Кіріспе

Цифрлық кодтауды қолданатын теледидар таратуы. Цифрлық теледидар (DTV) – аналогты сигналдарды пайдаланған бұрынғы аналогты теледидар технологиясына қарағанда, цифрлық кодтау арқылы теледидар сигналдарын тарату. Ол 1950 жылдардағы түсті теледидардан бері теледидар технологиясындағы маңызды алғашқы қадам болды. Қазіргі заманғы цифрлық теледидар жоғары ажыратымдылықтағы (HDTV) теледидар түрінде таратылады, аналогты теледидарға қарағанда ажыратымдылығы жоғары. Ол әдетте кең экранды форматта (көбінесе 16:9) қолданылады, бұл аналогты теледидардың тар форматынан (4:3) өзгеше. Ол сирек радиоспектрді тиімді пайдаланады; бір аналогтық арнаның енімен салыстырғанда, ол жетіге дейін арнаны таратуға мүмкіндік береді және аналогты теледидар ұсына алмайтын көптеген жаңа мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді. 2000 жылдардың басында аналогтықтан цифрлық хабар таратуға көшу басталды. Әлемнің әртүрлі аймақтарында әртүрлі цифрлық теледидар тарату стандарттары қабылданды; ең көп қолданылатын стандарттар төменде келтірілген: Сандық бейне тарату (DVB) кодталған ортогональді жиілік бөлісінің мультиплекстеуін (OFDM) қолданады және иерархиялық таратуды қолдайды. Бұл стандарт Еуропа, Африка, Азия және Австралияда, барлығы шамамен 60 елде қабылданды. Advanced Television System Committee (ATSC) стандарты жер үстінен тарату үшін сегіз деңгейлі (8VSB) жақтағы жолақты пайдаланады. Бұл стандарт 9 елде қабылданды: АҚШ, Канада, Мексика, Оңтүстік Корея, Багам аралдары, Ямайка, Доминикан Республикасы, Гаити және Суринам. Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB) – бұл жүйе бекітілген қабылдағыштарға, сондай-ақ портативті немесе мобильді қабылдағыштарға жақсы қабылдауды қамтамасыз ету үшін жасалған. Ол OFDM және екі өлшемді араласуды пайдаланады. Ол үш қабатқа дейінгі иерархиялық таратуды қолдайды және MPEG 2 бейнесі мен Advanced Audio Coding қолданады. Бұл стандарт Жапония мен Филиппинде қолданылады. ISDB T International – бұл H.264/MPEG 4 AVC қолданатын осы стандарттың бейімделген түрі, ол Оңтүстік Американың көп бөлігінде, сондай-ақ Ботсвана мен Анголада қабылданды. Цифрлық жердегі мультимедиялық хабар тарату (DTMB) OFDM блогының күзет интервалы (GI) және оқу символы ретінде қызмет ету үшін псевдо кездейсоқ сигнал кадрын қолдана отырып, уақыт доменіндегі синхронды (TDS) OFDM технологиясын қолданады. DTMB стандарты Қытайда, оның ішінде Гонконг пен Макаода қабылданды. Digital Multimedia Broadcasting (DMB) – Оңтүстік Кореяда теледидар, радио және дерек тарату сияқты мультимедианы ұялы телефондар, ноутбуктер және GPS навигациялық жүйелер сияқты мобильді құрылғыларға жіберу үшін ұлттық ақпараттық технологиялар жобасының бөлігі ретінде әзірленген цифрлық радио тарату технологиясы.

Өмірбаян

Цифрлық теледидардың тамыры арзан, жоғары өнімді компьютерлердің болуымен байланысты. 1990 жылдарға дейін ғана цифрлық теледидар нақты мүмкіндікке айналды. Бұрынғыда цифрлық теледидарды іске асыру қиын болды, себебі қысылмаған бейненің өткізу қабілетінің жоғары талаптары бар еді – стандартты ажыратымдылықтағы теледидар (SDTV) сигналы үшін шамамен 200 Мбит/с қажет болатын.

1986 жылы Жапонияда Nippon Telegraph and Telephone (NTT) және Пошта және телекоммуникация министрлігі (MPT) «Интегралды желілік жүйе» қызметін ұсынуды ұсынды, онда осындай қызметті әзірлеу жоспарланған. Алайда, MPEG сияқты қозғалыспен өтелетін DCT бейне қысу форматтары қабылданғанша, мұндай цифрлық теледидар қызметін іске асыру мүмкін болмады, бұл 1990 жылдардың басында мүмкін болды. Америкалық General Instrument компаниясы 1990 жылы цифрлық теледидар сигналының мүмкіндігін көрсетті. Бұл FCC-ні цифрлық негіздегі стандарт әзірленгенге дейін жаңартқыш теледидар (ATV) стандарты бойынша шешім қабылдауды кейінге қалдыруға итермеледі. 1990 жылдың наурыз айында цифрлық стандарттың мүмкін екендігі анық болғаннан кейін FCC бірқатар маңызды шешімдер қабылдады. Біріншіден, Комиссия жаңа теледидар стандартының аналогты сигналдан жақсы болуы керек екенін, сонымен қатар қазіргі теледидар бейнелерінен кем дегенде екі есе жоғары ажыратымдылыққа ие нағыз HDTV сигналын ұсынуға қабілетті болуы керектігін мәлімдеді. Содан кейін, жаңа цифрлық теледидар сатып алғысы келмейтін көрермендерге дәстүрлі теледидар бағдарламаларын көруді жалғастыру үшін жаңа ATV стандартының әртүрлі арналарда бір уақытта көрсетілуі керек екенін бұйырды. Жаңа ATV стандарты сондай-ақ жаңа DTV сигналын толығымен жаңа жобалау принциптеріне негіздеуге мүмкіндік берді. Қазіргі NTSC стандартына үйлеспесе де, жаңа DTV стандартына көптеген жақсартулар енгізілуі мүмкін. 1996 жылы АҚШ-та TCI және Time Warner компаниялары цифрлық кабельдік хабар таратуды сынап, іске қосты. Бірінші цифрлық жердегі платформа 1998 жылдың қараша айында Ұлыбританияда DVB-T стандартын қолдана отырып, ONdigital ретінде іске қосылды.

Форматтар мен жолақты кеңдігі

Цифрлық теледидар теледидар жүйелерімен анықталатын көптеген түрлі кескін форматтарын қолдайды, олар өлшем мен көперіс қатынасының (ені мен биіктігі арақатынасы) үйлесімі болып табылады. Жердегі цифрлық теледидар (DTT) таратуда форматтардың ауқымын екі топқа бөлуге болады: жоғары сапалы бейнелерді тарату үшін жоғары сапалы теледидар (HDTV) және стандартты сапалы теледидар (SDTV). Бұл терминдердің өзі өте нақты емес, және көптеген аралық жағдайлар бар. DTV арқылы берілетін бірнеше түрлі HDTV форматтарының бірі: прогрессивті сканерлеу режиміндегі пиксельдер (қысқаша 720p) немесе кезектестірілген бейне режиміндегі пиксельдер (1080i). Олардың әрқайсысында 16:9 көперіс қатынасы бар. HDTV каналдары аналогтық телеарналар арқылы берілмейді, себебі каналдың өткізу қабілеті мәселесі туындайды. SDTV, керісінше, әртүрлі форматтарды қолдана алады, әртүрлі көперіс түрлерінде, бұл теледидар таратылатын елде қолданылатын технологияға байланысты. NTSC 4:3 және 16:9 ажыратымдылықты бере алады, ал PAL 4:3 және 16:9 ажыратымдылықты бере алады. Алайда, хабар таратушылар бұл ажыратымдылықты бит жылдамдығын азайту үшін төмендетуі мүмкін (мысалы, Ұлыбританиядағы көптеген DVB-T арналары бір жолға 544 немесе 704 пикселден тұратын көлденең ажыратымдылықты қолданады). Солтүстік Америкадағы әрбір коммерциялық жер үстілік цифрлық теледидар (DTV) арнасына секундына 19 мегабиттен аспайтын жолақ ені бөлінеді. Алайда, хабар таратушы осы жолақты тек бір арна үшін пайдалануы міндетті емес. Оның орнына, хабар тарату бағдарламалық және жүйелік ақпарат протоколын пайдаланып, бірнеше бейне субканалдарына (немесе ағындарға) әртүрлі сапа мен сығылу жылдамдықтарымен, соның ішінде бейне емес деректерді тарату қызметтерін қоса алғанда, бөлуге болады. Телерадиокомпания HDTV сигналының орнына стандартты сапалы (SDTV) цифрлық сигналды пайдалануды таңдауы мүмкін, өйткені қазіргі стандарт DTV арнасының (немесе "мультиплексінің") жолақ енін бірнеше цифрлық субканалға бөлуге мүмкіндік береді (FM радиостанцияларының көпшілігі HD Radio ұсынатынына ұқсас), бір арнада мүлдем басқа теледидар бағдарламаларының бірнеше ағынын қамтамасыз етеді. Бұл мүмкіндік, бір HDTV ағынын немесе бірнеше төменгі ажыратымдылықтағы ағынды ұсыну мүмкіндігі, көбінесе биттік бюджетті бөлу немесе көптеп тарату деп аталады. Бұл кейде статистикалық мультиплекстерді пайдалану арқылы автоматты түрде ұйымдастырылуы мүмкін. Кейбір жағдайларда бейне ажыратымдылығы жолақ енімен тікелей шектелуі мүмкін; мысалы, DVB-T-да хабар таратушылар бірнеше түрлі модуляция схемаларын таңдай алады, бұл оларға тарату бит жылдамдығын азайтуға және алыстағы немесе жылдам қозғалатын көрермендерге қабылдауды жеңілдетуге мүмкіндік береді.

Қабылдау

Цифрлық теледидарды қабылдаудың бірнеше әртүрлі жолы бар. DTV (және жалпы теледидар) қабылдаудың ең көне тәсілдерінің бірі – жер бетіндегі хабар таратушылардан антенна (кейбір елдерде «aerial» деп аталады) арқылы қабылдау. Бұл жеткізу әдісі жер үстілік цифрлық теледидар (DTT) деп аталады. DTT арқылы көрермендер антеннаның қабылдау аймағындағы жер үстілік хабар таратушысы бар арналармен ғана шектеледі. Басқа жеткізу әдістеріне санариптік кабельдік және санариптік спутниктік теледидар жатады. Теледидар сигналдарын әдетте микротолқындар арқылы жеткізілетін елдерде, сандық көп арналы көп нүктелі тарату қызметі қолданылады. Теледидар сигналдарын ұялы телефондар сияқты қолмен ұсталатын құрылғыларға қабылдау үшін цифрлық мультимедиалық хабар тарату (DMB) және қолмен ұсталатын цифрлық бейне хабар тарату (DVB-H) сияқты басқа стандарттар әзірленді. Тағы бір жолы – Интернет-протоколдық теледидар (IPTV), ол компьютерлік желі арқылы теледидарды жеткізу болып табылады. Сонымен қатар, цифрлық теледидар сигналдарын ашық Интернет арқылы (Интернет-теледидар) қабылдауға болады, ол орталық ағындық қызметтен немесе P2P (peer-to-peer) жүйесінен келуі мүмкін. Кейбір сигналдар шифрлау арқылы қорғалады және WIPO Авторлық құқық туралы шарты мен оны іске асыратын ұлттық заңнамамен, мысалы АҚШ-тың «Цифрлық мыңжылдық авторлық құқық туралы заңымен» қорғалады. Шифрланған арналарға қол жеткізуді Common Interface немесе CableCard сияқты алынып-қойылатын карта арқылы басқаруға болады.

Қорғау параметрлері

Цифрлық теледидар сигналдары бір-біріне кедергі келтірмеуі керек, сондай-ақ аналогты теледидар толықтай тоқтатылғанға дейін олармен бірге жүруі керек. Төмендегі кесте әртүрлі кедергі жағдайлары үшін рұқсат етілген сигнал-шу және сигнал-кедергі коэффициенттерін көрсетеді. Бұл кесте станциялардың орналасуын және қуат деңгейін реттеу үшін маңызды нормативтік құрал болып табылады. Цифрлық теледидар аналогтық теледидарға қарағанда кедергіге төзімдірек. Жүйе параметрлері (қорғау коэффициенттері) Канада АҚШ EBU/ITU режим M3 Жапония & Бразилия C/N AWGN арнасы үшін +19.5 дБ (16.5 дБ есім=қорғау параметрлері кестесі a) +15.19 дБ +19.3 дБ +19.2 дБ Бір арналы DTV аналогтық теледидарға +33.8 дБ +34.44 дБ +34 ≈37 дБ +38 дБ Бір арналы аналогтық теледидар DTV-ге +7.2 дБ +1.81 дБ +4 дБ +4 дБ Бір арналы DTV аналогтық теледидарға +19.5 дБ (16.5 дБ есім=қорғау параметрлері кестесі a) +15.27 дБ +19 дБ +19 дБ Төменгі жақын арналы DTV аналогтық теледидарға −16 дБ −17.43 дБ −5 ~ −11 дБ есім=қорғау параметрлері c −6 дБ Жоғарғы жақын арналы DTV аналогтық теледидарға −12 дБ −11.95 дБ −1 ~ −10 дБ есім=қорғау параметрлері c −5 дБ Төменгі жақын арналы аналогтық теледидар DTV-ге −48 дБ −47.33 дБ −34 ~ −37 дБ есім=қорғау параметрлері c −35 дБ Жоғарғы жақын арналы аналогтық теледидар DTV-ге −49 дБ −48.71 дБ −38 ~ −36 дБ есім=қорғау параметрлері c −37 дБ Төменгі жақын арналы DTV аналогтық теледидарға −27 дБ −28 дБ −30 дБ −28 дБ Жоғарғы жақын арналы DTV аналогтық теледидарға −27 дБ −26 дБ −30 дБ −29 дБ

Қарым-қатынас

Адамдар DTV жүйесімен әртүрлі тәсілдермен өзара әрекеттесе алады. Мысалы, электрондық бағдарламалық нұсқаулықты қарастыруға болады. Қазіргі заманғы DTV жүйелері кейде соңғы пайдаланушыдан хабар таратушыға кері байланыс беруге мүмкіндік беретін қайтару арнасын қолданады. Мұндай мүмкіндік кабельдік теледидар немесе интернет арқылы қамтамасыз етіледі, бірақ стандартты антеннамен ғана мүмкін емес. Осы жүйелердің кейбіреулері қала (жердегі) немесе одан да кеңірек аумақ (спутниктік) емес, жақын маңайдағы байланыс арнасын пайдаланып, сұраныс бойынша бейнеге қолдау көрсетеді.

1 секунд

1 сегмент – ISDB-нің ерекше түрі. Әрбір арна 13 сегментке бөлінеді. Оның он екісі HDTV үшін, ал біреуі ұялы теледидарлар мен ұялы телефондар сияқты тар жолақты қабылдағыштар үшін қарастырылған.

Аналогты салыстыру

DTV-нің аналогтық теледидарға қарағанда бірнеше артықшылығы бар, ең маңыздысы – цифрлық арналар аз жолақ енін пайдаланады, ал жолақ енінің бөлінуі жіберілетін бейненің сығылу деңгейіне және ажыратымдылығына байланысты икемді болады. Бұл цифрлық телеарналардың бірдей кеңістікте көбірек цифрлық арналарды ұсынуына, жоғары сапалы теледидар қызметін көрсетуіне немесе мультимедиа немесе интерактивтілік сияқты теледидар емес қызметтерді ұсынуына мүмкіндік береді. DTV сонымен қатар мультиплекстеу (бір арнада бірнеше бағдарлама), электрондық бағдарламалар нұсқаулықтары және қосымша тілдер (дыбыста немесе субтитрлермен) сияқты арнайы қызметтерге мүмкіндік береді. Теледидар емес қызметтерді сату телерадиокомпанияларға қосымша кіріс көзін қамтамасыз етуі мүмкін. Цифрлық және аналогтық сигналдар кедергілерге әртүрлі реакция жасайды. Мысалы, аналогтық теледидардағы жиі кездесетін мәселелерге бейнелердің көлеңкеленуі, әлсіз сигналдардан туындаған шу және бағдарламалық материалдарды көруге болатын болса да, бейне мен дыбыстың сапасын нашарлату жатады. Цифрлық теледидарда, «құлама әсері» салдарынан, цифрлық сигналды толыққанды қабылдау қажет; әйтпесе, ни аудио, ни бейне пайдаланбайды. Аналогтық теледидар монофониялық дыбыспен басталды, кейін екі тәуелсіз аудио сигнал арнасы бар көп арналы теледидар дыбысына дамыды. DTV 5 аудио сигнал арнасына дейін және субвуфер бас арнасын қолдауға мүмкіндік береді, бұл кинотеатрлар мен DVD-лерге ұқсас сапада хабар таратуды қамтамасыз етеді. Цифрлық теледидар сигналдарына аналогтық теледидар сигналдарына қарағанда хабар тарату және қабылдау үшін аз қуат қажет.

Сығу артефактілері, сурет сапасын бақылау және бөлінген жолақтылық

DTV бейнелерінде аналогты теледидарда немесе кинотеатрда кездеспейтін кейбір кескін ақаулары бар, себебі қазіргі заманғы бит жылдамдығының және MPEG 2 сияқты сығылу алгоритмдерінің шектеулері осыған себеп. Бұл ақау кейде «маса дыбысы» деп аталады. Адамның көру жүйесінің қалай жұмыс істейтініне байланысты, суреттегі нақты белгілі бір элементтерге локалданып немесе пайда болып-жоғалатын ақаулар, біркелкі және тұрақты ақаулардан гөрі көбірек сезіледі. Дегенмен, DTV жүйесі осы кемшіліктерді жасыру үшін адамның көру жүйесінің басқа да шектеулерін пайдалануға арналған, мысалы, көз оңай қадағалай алмайтын және анықтай алмайтын жылдам қозғалыс кезінде көбірек сығылу артефактілеріне рұқсат беру арқылы, ал керісінше, сахнада мұқият қарастырылуы мүмкін тұрақты фонда артефактілерді азайту. Телеарна, кабельдік, спутниктік және интернет DTV операторлары бейне сапасын өлшеу құралы SSIM сияқты күрделі, нейробиологиялық алгоритмдерді қолдана отырып, теледидар сигналының кодтаушыларының сурет сапасын бақылайды. Визуалды ақпараттың сенімділігі (VIF) деп аталатын тағы бір құрал Netflix VMAF бейне сапасын бақылау жүйесінде қолданылады. Квантизация әсерлері амплитудасы аз аймақтарда тегіс градиенттердің орнына контурлар жасауы мүмкін. Әдетте, бұлтсыз аспан сияқты өте тегіс көрініс кеңістігінде көрінетін қадамдарды көрсетеді, көбінесе концентрлі шеңберлер немесе эллипс түрінде. Бұл түс жолақтары деп аталады. Ұқсас әсерлер өте қараңғы көріністерде де байқалуы мүмкін, онда нағыз қара фон қара сұр аймақтармен жабылады. Бұл өтулер тегіс болуы мүмкін, немесе сандық өңдеу дірілдеп, абсолютті қара немесе сұр түстің келесі деңгейіне сәйкес келетін мәнді үнемі тағайындауға шамасы келмейтін шашыраңқы әсерді көрсетуі мүмкін.

Жағымсыз қабылдаудың әсері

Сигнал қабылдаудағы өзгерістер, мысалы, антенна қосылыстарының нашарлауы немесе ауа райының өзгеруі, аналогты теледидардың сапасын біртіндеп төмендетуі мүмкін. Цифрлық теледидардың ерекшелігі – бастапқыда мінсіз түрде кодталатын бейне, бірақ қабылдағыш жабдық қажетті сигналды басып тастайтын кедергілерді қабылдай бастағанда немесе сигнал кодтау үшін тым әлсіз болғанда бұл өзгереді. Кейбір құрылғылар айқын зақымдалған суретті көрсетуі мүмкін, ал басқалары тікелей мінсіз бейнеден видеосыз немесе тоқталып қалуы мүмкін. Бұл құбылыс "цифрлық тік құлау" деп аталады. Суреттер қысылған кезде блок қателер пайда болуы мүмкін. Бір кадрдағы блок қатесі көбінесе келесі бірнеше кадрларда қара тіктөртбұрыштардың пайда болуына әкеледі, бұл көруді қиындатады. Шалап жерлерде, бұрын аналогты сигнал ретінде қарлы және нашарланған күйде қолданылған алыс арналар, цифрлық сигнал ретінде мінсіз кодтала алады немесе мүлдем қол жетімді болмауы мүмкін. Жоғары жиіліктерді пайдалану осы проблемаларды күшейтеді, әсіресе қабылдау антеннасы мен хабар таратушы арасында тікелей көру сызығы болмаған жағдайларда, өйткені жоғары жиілікті сигналдар кедергілерді оңай басып өтпейді.

Ескі аналогтық технологияға әсері

Тек аналогтық тюнерлері бар теледидарлар цифрлық хабарларды қабылдай алмайды. Егер эфир арқылы аналогтық хабар тарату тоқтаса, тек аналогтық тюнерлері бар теледидар иелері бағдарламалардың басқа көздерін (мысалы, кабельдік теледидар, жазбалар) пайдалана алады немесе цифрлық сигналды қабылдау үшін сыртқы конвертерлер сатып ала алады. АҚШ-та сыртқы конвертердің құнын өтеу үшін мемлекеттік купон ұсынылды. Цифрлық теледидарға көшу 1990 жылдардың соңында басталды және әлемнің көп бөлігінде елдер бойынша аяқталды.

Теледидарлық аудио қабылдағыштардың жоғалуы

Цифрлық теледидарға көшуден бұрын, аналогты теледидар телеарналардың аудиосын бейнесигналдан бөлек FM тасымалдаушы жиілігі арқылы берді. Бұл FM аудио сигналын тиісті реттегіш тізбектері бар стандартты радиоарналармен тыңдауға болады. Бірақ, цифрлық теледидарға көшкеннен кейін, портативті радио өндірушілері портативті радиолардың цифрлық телеарналардың тек аудио сигналын ойнатуға мүмкіндік беретін баламалы әдіс әзірлемеді; DTV радиосы – мүлдем басқа нәрсе.

Қоршаған орта мәселелері

Қолданыстағы аналогты қабылдағыштармен үйлесімсіз хабар тарату стандартын қабылдау аналогты қабылдағыштардың көп мөлшерде кәдесіз қалдырылуы мәселесін тудырды. 2009 жылы бір коммуналдық қызметтер басшысының сөзін келтірсек, "салалық журналдардағы зерттеулерге сәйкес, американдық үй шаруашылықтарының шамамен төрттен бірі ереже өзгергеннен кейін екі жыл ішінде теледидарларын тастауы мүмкін". 2009 жылы Мичиган штатындағы бір қайта өңдеушінің бағалауынша, төрт үйдің бірі келесі жылы теледидар жиынтығын кәдесіз қалдыруы немесе қайта өңдеуге жіберуі мүмкін. Цифрлық теледидарға көшу, жоғары сапалы теледидар қабылдағыштарына өту және электронды сәулелі түтіктерді (ЭЛТ) жалпақ экранды теледидарлармен алмастыру – бұл аналогты ЭЛТ-ге негізделген теледидар қабылдағыштарының санының артуына ықпал ететін факторлар. 2009 жылы АҚШ-та шамамен 99 миллион аналогты теледидар қабылдағышы пайдаланылмай жатты, ал кейбір ескірген қабылдағыштар түрлендіргіштермен жаңартылса, көптегендері әлі де қоқысқа тасталады, онда олар қорғасын сияқты улы металдардың, сондай-ақ барий, кадмий және хром сияқты аз мөлшердегі материалдардың көзі болып табылады.