11

ПОСТРОЕНИЕ АППАРАТУРЫ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

11.1. Типовая конфигурация сети цифрового вещания

В предыдущих главах мы рассмотрели отдельные аспекты формирования и обработки цифровых вещательных сигналов — сжатие видео- и звуко- данных, ввод дополнитель- ных данных пользователя в цифровой поток, организацию условного доступа, построе- ние интерактивных систем. В данной главе мы обратимся к практической реализации систем цифрового вещания и попытаемся дать читателю представление о построении отдельных устройств — кодеров, мультиплексоров, приемников, объединении их в аппаратурные комплексы, взаимодействии между собой в составе комплексов и прин- ципах организации эксплуатации передающих центров и сетей цифрового вещания.

На рис. 11.1 в качестве примера приведена обобщенная конфигурация сети цифрово- го вещания (для определенности спутникового), включающая все упомянутые виды взаимодействия. Основные элементы сети комплекс подготовки программ (студии, аппаратные видеозаписи, аппаратные выпуска программ), передающий центр, средства передачи (в данном случае — стволы спутникового ретранслятора), приемная сеть, каналы взаимодействия интерактивной сети, технические средства провайдера интерак- тивных услуг, оборудование условного доступа.

Подготовленные ТВ программы (процесс подготовки в данной книге не рассматрива- ется) в формате SDI поступают на вход аппаратуры цифровой компрессии, обеспечива- ющей сжатие информации и формирование цифровых транспортных потоков. Это важ- нейший комплекс сети цифрового вещания, от устойчивой работы которого в значительной степени зависят качество и надежность работы всей сети. Видеоданные поступают на вход видеокодера, звукоданные — на вход звукового кодера сжатия. В большинстве конструкций звуковой кодер является составной частью видеокодера, хотя имеются технические решения и с отдельным звуковым кодером. Для повышения на- дежности кодеры сжатия обеспечиваются «горячим» резервом с автоматическим пере- ключением на резервный комплект. Обычно предусматривается один, реже два резерв- ных кодера на комплект из 6...8 рабочих, обеспечивающих работу в стволе спутникового ретранслятора. Переключение входного сигнала производится с помощью быстродей-

ствующего матричного переключателя, который по команде управляющего компьютера изменяет свою конфигурацию таким образом, что цифровой сигнал отказавшего кодера поступает в резервный, на котором автоматически задаются необходимые начальные установки скорость потока, параметры ГВК, разрешающая способность и т.д. Каж- дый кодер, как правило, имеет два равноценных выхода сжатого сигнала в формате ПЭП, которые подсоединяются к входам основного и резервного мультиплексоров.

Звукоданные могут поступать на аппаратуру цифровой компрессии как в виде от- дельных цифровых потоков AES/EBU, так и внедренными в соответствующий SDI поток видеоданных. В последнем варианте значительно упрощается резервирование достаточно иметь один матричный переключатель, а не два раздельных для SDI видео и AES/EBU звука, как в случае раздельной подачи. При встраивании звука уменьшается также вероятность потери звука или изображения или их несоответствия из-за неверного срабатывания переключателей. Ценой таких упрощений является необ- ходимость применения устройств ввода внедренного звука на входе соединительной линии и устройств вывода после матричного переключателя.

Выбор способа передачи звука связан еще с одним аспектом построения сети выбором места расположения аппаратуры цифровой компрессии. Современные веща- тельные комплексы, как правило, располагаются в нескольких пространственно разне- сенных зданиях, в частности, комплекс подготовки программ и передающий центр (осо- бенно в системах спутникового вещания) могут быть разнесены на многие десятки километров. Компрессия занимает некоторое промежуточное положение между подго- товкой программ и их передачей, поэтому аппаратура компрессии может быть с успехом размещена и в комплексе подготовки программ, и в передающем центре. Мировая прак- тика подсказывает примерно равное число случаев того и другого размещения. При большом расстоянии до передающего центра размещение аппаратуры компрессии в со- ставе комплекса подготовки программ более экономично, так как передавать по линиям связи в этом случае придется не исходные ТВ программы, а сжатые в несколько раз цифровые потоки. Если же аппаратура компрессии размещена на передающем центре, то передача внедренного звука, безусловно, будет более экономичным решением, чем раздельная передача видео- и звукоданных.

Итак, сжатые сигналы поступили на вход мультиплексора. Здесь формируется сум- марный транспортный поток, в который, кроме звуковых и видеосигналов, включаются также PSI/SI таблицы, сообщения системы условного доступа ECM и EMM, сигналы ЭПП, дополнительные данные пользователя, сигналы прямого канала взаимодействия интерактивной системы и др. В непосредственной близости от мультиплексора должны находиться ECM генератор и EMM инжектор. Система управления подпиской (SMS) и система авторизации абонентов (SAS) могут находиться на любом расстоянии от EMM инжектора, так как их информация передается по любым наземным каналам с низкой скоростью и не засекречивается.

В седьмой главе мы рассказывали, что данные пользователя обычно поступают в формате IP и переводятся в формат транспортного потока (чаще всего DVB-ASI) в инкапсуляторе. Последний может размещаться вблизи мультиплексора или связывать- ся с мультиплексором соединительной линией, допускающей прохождение сигналов в формате ASI (150...250 м для коаксиального кабеля или 20...40 км для оптической линии). Обратные каналы от абонентов замыкаются на провайдера интерактивных ус- луг, которым может быть как компания-вещатель, так и другая организация. В частном случае спутникового Интернета это может быть Интернет-провайдер, а инкапсулятор

для ввода информации из Интернета в транспортный поток может находиться как у Интернет-провайдера, так и на передающем центре (рис. 11.1).

Транспортный поток MPEG-2 с выхода мультиплексора поступает на DVB модуля- тор, где осуществляется помехоустойчивое кодирование и модуляция сигнала ПЧ. Где бы ни находилась аппаратура цифровой компрессии, модулятор всегда расположен вблизи передатчика, так как связан с ним радиочастотным интерфейсом, не допускающим уда- ления более чем на несколько десятков метров. Требования надежности диктуют резер- вирование модулятора и передатчика. Возможны несколько способов резервирования, показанных на рис. 11.2. Выбор между схемами рис. 11.2а и 11.26 зависит от построе- ния системы контроля и управления станцией и от надежности переключателей. Схема (б) более экономична, так как содержит только один переключатель. На многостволь- ных станциях иногда в целях экономии применяют резервирование модуляторов и пе- редатчиков по схеме N:l, как показано на рис. 11.2в.

Сигнал, излученный антенной передающего центра в сторону спутника, ретрансли-

В)

Рис. 11.2. Способы резервирования модулятора и других узлов передающего тракта

руется им обратно и принимается антеннами абонентов. После усиления в малошумя- щем конверторе и преобразования на высокую ПЧ сигнал поступает в приемник-деко- дер, который выполняет функции выделения и обработки цифрового сигнала. С выхо- да приемника-декодера аналоговый сигнал в одном из общепринятых форматов цветности PAL, SECAM или NTSI поступает на вход ТВ приемника (по радиоканалу на антенный вход или в виде видеосигнала и тонального сигнала звукового сопровождения — на соответствующие низкочастотные входы). С внедрением полностью цифровых ТВ при- емников функции обработки будут постепенно передаваться от отдельного приемника- декодера к модулю, встроенному в ТВ приемник. Это позволит в дальнейшем исклю- чить аналоговый интерфейс на выходе MPEG декодера и доводить до экрана полное цифровое качество изображения.

Рассмотрим более подробно устройство и функционирование отдельных элементов цифрового тракта.