Расчет сетей телевизионного вещания

ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЕТ СЕТЕЙ

ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО

ВЕЩАНИЯ.

СТАНДАРТЫ КОДИРОВАНИЯ.

г. Хабаровск

2010г.

 

Ананьин А.В., Селезнев Ю.А. Построение и расчет сетей цифрового телевизионного вещания. Учебное пособие для системы курсов повышения квалификации специалистов по построению и эксплуатации цифровых телевизионных сетей. – Хабаровск: ХИИК ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2010г.

 

Излагаются вопросы построения многочастотных и одночастотных сетей телевизионного радиовещания, методики расчетов зоны обслуживания передатчиков в одночастотных и многочастотных сетях, координационных расстояний и мощностей передатчиков, оценка качества передачи в зависимости от выбранных параметров сети, стандарты кодирования цифрового телевизионного вещания MPEG-4 и DVB-T. Предназначено для слушателей курсов повышения квалификации специалистов с инженерной или технической подготовкой.

Утверждено и рекомендовано к изданию

Ученым советом ХИИК, 2010г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

 

1.Расчет сетей телевизионного вещания…………………………….4

1.1.Определение радиуса зоны обслуживания…………………. 4

1.2.Определение необходимой мощности излучения

передатчика……………………………………………………...10

2.Типы сетей наземного цифрового телевизионного вещания…... 11

2.1.Многочастотные сети телевещания………………………….. 11

2.2.Одночастотные сети телевещания……………………………..12

2.3.Оценка качества передачи в цифровых сетях телевещания… 13

2.4.Преиущества использования одночастотных сетей…………. 15

2.5.Синхронизация передатчиков в одночастотных сетях………. 17

3.Стандарт кодирования MPEG-4…………………………………… 18

3.1.Предпосылки создания стандарта………………………………18

3.2.Описание сцены………………………………………………….19

3.3.Доставка потока данных………………………………………...20

3.4.Кодирование визуальных объектов…………………………….21

3.5.Профили и уровни MPEG-4…………………………………......23

3.6.Перспективы применения MPEG-4…………………………......35

4.Стандарт наземного телевещания DVB-T………………………….37

4.1.Обработка данных и сигналов в системе DVB-T………………42

4.2.Модуляция OFDM и преобразование Фурье………………...…51

4.3.Формирование данных и структура сигналов………………….56

4.4.Параметры системы DVB-T……………………………………..59

Литература………………………………………………………………62

 

РАСЧЕТ СЕТЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

Под зоной обслуживания передающей станции понимается площадь, в пределах которой обеспечивается качественный прием сигналов программ телевизионного вещания.

 

Определение необходимой мощности излучения передатчика.

Необходимая излучаемая мощность передающей станции определяется минимальным значение напряженности поля для приема телевизионного сигнала (таблица 1.1) и расстоянием прямой видимости, то есть передающая станция должна обеспечить минимальную напряженность поля на расстоянии прямой видимости:

где: Е_с(50,50,h₁,R_з) – напряженность поля, найденная по кривым МСЭ-Р для заданного или рассчитанного радиуса зоны обслуживания (расстояния прямой видимости в соответствии с известными высотами антенн).

Превышение мощности передающей станции относительно расчетной величины приводит лишь к увеличению координационного расстояния, то есть расстояния до следующей станции. Это приводит к редкому использованию совпадающих частот, то есть к неэффективному использованию выделенного диапазона частот и возникновению дополнительных помех. Для одночастотной сети это приводит к увеличению расстояния между передатчиками.

 

 

СТАНДАРТ КОДИРОВАНИЯ МРЕG-4

 

Описание сцены

Для описания сцены и ее динамического изменения в МРЕG-4 используется специально разработанный двоичный язык BIFS (Вinаrу Format for Sсеnеs — двоичный формат описания сцен). Описание сцены указывает декодеру, где и когда воспроизводить объекты, входящие в сцену, и как реагировать на воздействие пользователя. Чтобы увязать ЭП с медиа-объектами в сцене, используются дескрипторы объекта. Они переносят информацию о числе и свойствах ЭП, связанных с конкретными медиа-объектами. Сами дескрипторы также переносятся в одном или нескольких ЭП, поэтому нетрудно добавить или удалить объект во время сеанса. Потоки дескрипторов могут рассматриваться как описания потоковых ресурсов для представления, а описание сцены служит для изменения пространственно-временного размещения объектов в сцене. МРЕG-4 определил специальный язык синтаксических описаний для точного описания синтаксиса потоков, переносящих информацию о медиа-объектах и описания сцен. Он представляет собой расширение языка С++ и позволяет дать точное описание синтаксиса и в то же время упростить проверку на соответствие.

BIFS оперирует двумя протоколами модификации сцены во времени — командным (BIFS-Command) и анимационным (BIFS-Anim). Командные потоки BIFS позволяют загружать новую сцену, изменять свойства объектов, вводить и уничтожать объекты. Потоки BIFS-Anim управляют процессами анимации сцены, например, изменением точки взгляда, перемещением, трансформацией размера, плавным изменением цвета, освещенности и т.д. Синхронизация потоков осуществляется путем временной привязки. Как и в предыдущих стандартах МРЕG, один вид временной метки обеспечивает синхронизацию тактовых частот кодера и декодера, метки другого вида, привязанные к функциональным единицам аудиовизуальных данных, содержат желаемое время декодирования (для единиц доступа) или время завершения компоновки (для компоновочных единиц).

Основные принципы BIFS заимствованы из языка VRML (Virtual Reality Modelling Language — язык моделирования виртуальной реальности), разработанного для создания 3D графики. Это широко распространенный и в значительной степени бесплатный язык программирования, точнее, эффективный 3D формат обмена, как бы объемный аналог НТМL. Дело в том, что некоторые виды информации лучше воспринимаются в объемном виде — игры, результаты научных исследований, архитектурные решения. VRML обеспечивает интеграцию трехмерных, двумерных, текстовых и мультимедийных объектов в связную модель. Он оперирует объектами, каждый из которых имеет различные аттрибуты. Объект называется узлом, а аттрибуты — полями. Число полей зависит от типа узла. Полный перечень узлов и полей известен как граф (разветвленная древообразная структура). VRML включает большинство используемых в 3D приложениях средств: иерархические трансформации, источники света, выбор точки взгляда, анимацию, свойства материала, отображение текстуры и т.д.

Язык BIFS позаимствовал у VRML структуру описания сцены в виде графа, модели поведения, графические примитивы для построения 3D-изображений: конусы, сферы, сетки, текстовые примитивы, текстурирование и подсветку (всего их 36). В то же время BIFS имеет существенные отличия от VRML, в него внесены новые решения:

1) VRML — язык высокого уровня, BIFS — двоичный, благодаря этому объем сообщений в нем в 10-15 раз меньше, чем в VRML; хотя объем описаний сцены обычно меньше, чем аудиовизуальной информации, эти описания передаются непрерывно и могут в результате составить заметную часть передаваемых данных, поэтому сжатие потоков BIFS достаточно актуально;

2) VRML работает с файлами, предварительно загружаемыми в процессор, а BIFS предназначен в первую очередь для потоковой передачи в реальном времени;

3) BIFS позволяет работать как с 2D, так и с 3D объектами, осуществлять масштабирование, перемещение, вращение, более того, впервые решена задача представления в одной сцене и 2D, и 3D объектов.

 

Доставка потоков данных

Полученные в результате кодирования элементарные потоки необходимо доставить к декодеру. Для этого МРЕG-4 предлагает двухуровневый механизм мультиплексирования, показанный на рисунке 3.1. Элементарные потоки поступают на мультиплексирование, пройдя уровень синхронизации SL (Sync Layer), где в заголовки пакетированных элементарных потоков (PES) вводятся временные метки.

 

Рисунок 3.1 - Двухуровневый механизм мультиплексирования цифрового потока в стандарте МРЕG-4

 

Первый уровень, названный FlехМuх, играет вспомогательную роль в мультиплексировании, он объединяет низкоскоростные потоки с одинаковыми требованиями к качеству передачи, чтобы уменьшить их число в сложных сценах и сократить время передачи. Использование FlехМuх не является обязательным, и он может быть пустым, если следующий уровень обеспечивает все необходимые функции. FlехМuх не имеет собственных средств защиты от ошибок.

Второй уровень, TransMuх (Тrаnspоrt Мultiрlеxing), предлагает транспортные услуги по передаче потоков с заданным качеством обслуживания. Условия передачи предполагают необходимую пропускную способность, допустимый уровень ошибок, максимальное время задержки, приоритет и т.д. TransMuх не является транспортным протоколом как таковым, он представляет собой скорее интерфейс между кодером МРЕG-4 и стандартным транспортным протоколом. В качестве такового могут использоваться протокольные стеки RТР/UDP/IР, ААL5/АТМ, транспортный поток МРЕG-2.

Взаимодействие с транспортной средой управляется протоколом DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework — мультимедийная интегрированная система доставки). DМIF, как его определяет стандарт, — сеансовый протокол для управления потоковой передачей в произвольных средах. После запуска он устанавливает соединение с удаленным абонентом, выбирает подлежащие передаче потоки и посылает запрос на их передачу. Порт DMIF посылает отметки к тем точкам, откуда будут передаваться потоки, и устанавливает соединение. Функции DMIF по связи с транспортными протоколами реализуются через интерфейс DAI (DMIF Аррliсаtiоn Interface), который получает PES от уровня синхронизации и переводит запросы DMIF в команды, воспринимаемые конкретным протоколом. Команды для разных протоколов могут быть различными.

На приемном конце индивидуальные ES выделяются из пришедшего

Рисунок 3.2 - Структура терминала МРЕG-4

 

транспортного потока путем демультиплексирования (рисунок 3.2).

На этом этапе DMIF не отвечает за работу транспортного протокола, он подключается только при наличии потоков FlехМuх. Выделенные после демультиплексирования пакеты PES обрабатываются с целью извлечения из них информации о синхронизации. Эта информация переносится в заголовках пакетов, генерируемых на уровне синхронизации.

Во второй версии стандарта введены два дополнительных механизма, облегчающие транспортировку и опознавание элементарных потоков. Первый предназначен для организации передачи файлов и имеет вид специального файлового формата представления контента с расширением.mp4. Он содержит большой объем описательной информации, позволяющей передавать файлы с помощью любых протоколов, редактировать их содержимое и воспроизводить его на разных терминалах. В основу положен популярный формат Quick Time.

Второй механизм — интерфейс программных приложений МРЕG-4 с кодами известного языка программирования Jаvа — призван облегчить интеграцию Jаvа-приложений в структуру МРЕG-4. Он будет принимать ЭП Jаvа-приложений, обрабатывать их и направлять к соответствующим компонентам МРЕG-4 плейера. Усовершенствование протокола DMIF во второй версии стандарта касается введения возможности работы с мобильными средствами связи, обеспечения более широкого класса параметров качества обслуживания (Q₀S),

Второй механизм — интерфейс программных приложений МРЕG-4 с кодами известного языка программирования Jаvа — призван облегчить интеграцию Jаvа-приложений в структуру МРЕG-4. Он будет принимать ЭП Jаvа-приложений, обрабатывать их и направлять к соответствующим компонентам МРЕG-4 плейера.

Усовершенствование протокола DMIF во второй версии стандарта касается введения возможности работы с мобильными средствами связи, обеспечения более широкого класса параметров качества обслуживания (Q₀S), поддержания сеансовой работы одновременно с несколькими сетевыми провайдерами, имеющими собственные порты, и т.д.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.

2. ГОСТ 23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения.

3. ГОСТ 23872-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик.

4. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполосные излучения радиопередатчиков гражданского применения. — М.: ГКРЧ, 2002.

5. ГОСТ 14663-83. Устройства приемные магистральной радиосвязи гектометрового-декаметрового диапазона волн. Основные параметры, технические требования и методы измерений.

6. Хэйл У.К.Присвоение частот. Теория и приложения // ТИИЭР. — 1980. — Т. 68, № 12. — С. 55-76.

7. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник / М.Г. Локшин, А.А. Шур, А.В. Кокорев. — М.: Радио и связь, 1988.

8. Рекомендации МСЭ-Р. Серия М, части 1-5. Подвижные службы и службы радиоопределения. — Женева, 1997.

9. Носов В.И., Фадеева Н.Е., Минеева Т.В., Ахтырский В.Н.Новый подход к планированию сети телевизионного и звукового вещания. // Электросвязь. — 1989. — № 9. — С. 18-21.

10. Буга Н.Н., Конторович В.Я., Носов В.И.Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1993.

11. Носов В.И., Ахтырский В.Н., Воинцев Г.А., Кокорев А.В., Краснощеков Р.А.Использование ЭВМ для расчета числа частотных каналов сети ТВ вещания // Электросвязь. — 1985. — № 7. — С. 43-46.

12. Technical basis for T-DAB services network planning and compatibility with existing broadcasting services. EBU, BPN003, Third Issue, 2003.

13. Technical basis for planning of terrestrial digital sound broadcasting in the VHF band (Question ITU -R-107/10). Draft new recommendation ITU - RBS (Doc. 6/378). 2003.

14. Гласман К.Методы передачи данных в цифровом телевидении. Ч.3. Стандарт цифрового наземного телевидения DVB-T // 625. ТВ информационно-технический журнал. 1999. — № 9. — С. 72-85.

15. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. Под редакцией М.А.Быховского. – М.: Эко-Трендз, 2006

 

 

ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЕТ СЕТЕЙ

ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО

ВЕЩАНИЯ.

СТАНДАРТЫ КОДИРОВАНИЯ.

г. Хабаровск

2010г.

 

Ананьин А.В., Селезнев Ю.А. Построение и расчет сетей цифрового телевизионного вещания. Учебное пособие для системы курсов повышения квалификации специалистов по построению и эксплуатации цифровых телевизионных сетей. – Хабаровск: ХИИК ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2010г.

 

Излагаются вопросы построения многочастотных и одночастотных сетей телевизионного радиовещания, методики расчетов зоны обслуживания передатчиков в одночастотных и многочастотных сетях, координационных расстояний и мощностей передатчиков, оценка качества передачи в зависимости от выбранных параметров сети, стандарты кодирования цифрового телевизионного вещания MPEG-4 и DVB-T. Предназначено для слушателей курсов повышения квалификации специалистов с инженерной или технической подготовкой.

Утверждено и рекомендовано к изданию

Ученым советом ХИИК, 2010г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

 

1.Расчет сетей телевизионного вещания…………………………….4

1.1.Определение радиуса зоны обслуживания…………………. 4

1.2.Определение необходимой мощности излучения

передатчика……………………………………………………...10

2.Типы сетей наземного цифрового телевизионного вещания…... 11

2.1.Многочастотные сети телевещания………………………….. 11

2.2.Одночастотные сети телевещания……………………………..12

2.3.Оценка качества передачи в цифровых сетях телевещания… 13

2.4.Преиущества использования одночастотных сетей…………. 15

2.5.Синхронизация передатчиков в одночастотных сетях………. 17

3.Стандарт кодирования MPEG-4…………………………………… 18

3.1.Предпосылки создания стандарта………………………………18

3.2.Описание сцены………………………………………………….19

3.3.Доставка потока данных………………………………………...20

3.4.Кодирование визуальных объектов…………………………….21

3.5.Профили и уровни MPEG-4…………………………………......23

3.6.Перспективы применения MPEG-4…………………………......35

4.Стандарт наземного телевещания DVB-T………………………….37

4.1.Обработка данных и сигналов в системе DVB-T………………42

4.2.Модуляция OFDM и преобразование Фурье………………...…51

4.3.Формирование данных и структура сигналов………………….56

4.4.Параметры системы DVB-T……………………………………..59

Литература………………………………………………………………62

 

РАСЧЕТ СЕТЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

Под зоной обслуживания передающей станции понимается площадь, в пределах которой обеспечивается качественный прием сигналов программ телевизионного вещания.