70Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Интерфейсы в системах цифрового ТВ вещания с информационным сжатием данных


Л. Севальнев Теле-Спутник - 2(52) Февраль 2000 г.


Введение

Создание цифровых ТВ систем с информационным сжатием данных по стандартам MPEG-2/DVB потребовало разработки новых форматов передачи данных и соответствующих им новых интерфейсов.

В настоящее время стандартизованы три вида интерфейсов для передачи транспортных потоков MPEG-2: синхронный параллельный интерфейс (международная аббревиатура SPI — synchronous parallel interface), синхронный последовательный интерфейс (SSI — synchronous serial interface) и асинхронный последовательный интерфейс (ASI — asynchronous serial interface) /1/. Эти виды цифровых интерфейсов используются для соединений аппаратуры телевизионных комплексов, работающих по стандартам MPEG-2/DVB.

Например, на передающей стороне для подключения кодеров MPEG-2 к мультиплексорам и передачи транспортного потока MPEG-2 от мультиплексора ко входу модулятора DVB и т.п. Соответственно, на приемной стороне для передачи транспортного потока MPEG-2 с выхода демодулятора DVB к демультиплексору, а с выходов демультиплексора к декодерам транспортных потоков телевизионных программ и т.п.

Параллельный интерфейс используется для передачи транспортных потоков на короткие и средние расстояния, когда аппаратура комплекса (кодеры, мультиплексоры, модуляторы и т.п.) компонуются в одной стойке или находятся в пределах одной аппаратной. В остальных случаях более удобно пользоваться последовательными интерфейсами.

Кроме того, необходимо производить обмен сжатыми данными между ТВ службами и операторами спутниковых и кабельных сетей ТВ вещания, часто находящимися на большом территориальном удалении друг от друга, как в случае передачи сжатых данных с телецентра на передающие станции спутниковой связи, которые по сложившейся в Российской Федерации инфраструктуре могут быть удалены от телецентра до 120... 260 км. Например, Москва (телецентр) — Дубна (передающая станция) — 120 км, аналогично Москва — Гусь-Хрустальный — 260 км.

Радикальным решением при такой ситуации является прокладка новой волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и применение на ней формата передачи данных, например, с асинхронным последовательным интерфейсом ASI по стандарту /1/. Однако экономически это не всегда возможно выполнить и приходится использовать уже существующие соединительные линии, в которых в настоящее время передача данных производится по стандартам МККТТ, цифровые форматы которых не имеют прямой совместимости с форматами стандарта /1/. В этом случае используются сетевые адаптеры, в которых производятся необходимые изменения формата передачи сжатых данных. Выполняемые при этом форматные преобразования регламентируются стандартами /2, 3/.

Следующим весьма важным видом являются интерфейсы стыка источников ТВ программ и кодеров информационного сжатия MPEG-2.

Непродуманные по техническим характеристикам и выбранные по критерию наименьшей стоимости входные интерфейсы кодера MPEG-2 могут нанести непоправимый урон качеству ТВ изображения у телезрителей, поскольку эти интерфейсы стоят на входе системы сжатия данных и вносимые ими искажения не удается устранить в последующих функциональных узлах кодеков и модемов.

Наилучшим решением является применение для входного стыка кодера MPEG-2 компонентных видеосигналов (аналоговых или цифровых), обработка которых может быть начата без каких-либо преобразований и перекодирований. Объясняется это тем, что в стандарте MPEG-2 исходными сигналами для информационного кодирования ТВ изображения являются компонентные цифровые сигналы яркости Y и цветоразностные сигналы синего Сb и красного Cr, прошедшие аналоговую обработку и цифровое кодирование в формате 4:2:0 или 4:2:2 согласно рекомендациям ITU-R BT.601 и ITU-R BT.656. При этом, если источник ТВ сигнала телецентра является цифровым и соответствует указанным рекомендациям, то достаточно осуществить прямую подачу цифрового потока источника ТВ сигнала на вход кодера МPEG-2. Для этой цели рекомендован последовательный цифровой интерфейс SDI (serial digital interface) со скоростью передачи видеоданных (Y, Cr; Cb) 270 Мбит/с, формат передачи которых регламентируется стандартом /4, 5/. Отметим, что с основными положениями указанных рекомендаций (интерфейс SDI и стандарт MPEG-2), относящихся к рассматриваемым вопросам, можно ознакомиться на русском языке в статьях /6, 7, 8/.

Использование цифрового интерфейса SDI для подключения кодека MPEG-2 к источнику ТВ сигнала оказывается не всегда возможным. Во-первых, потому что в настоящее время основная масса ТВ оборудования на телецентрах работает с аналоговыми композитными сигналами систем ЦТ СЕКАМ или ПАЛ и необходимые цифровые компонентные сигналы Y, Cr, Cb отсутствуют. Во-вторых, даже при полной замене аналогового оборудования систем ЦТ СЕКАМ или ПАЛ на цифровое компонентное оборудование, еще долгое время придется пользоваться архивными аналоговыми видеозаписями. Таким образом, ясно, что на этапе перехода от аналогового к цифровому ТВ вещанию необходимы также аналоговые интерфейсы для подключения кодера MPEG-2 к источникам ТВ программ.

Такие интерфейсы существуют, но стандарт на их качественные показатели отсутствует, и по этой причине на практике встречаются кодеры MPEG-2, аналоговые интерфейсы которых существенно снижают общее качество ТВ изображения. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

В аналоговом интерфейсе производятся следующие операции: композитный видеосигнал систем ЦТ СЕКАМ или ПАЛ декодируется на компонентные составляющие — сигнал яркости и два сигнала цветности (красный и синий). Эти три компонентных видеосигнала оцифровываются, и полученные видеоданные объединяются в соответствии с форматом передачи данных SDI /4, 5/. Потеря качества ТВ изображения возникает на этапе декодирования видеосигналов СЕКАМ или ПАЛ.

Для системы СЕКАМ эта потеря качества вызвана невозможностью полного отделения спектра сигнала яркости от спектра цветовых поднесущих. Существует только один метод такого разделения — в декодере устанавливается фильтр нижних частот, который ограничивает полосу сигнала яркости с 6 до 3 МГц. Спектр поднесущих при этом подавляется, но одновременно снижается четкость ТВ изображения. По этой причине применять аналоговые интерфейсы с использованием видеосигнала системы ЦТ СЕКАМ не следует.

Декодер системы ЦТ ПАЛ позволяет при использовании гребенчатого фильтра произвести полное разделение спектров сигнала яркости и цветности без сокращения ширины спектра сигнала яркости. Но при этом необходимо иметь в виду, что гребенчатые фильтры используются только в дорогих профессиональных декодерах. В дешевых декодерах ПАЛ разделение спектров производится так же, как и в декодерах СЕКАМ с помощью фильтра нижних частот и уменьшения ширины спектра сигнала яркости до 3 МГц.

Поэтому декодеры ПАЛ без гребенчатого фильтра применять для аналогового интерфейса кодера MPEG-2 не следует.

Отметим также, что в зависимости от ширины спектра сигнала яркости существует несколько стандартов системы ЦТ ПАЛ, а именно: ПАЛ-I (ширина спектра сигнала яркости 5,5 МГц), ПАЛ-В (ширина спектра 5,0 МГц), ПАЛ-М и ПАЛ-N (ширина спектра 4,2 МГц). Для аналогового интерфейса кодера MPEG-2 следует использовать видеосигнал и декодер системы ЦТ ПАЛ-I с гребенчатым фильтром.

Организация потоков передачи данных в стандарте MPEG-2

Цифровой поток каждой ТВ программы содержит видео-, звукоданные и данные пользователя. Количество каналов звукового сопровождения выбирается разработчиком системы от 2 до 6. В кодеках MPEG-2 наиболее часто используется 4-канальное звуковое сопровождение для каждой ТВ программы.

Первоначально кодеры информационного сжатия видео-, звукоданных и данных пользователя формируют элементарные потоки для указанных сигналов ТВ программы.

Элементарные потоки имеют непрерывную структуру и в них отсутствуют сигналы синхронизации и управления декодерами. Эти сигналы вводятся в элементарные потоки, для чего они разбиваются на пакеты.

В стандарте MPEG-2, в зависимости от последующего использования данных, применяются три вида пакетов, отличающихся структурой заголовка пакетов, длительностью пакетов и степенью защищенности данных от действия цифровых ошибок.

Первый вид пакетов называется “пакетированный элементарный поток” (packetised elementary stream) и обозначается английской аббревиатурой PES-пакет. Этот вид пакетов был специально разработан в стандарте MPEG-1, ISO/IEC 11172 для ввода в компьютер и компьютерной обработки видеоданных с последующей их записью в устройствах внутренней и внешней памяти компьютера. Компьютер по качеству обработки данных относится к категории так называемой квазисвободной от цифровых ошибок среды. Поэтому в PES-пакетах не предусмотрены меры для защиты данных от цифровых ошибок.

Основной причиной для использования структуры PES-пакетов в стандарте MPEG-2 было обеспечение его совместимости со стандартом MPEG-1.

Максимальная длительность PES-пакета равна 216 байт. Используемая длительность пакета может выбираться меньше максимальной в зависимости от конкретных условий. Так, например, в среде с низким уровнем цифровых ошибок предпочтительны PES-пакеты большой длины. Очень короткие PES-пакеты оказываются неэффективными из-за большой избыточности, вносимой заголовками пакетов. Полагают, что для целей ТВ вещания длительность PES-пакета должна быть порядка 2х210 байт (т.е. 2 kilobyte).

PES-пакеты видео, звукоданных и данных пользователя в параллельной форме образуют цифровые потоки одной ТВ программы. Такая структура цифрового потока удобна при обработке ТВ сигнала в процессе подготовки ТВ программы. Однако на этапе выдачи готовой ТВ программы, исходя из экономических и технических показателей аппаратуры, возникает необходимость перехода к последовательной форме передачи данных одной ТВ программы.

При этом необходимо учитывать следующее. Аппаратура сквозного тракта цифрового ТВ вещания, с точки зрения возникновения цифровых ошибок, может быть разделена на два вида: на аппаратуру квазисвободную от цифровых ошибок и аппаратуру, вносящую заметный уровень цифровых ошибок. Например, к первому виду относится большая часть аппаратно-студийного комплекса цифрового телецентра. Ко второму виду — аппаратура, образующая каналы спутникового и эфирного ТВ вещания.

Таким образом, для цифрового ТВ вещания необходимо иметь последовательные цифровые потоки, с разной степенью защищенности от цифровых ошибок, т.к. необоснованное применение помехоустойчивого кодирования ощутимо повышает стоимость аппаратуры.

С этой целью в стандарте MPEG-2 используется два вида таких потоков. Во-первых, программный поток, в котором, без применения помехоустойчивого кодирования, объединяются (мультиплексируются) элементарные потоки видеоданных, звукоданных и данных пользователя одной ТВ программы. Этот поток используется в аппаратных телецентра при распределении ТВ программ.

Во-вторых, транспортный поток, в котором применяется помехоустойчивое кодирование и могут одновременно передаваться указанные элементарные потоки одной или нескольких ТВ программ. Этот поток используется для ТВ вещания по наземным и спутниковым каналам связи.

Программный поток представляет собой последовательность программных пакетов только одной ТВ программы, в то время как транспортный поток может содержать в себе транспортные пакеты как одной, так и нескольких ТВ программ.

Отметим особенности мультиплексирования при формировании программного и транспортного потоков.

В стандарте MPEG-2 элементарные потоки одной ТВ программы имеют общую временную базу, т.е. кодеры информационного сжатия видео, звукоданных и данных пользователя работают синхронно от общего синхрогенератора. Поэтому мультиплексирование при формировании программного потока производится синхронным способом. Однако разные ТВ программы имеют независимые временные базы, поэтому формирование транспортного потока производится в два этапа. Сначала синхронным способом формируются транспортные потоки каждой ТВ программы, а потом асинхронным способом производится мультиплексирование транспортных потоков нескольких ТВ программ в один транспортный поток. Отметим, что транспортный поток может также формироваться путем мультиплексирования программных потоков нескольких ТВ программ.

В одном транспортном пакете может передаваться только один вид информации: видеоданные или звукоданные, или данные пользователя и только одной ТВ программы. Очередность передачи транспортных пакетов для одной или нескольких ТВ программ устанавливается разработчиком кодека. Рабочие характеристики цифровой системы ТВ вещания существенно зависят от технически правильно выбранного цикла такой передачи. Поскольку этот цикл не нормируется стандартами MPEG-2 и DVB, выбор цикла такой передачи пакетов, т.е. очередность прохождения пакетов через мультиплексор, является "ноу-хау" каждой фирмы-разработчика кодека MPEG-2 и, как следствие, цикл передачи транспортных пакетов разработчиками кодеков не публикуется.

Общие элементы построения интерфейсов SPI, SSI и ASI

В рассматриваемых интерфейсах: синхронный параллельный интерфейс (SPI); синхронный последовательный интерфейс (SSI); асинхронный последовательный интерфейс (ASI) могут быть использованы три формата передачи данных в виде:

  • транспортных пакетов MPEG-2 длительностью 188 байт (без кодозащиты передаваемых данных) — рис. 1а;
  • транспортных пакетов MPEG-2 длительностью 204 байта с кодозащитой данных: 188 байт данных и 16 байт проверочных символов кода Рида Соломона (РС) — рис. 1б;
  • транспортных пакетов MPEG-2 длительностью 204 байта без кода защиты данных: 188 байт данных и 16 байт фиктивных символов для сохранения непрерывности цифрового потока — рис. 1в.
а)CCГ 1байт187 байт данных

б)CCГ 1байт187 байт данных16 байт проверочных символов

в)CCГ 1байт187 байт данных16 байт фиктивных символов

Рис. 1. Транспортные пакеты MPEG-2 ССГ — стартовая синхрогруппа пакета
а) транспортный пакет 188 байт без кодозащиты передаваемых данных;
б) транспортный пакет 204 байта с кодозащитой данных - 16 байт проверочных символов;
в) транспортный пакет 204 байта без кодозащиты данных - 16 байт фиктивных символов для сохранения непрерывности цифрового потока

При последующем рассмотрении необходимо учитывать, что при переходе от формата передачи данных 188 байт к формату 204 байта временная длительность транспортных пакетов MPEG-2 не меняется, т.к. одновременно с введением дополнительных 16 байт производится увеличение тактовой частоты передачи символов пакета в 204/188»1,085 раз.

Синхронный параллельный интерфейс SPI

Применяется для параллельной передачи данных транспортного потока MPEG-2 при разных скоростях потока.

Структурная схема параллельного интерфейса показана на рис. 2, на которой аббревиатурами TX и RX обозначены соответственно передающая и приемная части интерфейса.

В передающей части интерфейса осуществляется преобразование последовательной байтовой структуры транспортных пакетов (см. рис. 1а, б, в) в параллельную форму с последующей передачей данных в приемную часть интерфейса по 8 соединительным линиям данных. При этом используется код без возвращения к нулю (код БВН). Старший разряд байта передается по линии 7, младший — по линии 0. Передача данных кодом БВН производится синхронно с тактовой частотой передачи байт во входном транспортном пакете MPEG-2, для чего в передающей части интерфейса вырабатываются тактовые импульсы синхронизации байт, которые по соединительной линии “сlock” подаются на приемную часть интерфейса.

Далее, поскольку в стандарте MPEG-2 обработка данных начинается с первого байта транспортного пакета и ведется побайтно, в параллельном интерфейсе необходимо передавать синхросигнал начала первого байта каждого транспортного пакета. Для этой цели используется сигнал начала транспортного пакета PSYNC, который формируется в передающей части интерфейса из сигнала стартовой синхрогруппы (ССГ) транспортного пакета (см. рис. 1) и по соединительной линии PSYNC подается в приемную часть интерфейса.

Кроме того, необходимо передавать информацию о виде используемого транспортного пакета: 188 или 204 байта без кодовой или с кодовой защитой. Для этой цели используется сигнал управления DVALID, у которого логический уровень “1” соответствует передаче данных и проверочных символов кода Рида Соломона, а логический уровень “0” — передаче фиктивных данных, которые при последующей обработке информации не используются.

Форматы передачи данных, применяемых в параллельном интерфейсе SPI, показаны на рис. 3, 4 и 5 соответственно для транспортных пакетов 188 и 204 байта без кодозащиты и 204 байта с кодозащитой. В этих форматах тактовый сигнал имеет форму меандра, и смена данных происходит при смене логических уровней тактовой синхронизации от 1 к 0.

Тактовая частота параллельного интерфейса fp связана с тактовой частотой передачи данных в транспортных пакетах fu соотношениями: fp = fu/8 — для транспортных пакетов длиною 188 байт и fp = (204/188) fu/8 — для транспортных пакетов длиной 204 байта. При этом тактовая частота параллельного интерфейса fp не должна превышать значения 13,5 МГц /1/.

Временные соотношения между опорными точками данных и тактов показаны на рис. 6.

Номинальное значение тактового периода равно: Т = 1/fр. При этом в параллельном интерфейсе SPI допускается изменение ширины тактового импульса в пределах: t = T/2 ± Т/10 и смещение опорных точек данных и тактов в пределах td = Т/2 ± Т/10.

Передача данных и сигналов синхронизации производится симметричными кабелями с волновым сопротивлением близким к 100 Ом (точное значение в стандарте не нормируется). Выходное сопротивление парофазного усилителя передающей части интерфейса: 100 Ом максимум, входное сопротивление дифференциального усилителя приемной части интерфейса: 100 Ом (допускается отклонение от +32 Ом до -10 Ом).

Синхронный последовательный интерфейс SSI

предназначен для передачи транспортных потоков MPEG-2 по коаксиальным и волоконно-оптическим линиям связи для однонаправленной передачи транспортного потока из точки А в точку В по локальным линиям связи. Для организации сетей передачи данных этот интерфейс не используется.

При передаче транспортного потока в интерфейсе SSI сохраняются рассмотренные выше три структуры транспортных пакетов MPEG-2 длительностью 188 и 204 байта без кодозащиты и с кодозащитой данных — см. рис. 1. При этом используемый для передачи символов транспортного пакета MPEG-2 код без возвращения к нулю (БВН) заменяется на бифазный код.

Необходимость такой замены кодов объясняется тем, что если в параллельном интерфейсе сигналы тактовой синхронизации непосредственно передаются в приемную часть интерфейса по отдельной линии, то в последовательном интерфейсе такой возможности нет и необходимо использовать коды передачи, позволяющие на приемном конце линии легко восстанавливать тактовую синхронизацию.

Кроме того, коаксиальные и волоконно-оптические линии связи не передают постоянную составляющую кода передачи, текущий уровень которой меняется в зависимости от длины серии следующих друг за другом “1” или “0” кода передачи. Это приводит к изменению порога срабатывания компаратора решающего устройства в приемной части интерфейса, что в итоге увеличивает вероятность появления цифровых ошибок при приеме после длинных серий “0” или “1” одиночных символов соответственно “1” или “0”. Для устранения этого нежелательного эффекта коды передачи строятся таким образом, чтобы их постоянная составляющая была равна или близка к нулевому значению и это значение, по возможности, не менялось при изменении длины последовательных серий “1” или “0”. С этой целью в кодах передачи используется двухполярный сигнал для передачи “1” и “0”.

Код БВН указанными свойствами не обладает. Поэтому в интерфейсе SSI он преобразуется в двухполярный бифазный код передачи.

Переход от кода БВН к бифазному коду передачи поясняется рис. 7 и выполняется по следующим правилам. С появлением логической “1” или “0” кода БВН — рис. 7б производится изменение предыдущего логического значения бифазного кода передачи на противоположное значение — рис. 7в. При этом при появлении в коде БВН логической 1 такой переход совершается в середине тактового интервала кода БВН. В случае же появления в коде БВН логического 0 изменение значения бифазного кода производится на всем тактовом интервале кода БВН.

Поясним более подробно эпюры рис. 7. Границы тактовых интервалов кода БВН определяются переходами от 1 к 0 в последовательности импульсов тактовой синхронизации — рис. 7а. Если предположить, что предшествующий началу кода БВН на рис. 7б был логический уровень 0, то преобразование кода БВН по указанным правилам даст последовательность импульсов бифазного кода, показанную на рис. 7в. В случае, если предположить, что предшествующий началу кода БВН на рис. 7б был логический уровень 1, то после преобразования полученная последовательность импульсов бифазного кода будет соответствовать рис. 7г.

Отметим, что бифазный код передачи интерфейса SSI является не абсолютным, а относительным кодом, поскольку информационное значение символа определяется не абсолютными значениями передаваемых символов 1 или 0, а находится в результате сравнения логических состояний двух соседних символов кода передачи. По этой причине относительные коды передачи по сравнению с абсолютными кодами передачи в два раза увеличивают коэффициент цифровых ошибок, т.к. если произошла ошибка значения принятого символа в одном тактовом интервале, то это ошибочное значение символа будет использоваться дважды — при сравнении со значениями символов, принятых в предшествующем и последующем тактовых интервалах.

Байтовая синхронизация

Для нахождения в приемной части интерфейса SSI начала транспортного пакета MPEG-2 в бифазном коде передачи сохраняется стартовая синхрогруппа пакета ССГ. При этом стартовая синхрогруппа также используется для автоматического опознавания используемого в интерфейсе вида транспортного пакета MPEG-2 — см. рис. 1.

С этой целью в стартовой синхрогруппе кода передачи применяются два вида кодовых синхрослов: неинвертированная синхрогруппа, кодовая комбинация которой 47Н совпадает с кодовой комбинацией ССГ транспортного пакета MPEG-2, и инвертированная стартовая синхрогруппа ССГ с кодовой комбинацией В8Н. Отметим, что индекс Н указывает, что кодовое слово записано в 16-ричной системе счисления. В двоичной системе счисления кодовая комбинация ССГ 47Н имеет вид: 1011.1000, а кодовая комбинация ССГ В8Н — соответственно: 0100.0111.

В случае, если в интерфейсе SSI используются транспортные пакеты MPEG-2 188 байт или 204 байта без кодозащиты (см. рис. 1а, б), используется ССГ с кодовой комбинацией 47Н и периодом повторения соответственно 188 или 204 байта. При работе с транспортным пакетом MPEG-2 204 байта и кодозащитой кодом Рида Соломона (см. рис. 1в) используется ССГ с кодовой комбинацией В8Н и периодом повторения 204 байта.

В приемной части интерфейса для вхождения в байтовый синхронизм последовательно проверяются следующие версии. Сначала ищут синхрогруппу ССГ 47Н с периодом повторения 188 байт. Если в этом случае байтовый синхронизм не возникает, то ищут синхрогруппу ССГ 47Н с периодом повторения 204 байта. Если и в этом случае синхронизм не возникает, то ищут синхрогруппу ССГ В8Н с периодом повторения 204 байта.

Функциональные операции

Транспортный поток MPEG-2 в последовательной форме формируется в передающей части интерфейса SSI из сигналов рассмотренного выше параллельного интерфейса PSI (см. рис. 2): сигналов данных (0...7), сигнала тактовой синхронизации байт и сигналов управления PSYNC и DVALID. При этом по сигналу DVALID определяется формат транспортного пакета MPEG-2 (см. рис. 1), и в соответствии с этим форматом устанавливается вид кодовой комбинации для стартовой синхрогруппы транспортного пакета MPEG-2: ССГ 47Н или ССГ В8Н и период передачи синхрогрупп: 188 или 204 байта.

Начало транспортного пакета MPEG-2 совпадает с началом передачи байта ССГ или ССГ и определяется по сигналу управления PSYNC. После передачи байта синхрогруппы начинается передача байт данных транспортного пакета. При этом необходимо перейти от параллельной формы представления данных к последовательной форме.

С этой целью в интерфейсе используются два запоминающих устройства, например, два регистра сдвига емкостью по 8 бит. В первый регистр в параллельной форме по сигналам тактовой синхронизации байт (clock) записывается байт данных 0...7, после чего регистр переводится в режим последовательного считывания. Поступающий в этот момент времени на вход интерфейса новый байт данных записывается во второй регистр. После окончания считывания данных из первого регистра, он переводится в режим записи входного байта, а второй регистр в режим считывания. Этот процесс повторяется периодически, пока не закончится формирование транспортного пакета.

Скорость передачи данных определяется тактовой частотой следования бит (fu) в транспортном потоке MPEG-2. Эта частота жестко связана с частотой тактовой синхронизации байт (fp) параллельного интерфейса и равна: fu1 = 8fp — для транспортного пакета длительностью 188 байт и fu2 = 8 (204/188) fp — для транспортного пакета длительностью 204 байта. Эти тактовые частоты формируются системой фазовой автоподстройки частоты, синхронизируемой сигналом тактовой частоты байт.

В результате указанных функциональных операций формируются транспортные пакеты MPEG-2 в коде БВН, после чего производится преобразование кода БВН в бифазный код передачи. Полученные транспортные пакеты в бифазном коде могут передаваться по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом или по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). При этом энергетические показатели указанных линий должны выбираться таким образом, чтобы коэффициент цифровых ошибок на выходе приемной части интерфейса SSI был не более чем 10-13 /1/.

При использовании ВОЛС (одномодовой или многомодовой) в зависимости от оптической мощности лазера, типа оптического кабеля и других ее показателей с указанным коэффициентом ошибок целесообразно обеспечивать следующие градации дальности передачи: 2; 15; 40 и 60 км /1/.

Дальность передачи по коаксиальному кабелю без частотной коррекции его затухания может быть приблизительно оценена исходя из условия, что на частоте 70 МГц затухание, вносимое коаксиальной линией, было не более 12 дБ /1/.При использовании магистральных, распределительных и абонентских коаксиальных кабелей (например, РК75-17-13С, РК75-7-19 и РК75-4-113) дальность передачи, рассчитанная по указанному критерию, составит соответственно 600; 280 и 185 м. Эту дальность передачи можно увеличить, если провести частотную коррекцию затухания кабеля.

Асинхронный последовательный интерфейс ASI

предназначен для передачи транспортных пакетов MPEG-2 длительностью 188 или 204 байта (см. рис. 1) по коаксиальным и многомодовым волоконно-оптическим линиям связи для однонаправленной передачи транспортного потока по соединительным линиям. Для организации сетей связи этот интерфейс не используется.

Транспортные пакеты MPEG-2 поступают на вход интерфейса ASI в параллельной форме в формате передачи данных интерфейса SPI. В этом же формате транспортный поток выдается с приемной части интерфейса ASI.

Скорость передачи данных по линии связи равна 270 Мбит/с, и она не меняется при изменении скорости транспортного потока на входе интерфейса. С этой целью в передаваемый транспортный поток вводятся дополнительные фиктивные байты, которые в приемной части интерфейса не используются при обработке информации. При этом в случае изменения скорости информационных байт транспортного потока соответственно увеличивается или уменьшается скорость передачи фиктивных байт. В итоге общая скорость цифрового потока остается постоянной, и ее нестабильность не должна превышать 270 МГц ± 1х10-4.

В интерфейсе ASI для передачи по линии связи используется код передачи 8В/10В. Исходные данные поступают на вход интерфейса в коде БВН и перекодируются, при этом байты транспортного пакета заменяются 10-разрядными словами кода передачи 8В/10В.

Рассмотрим особенности построения кода передачи 8В/10В. Поскольку кодовое слово содержит 10 бит, то это позволяет получить 210 =1024 кодовых комбинаций, в то время как для передачи 8-разрядных слов БВН требуется 28 =256 кодовых комбинаций. Таким образом, для данного интерфейса код 8В/10В избыточен и содержит в 4 раза больше кодовых слов, чем это требуется. Это позволило отобрать такие кодовые комбинации, в которых количество логических “1” и “0” или равно, или отличается незначительно, и за счет этого сделать значение постоянной составляющей кода передачи близким к нулю. Кроме того, для перекодирования каждого 8-разрядного кодового слова кода БВН предусмотрены два 10-разрядных кодовых слова кода 8В/10В, которые подобраны таким образом, что если, например, в первом кодовом слове 10В оказалось больше “1”, то во втором слове 10В на такое же число соответственно будет больше “0”. В процессе кодопреобразования ведется непрерывный подсчет текущего числа “1” и “0”, и если возникло нарушение паритетности (т.е. переданное число “1” и “0” не равно друг другу), то производится замена используемого варианта кодовых слов 10В так, чтобы восстановить паритетность кода передачи и поддерживать значение его постоянной составляющей равной или близкой к нулю.

Отметим также, что кодовые слова 10В содержат повышенное число взаимных переходов символов “1” и “0”, что облегчает условия восстановления тактовой синхронизации в приемной части интерфейса.

Код передачи 8В/10В относится к категории табличных кодов, кодовые комбинации которого не удается формировать логическими схемами, например, регистрами сдвига с обратными связями. Он может быть сформирован с помощью программируемого запоминающего устройства (ПЗУ), которое, согласно кодовой таблице кода 8В/10В, должно иметь соответственно 512 и 11 ячеек для записи 10-разрядных информационных и служебных кодовых слов /1/. При этом адрес ячеек ПЗУ записывается 9-разрядной кодовой комбинацией, в которой 8 бит определяются входными байтами транспортного потока в коде БВН, а девятый бит адреса устанавливается системой проверки паритетности кода передачи.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Interfaces for CATV/SMATV headends and similar professional equipment. DVB document AO10, октябрь 1995, 48 стр.
  2. DVB interfaces to PDH networks. DVB document AO18, февраль 1997, 55 стр.
  3. DVB interfaces to SDH networks. DVB document AO19, февраль 1997, 78 стр.
  4. SMPTE 259M — 1993. Television — 10 Bit 4:2:2 Component and 4 fsc NTSC Composite Digital Signals — Serial Digital Interface.
  5. Measurements in digital component television studios 625 — line systems at the 4:2:2 and 4:4:4 levels using parallel and serial interfaces (SDI) Dоk. Tech. 3283-E, European Broadcasting Union, октябрь 1996, 116 стр.
  6. Севальнев Л.А. Многопрограммное цифровое телевизионное вещание по наземным и спутниковым каналам связи. Часть 2. Цифровое кодирование телевизионных сигналов. — Журнал “625”, № 6, 1995, с. 38-39.
  7. Севальнев Л.А. Многоканальное цифровое телевизионное вещание по наземным и спутниковым каналам связи. Часть 3. Уровневое квантование. — Журнал “625”, № 2, 1996, с. 76-78.
  8. Севальнев Л.А. Международный стандарт кодирования с информационным сжатием MPEG-2. — Журнал “625”, № 1, 1997, с. 58-62.


 
Теле-Спутник Февраль 2000
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт