Спутниковое телевидение

Введение

Цифровое спутниковое  телевидение поднимает домашние развлечения на совершенно иной уровень. Множество интересных телеканалов, качественное вещание, объемный звук, отсутствие каких-либо помех – все это оставляет далеко позади привычный эфирный формат телевидения. Просматривать спутниковое ТВ можно из любого уголка страны.

На территории России последние  годы стала набирать популярность пакет  спутниковых каналов триколор, которые вещают в цифровом формате. Немного назад был популярен пакет НТВ Плюс, где очень большая подборка каналов на разнообразную тематику. Кроме них в России можно с удовольствием смотреть пакеты каналов Радуга и Орион-Экспресс. Для разнообразных национальностей представлен спутник HotBird на котором идёт масса национальных теле и радиоканалов

Цифровое спутниковое  телевидение поднимает домашние развлечения на совершенно иной уровень. Множество интересных телеканалов, качественное вещание, объемный звук, отсутствие каких-либо помех – все это оставляет далеко позади привычный эфирный формат телевидения.

Цифровое спутниковое  телевидение развивается бурными  темпами. Если эфирное телевидение  до сих пор может предложить только среднее качество изображения, бледный  звук и десяток телеканалов, то цифровое уже давно перешагнуло рубеж  в тысячу каналов. Качество изображения спутникового телевидения считается эталоном, а стереофонический звук позволяет полностью погрузиться в происходящее на экране.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Спутниковое телерадиовещание

Спутниковые технологии предоставляют  широкий спектр сервисов, таких как  высокоскоростной Интернет, передача данных, а также телевидение и  телефонию.

Одним из самых популярных и широко распространенных сервисов является цифровое спутниковое телерадиовещание. Основным стандартом спутникового ТВ-вещания является стандарт DVB. Стандартом ТВ-сигнала называют совокупность определяющих его основных характеристик, таких как число строк и кадров, разнос между несущими частотами изображения и звукового сопровождения и др. Для цветного телевидения добавляется метод передачи сигналов цветности совместно с сигналом яркости. В спутниковом вещании традиционно используются стандарты формирования ТВ-сигнала, сложившиеся в наземном телевизионном вещании. Для черно-белого телевидения существует 10 стандартов, которые принято обозначать латинскими буквами В, D, G, Н, I, К, К1, L, М, N. По способу передачи сигналов цветности различают три системы цветного телевидения: SЕСАМ, NTSC и РАL. Каждая из трех систем может применяться с любым из 10 стандартов черно-белого ТВ-вещания, давая 30 возможных комбинаций. На практике применяются девять разновидностей РАL, шесть - SЕСАМ и один стандарт из группы NТSС. Системы SЕСАМ, NTSC и РАL были разработаны для наземных ТВ-сетей, использующих амплитудную модуляцию (AM) несущей изображения. Эти системы не очень пригодны для спутниковых каналов, где основной является частотная модуляция (ЧМ) и могут возникать перекрестные искажения сигналов яркости и цветности, ухудшающие качество изображения.

Наилучших результатов ожидали  от цифровых методов передачи. Однако для передачи цветного ТВ-изображения  с высоким качеством скорость цифрового потока должна составлять более 200 Мбит/с, что значительно  превышает пропускную способность  спутникового ретранслятора с полосой  пропускания 27...36 МГц. В качестве компромисса  для первого поколения европейских  систем непосредственного телевизионного вещания был разработан и принят комбинированный цифроаналоговый  стандарт, получивший название МАС (Multiplexing Analogue Components - Уплотнение аналоговых компонент). Сигналы звукового сопровождения, синхронизации, служебная и дополнительная информация передавались в цифровой форме. В зависимости от выбранного способа передачи звука и данных различают стандарты В-МАС, С-МАС, D- и D2-МАС.

В конце 80-х годов был  создан алгоритм цифрового сжатия, позволявший передать высококачественное изображение со скоростью 7...9 Мбит/с, изображение вещательного качества - со скоростью 3,5...5,5 Мбит/с и кинофильм (совокупность неподвижных изображений) со скоростью не более 1,5 Мбит/с. На основе этого алгоритма Международная организация стандартизации приняла два стандарта обработки ТВ-изображения: МРЕG1 для телевидения с невысокой разрешающей способностью и прогрессивной разверткой (компакт-диски, компьютерные игры, мультимедиа) и МРЕG2 для вещательного телевидения с чересстрочной разверткой и различными скоростями цифрового потока (4...10 Мбит/с и более), каждой из которых соответствует определенная разрешающая способность. По этому параметру в стандарте определены четыре уровня: низкий (на уровне бытового видеомагнитофона), основной (студийное качество), телевидение повышенной четкости (ТПЧ) с 1440 элементами на строку и полное телевидение высокой четкости (ТВЧ) с 1920 элементами. Перед подачей в канал связи сигнал подвергается дополнительному помехоустойчивому кодированию и поступает на модулятор. Эти операции не входят в стандарт MPEG и в разных спутниковых системах могут выполняться различными способами, что лишает эти системы аппаратурной совместимости. Европейским странам удалось решить эту проблему, разработав на базе MPEG2 стандарт многопрограммного цифрового ТВ-вещания DVB, нормирующий вес операции на передающей стороне вплоть до подачи сигнала на вход СВЧ-передатчика. В стандарте DVB применяется каскадное помехоустойчивое кодирование. На приемной стороне декодер осуществляет все вышеописанные операции в обратном порядке, восстанавливая на выходе изображение, весьма близкое к исходному.

Под телевидением высокой  четкости (ТВЧ) понимают передачу изображения  с числом строк, приблизительно вдвое  превышающим тот показатель у  существующих стандартов, и форматом кадра (отношение ширины кадра к  его высоте) 16:9. Объем информации, содержащийся в каждом кадре ТВЧ-изображения, возрастает в пять-шесть раз по сравнению с обычным телевидением. На ТВЧ-изображении отсутствуют дефекты, свойственные принятым сегодня стандартам ТВ-вещания, - недостаточная разрешающая способность, перекрестные искажения сигналов яркости и цветности, мерцание изображения из-за недостаточно высокой частоты кадров, дрожание строк и т.д. ТВЧ обеспечивает существенное повышение качества ТВ-изображения, приближая его восприятие к зрительному восприятию естественных, натуральных сцен и сюжетов. Такое радикальное улучшение качества изображения не может быть достигнуто ни модификацией существующих стандартных систем цветного ТВ, ни ТВ-системами повышенного качества. В США, Японии, европейских странах в последние пять-семь лет ведутся многочисленные разработки новых ТВ-стандартов с улучшенным качеством изображения. Разработаны совместимые системы телевидения повышенного качества (ТВПК), в которых устранены наиболее характерные искажения ТВ сигнала, несколько увеличена разрешающая способность, введен формат изображения 16:9 (стандарты МАС, PAL-плюс). Эти системы нельзя отнести к ТВЧ, так как параметры разложения изображения не изменяются.

Принятие каждой группой  стран своего собственного стандарта  ТВЧ может затруднить международный ТВ-обмен, как это произошло уже в прошлом со стандартами черно-белого ТВ и системами цветного телевидения. В последнее время под эгидой Международного союза электросвязи предпринимаются усилия по созданию единого мирового стандарта ТВЧ. Уже согласованы базовые параметры ТВЧ-сигнала: формат изображения 16:9, колориметрические характеристики, световые параметры, пределы значений скорости передачи видеоданных 0,8...1,2 Гбит/с для чересстрочной развертки и 2...3 Гбит/с при прогрессивном разложении, число элементов в активной части строки и т.п.

Серьезной проблемой в  ТВЧ-вещании является поиск методов распределения сигналов. Существующие распределительные сети не располагают пропускной способностью, достаточной для передачи значительного числа высокоскоростных сигналов, поэтому на передающей стороне сигнал подвергают дополнительной обработке, имеющей целью сократить объем информации без заметного ухудшения качества изображения. Разработанные в рамках стандарта MPEG-2 методы цифровой компрессии полностью применимы к ТВЧ и позволяют уже сегодня передать ТВЧ-сигнал со скоростью цифрового потока 20:30 Мбит, что примерно соответствует пропускной способности спутникового ВЧ-ствола с полосой пропускания 27... 36 МГц.

Телевизионные сигналы со спутника в принципе могут быть приняты  любым желающим в пределах обширной территории независимо от желания передающей стороны. Однако в некоторых случаях  телекомпания - владелец программы  заинтересована в предотвращении несанкционированного приема, например, при передаче программ платного телевидения, деловых телеконференций  или для ограничения территории, на которой можно принимать данную программу по условиям авторского права. Наиболее широко применяемый метод  ограничения доступа - засекречивание передаваемых программ таким образом, чтобы сделать прием невозможным  без специального декодера, предоставляемого владельцем программы. На практике используется восемь систем кодирования для PAL/SECAM, четыре для NTSC и шесть для сигнала  МАС. Засекречивание сигналов в цифровом телевидении не представляет особой проблемы, здесь может широко использоваться весь арсенал методов, разработанных  ранее для цифровой радиосвязи. В  одной из практически реализованных  систем цифровой поток зашифровывается  с помощью передаваемого вместе с сигналом кодового слова длиной 56 бит, генерируемого псевдослучайным  образом и сменяемого с интервалом от долей до нескольких секунд. Кодовое  слово в свою очередь зашифровывается  с помощью ключа, обновляемого раз  в несколько недель, а последний  рассылается абонентам по спутниковому каналу также в засекреченном  виде. Алгоритм декодирования записывается в кристалле микропроцессора, помещаемом либо в декодере, либо в абонентской  карточке и работающем только при  наличии ключа. Степень секретности  такого кода весьма высока.

В некоторых случаях ставится задача передачи большого числа звуковых программ не в дополнение к сигналам телевидения, а взамен их. Расчеты  и эксперименты показывают, что удается  передать не более восьмидесяти монофонических программ. Основным препятствием являются возникающие из-за нелинейных эффектов внятные переходные помехи, на которые  в звуковом вещании установлены  особенно жесткие нормы. Существенно  лучшие результаты достигаются при  передаче звуковых сигналов в цифровой форме с временным разделением. На этом принципе основана работа аппаратуры "Орбита-РВ", предназначенной для подачи по спутниковым каналам звуковых программ к региональным центрам вещания. Сигналы звукового вещания преобразуются на входе передающего комплекса "Орбита-РВ" в дискретную форму, так что в стандартном цифровом потоке 2048 Кбит/с удается передать шесть каналов высшего класса качества, либо десять каналов первого, либо 15 каналов второго класса. Всего для каналов звукового вещания выделяется два потока по 2048 Кбит/с, они подвергаются помехоустойчивому кодированию, сюда добавляются сигналы изображений газетных полос, общий поток со скоростью примерно 19 Мбит/с поступает для дальнейшей обработки.

Существенно большей гибкостью  обладает вводимая в ближайшее время  цифровая система звукового вещания  с многостанционным доступом "Рабита". Она позволяет организовать в одном стволе четыре-пять многопрограммных (скорость передачи 2048 Кбит/с) и 10-15 однопрограммных каналов (для трансляции региональных программ).

Неоднократно рассматривался вопрос о возможности спутникового звукового вещания для непосредственного  приема на простые приемники: стационарные, возимые или переносимые. Экономически приемлемое решение было найдено только после появления эффективных алгоритмов цифровой компрессии. В разработанной европейскими странами системе цифрового звукового вещания сигналы отдельных каналов обрабатываются по стандарту MUSICAM, затем они объединяются в общий цифровой поток, сюда добавляются служебная информация, биты помехоустойчивого кодирования, суммарный цифровой поток имеет скорость 2,3 Мбит/с.

На территории России можно  использовать полосы 1452...1492 МГц (выделена для наземного и спутникового вещания) и 2535...2655 МГц (только для спутникового вещания). Описанный метод позволяет в полосе 1,75 МГц передавать до шести стереопрограмм. Из-за слабой направленности приемных антенн общая полоса частот должна быть распределена в каждом регионе на плановой основе, чтобы избежать взаимных помех. Расчеты показывают, что в Европе каждой стране удается выделить не менее двух блоков по 1,75 МГц.

Еще одним спутниковым  сервисом, пользующимся большой популярностью, является спутниковый Интернет. Существует несколько различных схем передачи данных, самой распространенной из которых является несимметричный обмен  трафиком между пользователем и  Интернет. При этом для передачи выходящего трафика клиент использует любой выделенный либо коммутируемый IP-канал (канал запросов), имеющий  скорость от 1200 бит/с и выше. Входящий трафик передается через высокоскоростной спутниковый симплексный канал (канал ответов) со скоростью во много раз большей, чем по каналу запросов. Такое подключение ориентировано, прежде всего, на работу интернет-приложений, которые имеют существенно несимметричный характер обмена данными, например: WWW, FTP, USENET NEWS, а также на широкий спектр мультимедийных приложений. При этом объем трафика, передаваемого и принимаемого клиентом, отличается в десятки, а иногда и в сотни раз.

Для использования несимметричного  обмена трафиком клиенту необходимо иметь дуплексное (выделенное или  коммутируемое) подключение к сети Интернет через любого провайдера или  оператора связи для обеспечения  обратного канала "запросов" (т.е. статический или динамический IP-адрес).

В качестве дополнительного  оборудования необходимо иметь:

• приемную параболическую антенну (прямофокусную или офсетную, диаметром 0,9-3,0 м (Ku-диапазон) или 1,8-2,4 м (C-диапазон)) (для ИСЗ Ямал 200 (90° в.д.)) и аксессуары:
• малошумящий антенный усилитель-конвертор (МШУ) на соответствующий диапазон;
• коаксиальный кабель;
• активное оборудование в одном из вариантов:
• PCI-карта спутникового DVB-модема для компьютера под ОС Windows или Linux;
• DVB-маршрутизатор (при необходимости).

 

2.Характеристики спутниковых антенн

Спутниковые антенны бывают нескольких типов в зависимости  от области их применения: плоские, параболические, сферические, микрополосковые, рупорные. Одними из самых распространенных и часто применяемых антенн являются параболические антенны, к которым относятся прямофокусная, офсетная и сферическая антенны. Внешний вид и принцип их действия иллюстрируется на рисунке 3.

 

 
 
Рисунок 3 - Принцип действия прямофокусной и офсетной антенн

 

В соответствии с законами геометрической оптики плоская электромагнитная волна, распространяющаяся перпендикулярно  раскрыву антенны, после отражения от параболоидной поверхности (зеркала) попадет в фокус параболоида (рис. 4). В фокусе устанавливается конический рупорный облучатель, совмещенный с поляризатором, к которым, в свою очередь, крепится конвертор.