Общие сведения. В течение длительного времени в радиоэлектронике и технике связи использовались преимущественно аналоговые сигналы

В течение длительного времени в радиоэлектронике и технике связи использовались преимущественно аналоговые сигналы. С их помощью удавалось решать достаточно сложные проблемы, имеющие место в радиосвязи, радиолокации, телевидении и т.д. Аналоговые сигналы сравнительно просто можно генерировать, усиливать, преобразовывать и обрабатывать с помощью электронных устройств непрерывного действия – ламповых и транзисторных приборов.

Аналоговый (непрерывный) сигнал U(t) определён для любого значения времени t и может принимать любое значение в пределах некоторого диапазона U_{C min} ÷ U_{C max}. Такой сигнал является аналогом некоторого физического процесса и, как правило, представляется в виде напряжения. Например, напряжение электрического сигнала на выходе преобразователя «свет-сигнал» (передающей телевизионной трубки) пропорционально яркости развёртываемых элементов изображения.

В начале 60-х годов 20 века стали разрабатываться радиотехнические системы, основанные на обработке дискретных сигналов. Эти системы позволяют располагать в интервалах времени между отсчётами одних дискретных сигналов отсчёты других дискретных сигналов. В результате появилась возможность по одному каналу связи передавать несколько сообщений, осуществляя многоканальную связь с разделением каналов по времени. Такие системы получили название каналов связи с временн ы м уплотнением.

Дальнейшим развитием техники получения и обработки дискретных сигналов являются цифровые радиотехнические системы. Наиболее существенное влияние на разработку цифровых систем оказало развитие микросхемотехники. Широкое внедрение цифровой обработки сигналов в радиотехнике было обусловлено увеличением дальности связи и требованием высокой её помехоустойчивости. Цифровые методы приобрели также первостепенное значение в обработке, преобразовании и хранении телевизионных сигналов изображения, аудиосигналов и пр.

Цифровое телевидение – это область телевизионной техники, в которой операции формирования, обработки, консервации и передачи ТВ-сигнала осуществляются при преобразовании его в цифровую форму.

Цифровой сигнал может быть получен в аналого-цифровых преобразователях (АЦП) «свет-сигнал» или с выхода аналоговых ТВ-датчиков. В последнем случае преобразование аналогового ТВ-сигнала в цифровой осуществляется в кодирующем устройстве ТВ-системы.

По сравнению с аналоговым телевидением, цифровое телевидение представляет собой более высокую ступень развития ТВ-техники.

Преимущества цифровых методов обработки и передачи ТВ-изображения заключаются в следующем:

· высокая стабильность параметров ТВ-систем;

· значительное увеличение надёжности и технологичности ТВ-систем;

· возможность применения методов электронно-вычислительной техники при обработке, преобразовании и анализе ТВ-изображения;

· расширение номенклатуры преобразований сигнала с целью создания видеоэффектов, геометрических преобразований изображения и т.п.;

· возможность практически неограниченного числа перезаписей фрагментов изображения при формировании программ;

· возможность хранения видеоинформации длительное время без ухудшения его качества;

· реализация сложных сервисных программ по управлению ТВ-устройствами;

· возможность осуществления достаточно сложных процедур анализа изображений (например, в системах распознавания образов);

· высокая экономичность цифровых устройств и решение ряда задач, практически невыполнимых на базе аналоговой техники, например, простоты перестройки (перепрограммирования) цифровых устройств на реализацию других функций;

· принципиальная возможность устранения накопления шумов путём восстановления формы импульсов в каскадных системах, например, связных, ретрансляционных, спутниковых и других.

Одной из основных причин внедрения цифрового вещания является тот факт, что аналоговый сигнал по мере его распространения в любой среде претерпевает существенные искажения, не компенсируемые на приёмной стороне. Одним из таких значимых значений, характеризующих качество сигнала, является отношение сигнал/шум (C/N).

Рис.10.1. Зависимость соотношения сигнал/шум в зависимости

от расстояния для цифрового и аналогового сигнала.

Для цифрового сигнала характерна та особенность, что его качество остаётся неизменным при снижении уровня входного сигнала (что эквивалентно снижению C/N) до некоторого минимального значения, именуемого порогом (пороговым значением по тому или иному критерию). Однако следует заметить, что сам исходный сигнал в аналоговом виде более высокого качества в сравнении с цифровым, что понятно из самого его физического смысла. Но это различие невелико как по объективным, так и по субъективным показателям.

Однако при всех перечисленных достоинствах цифровое телевидение имеет один главный недостаток: необходимость значительного расширения полосы частот, занимаемых информационными сигналами, по сравнению с аналоговым телевидением.

Цифровые методы обработки и передачи ТВ-сигналов могут применяться во всём ТВ-тракте, начиная от преобразователя «свет-сигнал» и заканчивая преобразователем «сигнал-свет», или только в его отдельных звеньях, например, в аппаратно-студийном комплексе (АСК) или в отдельных узлах приёмных устройств. Применение аналого-цифровых методов обработки ТВ-сигналов в АСК позволяет осуществить высококачественное преобразование и анализ видеоизображения, реализовать эффективное управление ТВ-устройствами, которое практически невозможно достигнуть в аналоговых АСК.
Применение цифровых методов обработки при передаче ТВ-сигналов по магистральным линиям значительно повышает помехозащищённость этих линий и улучшает качество передачи информации на большие расстояния.

Выбор соответствующего стандарта кодирования цифрового сигнала позволяет создать общую систему для обмена ТВ-программами в международном масштабе и устранить необходимость преобразования (транскодирования) ТВ-стандартов.