Руководство по цифровому телевидению (1500,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

УДК 621.397.13 ББК 32.94 Б87 Брайс Р. Б87 Руководство по цифровому телевидению: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс. – 288 с.: ил. (Серия «Учебник»). ISBN 978-5940747413 В книге Ричарда Брайса рассматриваются все аспекты цифрового телевидения, включая цифровую обработку аудио и видеосигналов, сжатия данных, производ ства программ, цифрового ТВ вещания и приема ТВ сигналов. Значительное вни мание уделяется вопросам цифрового кодирования и преобразования сигналов, стандартам аудио и видеоинтерфейсов, приводятся основные параметры интерфей сов и практические схемы. Подробно рассматривается цифровая обработка изобра жений, описываются основные методы видеомонтажа и форматы цифровой записи, а также методы компьютерной графики, применяющиеся для создания изображений и анимации. Отдельная глава посвящена системе уплотнения MPEG и организации транспортного потока программ. В книге также описывается устройство и приводят ся практические схемы цифровых приставок к телевизору, даются советы по поиску и устранению неисправностей. Издание предназначено как для технических специалистов в области телевиде ния, так и для всех желающих расширить свои знания о современных цифровых технологиях и тенденциях развития ТВ. Книга будет полезна студентам и препо давателям технических вузов соответствующих специальностей. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответ ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. ISBN 0750645865 (англ.) ISBN 978-5940747413 (рус.) © Richard Brice © Перевод на русский язык, оформление. ДМК Пресс

Стр.5

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие .................................................................................................. 12 1. Введение.......................................................................................................13 Почему цифровое? ...............................................................................................13 Увеличение числа каналов ................................................................................. 15 Широкоэкранные фильмы ................................................................................. 15 Звук «как в кино» ................................................................................................ 16 Ассоциированные службы .................................................................................. 18 Условный доступ ................................................................................................. 18 Способы передачи .............................................................................................. 18 Способы приема .................................................................................................. 19 Будущее ............................................................................................................... 19 2. Основы телевидения ............................................................................ 20 Краткая история телевидения ............................................................................. 20 Появление цветного телевидения ........................................................................ 21 Физика света ........................................................................................................ 21 Физиология зрения ............................................................................................. 22 Психология зрения – цветовое восприятие ....................................................... 24 Метамерия – великий обман цвета .................................................................... 25 Инерционность зрения ...................................................................................... 26 Физика звука ....................................................................................................... 26 Преобразование Фурье ..................................................................................... 27 Переходный процесс ......................................................................................... 28 Физиология слуха ............................................................................................... 29 Психология слуха ................................................................................................ 30 Маскирование ...................................................................................................31 Временное маскирование .................................................................................. 32

Стр.6

6 РУКОВОДСТВО ПО ЦИФРОВОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ Кино и телевидение ............................................................................................ 33 Телевидение ..................................................................................................... 34 Телевизионные сигналы ..................................................................................... 35 Строчная и кадровая синхронизация .................................................................. 36 Цветное телевидение .......................................................................................... 38 Системы цветного телевидения NTSC и PAL ......................................................... 39 Система цветности SECAM ................................................................................. 43 Кинескоп с теневой маской ................................................................................ 43 Модуляция с частично подавленной боковой полосой ................................... 44 Звуковое сопровождение для телевидения ....................................................... 45 Система цифрового стереозвука NICAM 728 ....................................................... 45 Запись телевизионного сигнала .........................................................................46 Перенос спектра сигнала цветности ................................................................... 48 Звуковая дорожка .............................................................................................49 Временной код ....................................................................................................49 Продольный временной код ..............................................................................49 Вертикальный временной код ............................................................................ 51 Системы PAL и NTSC .......................................................................................... 52 Биты пользователя ............................................................................................ 52 Телетекст .............................................................................................................. 52 Аналоговое телевидение высокой четкости ...................................................... 54 Система MAC .................................................................................................... 54 Система PALplus ................................................................................................ 55 Системы телевидения высокой четкости 1125/60 и 1250/50 ............................. 55 Европейская система телевидения высокой четкости 1250/50 .............................. 55 3. Цифровое видео и аудиокодирование .................................... 56 Основы цифровой обработки ............................................................................ 56 Дискретизация и преобразование ...................................................................... 57 Теория ..............................................................................................................58 Механизм дискретизации .................................................................................. 59 Наложение спектров ......................................................................................... 59 Квантование ..................................................................................................... 59 Цифроаналоговое преобразование ..................................................................60 Дрожание сигнала .............................................................................................60 Апертурный эффект ........................................................................................... 61 Сглаживание ..................................................................................................... 62 Цифровые видеоинтерфейсы ............................................................................. 62 Временные соотношения ...................................................................................64 Тактовый сигнал ................................................................................................ 66 Типы фильтров ................................................................................................. 66 Параллельный цифровой интерфейс .................................................................. 67 Последовательный цифровой интерфейс ...........................................................68 Последовательный интерфейс для телевидения высокой четкости ....................... 70

Стр.7

СОДЕРЖАНИЕ 7 Цифровые аудиоинтерфейсы .............................................................................. 71 Интерфейс AES/EBU или IEC958 типа 1 ................................................................. 72 Интерфейс SPDIF или IEC 958 типа 2 .................................................................... 72 Данные ............................................................................................................. 73 Практические цифровые аудиоинтерфейсы ......................................................... 75 TOSинтерфейс с оптической связью ................................................................... 77 Небалансный (75 Ом) интерфейс AES .................................................................. 79 Последовательный многоканальный цифровой аудиоинтерфейс .................. 80 Формат данных ................................................................................................. 81 Скремблирование и синхронизация ................................................................... 81 Электрические характеристики .......................................................................... 82 Формат волоконной оптики ............................................................................... 82 Звук, внедренный в видеоинтерфейс ................................................................. 82 4. Цифровая обработка сигналов........................................................86 Цифровая манипуляция ...................................................................................... 87 Цифровая фильтрация ....................................................................................... 87 Цифровая обработка изображения .................................................................. 88 Точечные операции..................................................................................................... 89 Оконные операции ............................................................................................90 Преобразование между временной и частотной областями ................................. 93 Преобразование Фурье ......................................................................................94 Фаза ................................................................................................................. 95 Кадрирование .................................................................................................. 97 Двумерное преобразование Фурье .................................................................. 98 Глава 5. Сжатие видеоданных ........................................................... 100 Энтропия, избыточность и артефакты .............................................................. 100 Сжатие без потерь .............................................................................................. 101 Декорреляция .................................................................................................... 102 Кодирование методами ДИКМ без потерь и с потерями ............................... 104 Межкадровые разности и компенсация движения ......................................... 105 Методы сжатия на основе преобразования Фурье .......................................... 107 Кодирование с преобразованием ..................................................................... 107 Практические размышления ............................................................................... 111 Метод сжатия JPEG ............................................................................................. 112 Стандарт JPEG для движущихся изображений ................................................. 114 Стандарт MPEG ................................................................................................... 114 Уровни и профили ........................................................................................... 115 Основной профиль на основном уровне ............................................................ 116 Профиль 4:2:2 на основном уровне ................................................................... 116 Кадры или поля ............................................................................................... 116 Система MPEGкодирования ............................................................................. 117 Аппаратура для MPEGкодирования .................................................................. 122 Статистическое мультиплексирование ............................................................... 122

Стр.8

8 РУКОВОДСТВО ПО ЦИФРОВОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ 6. Сжатие аудиоданных ......................................................................... 125 Сжатие на основе логарифмического представления ...................................... 125 Система NICAM ..................................................................................................126 Системы психоакустического маскирования ....................................................126 MPEGсжатие уровня I ............................................................................................... 127 MPEGаудиокодирование уровня II .................................................................. 128 MPEG уровня III ................................................................................................129 Система Dolby AC3 ............................................................................................129 7. Производство цифровых аудиопрограмм ............................... 131 Уровни цифровой регулировки и измерение.................................................... 131 Измеритель уровня громкости .......................................................................... 132 Квазипиковый измеритель уровня ....................................................................133 Оптоэлектронный индикатор уровня ........................................................................ 134 Стандартные рабочие уровни и тональные измерительные сигналы ..............135 Цифровая регулировка .....................................................................................135 Переключение и объединение аудиосигналов ................................................ 136 Цифровые аудиопульты .................................................................................. 136 Архитектура звукового микшера ....................................................................... 137 Автоматизация микшера ................................................................................. 138 Цифровые магнитофоны .................................................................................. 139 Цифровая двухдорожечная запись ................................................................... 140 Цифровая многодорожечная запись ................................................................. 140 Рабочие станции цифровой звукозаписи .......................................................... 141 Форматы аудиофайлов ..................................................................................... 142 WAVфайлы .................................................................................................... 142 AUфайлы ....................................................................................................... 143 Форматы AIFF и AIFC ........................................................................................ 143 Стандарт MPEG ............................................................................................... 143 Формат VOC ................................................................................................... 143 Необработанные данные импульснокодовой модуляции ................................. 144 Форматы системы окружающего звука ........................................................... 144 Система Dolby Surround ................................................................................... 144 Система Dolby Digital (AC3) .............................................................................. 147 Перематрицирование ....................................................................................... 147 Сжатие динамического диапазона в системе AC3 ............................................. 147 Распространение стандарта MPEG2 на многоканальный звук ........................... 148 Совместимость с системой Pro Logic ................................................................. 148 Интерфейс IEC 61937 ........................................................................................ 148 Сжатие динамического диапазона при MPEGкодировании .............................. 149 Многоязычная поддержка ............................................................................... 149 Монтаж звука в стандарте MPEG уровня II ......................................................... 150

Стр.9

СОДЕРЖАНИЕ 9 8. Производство цифровых видеопрограмм ............................... 151 Переключение и объединение видеосигналов ................................................. 151 Цифровые видеоэффекты ................................................................................ 154 Монтажный переход ....................................................................................... 154 Прямое соединение кадров ............................................................................. 155 Наплыв ........................................................................................................... 155 Постепенное введение/выведение изображения .............................................. 156 Вытеснение ...................................................................................................... 157 Расщепление экрана ........................................................................................ 158 Ключи ............................................................................................................. 158 Огрубление ..................................................................................................... 159 Хроматический ключ ....................................................................................... 159 Косвенный монтаж ............................................................................................162 Компьютерные видеостандарты ....................................................................... 163 Векторная и растровая графика ........................................................................ 165 Форматы графических файлов ........................................................................ 166 Формат BMP системы Windows ........................................................................ 166 Формат PCX .................................................................................................... 166 Формат TARGA ................................................................................................. 167 Формат GIF ...................................................................................................... 167 Формат JPEG ................................................................................................... 168 Изображения, созданные с помощью компьютера, и анимация .................... 168 Типы анимации ............................................................................................... 169 Программное обеспечение ............................................................................... 170 Двумерные системы ........................................................................................... 170 Методы видеоживописи ................................................................................... 171 Компоновка изображений ................................................................................ 175 Трансформация и деформирование .................................................................. 176 Ротоскопирование ............................................................................................ 177 Трехмерная графика и анимация ...................................................................... 177 Матрицы ......................................................................................................... 178 Формирование изображения ........................................................................... 180 Свет ................................................................................................................. 181 Трассировка луча ...................................................................................................... 184 Технологии жестких дисков .............................................................................. 184 Технология накопителей на жестких дисках ...................................................... 185 Технологии других дисковых накопителей2 ...................................................... 186 Стандарты интерфейсов для накопителей на жестких дисках ......................... 187 Накопители IDE ............................................................................................... 187 Стандарт SCSI ................................................................................................... 187 Волоконнооптический канал ........................................................................... 188 Стандарт FireWire ............................................................................................ 188

Стр.10

10 РУКОВОДСТВО ПО ЦИФРОВОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ RAID ................................................................................................................... 189 RAID 1 ............................................................................................................. 190 RAID 2 ............................................................................................................. 190 RAID 3 ............................................................................................................. 190 RAID 4 .............................................................................................................. 191 RAID 5 .............................................................................................................. 191 Медиасервер .................................................................................................... 191 Открытый стандарт обмена аудиовизуальной информацией .........................192 Виртуальные декорации ....................................................................................192 9. Система уплотнения MPEG .............................................................. 194 Пакетирующий интерфейс ................................................................................ 194 Формирование уплотненного потока по стандарту MPEG2 ........................... 195 Формат пакетов PES ......................................................................................... 196 Транспортный поток ........................................................................................ 197 Синхронизация пакетов .................................................................................... 197 Идентификация пакетов ................................................................................... 197 Таблицы объединения программ и таблицы состава программы ......................... 197 Обработка ошибок .......................................................................................... 198 Заголовок поля адаптации ............................................................................... 198 Синхронизация и временные сигналы ............................................................. 198 Ссылки на системные и программные часы ...................................................... 199 Временные метки воспроизведения ................................................................. 199 Соединение цифровых потоков ....................................................................... 199 Таблица условного доступа .............................................................................. 200 Информация о службах DVB ............................................................................ 200 Условный доступ ............................................................................................... 201 Системы SimulCrypt и MultiCrypt ....................................................................... 202 Канальное кодирование ................................................................................... 202 Рандомизация ................................................................................................. 203 Кодирование по Риду–Соломону ..................................................................... 203 Сверточное перемежение ................................................................................ 204 Стандартные электрические интерфейсы для транспортного потока MPEG2 ................................................................... 205 Синхронный параллельный интерфейс ............................................................. 205 Синхронный последовательный интерфейс ...................................................... 207 Асинхронный последовательный интерфейс .................................................... 207 10. Цифровое ТВ вещание .................................................................... 209 Цифровая модуляция ....................................................................................... 209 Квадратурная амплитудная модуляция ........................................................... 210 Модуляция в спутниковых и кабельных системах ............................................ 213 Установка опорной фазы ................................................................................. 214 Сверточное кодирование, или кодирование по Витерби ............................... 214 Наземное вещание: системы DVBT и US ATSC ................................................. 215 Уплотнение с ортогональным частотным разделением кодированных сигналов ...................................................................................216

Стр.11

СОДЕРЖАНИЕ 11 Практические методы COFDM ........................................................................... 217 Добавление защитного интервала при OFDMмодуляции ................................... 217 Преимущества COFDM .................................................................................... 218 Модуляция 8VSB .............................................................................................219 Возможность взаимодействия сетей ................................................................ 220 Возможность взаимодействия с ATM ................................................................ 220 Ячейка ATM и структуры транспортных пакетов ................................................. 220 11. Бытовая цифровая техника ........................................................... 222 Приемная техника ............................................................................................ 222 Устройство современной приставки к телевизору .......................................... 224 Описание схемы .............................................................................................. 225 Приставка к телевизору – тенденции развития ............................................... 245 Цифровой тюнер ............................................................................................. 245 Встраивание накопителей на жестких дисках ................................................... 245 COFDM блока ВЧ для системы DVBT ................................................................ 246 Формат DVHS ................................................................................................... 246 Универсальный цифровой диск .......................................................................248 Основные проблемы технического обслуживания ..........................................248 Статическое электричество и безопасность ........................................................ 249 Золотое правило ............................................................................................. 249 Оборудование ................................................................................................ 250 Неисправности DVD ........................................................................................ 250 Неисправности блока питания .......................................................................... 251 12. Будущее .................................................................................................. 252 Гипертекcт и гиперсреда ................................................................................... 253 Документы HTML ............................................................................................. 253 Анкерные теги ................................................................................................. 254 Изображения ................................................................................................. 255 MPEG4 – объектноориентированное телевизионное кодирование ........... 255 Объекты и сцены ............................................................................................. 255 Язык ............................................................................................................... 256 Язык моделирования виртуальной реальности ................................................. 257 Практические VRMLфайлы ............................................................................. 263 Кодирование аудио в стандарте MPEG4 ........................................................ 265 Структурированное аудио ................................................................................ 266 Структурированный оркестровый язык ............................................................ 266 Системы преобразования текста в речь ............................................................. 267 Аудиосцены .................................................................................................... 269 Стандарт MPEG7 и метаданные ....................................................................... 269 Список сокращений .................................................................................. 271 Предметный указатель .......................................................................... 275

Стр.12