Porównanie przekazów: analogowy - cyfrowy

Porównanie przekazów:  analogowy - cyfrowy

1.        Trochę techniki

W Polsce telewizja analogowa nadawana jest w standardzie PAL/DK, gdzie PAL jest skrótem od angielskich słów Phase Alternation Line, który zgrubnie mówiąc polega na odwróceniu (o 180 stopni), co drugą linię obrazu.

 Obraz składa się z 625 linii ( poziome linie na ekranie ) i tworzony jest przez  tzw. półobrazy, odświeżane 25 na sekundę. Cały obraz składa się z dwóch półobrazów  z tzw. przeplataniem linii ( ponieważ ludzkie oko prawie nie „wychwytuje” zmian wyższych jak 25Hz - traktuje obraz jakby był zbudowany z jednego obrazu - klatki ), dlatego określamy, że częstotliwość całego obrazu wynosi 50Hz.

W standardzie PAL, przy rozmiarach ekranu 4:3, można wyświetlić obraz  w rozdzielczości 768x576 punktów - pikseli  ( w PAL niektóre linie – z punktu widzenia rozdzielczości nie zawierają informacji o  obrazie – dlatego zamiast 625 linii na ekranie jest wyświetlanych 576 linii), dlatego mówimy , że mamy do czynienia ze standardem 576i/25 - jest to podstawowy standard rozdzielczości przy tunerach SD.

Należy zaznaczyć że literka „i” – oznacza, że obraz składa się z  dwóch „półobrazów”, a literka „p” np. w formacie 720p/50 oznacza, że obraz jest wyświetlany od razu w całości. W jednym i drugim przypadku częstotliwość odświeżania całego obrazu wynosi 50Hz.

 Oczywiście na rynku są odbiorniki telewizyjne o częstotliwości odświeżania 100Hz ( czy wyższej ) oferujące lepsze parametry obrazu ( mniejsze migotanie obrazu ), ale zmiana częstotliwości wyświetlania obrazu nie zależy od standardu PAL, a jest realizowana ( podnoszona ) przez elektronikę odbiornika.

Literki DK oznaczają szereg parametrów transmisyjnych, spośród których najważniejszymi parametrami są:

• szerokość kanału telewizyjnego, który w Polsce wynosi 8MHz ( oczywiście przy transmisji analogowej – w jednym kanale telewizyjnym mieści się jeden program analogowy ),  
• odstęp nośnej fonii od nośnej wizji – 6,5MHz – miało to znaczenie przy odbiornikach z importu „zachodniego” gdzie często trzeba było „przestrajać fonię” z częstotliwości 5,5MHz ( standard BG ) na 6,5MHz. Obecnie nie ma to istotnego znaczenia, bo większość odbiorników jest wielosystemowa. 
• dźwięk może być przesyłany jako monofoniczny analogowy i jednocześnie jako stereofoniczny - kodowany cyfrowo  w standardzie NICAM 

Częstotliwości  w jakich odbywają się transmisje telewizyjne i radiowe  podzielone są na pasma. W ramach każdego pasma telewizyjnego wydzielone są kanały o szerokości 8MHz ( przypominamy  - przy transmisjach analogowych jeden program telewizyjny zajmuje jeden kanał ), a dla pasma radiowego kanały o szerokości 20,5MHz.

Niżej przedstawiamy nazwy pasm i zawarte w nich kanały.

• pasmo radiowe UKF  od 88MHz do 108MHz 
• pasmo telewizyjne VHF od 174MHz do 230MHz  – z kanałami od K06 do K12
• pasmo telewizyjne UHF od 470MHz do 862MHz,  które z kolei dzielimy na:
  • IV pasmo od częstotliwości 470MHz do 606MHz  z kanałami od K21 do K37
  •  V pasmo od częstotliwości 606MHz do 862MHz  z kanałami od K38 do K69

Dla dalszych rozważań dotyczących telewizji cyfrowe najistotniejszym pasmem jest UHF w zakresie częstotliwości 470MHz do 790MHz – czyli kanały od K21 do K60, ),  bo wszystkie niekodowane programy telewizji cyfrowej tzw. odbiór FTA ( od ang. Free-to-air – dowolnym tłumaczeniu „wolne z powietrza” ) będą alokowane właśnie w tym zakresie. 

      Co prawda przewiduje się alokację niektórych Multipleksów ( poprzez Multipleks - w skrócie MUX - należy najogólniej rozumieć pakiet programów telewizyjnych oraz danych jemy towarzyszących - np. przewodnik po programach tzw. EPG – nadawanych na jednej częstotliwości ( w ramach jednego kanału telewizyjnego ), w paśmie VHF i górnym paśmie UHF ( powyżej 60 kanału, ale dotyczy to tzw. dywidendy częstotliwości, która będzie uwolniona po całkowitym zaprzestaniu nadawania analogowego i zwolnienia niektórych częstotliwości przez wojsko.  Przewiduje się , że w ramach tych Multiplexów będą programy kodowane.

Należy jeszcze zaznaczyć, że obecnie z niektórych nadajników programy cyfrowe nadawane są przejściowo na częstotliwościach do K62 ( patrz np. nadajnik Sucha Góra w Krośnie  - obecnie jeden z MUX nadaje na kanale K61), ale  docelowo przejdą w zakres do K60.

Takie przyporządkowanie kanałów, do przekazów programów cyfrowych FTA, ma znaczenie przy wyborze anteny telewizyjnej – widać stąd, że powinno się  używać anten na kanały od K21 do K60 ( oczywiście najlepiej jeśli jest to antena jeszcze bardziej wąskopasmowa – dobrana do konkretnych kanałów z danego nadajnika –   ale o tym w innym artykule ).

Należy jeszcze podkreślić , że oba przekazy różnią się techniką i standardami przesyłu treści/danych w medium jakim jest eter naziemny.

• Przy nadawaniu i odbiorze analogowym wykorzystuje się tzw. modulację amplitudy fali nośnej AM-VBS, co  z samej swojej zasady czyni ten rodzaj  modulacji bardziej wrażliwy na zniekształcenia amplitudowe niż fazowe, ponadto charakteryzuje się tym, że w przekazie  praktycznie występują dwie podstawowe nośne:  nośna wizji i podnośna/e fonii niosące informacje o fonii

• Przy nadawaniu i odbiorze cyfrowym DVB-T wykorzystuje się tzw.  modulację  COFDM  ( COFDM jest odmianą OFDM  ), która z zasady charakteryzuje się  wieloma nośnymi (stąd w specyfikacjach tunerów określone te tryby jako 8k  i 2k - czyli  ile tysięcy nośnych jest wykorzystywanych do nadawania sygnału) ponadto same nośne ( podnośne ) mają własne tryby  kodowania tzw.  symboli – według wymagań - tunery DVB-T  powinny odbierać kodowanie nośnych w trybach QPSK, 16-QAM, 64-QAM.  Te  rodzaje modulacji są wrażliwa nie tylko na zniekształcenia amplitudowe ( wielkość sygnału, ale również na zniekształcenia fazowe, a ze względu na to, że różne podnośne mogą przychodzić do tunera różnymi drogami – odbiór jest wrażliwy na opóźnienia sygnału spowodowane np. poprzez odbicia ( wielodrogowość ), jakkolwiek sam system opiera się na wielodrogowości.

Nie będziemy szczegółowo omawiać innych parametrów występujących przy przekazach cyfrowych, bo wymagałoby to osobnego szczegółowego artykułu, raczej dla specjalistów, jednakże wspomnimy, że same tunery mają mechanizm naprawiania niektórych błędów np. poprzez tzw. mechanizm FEC (  Forward Error Correction – często określany jako sprawność kodowania ), ale tylko do pewnej granicy „zdeformowanego sygnału cyfrowego”.

         Jak widać z bardzo pobieżnego opisu, przy odbiorze cyfrowym, występują  skomplikowane zjawiska, które w zasadzie nie miały zbytniego wpływ u  przy odbiorze sygnału analogowego - obraz mógł się pogorszyć - ale był , a tutaj mogą doprowadzić do całkowitego jego zaniku ( na granicy – pikselizacja obrazu ).Można powiedzieć - przy transmisji cyfrowej albo jest doskonały obraz , albo go nie ma w ogóle.

                Sprawę komplikuje jeszcze fakt, że przy przekazach HDTV wykorzystuje się jeszcze bardziej „wyżyłowane” parametry transmisji ( np. wyższy profil  modulacji np. z 16QAM na 64QAM, inny okres trwania symbolu tzw. Guard Intervall , czy współczynnik FEC )  co daje w rezultacie wyższe przepływności bitowe ( bo w przekazach HDTV ze względu na rozdzielczość trzeba w jednej sekundzie przesłać o wiele więcej informacji niż w przekazach SDTV  ), a tym samym przy HDTV nakłada się wyższe wymagania na sygnał z anteny, szczególnie chodzi o tzw. współczynnik odstępu sygnału od szumu C/N ( w pomiarach cyfrowych raczej posługujemy się  parametrem MER - błędami modulacji ). Im wyższa modulacja, tym musi być większy odstęp sygnału użytecznego od sygnału szumu ( wyższy C/N ).  

2.          Porównanie przekazów

Co wspólnego;

• te same częstotliwości  ( kanały ) w tym taka sama szerokość kanału transmisyjnego ( 8 MHz )
• w większość do odbioru programów cyfrowych posłużą te same anteny telewizyjne ( z dużym prawdopodobieństwem – jeśli dotychczasowy odbiór analogowy był dobrej jakości )
• jako „wyświetlacz obrazu” może służyć również TV od telewizji analogowej po podłączeniu go do Tunera ( dekodera ) telewizji naziemnej.
• odbiornik telewizyjny wyposażony fabrycznie w odpowiedni tuner telewizji naziemnej DVB-T ( zgodny ze standardami obowiązującymi w Polsce ) może odbierać obydwa rodzaje przekazów.

 Co różni;

• Ilość programów telewizyjnych transmitowanych cyfrowo na dotychczasowym jednym kanale analogowym
  • w przypadku programów analogowych – jeden kanał jeden program
  • w przypadku transmisji cyfrowej - na jednym kanale można transmitować kilka  programów:
    •  do 7-8  programów w standardzie tzw. standartowej rozdzielczości ( SD )  -  np. obecnie w niektórych MUX jest 7 programów telewizyjnych
    •  do 2-3 programów w standardzie wysokiej rozdzielczości ( HD ) – w zależności od standardu wyświetlania ( 1080i, 1080p, 720p )
    •  lub „zmieszane” programy SD i HD
•   Jakość odbioru programów telewizyjnych i dźwięku

•  w telewizji analogowej
  • przy złej jakości sygnału z anteny telewizyjnej, na ekranie TV, występowały takie  efekty jak; 
    
    • mrowienie programów ( popularny śnieg ) – efekt za niskiego poziomu sygnału,
    • widoczne odbicia obrazu ( podwójne głowy ) – efekt złego ustawienia anteny,
    •  różnego rodzaju fale na ekranie - efekty interferencji – czy wręcz przesterowania wzmacniacza anteny 
    • i wiele różnych innych zmian obrazu ( typu:  przesuwający się ciemne pasy w tle obrazu - efekty przydźwięku sieci energetycznej  itd…  
    • obraz z powodu małej rozdzielczości ( małej ilości pikseli ) był rozmazany, nieostry ( widoczna poprawa jakości obrazu była przy odbiornikach w wysoką częstotliwością odświeżania obrazu tzw. 100Hz )  
    • dźwięk był co najwyżej stereofoniczny – dwukanałowy
    • była możliwość odbioru tylko jednej wersji językowej

•     w telewizji cyfrowej

• przy złej jakości sygnału z anteny telewizyjnej, na ekranie TV, występują takie efekt jak:
  • „pikselizacja” obrazu, najogólniej mówiąc obraz podzielony jest na kratki, które nie zawierają treści obrazu, mogą być różnokolorowe. Piksele te mogą być „porozrzucane” po całym ekranie uniemożliwiając „poskładanie” obrazu. Ten efekt występuje gdy poziom, a szczególnie jakość sygnału jest na granicy poprawnego odbioru
  •  zatrzymanie obrazu ( „stop klatka” ) występuje równie często ze zjawiskiem pikselizacji obrazu – słaby sygnał z anteny
  • całkowity brak obrazu – efekt bardzo słabego sygnału z anteny.
  • Należy stwierdzić, że przy przekazach cyfrowych nie ma zjawiska „mrowienia – śniegu- na ekranie. Albo jest prawidłowy odbiór, albo go nie ma całkowicie ( przejściowo występuje  pikselizacją, czy też zatrzymywanie obrazu ).
  • Nawet przy złym „ukierunkowaniu” anteny – antena nie jest skierowana na kierunek nadajnika –  nie występuje efekt odbicia ( podwójnych głów ), lecz może z tego powodu nie być w ogóle odbioru lub występować pikselizacja. Należy tutaj stwierdzić, że jakkolwiek odbiór cyfrowy jest wrażliwy na odbicia sygnału - wielokierunkowe, to często uzyskamy dobry odbiór z silnie odbitego sygnału – przychodzącego tylko z jednego kierunku ( np. w terenach górskich, zasłonięcie przez przeszkody kierunku nadajnika ).
  • Obraz jest jakości cyfrowej, co najmniej DVD, w zależności od rozdzielczości z jaką go odbieramy i z jaką rozdzielczością jest w stanie wyświetlić nasz odbiornik TV – dotyczy to odbiorników bez tunera DVB-T, z osobnym odbiornikiem cyfrowym (  przykładowo: możemy mieć odbiornik HD i odebrać programy HDTV , a i tak zostaną na ekranie TV wyświetlone w standardzie PAL 576i – uwaga ta nie dotyczy odbiorników TV nie mających tunera DVB-T ale mających złącze HDMI tzw. telewizorów Full-HD lub HD-Ready ).
  • głos nadawany jest cyfrowo w różnych standardach począwszy od kodowania stereo MPEG- 2 do standardów dźwięku przestrzennego Dolby Digital AC-3 czy też Dolby Digital Plus E-AC-3.

Należy zaznaczyć, że standardy AC-3 Dolby Digital i E-AC-3 Dolby Digital Plus będą coraz częściej wykorzystywane przez nadawców  dlatego przy zakupie sprzętu do odbioru cyfrowej telewizji naziemnej należy zwrócić uwagę czy oba te standardy są obsługiwane – jeśli nie - kiedyś możemy nie odebrać w ogóle dźwięku.

• głos nadawany ( i odbierany ) jest w kilku wersjach językowych, wybieranych p[rzez odbiorcę ( oczywiście wtedy gdy nadawca programu umieszcza w swoim programie różne wersje językowe )
• jest możliwość włączenia napisów tekstowych na ekranie ( w różnych wersjach językowych – jeśli są nadawane )
• możliwość wyświetlania w postaci tekstu zapowiedzi i krótkich opisów treści programów.

 Jest to tzw. funkcja EPG  ( Electronic Program Guide..) Nadawcy najczęściej umieszczają opis programów z wyprzedzeniem  do kliku dni, ale najczęściej EPG obejmuje opis ( w tym godzinę rozpoczęcia i zakończenia ) bieżącego i następnego programu.

• większość nowych odbiorników telewizyjnych  oraz osobnych tunerów ( odbiorników ) DVB-T posiada możliwość nagrywania i odtwarzania programów w postaci cyfrowej na zewnętrzne nośniki danych np. pendrive USB lub dyski USB.  Należy stwierdzić, że tzw. pendrive USB „spisują” się w tej roli wyśmienicie, pod warunkiem , że posiadają krótkie czasy zapisu danych ( nie mylić z pojemnością ).   

3.        Podsumowanie  

Jak widać, przewaga zalet naziemnej telewizji cyfrowej ( NTC ) w stosunku do naziemnej telewizji analogowej, jest bezsporna – przypomnijmy najważniejsze różnice:

• Zamiast jednego programu analogowego, można nadawać, na tym samym kanale, kilka programów cyfrowych
• Jakość programów cyfrowych jest nieporównywalnie lepsza niż programów analogowych, co najmniej równa płytom DVD
• Dźwięk wielokanałowy, w tym w różnych językach
• Elektroniczny przewodnik po programach EPG, napisy ekranowe ( z wyborem języka )
• Możliwość nagrywania i odtwarzania programów w jakości cyfrowej ( nie potrzeba stosowania  magnetowidów )

Nie omawialiśmy tutaj odbiorników z tzw. kanałem zwrotnym, który ma możliwość podłączenia do Internetu, a tym samym otwiera szereg nowych możliwości w zakresie odbioru programów cyfrowych jak: video na żądanie ( VoD ), zamawianie programów na określoną godzinę i wiele innych funkcji.  

Od naziemnej telewizji cyfrowej nie ma odwrotu – szkoda, że w Polsce tak późno, ale dlatego, że tak późno wybrano lepszy ( bardziej wydajny ) system kodowania ( MPEG-4 zamiast powszechnie stosowanego „w świecie” systemu MPEG-2 ) -  „okupione” to jest trochę droższymi odbiornikami do odbioru MPEG-4, ale ich ceny systematycznie maleją.

Technika „nie śpi” i już jest testowany nowy standard dla telewizji naziemnej tzw. DVB-T2 dający prawie o 50% większe możliwości transmisji ( szczególnie ważne dla programów HD ), ale ta technika czeka nas za kilka/naście lat.

Przypominamy

W Polsce telewizja analogowa całkowicie zostanie wyłączona

      31 lipca 2013 roku.

Opracowanie własne.