Реферат основа построения систем на основе телевизионных устройство

Обновлено: 02.07.2024

До недавнего времени самым распространенным, а иногда и единственным, средством доставки телевизионных сигналов в частные квартиры и дома было эфирное телевизионное вещание. Для этого использовались и используются по настоящее время открытые метровые и дециметровые радиоканалы, организуемые передающим и приемным оборудованием в свободном пространстве. Частоты вещания распределены в соответствии с частотным планом, установленным государственными органами контроля радиосвязи. Радиочастотный спектр эфирного телевизионного вещания, таким образом, был предоставлен для свободного общественного использования.

Работа содержит 1 файл

TELEVIZIUNEA PRIN CABLU.doc

Пилотное регулирование - способ автоматической стабилизации коэффициента передачи и наклона амплитудно-частотной характеристики в кабельной распределительной сети путем передачи специальных “пилот-сигналов” управления.

Распределение радиосигналов в прямом направлении и передача радиосигналов в обратном направлении осуществляется по гибридным или коаксиальным кабельным линиям. Под гибридными линиями понимается сочетание во-локонно-оптических линий с коаксиальным кабелем. Источниками сигналов для самой головной станции системы КТВ могут быть спутники телевизионного вещания, вещательные центры эфирного телевидения, собственные источники телесигнала на головной станции (видеомагнитофоны, телекамеры) и другие кабельные или эфирные сети связи. Для СКТ-1 предусматривается передача телевизионных и других радиосигналов электросвязи в прямом или обратном направлении, а для СКТ классов 2,3 и 4 - только двунаправленная передача.

Сформулируем и коротко поясним основные требования к современной ' теме КТВ. Система КТВ должна удовлетворять следующим требованиг

• гибридная волоконно-коаксиальная архитектура;

• возможность обслуживания большого числа абонентов;

• возможность перехода на цифровой метод передачи сигнала;

• возможность предоставления дополнительных услуг.

Интерактивность означает возможность двустороннего взаимодействия по сети КТВ, в том числе, в реальном масштабе времени. Реализуется эта возможность путем выделения полосы частот для обратного направления передачи сигналов, т.е. от абонента на головную станцию. Такая система будет обеспечивать одновременную и независимую передачу сигналов и данных в обоих направлениях, т.е. будет двунаправленной.

Для двунаправленных систем сформировалась своя терминология. Согласно ГОСТ Р52023-2003, полосу частот, в которой сигналы передаются от головной станции к абоненту, называют прямым направлением передачи, а иногда прямым каналом (в зарубежной литературе - downstream, “нисходящий поток"). Полосу частот, в которой сигналы передаются от абонента на головную станцию, называют обратным направлением передачи или обратным каналом (в зарубежной литературе - upstream, “восходящий поток”). Термины “прямой канал” и “обратный канал" не совсем корректны и не стандартизованы, но они часто применяются в обиходе. Сигналы обратного канала передаются в полосе 5-30 МГц, а прямого - на частотах выше 47 МГц, хотя в стандарте оговаривается, что расширение полосы обратного канала возможно за счет полосы прямого канала. По ГОСТ 28324-89 обратный канал не был предусмотрен вообще. Обратный канал было решено разместить в низкочастотной области спектра, поскольку, нижняя частота мого диапазона (47 МГц) не менялась и нижележа щие частоты оставались незанятыми телевизионным вещанием. Разделение прямого и обратного направлений передачи осуществляется с помощью дип-лексерных фильтров. Спектр прямого канала разделен на участки так, чтобы выделенные (назначенные) участки спектра могли использоваться для совершенно различных информационных служб, например, частоты выше 600 МГц отведены для передачи цифровых сигналов. При таком подходе в кабельной сети наряду с телевизионными сигналами будет передаваться в интерактивном режиме большой объем цифровых данных различных служб.

Новые требования к качеству и скорости передачи в системах КТВ уже не позволяют строить их, как и ранее, на основе только коаксиального кабеля. Опыт строительства широкополосных интерактивных систем КТВ во всем мире показал, что наиболее эффективным вариантом их структуры на сегодняшний день являются комбинированные или гибридные оптико-коаксиальные структуры HFC (Hibrid Fiber Coaxial), созданные с использованием оптических и коаксиальных кабелей.

Такие структуры дают наилучшее соотношение “цена - качество”. В сетях структуры HFC весь транспортный и частично или полностью магистральный участок выполняется на основе оптического волокна, а распределительный участок - на основе коаксиального кабеля. Наблюдается тенденция к отказу от коаксиального кабеля на магистральных участках сети, но в качестве средства распределения пока практически повсеместно

Количество абонентов, которым система способна предоставить обслуживание, должно быть максимально возможным при условии обеспечения приемлемого качества обслуживания для всех абонентов. Это требование диктуется финансовой целесообразностью проекта системы, ресурсы которой необходимо использовать с наибольшей экономической отдачей. Количество абонентов определяется такими показателями как размер области обслуживания, плотность застройки внутри области и процент проникновения (доля потенциальных абонентов в общем числе жителей). Исходя из этого оцениваются ресурсы системы, к которым прежде всего относится емкость головной станции. Различные модели головных станций рассчитаны на разное количество обслуживаемых абонентов. Их число может варьироваться от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч. Хотя количество потенциальных абонентов оценивается на начальном этапе проектирования системы, желательно предусмотреть и возможность будущего расширения системы, которое может быть связано с некоторым увеличением области обслуживания или ростом числа абонентов.

Актуальность перехода на цифровой метод передачи информации сейчас очевидна. Внедрение цифрового телевизионного вещания одновременно решает задачи значительного повышения качества передачи, увеличения канальной емкости системы и совместимости с компьютерными информационными системами. В этом смысле предстоит решить задачу строительства новых систем (или модернизации построенных ранее систем) на единых стандартных принципах, обеспечивающих работу в системах КТВ цифровых телевизоров и других терминальных устройств абонента, например, персонального компьютера. Возможность перестроения системы от аналоговой к цифровой в гораздо большей степени определяется стоимостью нового оборудования цифровой передачи, чем типом среды передачи, но последнее тоже немаловажно, особенно в связи с повсеместным переходом на волоконно-оптические линии связи. Согласно различным экспертным оценкам, доля стоимости воло-конно-оптической части системы, включая закупку кабеля и его прокладку, составляет 70 - 75 % от общей стоимости проекта. Поэтому, если система КТВ, имеющая гибридную архитектуру, изначально была построена как аналоговая, то затраты на переход к цифровой передаче будут состоять главным образом из расходов на замену оборудования, а основная (оптическая) часть системы будет способна передавать сигналы цифрового телевидения практически без дополнительных затрат. Канальная емкость цифровой системы передачи несравнимо возрастает по отношению к аналоговой. В зависимости от используемой модуляции в стандартной полосе частот 8 МГц каждого телеканала в цифровом виде можно будет передать от 4 до 10 телевизионных программ и дополнительные потоки цифровых данных. Поскольку стандарт MPEG позволяет передавать сигнал телевидения со скоростью 6-10 Мбит/с, то возможна одновременная передача по крайней мере 400 каналов

Современная система КТВ может использоваться для оказания абоненту дополнительных информационных услуг, несвязанных с телевизионным вещанием. Особенно следует отметить предоставление доступа в глобальную информационную сеть Internet. Такие услуги как телеметрия, охранная или пожарная сигнализация, сигналы тревоги и различных датчиков могли быть обеспечены и в аналоговых узкополосных сетях с не очень высоким качеством передачи. К другому типу относятся широкополосные и интерактивные услуги, которые могут потребовать высокого качества. К таким услугам относится телефония и видеотелефония, видеоконференцсвязь, передача данных, передача ТВ программ по запросу абонентов, электронная почта, доступ к справочным службам, заказ билетов и покупок на дому, банковские операции на дому, телеигры, участие в аукционах, опросах общественного мнения и голосованиях. Их интеграция в сеть КТВ возможна только при переходе к цифровому методу передачи.

Цифровая телефония является самой популярной услугой после телевидения. Технология предоставления телефонных услуг в цифровых сетях, работающих по протоколу сетевого уровня IP (Internet Protocol, протокол сети Интернет) называется VoIP. Видео по требованию - самая дорогая на сегодняшний день услуга. В Америке и Европе эта технология сейчас находится на пике своего успеха, поэтому некоторые российские операторы также начали внедрять ее в своих сетях. Схема работы системы достаточно проста: выбранный абонентом видеофильм транслируется с сервера, где он хранится в цифровом виде (в формате MPEG) на абонентский терминал с помощью IP-протокола. Для запроса используется обратный канал. Для организации IP-сети может использоваться как сеть кабельного ТВ, так и любая альтернативная сеть типа Ethernet. Абонентский терминал может представлять собой обыкновенный персональный компьютер с мультимедийными возможностями. Принимая поток MPEG, терминал программно или аппаратно декодирует его в стандартный низкочастотный видеосигнал. Хотя существуют и другие сетевые протоколы, способные обеспечивать названные услуги, Internet Protocol занимает особое место в силу огромной популярности всемирной сети Internet, а с 1998 года он стал абсолютным лидером в организации составных сетей.

Таким образом, современные сети КТВ - это широкополосные двунаправленные системы, предоставляющие абоненту возможность качественного просмотра телевизионных программ по его желанию и доступ к услугам цифровых сетей. Такая сеть будет иметь, как правило, гибридную архитектуру с волоконно-оптическими магистральными направлениями передачи и коаксиальными распределительными сегментами. Полоса системы должна составлять не менее 860 МГц. В последней редакции стандарта верхняя частота увеличена до 1000 МГц.

1.3. Структура кабельных систем

Структура систем кабельного телевидения может различаться в зависимости от их масштаба и функциональной нагрузки. Существует множество вариантов структуры систем КТВ, их которых каждый адаптирован под определенные технические и географические условия проекта, но общие принципы построения системы остаются неизменными. В последующих главах будем подробно рассматривать варианты структуры систем КТВ, а сейчас кратко опишем классическую схему структуры КТВ, чтобы создать общее представление.

Принцип построения системы КТВ таков, что сигнал в ней распространяется от одной точки, называемой головным окончанием системы, к множеству обслуживаемых (сервисных) оконечных точек, называемых также абонентскими точками. Иначе говоря, сеть КТВ представляет собой структуру, построенную по принципу “точка - много точек”. На головном окончании системы устанавливается передающее оборудование кабельной системы, образующее в совокупности головную станцию, а в абонентских точках к распределительной кабельной сети подключаются конечные обслуживаемые приборы - телевизионные приемники. Головная станция - ’это целый комплекс оборудования, включающего в себя канальные узконаправленные антенны, спутниковые антенны, канальные фильтры и канальные усилители, преобразователи частот, модуляторы, передатчики и сумматоры. Ее основная задача заключается в создании закрытого радиоканала для передачи телевизионного сигнала и, возможно, других сигналов. Головная станция может быть лишь ретранслятором телевизионных программ, принимаемых ею по эфирным радиоканалам, но может и сама являться первичным источником телевизионного сигнала, например, в случае трансляции телепрограммы с видеомагнитофона.

С выхода головной станции сигнал поступает в линейную кабельную сеть, которая также неоднородна и имеет трехуровневую архитектуру. Архитектура кабельной сети включает следующие уровни: транспортный, магистральный и распределительный. На рис. 1.1 показана ее схема. Основной задачей первых двух уровней является передача сигналов на большие расстояния с высоким качеством. Функция третьего уровня заключается в доставке сигналов множеству абонентов. В соответствии с трехуровневой архитектурой в крупной системе кабельного телевидения различают разные типы головных станций. В системах СКТ, которые не имеют транспортного уровня, роль головного окончания играет местная (локальная) головная станция, к которой подключена местная распределительная сеть либо непосредственно, либо через магистральные линии связи. Узловая головная станция (иногда ее также называют подголовной станцией) - это головная станция системы КТВ, обеспечивающая сопряжение транспортной сети с магистральной сетью. Можно также сказать, что узловая станция - это такая местная станция, которая соединена с другими головными станциями через транспортную сеть. Центральная головная станция -это головная станция крупной системы КТВ, с ее выхода сигнал поступает непосредственно в транспортную сеть. Головная станция любого уровня, таким образом, расположена между выходом источника сигналов и входом линейного тракта нижеследующего уровня сети.

Все варианты построения СКВТ в общем случае состоят из следующих основных элементах: приемных телевизионных антенн и антенных усилителей, головных станций, включая их усилители, конверторы и другие элементы, необходимые для обработки принятых антеннами сигналов и подачи их а магистраль, кабельных магистральных и распределительных линий, магистральных усилителей, компенсирующих ослабление в магистральных кабельных линиях и корректирующие их частотные характеристики, ответвительных, как правило пассивных, устройств, обеспечивающих разветвление магистральных линий и подключение к ним соединительных кабельных линий, а также домовых распределительных сетей, включая соответствующие усилители. Дополнительно в них могут применятся автоматические устройства, обеспечивающие включение резервного усилительного оборудования и повышающие стабильность передаваемых по системе телевизионных сигналов, кодирующие и декодирующие, коммутирующие и другие устройства.

Структура СКТВ определяется прежде всего расположением здания или зданий, где будут установлены антенные сооружение и головная станция, относительно других сооружений, которые будут входить в данную систему. В качестве таких зданий, как правело, стараются выбрать одно из наиболее высоких среди входящих в систему и находящиеся по возможности ближе к центру нагрузки. В некоторых случаях, приходится устанавливать приемные антенны на зданиях, которые несколько ниже самых высоких в системе, с целью борьбы с сильными эхо сигналами.

В зону действия СКТВ включается жилые и общественные здания, к которым могут быть рационально и экономично проложены магистральные линии по существующим или планируемым подземным коммуникациям.

Кабельные линии системы кабельного приёма телевидения строятся таким образом, чтобы при необходимости они могли быть увеличены, а также чтобы несколько систем могли быть объединены в одну более крупную.

Основными требованиями, предъявляемыми к различным вариантам схем построения СКТВ, являются: минимально возможное ослабление и искажение телевизионных сигналов при передаче их от приемных антенн до входов телевизоров, надежность работы, минимальная стоимость сооружения и эксплуатации.

Как правило, при разработке каждой конкретной схемы СКТВ стремятся по возможности (в зависимости от имеющихся или планируемых к сооружению коммуникаций) приблизить её к радиальной с прокладкой магистральных линий от центра к периферии.

Среди ряда общественных схем построения сетей СКТВ используют системы кольцевого типа, для ограничении двухстороннего объёма информацией.

В системах с управляющей обратной связью приемное устройство на основании анализа принятого сигнала само принимает решение о необходимости повторения, изменения способа передачи, временного перерыва связи и т.д. и передает об этом приказание передающему устройству. Возможны и смешанные методы использования обратной связи, когда в некоторых случаях решение принимается на приемном устройстве на основании полученной по обратному каналу информации.

Простейшим по идее методом информационной обратной связи является метод полной обратной проверки и повторения (ОПП).

Наибольшее распространение получили системы с управляющей обратной связью (УОС) при использовании избыточных кодов для обнаружения ошибок (рисунок 2). Такие системы часто называют системами с переспросом, или с автоматическим запросом ошибок, или с решающей обратной связью (РОС).

Рисунок 1 - Система с информационной обратной связью.

Рисунок 2 - Система с управляющей обратной связью.

Основными параметрами, характеризующими систему, являются эквивалентная вероятность ошибки и скорость передачи информации.

Основным преимуществом системы УОС является простота построения декодирующего устройства.

Система с управляющей обратной связью оказывается весьма эффективной в каналах с переменной вероятностью ошибки р становится близкой к 1, т.е. пропускная способность канала падает почти до нуля, система находится в режиме постоянного переспроса, однако при хорошем коде ложная информация на выход практически не поступает. При уменьшении вероятности ошибки скорость передачи увеличивается, а вероятность продолжает оставаться на заданном уровне. Таким образом, система УОС как бы адаптируется (приспосабливается) к состоянию канала, используя канал настолько, насколько это оказывается возможным в каждом из его состояний /1/.

При разработке СКТВ необходимо выбрать полосы частот для размещения радиосигналов телепрограмм, внутрисистемных сигналов, передаваемых в направлении от станции КТВ в сторону абонентов и от абонентов в сторону станции. На рисунке 3 показан один из вариантов выбора частотных полос, используемых в отечественной аппаратуре КТВ серии 300. Часть полосы частот К2 48…300 МГц предназначена для организации 28 ТВ радиоканалов (12 стандартных вещательных и 16 спец. каналов), в которых радиосигналов передается в сторону абонентов. Достаточно узкая по сравнению с ней полоса частот 40…48 МГц резервируется для внутрисистемных сигналов станции КТВ, направляемых по распределительной сети также в сторону абонента. Полоса частот К1 шириной 25 МГц (от fн = 5 МГц до fв = 30 МГц ) предназначена для внутрисистемных сигналов, передаваемых по распределительной сети в сторону станции КТВ. Они могут формироваться в любом месте, где есть вход в распределительную систему, например: коробка абонента, разветвителя ДРС, домовом усилителе или пункте домового ввода, магистральном ответвителе, линейном (магистральном и субмагистральном) усилителе.

Рисунок 3 - Распределение частот сигналов и двунаправленной СКТВ

Рисунок 4 - Система СКТВ с обратными каналами связи

Аппаратура серии 300 – двусторонняя СКТВ, в которой помимо передачи сигналов от ГС до абонента в диапазоне 40…300 МГц, обеспечивается передача сигналов в обратном направлении в диапазоне 5-26 МГц.

На базе обратного канала в серии 300 впервые в отечественных СКТВ создается автоматизированная система диагностики состояния сети и контроля параметров аппаратуры (СДК), которая предназначена для оперативного обнаружения неисправностей в СКТВ, уменьшения эксплуатационных расходов. СДК состоит из вновь разработанного оборудования блока телеконтроля аппаратуры диагностики и управления головной станцией, телеответчиков, линейных усилителей и др. Блок телеконтроля позволяет обеспечить контроль состояния и параметров более 1000 устройств.

СДК обеспечивает централизованный дистанционный контроль работоспособности головных станций и всех магистральных и домовых усилителей и строится по иерархическому принципу.

В оборудование головной станции входит контроллер ГС, имеющий выходы на прямой и обратный каналы кабеля СКТВ для обмена сигналами со всеми системами, подключенными к кабелю данной ГС. В качестве контроллера используется микро-ЭВМ.

При необходимости ЭВМ диспетчерских пультов могут быть объединены в сеть любым из известных методов для создания общей системы контроля.

Введение обратного канала в СКТВ и на его базе системы дистанционного контроля создает основу для организации дополнительных услуг. Настоящей системой могут быть обеспечены дополнительные услуги (при доукомплектовании ее дополнительной аппаратурой):

1. Сигнализация (пожарная, охранная, медицинская, в случае затопления и т.д.)

2. Информация о состоянии лифтов, кодовых подъездных замков.

3. Двусторонняя телефонная связь (кабина лифта, подъезд-диспетчер)

4. Снятие показаний счетчика расхода электроэнергии, холодной и горячей воды, газа и т.д.

5. Учет повременной оплаты платных телевизионных программ.

6. Доступ к базам данных в режиме меню (аналогично видеотексту).

СДК выполняет в этом случае функции низкоскоростной системы передачи информации между терминалами абонентов и головной станции.

кабельный телевидение сигнал антенна

1 Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / Зюко А. Г., Финк Л. М. и др. – М.: Связь, 2010. – 288 с.

3 ГОСТ 18471-83. Тракт передачи изображения вещательного телевидения. Звенья тракта и измерительные сигналы.

4 Кривошеев М. И. Основы телевизионных измерений. – М.: Радио и связь, 2008. – 608 с.

5 Руководящие технические материалы. Крупные системы коллективного приема телевидения. РТМ.6.030-1-87—М.: Минсвязь СССР, 2010.- 130 с.

Телевизионная система (ТВС) – комплекс технических средств, обеспечивающих передачу визуальной информации путем ее прямого и обратного преобразования через электрические сигналы.

Обобщенные, обязательные для любой системы устройства и их функциональная взаимосвязь показаны на рис. 1.6. С помощью объектива формируется плоское оптическое изображение на фотокатоде преобразователя свет-электрический сигнал (ПСС). В ПСС лучистая энергия преобразуется в электрическую в ходе развертки изображения, так что на выходе ПСС получается временной сигнал, называемый исходным сигналом яркости E_c, мгновенные значения которого пропорциональны значениям яркости передаваемого в данный момент элемента изображения.

Сигнал с выхода ПСС усиливается, и в него вводятся дополнительные (служебные) импульсные сигналы, предназначенные для запирания обратного преобразователя сигнал-свет в перерывах между разверткой строк и кадров (сигналы гашения). Исходный сигнал вместе с сигналом гашения называется сигналом яркости.

Для обеспечения синхронности и синфазности используется принудительная синхронизация – 1 раз на период строки и 1 раз на период кадра с помощью специальных сигналов синхронизации, подмешиваемых в сигнал во время передачи гасящих импульсов. Строчные и кадровые синхроимпульсы больше по амплитуде, чем гасящие импульсы, поэтому они выделяются из полного телевизионного сигнала с помощью амплитудных селекторов. Между собой строчные и кадровые синхроимпульсы различаются по длительности. Сигнал, состоящий из сигналов яркости вместе с синхронизацией, называется полным телевизионным сигналом.

Полный ТВ сигнал далее поступает в канал связи. Это может быть кабельная, радиорелейная, вещательная, волноводная, спутниковая линия связи, удовлетворяющая требованиям неискаженной передачи ТВ сигнала. В канале связи сигнал может неоднократно подвергаться различным преобразованиям, но на выходе должен восстанавливаться исходный сигнал, который и поступает на усилитель-селектор. Усилитель обеспечивает уровень сигнала, необходимый для управления обратным преобразователем сигнал-свет. В селекторе выделяются синхронизирующие импульсы, которые подаются на управление разверткой ТВ-приемника (синтезатора изображения).

Качество ТВ изображения определяется параметрами и характеристиками ТВ системы. Воспроизведение мелких деталей и резких границ участков изображения с разной яркостью (контуров изображения) определяется в первую очередь количеством строк разложения, т.е. количеством элементов изображения. Слитность восприятия импульсных по своей природе сигналов яркости и плавность движений определяются количеством кадров в единицу времени. Число воспроизводимых градаций яркости зависит от динамического диапазона системы. Геометрическое подобие передаваемого и воспроизводимого изображений зависит от точности синхронизации, а также от дифференциального подобия разверток передающей и приемной сторон ТВ системы.

Для дальнейшего грамотного, осознанного рассмотрения телевизионных систем необходимо обратиться прежде всего к зрительной системе человека.

ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО ВОСПРИЯТИЕ

Блоки зрительной системы (рис. 2.1) охвачены прямыми и обратными связями, которые создают возможность адаптивной перестройки оптической системы и светочувствительного блока.

Оптическая система глаза показана на рис. 2.2.

Диаметр глаза составляет  25 мм. Зрачок может менять свой диаметр от 2 до 8 мм (адаптация), что позволяет приспосабливаться в широких пределах световых потоков.

Роговица образует переднюю камеру, которая заполнена влагой. Передняя камера и хрусталик образуют оптическую систему с аккомодацией, образующей действительное перевернутое изображение на сетчатке. Плотность хрусталика немного больше плотности воды. Хрусталик состоит из нескольких слоев и может менять свою форму (кривизну передней поверхности), так что меняется действующее фокусное расстояние глаза как оптической системы от 22,8 до 18,9 мм, т.е. глаз обладает способностью менять свою оптическую силу от 60 диоптрий при рассматривании удаленных объектов до 70 диоптрий (близкие предметы).

Сетчатая оболочка (ретина) – переплетение волокон зрительного нерва (810 5 волокон), которые заканчиваются палочками и колбочками. Количество колбочек - 710 6 , палочек – 13010 6 ; те и другие объединяются в группы и узлы, а потом уже присоединяются к нервным волокнам. В палочках происходят фотохимические реакции на органическом пигменте – родопсине (зрительный пурпур), который поглощает кванты лучистой энергии и создает импульсы в нервном волокне. В темноте пурпур восстанавливается. В колбочках процесс фотохимии не совсем известен.

Колбочки имеют диаметр 13 мкм. Это рецептор дневного (фотопического) зрения. Наиболее плотно они располагаются в центральном участке ретины – в желтом пятне, имеющем овальную форму. В центре желтого пятна есть углубление – центральная ямка (фовеа), диаметром  0,4 мм. В фовея есть только колбочки, и плотность их максимальна. Поэтому это место сетчатки образует наиболее чувствительную по остроте зону, там плотность 1,510 5 колб/мм 2 .

Колбочковый аппарат имеет цветовую чувствительность, а палочковый аппарат такой чувствительности не имеет.

Зрительная система человека возбуждается колебаниями в диапазоне 410 1 4 Гц  8,510 14 Гц, т.е. волны длиной от 350 до 780 нм и вызывают ощущение света (рис. 2.3).

Если есть световой поток, имеющий равномерный спектр (одинаковую спектральную плотность) по мощности в диапазоне 380770 (400-700) нм, то глаз ощущает белый (серый) цвет. Во всех остальных случаях получаются различные ощущения цвета.

Как всякое поле излучения, электромагнитное излучение можно характеризовать количественными параметрами. Вопросами метрологии электромагнитного излучения в целом занимается радиометрия. Естественно, что радиометрия покрывает и область видимого света, и ее единую методологию можно было бы использовать и для световых измерений. Однако, исторически сложилось так (именно в силу восприятия человеком области света), что вначале зародилась метрология только в области света, которая получила название фотометрия. Основой фотометрии является свойства статистически среднего глаза человека.

Вначале расскажем о радиометрических единицах. В основе их лежат радиометрические единицы – эрги, джоули и др.

Энергия 1 фотона , где h = 2п; п = 1,0544310 -27 эргс (тоже постоянная Планка), с – скорость света = 310 10 смс -1 ;  – длина волны излучения см.

Величину h удобно использовать в виде: 6,6210 -34 Джс

Для желто-зеленого ( = 556 нм = 55610 -9 м = 55610 -7 см) света = 3,57  10 -13 мкВтс. Можно сосчитать наоборот – сколько фотонов зеленого света в секунду создают мощность 1 мкВт:

Для 1 Вт N_зел = 2,810 18 фот/с

Для фотонов любой длины волны: – столько фотонов с длиной волны  дают мощность 1 Вт.

Нужно сказать, что радиометрия и ее единицы используются применительно к световому диапазону практически только в случаях, когда световые потоки используются в технологических целях (нагрев, закалка, резка лазером и т.п.). Во всех остальных случаях преимущественно используется фотометрия.

Основная особенность человеческого глаза – различная чувствительность к длине волны света. Экспериментально установлено, сто глаз не только не видит вне диапазона (400-700) нм, но и внутри этого диапазона его чувствительность неодинакова. Максимальная чувствительность среднего глаза находится около 555 нм (зеленый свет), а слева и справа чувствительность падает. Функция чувствительности глаза от длины волны называется функцией видности (спектральная плотность света, т.е. мощность в диапазоне , постоянна).

Если глаз освещать одинаковым по мощности световым потоком, но разной длины волны, то ощущение яркости  выглядит так, как это показано на рис. 2.4. Здесь речь идет именно об ощущении яркости (светлоты), а не цвета.

Кривая чувствительности глаза в логарифмическом масштабе (чтобы лучше ориентироваться в области малых значений чувствительности) приведена на рис. 2.5.

Если брать абсолютные значения светового потока, то кривая видности примет вид, изображенный на рис. 2.6.

В максимуме кривой видности (для зеленого цвета  = 555 нм) 1 Вт световой энергии эквивалентен 683 люменам светового потока. Поэтому считают, что 1/683 Вт/лм – это механический эквивалент света. Считают также, что 683 лм составляют 1 световатт (для любой длины волны).

Телевидение – технология передачи на расстояние изображения и звука от объектов окружающего мира с помощью электромагнитных волн (сигналов) по металлическим проводникам (кабелям), излучением через пространство в радиодиапазоне или в оптическом диапазоне, а также по оптическим волоконным проводникам (кабелям).

Принципы телевидения для получения, записи, хранения и передачи видимого изображения и слышимого звука от объекта окружающего мира с помощью технических устройств заинтересовали учёных и инженеров, начиная с 19 века.

В конце 19 века португальский учёный А. ди Пайва и независимо от него русский учёный П. И. Бахметьев дали ответ на поставленный вопрос, сформулировав основной принцип работы телевидения:

в начальном пункте изображение объекта преобразуется в электрические сигналы последовательно (процесс назван анализом изображения), затем электросигналы передаются по каналу связи в конечный пункт, где в обратном порядке выполняется преобразование последовательности электросигналов в изображение (процесс назван синтезом изображения).

Общая схема современной телевизионной системы

Научные открытия и изобретения, а также многочисленные опытно-конструкторские работы учёных и инженеров в области физики электромагнитных волн и создания технических устройств для их приёма, преобразования и передачи в привели к реализации принципа работы телевидения в современной системе телевизионного вещания, которая в общем виде выглядит следующим образом.

Телевизионная видеокамера (видеокамера). Служит для получения изображения объекта окружающего мира при помощи объектива на светочувствительную матрицу (фотоматрицу) и преобразование оптического изображения в поток цифровых видеоданных.
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ, компьютер). Служит для обработки и хранения видеоинформации и аудиоинформации в цифровом виде.
Передатчик. Электронное устройство, которое служит для формирования электромагнитного сигнала для его передачи на расстояние.

Общие сведения о телевизионном сигнале

Телевизионный сигнал в современной системе телевидения передаётся в цифровом виде, то есть является цифровым (дискретным) сигналом – таким образом реализованы принципы работы цифрового ТВ.

Цифровой сигнал (дискретный сигнал) – это сигнал, имеющий точное значение и количество этих значений конечно.

Физически цифровой (дискретный) сигнал имеет 2 или 3 значения. В первом случае цифровой (дискретный) сигнал является двоичным, а во втором – троичным.

В форме троичного цифрового сигнала осуществляется:

кодирование передаваемых цифровых данных;

синхронизация работы цифрового канала связи;

проверка целостности переданных цифровых данных.

Получение и формирование телевизионного изображения

Принцип работы телевидения основан на прямой и обратной функциях преобразования (анализе и синтезе) изображения:

перед передачей телевизионного изображения в эфир его необходимо преобразовать в последовательные электрические сигналы – выполнить так называемый анализ изображения;
для того чтобы переданное телевизионное изображение отобразить на экране телевизионного приёмника (телевизора), необходимо преобразовать переданные последовательные электрические сигналы в изображение – выполнить так называемый синтез изображения.

Процесс получения цифрового телевизионного изображения технически реализован следующим образом.

Изображение объекта внешнего мира в виде светового пучка воспринимается объективом цифровой видеокамеры.
Далее световой пучок направляется через систему линз и диафрагму видеокамеры на специальную матрицу CCD (аббревиатура от английского Charged Coupled Device).

Матрица CCD (или преобразователь свет-электрический сигнал) – электронное устройство прямоугольной формы, состоящее из светочувствительных элементов, каждый из которых при попадании на него света выполняет функцию преобразования светового сигнала в аналоговый электрический сигнал.

Затем полученные аналоговые электрические сигналы изображения объекта необходимо преобразовать в цифровые электрические сигналы изображения объекта. Для этого используется аналого-цифровой преобразователь.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, ADC от английского Analog-to-digital converter) – электронное устройство, выполняющее функцию преобразования аналогового электрического сигнала, поступающего на его вход, в цифровой электрический сигнал, поступающий на его на выход.

Далее цифровой сигнал обрабатывается процессором цифровой видеокамеры. Через процессор проходят и обрабатываются цифровые потоки сигналов изображения.

После процессорной обработки цифровое изображение преобразуется конвертером, сжимающим кадры изображения. Сжатие выполняется, чтобы увеличить число хранимых кадров цифровой видеосъёмки.

Полученное сжатое изображение объекта съёмки записывается на носитель памяти цифровой видеокамеры и может использоваться для передачи на ЭВМ (компьютер) для просмотра, обработки, хранения и дальнейшей передачи в эфир цифрового телевизионного вещания.

Современное телевидение: цифровой формат

Современное телевидение является цифровым. Общее представление о том, как работает цифровое телевидение, можно составить, рассмотрев технологию, включающую два основных этапа:

преобразование с помощью кода по определённому стандарту видеосигнала и звукового сигнала в стандартизированный цифровой сигнал для передачи по транспортному каналу (каналу связи);
передачу стандартизированного цифрового сигнала с телевизионным изображением и звуком по транспортному каналу (каналу связи).

Для преобразования (кодирования) и передачи телевизионного сигнала (видеосигнала и звукового сигнала) разработаны специальные стандарты.

В Российской Федерации для эфирного телевизионного вещания в цифровом формате используется стандарт DVB-T2 (аббревиатура от английского термина Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial) – стандарт эфирного цифрового телевидения II поколения из группы стандартов DVB, применяемый в странах Европы.

В соответствии со стандартом DVB-T2 в цифровое эфирное телевизионное вещание в России включены следующие бесплатные сервисы и услуги цифрового формата:

телевизионное изображение стандартной чёткости (SDTV);
стереозвук;
субтитры;
телетекст;
телегид;
синхронизация времени и даты с цифровым телевещанием;
цифровое радио.

Спектральный состав телевизионного сигнала

Стандарт DVB-T2 имеет следующие характеристики, определяющие спектр цифрового телевизионного сигнала.

Модуляция мультиплексирования

Мультиплексирование в телевидении – это передача на одной и той же частоте:

двух и более ТВ-каналов от различных источников сигнала (телевизионных компаний, телевизионных студий);
субтитров, телетекста, телегида;
нескольких разных изображений (видов) одного и того же события (например, при трансляции лыжных соревнований: вид на старте, вид на контрольных отсечках, вид на финише дистанции);
радиоканалов.

В мультиплексировании (объединении) для передачи эфирного цифрового телевизионного сигнала используется физический радиоканал с определённой пропускной способностью.

Модуляция в эфирном цифровом телевидении – это процесс, при котором исходное низкочастотное электромагнитное колебание – исходная информация: изображение, звук, телегид, телетекст, субтитры – накладывается на предварительно установленное высокочастотное колебание, которое переносит исходную информацию до конечного пользователя.

В цифровом эфирном телевизионном вещании модуляция производится цифровым (дискретным) сигналом. Результат модуляции – перенос сигнала из области низких частот в область высоких частот.

Цифровое эфирное телевизионное вещание в РФ ведётся в 2-х мультиплексах. Каждый мультиплекс включает 10 телевизионных каналов. Мультиплекс представляет собой совокупность (объединение) цифровых телевизионных каналов в одном передаваемом цифровом пакете.

Данный цифровой пакет формируется перед передачей по выделенному каналу, который является транспортным. Затем цифровой пакет (мультиплекс) передаётся в эфир по выделенному каналу (транспортному).

Далее цифровой пакет (мультиплекс) принимается установкой-приёмником – цифровым ресивером или телевизором. После приёма цифровой пакет (мультиплекс) демультиплексируется (разделяется на составляющие).

Читайте также: