Odbiorniki telewizyjne
Dekodery telewizyjne
Nadawanie sygnału cyfrowego telewizji
Skrót DVB (ang. Digital Video Broadcasting) oznacza nadawanie telewizji sygnałem cyfrowym. Opublikowane standardy i specyfikacje DVB są zarządzane i udostępniane przez ETSI (ang. European Telecommunications Standards Institute) za pośrednictwem internetu.
Ze względu na sposób nadawania tego sygnału (np. modulację i częstotliwość) wyróżnia się trzy metody nadawania:
DVB‑T (ang. Digital Video Broadcasting – Terrestrial) i DVB‑T (ang. Digital Video Broadcasting – Terrestrial Second Generation); standardy telewizji naziemnej, w których do kompresji audio/wideo wykorzystuje się standardy MPEG‑2, MPEG‑4 (H.264) dla DVB‑T oraz dodatkowo MPEG‑H (H265/HEVC) dla nowszego standardu DVB‑T2 (dwa razy lepsze wykorzystanie pasma radiowego);
DVB‑S (ang. Digital Video Broadcasting – Satellite) i DVB‑S2 (ang. Digital Video Broadcasting – Satellite – Second Generation); standardy telewizji cyfrowej nadawanej przez satelity; nowszy standard DVB‑S w porównaniu do poprzedniej wersji umożliwia m.in. odbiór programów w wysokiej rozdzielczości z zastosowaniem kompresji H.265/HEVC;
DVB‑C (ang. Digital Video Broadcasting – Cable) i DVB‑C (ang. Digital Video Broadcasting – Cable Second Generation); standardy telewizji cyfrowej nadawanej w sieciach kablowych; standard DVB‑C oferuje jeden strumień transmisji danych, natomiast nowszy DVB‑C to transmisja wielostrumieniowa, co powoduje zwiększenie pojemności pasma od 30 do 60%.
Podstawowa wersja DVB charakteryzuje się jakością obrazu porównywalną z DVD (, rozdzielczość pionowa, liczba poziomych linii na obrazie), dodatkowo umożliwia ona odbiór interaktywny (np. włączanie napisów lub przełączanie ścieżek audio). Obraz i dźwięk przesyłane są w systemie MPEG‑2 oraz istnieje możliwość kompresji obrazu w standardzie MPEG‑4 (H.264).
Warstwa kodowania umożliwia dostosowanie sygnału z informacją binarną do postaci umożliwiającej przesyłanie w danym medium (przetwarzanie i przesyłanie danych pochodzących z różnych źródeł, koder programu).
Warstwa multipleksacji to utworzony wspólny strumień transportowy TS (ang. Transport Stream), multipleks, czyli kombinacja kilku lub kilkunastu programów oraz usług dodatkowych, które mają postać pakietów (identyfikowalne pakiety przesyłane sekwencyjnie, po zakodowaniu w formacie MPEG (ang. Moving Picture Experts Group).
Warstwa transmisyjna wykorzystuje poszczególne wyznaczone modulacje do przesyłania tych samych usług w różnych systemach sieciowych, szerokopasmowych, również o zasięgu globalnym.
DVB‑T / DVB‑T2
Naziemna telewizja cyfrowa związana jest z rozsyłaniem cyfrowych sygnałów radia, telewizji i danych w atmosferze przez anteny związane z ziemią. Standard ten zastąpił tradycyjną telewizję analogową. Przejście na nadawanie cyfrowe pozwala na poprawę jakości obrazu i dźwięku, ponadto umożliwia efektywniejsze wykorzystanie częstotliwości i nadawanie większej ilości programów.
Częstotliwości transmisyjne stosowane w naziemnej telewizji cyfrowej DVB‑T (ang. Digital Video Broadcasting – Terrestrial) w przypadku Polski określone są w ośmiu niezależnych multipleksach:
sześć nadawanych w zakresie częstotliwości ,
jeden nadawany w zakresie ,
jeden w zakresie .
Dla systemu DVB‑T na jednym kanale jest przesyłany w jednym strumieniu danych tzw. multipleks. Wszystkie dane, które są przesyłane w tym jednym kanale, zawierają kilka programów telewizyjnych. W przyjętym w Polsce systemie kodowania w jednym multipleksie mieści się do programów telewizyjnych ze standardową jakością oraz do trzech programów telewizyjnych z wysoką rozdzielczością.
W odróżnieniu od standardu DVB‑T, w którym wykorzystuje się MPEG‑4 (H.264), w DVB‑T2 stosuje się kodowanie H.265 określane jako HEVC (ang. High Efficiency Video Coding). Nowszy standard zapewnia efektywniejsze wykorzystanie pasma częstotliwości, wymaga mniejszej przepływności bitowej, zachowując minimum tę samą jakość obrazu. Kodowanie HEVC pozwala również na efektywne przesyłanie sygnału wideo w rozdzielczości Ultra HD i 8K.
Tabela 3. Porównanie najważniejszych parametrów standardu DVB‑T i DVB‑T2
Standard transmisji | DVB‑T | DVB‑T2 |
Sposób kodowania | splotowe + RS | LPDC + BHC |
Sprawność kodowa (FEC) | 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 | 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 |
Rodzaje modulacji | QPSK, 16QAM, 64QAM | QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM |
Przedziały ochronne | 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 | 1/4, 19/256, 1/8, 19/128, 1/16, 1/32, 1/128 |
Liczba podnośnych (FFT) | 2k, 8k | 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k |
Piloty rozproszone | 8% całości | 1%, 2%, 4%, 8% całości |
Piloty ciągłe | 2,6% całości | 0,35% całości |
O jakości odbioru sygnału radiowo‑telewizyjnego decyduje przede wszystkim obwód antenowy. W jego skład wchodzi kilka elementów.
Anteny telewizyjne DVB‑T (rys. ), które wybiera się według wymaganej klasy zysku energetycznego i kierunkowości. Kierunkowość może być różna dla płaszczyzn poziomej i pionowej. Ze względu na szerokość pasma anteny dzieli się na anteny kanałowe, anteny wielokanałowe, anteny pasmowe i anteny wielopasmowe. Przy wyborze anteny należy uwzględnić czynniki związane z natężeniem pola elektromagnetycznego w miejscu odbioru. Są to:
moc nadajników oraz charakterystyka anten nadawczych,
wysokość posadowienia anten nadawczych,
ukształtowanie terenu oraz rodzaj zabudowy między nadajnikiem i anteną odbiorczą.
Tabela 4. Dane techniczne
Rodzaj anteny | Telewizyjna DVB‑T/T2, Radiowa DAB | |
Nazwa | DIPOL‑4/5‑12 | |
Producent | DIPOL | |
Typ anteny RTV | Kierunkowa | |
Informacje ogólne | ||
Ilość elementów | szt. | |
Wymiary | mm | |
Masa | kg | |
Parametry techniczne | ||
Impedancja | omega | |
Symetryzator | ||
Pasmo | VHF | |
Zakres częstotliwości | MHz | |
Kanały | ||
Zysk max. | dBI | |
Współczynnik fali stojącej | ||
Polaryzacja | H/V | |
VHF | ||
Polaryzacja VHF | H/V | |
Wzmacniacz | ||
Max. średnica masztu/rury | mm |
Zwrotnice (rys. ) stosowane są w instalacjach, w których należy podłączyć co najmniej dwie anteny, przy dużych odległościach anten odbiorczych od siebie (tych, które podłączamy do zwrotnicy). Dodatkowo zwrotnice antenowe wykorzystuje się, gdy wzmacniacz antenowy ma tylko jedno wejście. Jest to rozwiązanie stosowane przy dużych odległościach pomiędzy anteną nadawczą a odbiorczą.
Wzmacniacz antenowy (rys. ) używany jest do kompensowania poziomu sygnału traconego w wyniku tłumienności toru. Służy również do podniesienia poziomu sygnału antenowego przy zbyt małym natężeniu pola elektromagnetycznego.
Rozgałęźniki antenowe (rys. ) stosowane do rozdzielania sygnału z jednego wejścia na wiele wyjść z małymi stratami. Sygnał po rozdzieleniu jest przekazywany do kilku przewodów, do których mogą być podłączone antenowe gniazda abonenckie.
Gniazdo końcowe RTV‑SAT (rys. ), które dokonuje filtracji sygnałów na trzy tory: radio, DVB‑T/T2, TV‑SAT. W domach jednorodzinnych gniazda mogą łączyć funkcje DVB‑T/t2 i TV SAT.
Zabezpieczenie przepięciowe (rys. ) chroniące instalację przed niebezpieczeństwem pojawienia się dużych napięć w wyniku zjawisk atmosferycznych.
Złącza, kabel koncentryczny, tłumiki
W zależności od ilości odbiorników oraz odległości między nimi instalacja DVB‑T/T może mieć różną strukturę i wykorzystywać inne podzespoły. Na rys. przedstawiono przykładową instalację DVB‑T/T. Wykorzystano w nie dwa odbiorniki telewizyjne z fabrycznie wbudowanymi tunerami umożliwiającymi odbiór sygnału DVB‑T/T. W związku z tym mogą być bezpośrednio wpięte do instalacji antenowej. Dwa pozostałe telewizory są wyposażone w gniazdo HDMI, lecz nie posiadają tunera DVB‑T/T. Zostały więc wyposażone w zewnętrzny tuner DVB‑T/T i podpięty za pomocą kabla HDMI. Odbiornik cyfrowy DVB‑T powinien umożliwiać automatyczne wyszukiwanie programów w całym zakresie częstotliwości oraz dostosowywanie się do parametrów nadawanych sygnałów. Ponadto odbiornik może zapewniać również inne funkcje, jak odbiór programów telewizyjnych i radiofonicznych niekodowanych, wybór napisów oraz teletekst, praca przy formatach obrazów i , kontrola rodzicielska do wybranych programów. Na rys. przedstawiono przykładowy tuner DVB‑T.
Parametry i wymagania dla odbiornika DVB‑T zostały opisane europejską normą ETSI TS
Przykładowe cechy tunera:
pełna kompatybilność ze standardami MPEG4, MPEG2 oraz DVB‑T,
możliwość dekodowania płatnych telewizji za pomocą modułu CAM,
obsługa pasma i ,
wielojęzykowe menu,
pamięć 1000 programów,
oddzielne listy kanałów ulubionych, telewizyjnych i radiowych,
automatyczne lub ręczne wyszukiwanie dostępnych kanałów TV i radio,
wyjście HDMI (ang. High‑Definition Multimedia Interface) z obsługą HDCP (ang. High‑bandwidth Digital Content Protection), czyli technologii umożliwiającej kontrolę przesyłania cyfrowego dźwięku i obrazu,
cyfrowe optyczne wyjście dźwięku S/PDIF,
system automatycznej konwersji PAL‑NTSC‑SECAM,
obsługa teletekstu i napisów ekranowych,
Elektroniczny Przewodnik Programów (EPG).
Budowa odbiornika
Odbiornik składa się z:
układu wejściowego oraz przetwornika analogowo‑cyfrowego (ADC),
układu synchronizacji na podstawie sygnału pilota oraz sygnału TPS (ang. Transmission Parameters Signalling),
przetwornika układu zmiennego,
demodulatora OFDM,
demultiplekserów strumienia programowego i transportowego na rozdzielone cyfrowe sygnały audio/wideo oraz danych,
dekodera (MPEG- lub MPEG-).
Opis elementów schematu:
BER (ang. Bit Error Rate) – współczynnik liczby błędów
Post Viterbi BER – liczba błędów po korekcji BER
RU – licznik błędów, błędy nieskorygowane przez układ korekcji Reed‑Solomona
Głowica odbiorcza – zadaniem głowicy jest odbiór (odnalezienie i dostrojenie się) sygnałów RF (ang. Radio Frequency) i demodulacja OFDM, oprócz odpowiednio regulowanych obwodów wejściowych układ ten posiada również wzmacniacz sygnałów, głowica odbiorcza zwana jest również tunerem RF
Przetwornik A/C – zadanie przetwornika to odpowiednia zamiana sygnału ciągłego analogowego na postać cyfrową
Dekoder z automatycznym przeszukiwaniem – odpowiedni sygnał cyfrowy trafia do ostatniego elementu toru odbiorczego, którym jest dekoder; jego zadanie polega na określeniu przesyłanej kombinacji bitów (odzyskanie danych cyfrowych „ukrytych” w zmodulowanym wcześniej sygnale) lub w przypadku błędów (przekłamań) w odbieranym strumieniu, wprowadzenie odpowiednich procedur korekcyjnych (o ile to jest możliwe); układy te mogą również występować jako zintegrowane z blokami korekcji błędów (korekcja Viterbi i Reed‑Solomona), zwane są wówczas modulatorami
Korekcja Viterbi – obwód korekcyjny błędów według algorytmu Viterbiego (ang. Code Rate)
Korekcja Reed‑Solomona – układ korekcji błędów według kodów korekcji Reed‑Solomona (ang. Reed‑Solomon error correction)
Zalety telewizji DVB‑T:
możliwość zwiększenia ilości odbieranych programów telewizyjnych,
lepszą jakość odbieranych sygnałów,
umożliwia całkowite zasilanie dużego obszaru w programy telewizyjne przez połączenie wielu nadajników telewizyjnych rozmieszczonych w różnych miejscach,
na obrazie nie są już widoczne wielkoczęstotliwościowe odbicia,
zwiększenia zasięgu i w celu zapewnienia możliwie najprostszego odbioru.
Wady telewizji DVB‑T:
jakość obrazu jest gorsza niż w przypadku cyfrowej telewizji satelitarnej,
mniejsza ilość kanałów niż w telewizji satelitarnej czy kablowej,
opóźnienie sygnału wynoszące od około do sekund wynikające z kodowania sygnału przy nadajniku i dekodowania przy odbiorniku
DVB‑S/DVB‑S2
Transmisja satelitarna funkcjonuje równolegle do naziemnego przesyłania sygnałów DVB‑T. Przesyłanie sygnału w sposób satelitarny ma swoją zaletę, ponieważ umożliwia podczas przesyłania programów telewizyjnych pokrycia sygnałem ogromnych obszarów za pomocą jednego nadajnika. Ogranicza to w wielu miejscach koszty przesyłania w stosunku do transmisji naziemnej. Ponadto dzięki zastosowaniu multiswitcha sygnał satelitarny może być doprowadzony z jednej anteny do wielu odbiorników telewizyjnych. Do odbioru satelitarnego przeznaczony jest zakres częstotliwości 3–30 GHz. Duża szerokość pasma umożliwia uzyskanie dużej liczby kanałów transmisyjnych. Obecnie telewizja satelitarna opiera się wyłącznie na technice cyfrowej DVB‑S.
Opis elementów występujących na schemacie:
BER (ang. Bit Error Rate) – współczynnik liczby błędów
Post Viterbi BER (ang. Viterbi Bit Rrror Rate – VBER) – liczba błędów po korekcji BER
RU – licznik błędów, błędy nieskorygowane przez układ korekcji Reed‑Solomona
Głowica odbiorcza – zadaniem głowicy jest odbiór (odnalezienie i dostrojenie się) sygnałów RF (ang. Radio Frequency) i demodulacja QPSK, głowica odbiorcza zwana jest również tunerem RF
Przetwornik A/C – zadanie przetwornika to odpowiednia zamiana sygnału ciągłego analogowego na postać cyfrową
Korekcja Viterbi – obwód korekcyjny błędów według algorytmu Viterbiego (ang. Code Rate)
Korekcja Reed Solomona – układ korekcji błędów według kodów korekcji Reed‑Solomona (ang. Reed‑Solomon error correction)
Instalacja satelitarna musi zawierać właściwie dobrane elementy, aby nie występowały zakłócenia. Zasadniczo odbiorcza instalacja telewizyjna może być podzielona na trzy grupy.
A. Odbiorcza antena satelitarna (antena paraboliczna, rys. ) jest pierwszym elementem warunkującym jakość otrzymywanego obrazu telewizyjnego. O jakości otrzymywanego obrazu oraz optymalnym funkcjonowaniu decyduje wielkość reflektora anteny, jej ognisko i ukształtowanie promiennika w konwerterze. Przy antenach parabolicznych promiennik konwertera umieszcza się w ognisku anteny. Każda antena satelitarna musi być dokładnie ukierunkowana na satelitę. Wymagane jest ustawienie kąta wzniesienia (elewacja) i w płaszczyźnie poziomej (azymut).
Innym rozwiązaniem jest zastosowanie anteny offsetowej (tzw. podświetlonej), która posiada asymetryczną, owalną powierzchnię niezasłoniętą przez konwerter, wspornik i promiennik. Punkt skupienia sygnału jest przesunięty w tej konstrukcji od geometrycznego środka reflektora parabolicznego o kąt .
B. Jednostka zewnętrzna (konwerter, rys. ), która służy do przetworzenia energii z ogniska anteny parabolicznej w sygnał elektryczny, jego wzmocnienia i przemiany na częstotliwość pośrednią. Konwerter zbudowany jest z promiennika (służy do zbierania energii skupianej w ognisku anteny odbiorczej i do przekształcania jej w falę), przełącznika polaryzacyjnego i właściwego konwertera (służy do przemiany częstotliwości mikrofalowych na pośrednią częstotliwość satelitarną oraz wzmacnia i przełącza sygnały).
C. Jednostka wewnętrzna (tuner satelitarny) ma za zadanie, aby z doprowadzonego sygnału pośredniej częstotliwości z konwertera wybrać kanał i spowodować niezbędną selekcję oraz wzmocnienie i zdemodulowanie sygnału satelitarnego. W ten sposób otrzymuje się sygnały audio i wideo, które mogą być doprowadzane bezpośrednio do odbiornika TV. Na rys. przedstawiono schemat blokowy odbiornika satelitarnego.
Opis najważniejszych elementów występujących na schemacie blokowym odbiornika:
Układ wejściowy (tuner wejściowy) – w skład tego układu wchodzą: głowica, demodulator QPSK oraz korekcja błędów; główne zadanie tej części to demodulacja sygnału oraz przeprowadzenie korekty błędów
Demultiplekser – z układu wejściowego dane trafią do demultipleksera strumienia transportowego, którego zadaniem jest rozdzielenie poszczególnych kanałów/programów, sygnałów wizji i fonii oraz sygnałów sterujących
Dekoder audio – przetwarza sygnał audio (demodulacja) do postaci analogowej przy użyciu konwertera C/A i następnie przekazuje sygnał do wyjść audio oraz do modulatora UHF
Dekoder MPEG – przetwarza wszystkie sygnały dotyczące obrazu odebrane z demultipleksera, a następnie przekazuje je do procesora wizyjnego
Procesor wizyjny – odtwarza wszystkie sygnały, np. CVBS, S‑VHS, RGB, które następnie przekazywane są do odpowiednich wyjść urządzenia
Procesor – układ odpowiedzialny za obsługę i przetwarzanie wszystkich głównych procesów odbiornika
Dla instalacji satelitarnych ważnym urządzeniem jest multiswitch satelitarny. Jest to podzespół, który z odpowiednim konwerterem umożliwia przesyłanie sygnału z jednej anteny do wielu odbiorników telewizyjnych. Możliwe jest również rozprowadzanie sygnału z dwóch niezależnych anten do poszczególnych odbiorców. Zastosowanie multiswitcha pozwala na wybór sygnałów niezależnie dla każdego odbiornika. Schemat instalacji z zastosowaniem multiswitcha przedstawia rys. .
DVB‑C/DVB‑C2
Standard DVB‑C (ang. Digital Video Broadcasting - Cable) telewizji cyfrowej jest przeznaczony do przesyłu sygnałów w sieciach kablowych. Wiadomo, że stosowany obecnie cyfrowy sposób przesyłania obrazu i dźwięku umożliwia kompresję znacznie większej liczby programów telewizyjnych i radiowych niż dla analogowych linii kablowych. Ponadto uzyskuje znacznie lepszą jakość obrazu i dźwięku oraz mniejszy wpływ zakłóceń. Dodatkowo w sygnale cyfrowym mogą być umieszczone rozszerzone informacje zawierające m.in. ścieżki dźwiękowe w różnych wersjach językowych, informacje o programach czy usługi internetowe.
Opis elementów występujących na schemacie:
BER (ang. Bit Error Rate) – współczynnik liczby błędów
RU – licznik błędów, błędy nieskorygowane przez układ korekcji Reed‑Solomona
Głowica odbiorcza – zadaniem głowicy jest odbiór (odnalezienie i dostrojenie się) sygnałów RF (ang. Radio Frequency) i demodulacja QAM, głowica odbiorcza zwana jest również tunerem RF
Przetwornik A/C – zadanie przetwornika to odpowiednia zamiana sygnału ciągłego analogowego na postać cyfrową
Korektor adaptacyjny – zintegrowany układ korekcji błędów, dla modulacji QAM (w porównaniu do poprzednich układów) korekcja Viterbi nie jest stosowana ze względu na to, że sygnał telewizji kablowej z założenia ma bardzo mały poziom zakłóceń i szumów w sieci
Korekcja Reed‑Solomona – układ korekcji błędów według kodów korekcji Reed‑Solomona (ang. Reed‑Solomon error correction)
Tuner DVB‑C przeznaczony jest do odbioru transmisji audio‑video w sieciach kablowych (potocznie kablówki). Standard ten rozwija się coraz bardziej. Obecnie stosowane urządzenia mogą umożliwiać odbiór tylko w standardzie DVB‑C lub obsługują wszystkie standardy – DVB‑T, DVB‑S oraz DVB‑C. Przykład takiego tunera przedstawiono na rys. .
Odbiornik telewizyjny
Na rysunku powyżej przedstawiono podstawowe podzespoły składowe odbiornika telewizyjnego LCD (ang. Liquid Crystal Display) zdolnego do odbioru telewizji naziemnej i kablowej. Wyposażony jest on w dekoder/tuner DVB‑T i DVB‑C, wszystkie te rozwiązania reprezentuje blok opisany jako „Tuner”.
Grafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”Grafika interaktywna pt. „Budowa funkcjonalna urządzeń elektronicznych”
Wróć do spisu treściWróć do spisu treści
Powrót do materiału głównegoPowrót do materiału głównego