Malá encyklopedie televizní techniky 4 - digitalizace vysílání

Digitalizaci televizní technologie by bylo možné rozdělit do několika etap. Tak, jak postupuje televizní signál směrem k divákovi, bylo by možné určovat jednotlivé etapy. Výroba, záznam, zpracování (režie), distribuce, vysílání, příjem a následné zobrazení. To všechno je možné převést z analogové na digitální technologii. V dnešní době je již většina těchto etap plně digitalizovaná, a jako jedna z posledních se digitalizuje právě vysílání.

Pojmy jako je: DVB-T (DVB-S, DVB-C), to jsou právě označení pro různé způsoby digitálního vysílání televizního signálu. Úplné dokončení televizní digitalizace bude mít velký význam pro rozšíření možností televizního přenosu. Především technická kvalita signálu na straně diváka se tímto krokem mnohonásobně zvýší.




V čem spočívá rozdíl mezi analogovou a digitální technologií? Digitální technologie obecně používá zcela odlišnou filosofii zpracování informací. V případě analogové technologie se jakákoliv informace přímo „otiskne“ do nějakého druhu nosiče. Jas obrazu se přímo projeví v amplitudě nosné frekvence. Hlasitost zvuku na gramofonové desce přímo souvisí s výchylkou drážky. Podobné souvislosti je možné najít u všech analogových technologií.

V případě digitální technologie je ovšem nosičem informace číslo. Jedná se o jistý druh zakódování informace. Slovo „zakódování“ ovšem v tomto případě nemá význam utajení. Jedná se totiž o zvýšení bezpečnosti přenosu. V zásadě je možné si celou věc představit asi následovně: V případě analogové technologie se televizní obraz vlastně překresluje do přenosového média podobně jako kdyby malíř jednotlivé obrázky maloval podle reálného pohledu např. z okna.



Převod signálu do digitální podoby, Ilustrace: Digitální televize populární průvodce technologií DVB-T, Jiří Bednář, Sdělovací technika 2006

V případě digitální technologie se ale nejedná o překreslení, ale o velmi podrobný popis toho, co malíř oknem vidí. Výsledkem tedy není malba, ale velmi podrobné literární dílo. Jako příklad je možné uvést právě jeden takový obrázek viděný oknem. V prvním případě bude na papíře namalovaný „analogový“ obrázek. V druhém případě bude na papíře velmi podrobný popis jednotlivých detailů viděných oknem. Pokud by si takový pokus doma někdo udělal, pak nejspíš namítne, že ten popis musí být neuvěřitelně podrobný a rozsáhlý, aby dostatečně přesně obsahoval údaje o viděném obrazu.

To je naprosto správný postřeh. Toto je také jeden z důvodů, proč na digitalizaci televizního vysílání došlo až nyní. Určitým zjednodušením celého procesu je to, že celý obraz je rozdělený na jednotlivé obrazové body, a popisuje se obsah jednotlivých bodů! Výsledný obraz je pak tvořený správným umístěním těchto bodů na ploše obrazovky. Poloha jednotlivých bodů je opět určována číselným kódem. Každý bod má svoji adresu, která přesně určuje jeho polohu v obraze.

Zvládnutí zpracování tak obrovského množství údajů potřebuje velmi výkonnou výpočetní a přenosovou techniku. Má to ovšem své nesporné výhody. Každý signálový přenos je totiž zatížený nějakým druhem zkreslení a znehodnocení obsažené informace. Pokud toto zkreslení nasimulujeme u výše uvedeného pokusu zmačkáním papírů na kterých máme oba druhy „přenosu“, pak ten analogový obrázek jednou pro vždy zničíme, a jeho dokonalá rekonstrukce už nikdy nebude možná. V případě toho „digitálního“ popisu nám ovšem bude stačit, pokud bude text dostatečně čitelný. V takovém případě se podaří obnovit všechny detailní informace o viděném obraze. I v případě, že některé slovo nebude čitelné, bude možné většinu obrazu rekonstruovat podle ostatních informací v popisu. Výsledný obraz tak nebude znehodnocený tím, že informace o něm byla „pomačkaná.“ Asi takhle zjednodušeně je možné popsat rozdíl mezi digitální a analogovou technologií.

V reálném případě televizního přenosu se ovšem dostáváme k obrovskému množství přenášených dat. Z tohoto důvodu bylo nutné použít nějaký způsob jejich omezení. Proto se používá kompresní technologie (MPEG), s jejíž pomocí je možné snížit objem nutných informací na pouhý zlomek původní hodnoty. Datový tok klasického televizního vysílání se pohybuje kolem 200Mb (megabitů) za sekundu. Na této datové úrovni se také režijně zpracovává. Před případným záznamem, nebo přenosem na vysílač se pak provádí komprese MPEG. Jeden televizní program je pak z vysílače vysílán datovým tokem 2-6Mb/sec.

Pro takto obrovský kompresní poměr bylo nutné vymyslet velmi sofistikované kompresní metody. V případě digitální televize se používá hned několik kompresních algoritmů současně. Z informací o obrazu se vypouštějí ty, které se opakují. Následně také informace, které nejsou pro rekonstrukci obrazu vůbec potřebné nebo ty, které lidské oko v obraze vůbec nepostřehne.




Skupina po sobě následujících obrázků v MPEG kódování ukazuje možné způsoby predikce. Obrázky I jsou kódovány pouze vnitrosnímkově a nemají vazbu na předcházející nebo následující snímky. Snímky P jsou kódovány ve vztahu k předchozímu I nebo P snímku, snímky B pak k předchozím i následujícím snímkům.

Zatím co analogová technologie přenáší vždy celé obrázky, v případě digitálního vysílání se přenáší celý obrázek vždy jen jednou za čas, mezi těmito úplnými obrázky se přenáší vždy jen informace o rozdílech mezi dvěma po sobě následujícími obrázky. Vzhledem k tomu, že změna obsahu přenášené scény nastává postupně, nedochází k viditelnému zkreslení obrazu.

Pro zvýšení spolehlivosti přenosu se naopak do datového toku přidávají data, která umožňují opravu případného poškození přenášené informace. Poměr množství dat mezi zabezpečovacími, a užitečnými se označuje „FEC“. Forward Error Correction nejčastěji bývá od 1/2 do 5/6. V prvním případě polovina datového toku obsahuje zabezpečovací informace, a polovina nese užitečnou informaci. Jedná se tedy o velmi vysoký stupeň zabezpečení obsahu. Ve druhém případě je pro zabezpečení použita jen 1/6 datového toku. V takovém případě je velká část přenášených dat využita pro užitečný přenos signálu, ovšem v případě rušení signálu, nebo krátkého výpadku, dojde k viditelnému znehodnocení přenášeného signálu.

V případě přenosu zvukového doprovodu se používá podobná kompresní technologie, jako v případě přenosu obrazu. Výsledkem je to, že jeden televizní kanál, který analogově dokázal přenést jen jeden televizní program, zvládne přenést několik programů vysílaných digitálně. Dochází tak ke zvýšení kapacity frekvenčního spektra, a možnosti zvýšit počet vysílaných programů.

Digitalizace televizního vysílání se dnes již projevuje ve všech dostupných platformách. Digitálně se vysílá přes geostacionární družice, v kabelových rozvodech, přes internetový protokol v telefonních linkách, a také z pozemních televizních vysílačů. Právě přechod pozemního televizního vysílání na digitální je dnes nejčastěji diskutovaným tématem. Frekvenční spektrum pro pozemní vysílání je totiž už natolik zaplněné, že není jednoduše možné do něj umístit další kanály pro digitální sítě. Je tedy nutné postupovat po malých krocích, kdy analogové vysílání ustupuje digitálnímu.

Jistým problémem této fáze televizní digitalizace je to, že dnešní televizní přijímače nejsou schopné tento druh televizního vysílání zpracovat. Naprostá většina televizorů v domácnostech pochází ještě z doby před digitalizací, takže tuto technologii neovládají. Z tohoto důvodu je nutné ke každému takovému televizoru přikoupit zařízení, které dokáže zpracovat digitální televizní signál, a umožní jeho zobrazení na běžném televizoru. Takováto zařízení se prodávají pod obecným označením „set-top-box.“

S postupným rozvojem digitálního vysílání bude nutné si zvyknout i na nové problémy s jeho příjmem. Signál pozemní digitální televize se sice šíří prostorem stejně jako signál analogové televize, je ovšem jinak háklivý na projevy některých druhů rušení. Jeho příjem se řídí poněkud odlišnými pravidly, a je jinak náročný na kvalitu a sílu signálu v místě příjmu. Tomuto tématu se ale bude věnovat příští díl seriálu, který naleznete na tomto místě v pondělí 26.listopadu.

Pozn. redakce: Podrobnější informace o kódování signálu a jeho kompresi naleznete v článcích Dušana Líšky Digitální terestriální televize DVB-T: Technické minimum - MPEG 2 a Digitální terestriální televize DVB-T: Technické minimum - COFDM 2.díl.