Содержание:

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.

  1. 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.
  2. Электронно-вычислительная машина (ЭВМ, компьютер). Служит для обработки и хранения видеоинформации и аудиоинформации в цифровом виде.
  3. 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.

принцип работы телевидения

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 цифровых системах используются двоичные сигналы, в которых положительный потенциал (+) соответствует значению «1». Значению «0» в этом случае физически соответствует низкий уровень напряжения (около 0 В).

При передаче данных в большинстве случаев применяются троичные сигналы со значениями (+), (0), (-). Здесь «1» представляется отсутствием потенциала в канале, тогда как «0» характеризуется положительным (+) или отрицательным (-) импульсом.

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.

принципы работы тв

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:

  1. преобразование с помощью кода по определённому стандарту видеосигнала и звукового сигнала в стандартизированный цифровой сигнал для передачи по транспортному каналу (каналу связи);
  2. 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.

как работает цифровое телевидение

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).