ΤΕΙ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜ. ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΠΛΗΡ/ΚΗΣ & ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ. Γ. ΓΑΡΔΙΚΗΣ 1 Εισαγωγή
Το μάθημα «Αρχές Ψηφιακής Τηλεόρασης» εξετάζει τις τεχνολογίες και τους μηχανισμούς που παρεμβάλλονται για να διανεμηθεί ψηφιακά μέσω ενός καναλιού ευρυεκπομπής (broadcast) ένα έτοιμο τηλεοπτικό σήμα από την έξοδο του studio παραγωγής μέχρι τον τελικό χρήστη/ τηλεθεατή. Τεχνολογίες ψηφιοποίησης και κωδικοποίησης Τεχνολογίες πολυπλεξίας Τεχνολογίες εκπομπής μέσω επίγειου ή δορυφορικού καναλιού 2
Εισαγωγή στην Ψηφιακή Τηλεόραση Κωδικοποίηση εικόνας (MPEG2/MPEG4) Πολυπλεξία και σήμα βασικής ζώνης Δορυφορική Ψηφιακή Τηλεόραση (DVB S) Επίγεια Ψηφιακή Τηλεόραση (DVB T, DVB H) Μονοσυχνοτικά δίκτυα Κατανομή συχνοτήτων Το μέλλον της Ψηφιακής Τηλεόρασης 3
Ορισμός: Η ταυτόχρονη μετάδοση μιας πληροφορίας από ένα προς πολλούς μέσω ενός κοινού καναλιού Παραδείγματα: Τηλεόραση, ραδιόφωνο κλπ. Το δίκτυο δεν επιβαρύνεται οσοδήποτε μεγάλος και αν είναι ο αριθμός αυτών που λαμβάνουν την πληροφορία 4
Η εικόνα συλλαμβάνεται με ρυθμό 50 καρέ /sec Η αναλογική τηλεόραση χρησιμοποιούσε σάρωση zig zag σε 625 γραμμές ενώ η προβολή στην οθόνη γινόταν μέσω κινούμενης δέσμης ηλεκτρονίων που προσέπιπτε στη φθορίζουσα επιφάνεια ενός καθοδικού σωλήνα. Η φωτεινότητα κάθε γραμμής αντιστοιχούνταν σε ένα συνεχές ηλεκτρικό αναλογικό σήμα. 5
6 Για να μειωθεί η πληροφορία που μεταδίδεται και να εξοικονομηθεί έτσι πολύτιμο εύρος ζώνης, αποφασίστηκε να εκπέμπονται σε κάθε καρέ μόνο οι μισές γραμμές (313 από τις 625). Εκπέμπονται δηλαδή εναλλάξ μόνο οι μονές ή μόνο οι ζυγές γραμμές. Το μάτι ελάχιστα αντιλαμβάνεται αυτή την εναλλαγή. Η τεχνική αυτή λέγεται πεπλεγμένη σάρωση (interlaced scanning)
Στην αρχή η τηλεόραση ήταν μόνο ασπρόμαυρη, δηλ. το σήμα μετέφερε μόνο την πληροφορία της φωτεινότητας Για την απόδοση του χρώματος απαιτούνται τρία σήματα, που αντιστοιχούν στο κόκκινο, πράσινο και μπλε χρώμα (Red, Green Blue RGB). Όλα τα χρώματα προκύπτουν ως γραμμικός συνδυασμός αυτών των τριών βασικών χρωμάτων. Κίτρινο Κόκκινο R R+G G Πράσινο R+G+B B+R G+B Ματζέντα Κυανό B 7 Μπλε
Για λόγους και συμβατότητας αλλά και εξοικονόμησης φάσματος, αντί για τις «χρωματικές συντεταγμένες» RGB χρησιμοποιούνται οι YUV όπου Y είναι η φωτεινότητα (όπως στην ασπρόμαυρη τηλεόραση), U είναι η χρωματικότητα του μπλε (αλλιώς Cb) και V είναι η χρωματικότητα του κόκκινου (αλλιώς Cr) Ο μετασχηματισμός από το σύστημα RGB στο YUV γίνεται ως εξής: Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = 0.492(B Y) V = 0.877(R Y) 8
Composite Y Για μια συγκεκριμένη τιμή της φωτεινότητας Y, το τελικό χρώμα δίνεται από τις συντεταγμένες (U,V). Το σύστημα YUV είναι επίσης γνωστό ως YCbCr. U (Cb) V (Cr) 9
10 Το σήμα της φωτεινότητας πολυπλέκεται κατά FDM με το σήμα της χρωματικότητας και αυτό του ήχου για να σχηματιστεί το τελικό τηλεοπτικό σήμα με εύρος 8 MHz. Στην Ευρώπη ακολουθείται το πρότυπο PAL όσον αφορά την τελική μορφή του σήματος.
11 Το σήμα εκπέμπεται στον αέρα διαμορφώνοντας κατά AM SSB ένα φέρον στην τηλεοπτική μπάντα (VHF: 174 230 MHz ή UHF: 470 862 MHz)
Είναι η ψηφιακή σύλληψη, επεξεργασία και μετάδοση/ ευρυεκπομπή του οπτικοακουστικού σήματος. Η εικόνα μπορεί να ψηφιοποιηθεί σε διάφορες αναλύσεις, όπως: QCIF (176x144) CIF (352x288) PAL D1 (720x576) HD (1280x720) Full HD (1920x1080) Σε κάθε pixel αντιστοιχούν τρεις τιμές (R, G, B) που μεταφράζονται στο χώρο (Y, U, V) όπως προαναφέρθηκε 12
Πρότυπα MPEG Πρότυπα DVB 13
Είναι διεθνή πρότυπα (ISO) και ορίζουν τη διαδικασία κωδικοποίησης (συμπίεσης) του ψηφιοποιημένου βίντεο και του ήχου καθώς και της πολυπλεξίας πολλών προγραμμάτων σε ένα κοινό κανάλι. MPEG 1 Video για χαμηλές αναλύσεις, δεν χρησιμοποιείται πλέον MPEG 2 Video Χρησιμοποιείται κατά κόρον στην Ψηφιακή Τηλεόραση και στα DVD MPEG 4 Video / H.264 Καλύτερο από το MPEG 2 και πιο αποδοτικό για HD, το αντικαθιστά σταδιακά MPEG 2 Systems (Transport Stream) Ορίζει τη διαδικασία κατάτμησης σε πακέτα και πολυπλεξίας 14
15 Ευρωπαϊκή οικογένεια προτύπων, που χρησιμοποιούνται όμως και σε πολλές άλλες χώρες του κόσμου. Περιγράφουν τη διαδικασία διαμόρφωσης και μετάδοσης (λειτουργίες φυσικού επιπέδου). Πρότυπα DVB υπάρχουν για κάθε μέσο μετάδοσης: Satellite DVB Πρόκειται για συστήματα που χρησιμοποιούν για τη μετάδοση του ψηφιακού τηλεοπτικού σήματος δορυφόρο. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν τα πρότυπα DVB S, DVB S2 και DVB SH. Cable DVB Ψηφιακή τηλεόραση μέσω καλωδίου (χάλκινα καλώδια μεταφέρουν το ψηφιακό σήμα). Το πρότυπο που χρησιμοποιείται είναι το DVB C. Terrestrial DVB Το ψηφιακό σύστημα μεταδίδεται μέσω επίγειου ασύρματου δικτύου ευρυεκπομπής. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί το σύστημα αυτό είναι το DVB T και το DVB H το οποίο αφορά μετάδοση ψηφιακού σήματος σε κινητές συσκευές. Αφορά τις μπάντες VHF (174 230 MHz) και UHF (470 862 MHz ).
1991 Έναρξη της Ευρωπαϊκής Ομάδας Ανάπτυξης 1993 Ίδρυση του DVB. 1994 ITU προτείνει το DVB S για ψηφιακή δορυφορική τηλεόραση. 1995 Έγκριση του DVB T (EN 300 744) 1996 Πρώτες δοκιμαστικές εκπομπές DVB T στην Αγγλία 1999 DVB επιδικνύει λήψη DVB T σε κινούμενο δέκτη 2004 DVB S2 2005 DVB H 1994 Έγκριση του DVB C (EN 300 429) 1993 Έγκριση του DVB S (EN 300 421) 1993 Εγκριση του MPEG 2 (ISO/IEC 13818 2) από την ISO 2001 DVB RCS, κανάλι επιστροφής για το DVB S 16
Πλήρης αλυσίδα κωδικοποίησης, πολυπλεξίας και εκπομπής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης (DVB T) στο Εργαστήριο ΠΑΣΙΦΑΗ. Είναι η πρώτη εν λειτουργία πλατφόρμα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης στην Ελλάδα (2002). Satellite receiver DVB T modulator MPEG 2 Video Server Mul plexer UHF amplifier 17
Σταθερή ποιότητα εικόνας, χωρίς είδωλα, χιόνια κλπ. Καλύτερη ποιότητα ήχου Μεγαλύτερη αντοχή σε παρεμβολές και διαλείψεις Ευελιξία στη λήψη και από φορητές και κινητές συσκευές Ευκολότερη αποθήκευση και επεξεργασία του περιεχομένου 18 Περισσότερα ραδιοτηλεοπτικά προγράμματα αθλητικά ειδήσεις ταινίες κ.ά μπορούν να πολυπλεχτούν σε μια συχνότητα και να εκπεμφθούν ταυτόχρονα.
Αν και πρόκειται για ένα σύστημα ευρυεκπομπής, η ψηφιοποίηση του μεταδιδόμενου σήματος παρέχει τη δυνατότητα επιπλέον υπηρεσιών πέραν της απλής μετάδοσης τηλεοπτικών προγραμμάτων, όπως Τοπικές Διαδραστικές υπηρεσίες (πληροφορίες για το πρόγραμμα, ερωτήσεις, τηλεπαιχνίδια κλπ) Πλήρως Διαδραστικές υπηρεσίες (επικοινωνία του χρήστη με τον πάροχο/σταθμό για τηλε ψηφοφορίες, μετρήσεις θεαματικότητας κλπ). Απαιτείται κανάλι επιστροφής (π.χ. GSM, xdsl) για να στέλνονται τα δεδομένα πίσω στον πάροχο Υπηρεσίες για άτομα με ειδικές ανάγκες (βελτιωμένος υποτιτλισμός, ηχητικός σχολιασμός και σχολιασμός με σύμβολα). 19 Υπηρεσίες δεδομένων και πρόσβαση στο Internet
20