в течение активной части строки в сжатом во времени виде, а цифровая часть сигнала ( звук, синхронизация, телетекст и др.) объединена в пакеты, передаваемые в течение обратного хода по строке и по кадру. Рассмотрим структуру строки телевизионного сигнала, закодированного по системе D2-МАС (см. рис. 1). Начальную часть строки, составляющую около 17,2 мкс, занимает один из цветоразностных сигналов Еr-y или Еb-y, которые передаются поочередно через строку. Далее следует яркостная составляющая видеосигнала, которая занимает около 34,4мкс. Эти аналоговые сигналы имеют одну отличительную особенность по сравнению с обычными - они передаются в сжатом виде: цветоразностные сигналы сжимаются в 3 раза по времени, а яркостный сигнал - в 1,5 раза.

Сжатие аналогового сигнала осуществляется путем стробирования с некоторой тактовой частотой (6,75 МГц для цветоразностных компонент и 13,5 МГц для яркостной составляющей). Полученные сигналы накапливаются в запоминающем устройстве, после чего происходит их ускоренное считывание с более высокой тактовой частотой (20,25 МГц). Цифровые данные передаются в дуобинарном (трехуровневом) коде. В отличие от бинарного (двухуровневого), в нем логической "1" соответствует импульс положительной или отрицательной полярности. Логическому "0" соответствует импульс нулевой амплитуды. Применение такого кодирования в два раза сжимает требуемую ширину полосы пропускания для данной скорости передачи данных, которая составляет 10,125 Мбит/с. Обратный ход, в течение которого передаются цифровые данные, занимает порядка 10 мкс. Тактовая частота также составляет 20,25 Мгц. Между цифровыми данными и цветоразностным сигналом передается аналоговая площадка фиксации длительностью около 0,7 мкс с уровнем 0,5 размаха яркостного и цветоразностного сигналов.

Структура полного телевизионного сигнала D2-МАС/Packet задана Европейским Радиовещательным Союзом (EBU). Этой же организацией определяется и структура декодера сигнала (рис. 2).

Рис. 2. Структурная схема декодера D2-MAC
1 - схема фиксации;
2 - корректор пре-дыскажений;
3, 13, 14, 15 - ФНЧ;
4 - дискретизатор;
6 - ЗУ яркостного сигнала;
7 - ЗУ цветоразностных сигналов;
5 - генератор для декодирования защищенных программ;
9, 10 - мультиплексоры; 8 - тактовый генератор;
11 - интерполирующий фильтр;
12 - демультиплексор;
16 - матрица RGB.

Рассматривая эту схему, будем считать, что с помощью принятого сигнала восстановлена тактовая частота 20,25 МГц, синфазные тактовые сигналы 6,75 и 13,5 МГц, выделены синхроимпульсы. Итак, на вход схемы фиксации (1) поступает аналоговый сигнал яркости и цветности, где производится привязка уровня фиксации к величине, обеспечивающей требуемый уровень видеосигнала. Для повышения отношения сигнал/шум на передающей стороне вносятся высокочастотные предыскажения, которые устраняются в корректоре (2).

Далее сигнал поступает на фильтр (3) нижних частот (ФНЧ), который ограничивает полосу сигнала для устранения помех дискретизации. Дискретизатор (4) производит выборку отсчетов видеосигнала с частотой 20,25 МГц и направляет яркостные и цветоразностные отсчеты в соответствующие запоминающие устройства ЗУ (6;7) с исходной частотой дискретизации 20,25 МГц. Считывание же производится с частотой, в три раза меньшей для цветоразностных компонент - 6,75 МГц - и в 1,5 раза ниже для яркостных составляющих - 13,5 МГц. Таким образом происходит основной процесс по восстановлению видеосигнала (декомпрессия) на всю активную часть строки. Одновременно здесь может также осуществляться декодирование сигнала для систем платного телевидения.

Считанные из ЗУ(6) отсчеты яркостного сигнала Y через мультиплексор (10) поступают в ФНЧ (13), который осуществляет постфильтрацию сигнала и восстанавливает непрерывную аналоговую форму сигнала Y. Частота среза фильтра составляет около 6 МГц.

Считанные из ЗУ (7) отсчеты цветоразностных сигналов подвергаются дополнительной обработке с помощью интерполирующего фильтра (11), поскольку в каждой строке должны быть обе цветоразностные компоненты вместе. Недостающая информация восстанавливается как среднее значение соответствующих отсчетов предыдущей и последующих строк. Далее цветоразностные компоненты через демультиплексор (12) также поступают на фильтры нижних частот (14;15) с частотой среза около 3МГц. Матрица (16) осуществляет дематрицирование видеосигналов в форму R G В.

Отметим, что в стандарте D2-МАС гораздо легче осуществляется кодирование и декодирование программ и поддерживаются два формата экрана: 4:3 и 16:9. Также предусмотрено 3 вида звукового сопровождения:

1. Высококачественный стереофонический звук: 40...15000 Гц ( 2 канала, частота дискретизации 32 кГц).
2. Высококачественный монофонический звук: 40...15000 Гц (4 канала, частота дискретизации 32 кГц).
3. Монофонический звук среднего качества: 40...7000 Гц (8 каналов, частота дискретизации 16 кГц).

Поэтому телезритель при приеме D2-МАС может выбрать один из нескольких вариантов звукового сопровождения: стерео или моно, на том или ином языке.

Кодирование D2-MAC

Для начала будет нелишним напомнить, что D2-MAC является собственно не системой кодирования, а системой передачи изображения, поэтому для просмотра платных программ телезрителю необходимо иметь специальный декодер, восстанавливающий сознательно разрушенное изображение. Наибольшее распространение при кодировании сигнала в стандарте D2-МАС получила система EuroСrypt, которая имеет несколько разновидностей: EuroСrypt М, EuroСrypt S, EuroСrypt S2.

Идеология EuroСrypt заключается в разрыве яркостной и (или) цветовой составляющей, каждая из которых делится на две части, а затем обе половинки меняются местами. Кодирование сигнала может осуществляться несколькими способами: когда кодируется только пакет яркости или только пакет цветности, либо оба этих пакета одновременно. Место разрыва изменяется по псевдослучайному закону независимо для каждого из каналов. Предусмотрено также кодирование звукового канала, которое осуществляется путем преобразования в цифровую форму с помощью дельта-модуляции.

Для приема нормального изображения необходим специальный декодер, который проделывает эту работу в обратном порядке. Для этого он использует информацию из двух источников: принимаемого телевизионного сигнала и специальной карточки (smart card), без которой его работа невозможна. Зашифрованный алгоритм раскодирования передается вместе с сигналом и поступает в декодер, который передает его в карточку. Если подключена официальная карточка именно для этого телеканала, то обратно в декодер возвращаются данные, я для восстановления изображения.

Каждая карточка способна понимать набор команд, передаваемых в телесигнале. В зависимости от ее типа Вы можете смотреть один или несколько каналов либо строго определенное число просмотров отдельной программы (система оплаты per view, карточка содержит счетчик числа просмотров, который постепенно обнуляется). Регулярно в эфире передаются команды отключения карточек, срок работы которых уже вышел, после чего она становится совершенно бесполезной. Надо снова доставать кошелек!

В настоящее время существует 3 варианта данной системы кодирования сигнала: EuroCryptS; EuroCryptS2 и EuroCryptМ. Они отличаются друг от друга различными протоколами общения с карточками и имеют альтернативный алгоритм дешифрации данных для восстановления изображения. EuroCrуptS сейчас считается устаревшим и практически не используется. Ему на смену пришел EuroCryptM, стандартный для большинства D2-МАС каналов, а также недавно появившийся М-совместимый EuroCryptS2.

Выпускаемые декодеры EuroCrypt должны поддерживать все модификации кодирования, однако иногда этого не происходит. Причина заключается в неотлаженном внутреннем программном обеспечении декодеров, которое каждая фирма-производитель старается изменить согласно своей концепции.

Мировым лидером в производстве комплектующих элементов для декодеров D2-МАС и EuroCrypt является фирма ITT. Ее микросхемами комплектуются фактически все ресиверы и декодеры этой системы.

На сегодняшний день рынок декодеров и ресиверов со встроенным декодером D2-МАС очень разнообразен: NOKIA, ECHOSTAR, RACE, PHILIPS и другие - все они имеют свои преимущества и недостатки. Например, по свидетельству специалистов, декодеры фирмы NOKIA имеют очень качественное изображение (модель 3002СS). Декодеры PACE до недавнего времени имели проблемы на протоколе EuroCrypt S2, однако в новой модели PACE-D150 все недостатки учтены и декодер работает очень хорошо на всех подвидах данной кодировки.

Если Вы решили приобрести декодер EuroCrypt - не поленитесь, убедитесь воочию при покупке в его работоспособности в различных модификациях.