Исследование методов построения цифровой вещательной системы 3DTV высокой четкости

В стандарте DVB-Т2 предложено увеличить число поднесущих до 32K. Предлагается также заменить модуляцию несущих 64QAM на 256QAM.

Адаптация стереотелевизионного сигнала к системам ТВЧ Запуская 3D-вещание, нужно определиться с технологией его организации и выделить частотный канал или полосу в своей сети.

Также проблема заключается в том, что некоторые 3D-телеканалы, вещающие только в этом формате, недоступны зрителям с привычными 2D-телевизорами. В ином случае, когда оператор должен одновременно осуществлять трансляцию телеканала и в 3D, и в обычной 2D-версии, это влечет за собой дополнительные расходы как на приобретение оборудования, так и по части частот или полосы пропускания в случае IP-вещания. Эти проблемы требуют от оператора вещания в своей сети нескольких версий одного канала — 3D и 2D, что еще больше нагружает сеть.

После приема и декодирования, перед выводом на 3D-телевизор, видео форматируется следующими способами:

чересстрочное чередование строк левого и правого кадров;

чередование левого и правого кадров по времени;

чередование попиксельно элементов левого и правого кадров в виде шахматной доски;

запись в один стандартный кадр с уменьшением разрешения левого и правого кадров по горизонтали — side-by-side.

Не все форматы представления S3D-видео одинаково удобны для компрессии и передачи. В частности, «шахматная доска» сжимается сложнее. Поэтому форматирование сигнала рациональнее осуществлять уже на приемной стороне, непосредственно перед выводом на телевизор.

В настоящее время существует три способа адаптации стереоизображения к передачи в системам ТВЧ:

Передача двух каналов видео с уменьшением горизонтального разрешения. В этом случае в один кадр HD-разрешения шириной 1920 пкс записываются оба кадра (side-by-side). При этом разрешение каждого канала по горизонтали становится равным 960 пкс. Достоинство этого формата в том, что для 3D-трансляций можно использовать существующие HD-каналы. Кроме того, при правильной подготовке исходного видеоматериала синхронизация каналов обеспечивается автоматически, а для декодирования потока на приемном конце не требуется более высоких ресурсов. Принять и вывести на 3D-телевизор такой сигнал может любая телевизионная приставка, поддерживающая HD-разрешение. Недостаток способа — в уменьшении разрешения и в том, что такой видеопоток некомфортно (хотя и возможно) смотреть на телевизионном приемнике, не оснащенном 3D-очками.

Трансляция каналов для левого и правого глаза отдельными каналами. Такое вещание также может быть обеспечено существующей инфраструктурой цифровых HD-трансляций. Для синхронизации каналов используются специальные метки времени, присутствующие в каждом потоке. Такая схема обеспечивает полное разрешение изображения, однако требует для передачи и декодирования удвоенных ресурсов. Уменьшить количество передаваемых данных за счет межканального сжатия нет возможности. Достоинством данного подхода является то, что любой из каналов может быть просмотрен, как обычный 2D-канал.

Еще один способ — увеличенная частота кадров. В этом случае в потоке вместо 25 кадров в секунду передается 50 кадров: 25 кадров для левого и 25 кадров для правого глаза в потоке чередуются. Это накладывает дополнительные требования на синхронизацию потоков при подготовке. Такой поток требует меньшей скорости передачи за счет использования механизмов межкадровой компрессии, в том числе и между правым и левым каналами. Однако к декодерам предъявляются дополнительные требования — поддержка более сложного профиля компрессии.

Один из эффективных способов решения проблемы состоит в использовании формата 2D+Z. Любому обычному (2D) изображению можно сопоставить информацию об удаленности каждого пикселя от наблюдателя (Z-координату). Плоскость координат Z часто называют картой глубины.

При показе видео 2D+Z в 3D конвертируется необходимое количество кадров.

Формат 2D+Z является продолжением концепции представления информации об изображении по компонентам. Как известно, и в аналоговом, и в цифровом телевидении изображение формируется из одной яркостной и двух цветовых составляющих. Добавление еще одного компонента, характеризующего объемность изображения, является вполне логичным развитием и хорошо согласуется с принципами совместимости. При трансляции видео, содержащего информацию об объеме изображения, дополнительные данные могут быть использованы теми устройствами визуализации, которые умеют их правильно интерпретировать, и игнорируются остальными.

Использование формата 2D+Z позволяет осуществить передачу стереоскопического видео с увеличением потока данных всего на 25−30% в случае полноразмерного HD, и уменьшение потока данных на 25−30% в случае половинного по горизонтали изображения. Таким образом, удовлетворяется требование приемлемого объема данных.

Формат MPEG-2 имеет дополнительный многоракурсный (multi-view) профиль, принятый в 1996 году и позволяющий кодировать и передавать изображения с двух и более камер [12]. Спецификация формата MPEG-4, части 2, определяющая способ кодирования видеообъектов, позволяет стандартным способом передавать и обычное 2D-изображение и соответствующую ему карту глубины (Z). Аналогичные возможности есть и в MPEG-4, части 10 (AVC). Причем стандарты определяют возможность кодировать плоскость Z как дополнительные данные, которые могут быть проигнорированы устройствами, не ожидающими их появления. При этом наличие Z никак не повлияет на декодирование основного изображения. Форматы MPEG-2 и MPEG-4 (AVC) являются основными в цифровом телевидении, поэтому уже есть достаточная база для стандартной трансляции 3D-видеоданных. Надо отметить, что работа над стандартизацией продолжается, и принятие очередных дополнений предполагается в будущем. Использование стандартных профилей или адаптация под имеющийся у оператора спектр приемников позволяет использовать один и тот же транслирующийся поток как для старых ТВ и Setbox без поддержки 3D, так и для новых абонентских приемников, поддерживающих любые 3D-технологии.

Концепция создания системы 3DTV высокой четкости Стандартизация систем 3DTV высокой четкости В 2008 году председатель Рабочей группы 6С МСЭ-Р разработал предложения по предварительному проекту новой рекомендации МСЭ-Р [11], относящейся к требованиям к качеству изображений в вещательных системах стереотелевидения, наиболее близких к внедрению по сравнению с другими разновидностями систем ЗD-телевидения.

Они включают обеспечение визуального эффекта реальности воспроизводимого ТВ-изображения и комфортности его наблюдения, оцениваемого субъективно с применением процедуры с одним стимулом, и шкалы качества. В соответствии со следующими требованиями:

рекомендуется ограничивать отношение пространственного разнесения «левой» и «правой» ТВ-камер (базис передачи) к максимальной глубине изображения величиной менее 1:

30. При этом проекции объектов демонстрируемой сцены на экран не должны превышать его высоты, а в случае удаленных объектов — значения глазного базиса 6,5 см;

указывается, что угол наблюдения изображения должен составлять до 20% величины угла поворота головы зрителя в горизонтальной плоскости;

необходимо, чтобы система передачи ЗDTV-сигналов, предназначенная для обеспечения совместимого приема цифровых сигналов телевидения стандартной четкости, повышенного качества или ТВЧ, не вызывала визуально заметных искажений изображения из-за передачи дополнительной информации о его глубине, требуемой для обеспечения эффекта объема.

В процессе просмотра телезритель может находиться в фиксированном положении относительно экрана дисплея. Более сложные системы позволяют дискретно варьировать восприятие перспективы изображения в процессе перемещения головы зрителя (многоракурсные системы). Самые совершенные (голографические) системы, основанные на волновом формировании изображений объектов, обеспечивают непрерывность этого варьирования одновременно с изменением положения головы, близкую к особенностям наблюдения реальных сцен и сюжетов. Также существует зависимость визуального эффекта объемности ТВ-изображений от расстояния между зрителем и экраном дисплея, размеров изображения и углового смещения зрителя относительно экрана.

В целях ознакомления с исследованиями и разработками в области 3DTV вещания в международных организациях по стандартизации (MPEG, МСЭ-Т, SMPTE, EBU, DVB) и различных промышленных компаниях 30 апреля 2009 года в штаб-квартире EBU в Женеве был проведен семинар (Workshop) по данной тематике, организованный МСЭ-Р, EBU и SMPTE. На семинаре были представлены доклады, посвященные деятельности организаций по стандартизации в этой области, формированию и воспроизведению стереоскопических и объемных ТВ-изображений, кодированию сигналов изображения, перспективам развития технологий и другим аспектам 3DTV [13].

Отмечено, что социальный заказ на просмотр программ ЗОТУ-вещания в домашних условиях частично обусловлен «новой волной» появления трехмерных кинофильмов. Несмотря на некоторый дискомфорт для телезрителей, возникающий в связи с необходимостью использования специальных очков для просмотра таких программ на экранах телевизоров, эти кинофильмы оказались достаточно популярными и собирают большую зрительскую аудиторию. В перспективе планируется создание систем, позволяющих смотреть программы без применения очков.

Классификация систем 3DTV высокой четкости На основе проведенных исследований предполагается следующая классификация систем 3DTV:

Системы первого поколения. Это системы с использованием очков, обеспечивающих «плоскостереоскопический» просмотр с раздельным предъявлением «левого» и «правого» изображений соответственно левому и правому глазам зрителя и с защитой изображения, предъявляемого отдельному глазу, от влияния изображения, предназначенного для другого глаза.

Системы второго поколения. Это многоракурсные автостереоскопические системы, обеспечивающие указанный выше «плоскостереоскопический» просмотр без применения очков. Системы этого поколения позволяют наблюдать множество ракурсов сюжета так, что зритель может изменять свое угловое положение относительно экрана дисплея и даже рассматривать изображения объектов с их тыльной стороны.

Системы третьего поколения. Это системы с интегральным изображением (голографические системы), основанные на записи волнового или интегрального изображения и предназначенные для моделирования светового поля реального сюжета. Системы должны обеспечить «безочковое» наблюдение изображения при произвольном положении зрителя относительно экрана дисплея. Кроме того, световое поле должно предоставлять зрительному аппарату оптическую информацию для фокусировки зрения на рассматриваемом изображении в соответствии с расстоянием конвергенции оптических осей глаз (глазной базис). Это дает возможность более естественного рассматривания сюжета, чем в случае других систем, где требуется фокусировка зрения на экран дисплея, независимая от расстояния конвергенции.

Предполагается, что в третье поколение войдут также новые разновидности систем с «записью волнового изображения объекта», обеспечивающих представление оптических изображений объектов без экрана в виртуальном пространстве, то есть на виртуальном экране.

Форматы сигнала изображения для систем 3DTV

Форматы сигнала изображения для систем 3DTV можно представить в виде иерархической матрицы, показанной на рис 6.

1. Элементы матрицы характеризуют различные виды сигнала для всех поколений систем, общие требования к приемникам этого сигнала и разнообразные уровни совместимости систем 3DTV с телевизорами и другой существующей бытовой аппаратурой ТВЧ.

Рис. 6.1 — Матрица форматов сигнала для систем 3DTV

На рис. 6.1 символами L и R обозначены соответственно сигналы «левого» и «правого» изображений, символом MVC — кодирование многоракурсных изображений (рекомендация МСЭ-Т Н.264, приложение Н) [10], символом SVC — масштабируемое кодирование изображений (рекомендация МСЭ-Т Н.264, приложение G) [10].

Уровень 1 (совместимость с существующими дисплеями ТВЧ), приведенный на рис. 6.1, относится к сигналам «очковых» систем, не требующих использования каких-либо новых устройств вместо существующей бытовой аппаратуры ТВЧ.

Уровень 2 (совместимость со стандартным кадром сигнала ТВЧ) отвечает сигналам систем, характеризующихся применением дисплеев нового типа для просмотра изображений с сохранением существующих приставок STB для приема цифровых сигналов вещания ТВЧ. В таких системах сигналы L и R передаются в стандартном кадре этого сигнала, и один из них может быть использован при необходимости воспроизведения 2 D-изображения.

Уровни 3 и 4 относятся к системам, требующим применения новых дисплеев и приставок STB и формирующим сигналы L и R, совпадающие по спектру со стандартным сигналом ТВЧ. Уровень 3 является расширением уровня 2 и характеризуется дополнительным использованием масштабируемых методов цифрового кодирования изображений по стандартам MPEG. Уровень 4 соответствует совместимости с системой ТВЧ, поскольку системы данного уровня формируют 2D-сигнал ТВЧ, мультиплексированный с сигналами многоракурсных изображений.

Уровень 1/профиль первого поколения. Данная комбинация уровень/профиль отвечает системам 3DTV с использованием существующих приемников программ вещания ТВЧ. Передача сигналов L и R осуществляется путем мультиплексирования с использованием разделения «левого» и «правого» изображений по первичным цветам.

Уровень 2/профиль первого поколения. В этом случае используются существующая приставка STB и дисплей нового типа, разделяющий кадр изображения ТВЧ на «левую» и «правую» компоненты. Передачу этих компонентов можно осуществлять в верхней и нижней частях кадра ТВЧ, в левой и правой его частях или с применением метода перемежения пикселей. При необходимости требуется также одновременная передача стандартного 2D-сигнала ТВЧ.

Уровень 3/профиль первого поколения. В системах этого типа используются приставка STB или интегральный декодер приемника нового образца, способные декодировать как сигналы систем с уровнями совместимости 1 и 2, так и сигналы систем, например, с масштабируемым цифровым кодированием изображений по стандартам MPEG, то есть с более высокой разрешающей способностью.

Уровень 4/профиль первого поколения. В этом случае применяются приставка STB или интегральный декодер приемника нового образца, способные декодировать сигнал многоракурсных изображений, сформированный в соответствии со стандартами ISO/IEC JTC1 MPEG. Структура этого сигнала такова, что существующие приставки могут выделять 2D-сигнал ТВЧ, воспроизводимый обычным дисплеем. В сигнале многоракурсных изображений передается также дополнительная информация, обеспечивающая декодирование и формирование составляющих L и R в новой приставке STB. Эта приставка способна, кроме того, декодировать сигналы систем с уровнем совместимости 2 и сигналы, соответствующие различным расширениям уровня 3.

Уровень 4/профиль второго поколения. Приемником сигналов в данном случае служит приставка STB нового типа, позволяющая декодировать 2D-сигнал ТВЧ и дополнительную информацию о глубине изображения, соответствующую стандартам ISO/IEC JTC1 MPEG. Для воспроизведения изображений обычно используется многоракурсный автостереоскопический дисплей. Приставки STB могут декодировать также сигналы систем уровней 1, 2 и 4 (профиль первого поколения).

Требования к полосе пропускания для системы 3DTV

В системах с размещением стереопары изображений в одном кадре ТВЧ, если «левое» и «правое» изображения имеют меньшую пространственную разрешающую способность по сравнению с 2D-системами, может не потребоваться дополнительное повышение скорости передачи видеоданных.

Для уменьшения скорости передачи можно использовать искусственное размывание одного из пары стереоизображений путем фильтрации соответствующего сигнала или асимметричное кодирование сигналов L и R.

Существенное снижение скорости передачи видеоданных может быть достигнуто в системах с дополнительной информацией о глубине изображения. В настоящее время проводится изыскание наиболее эффективных способов доставки этой информации.

В системах многоракурсного ТВ-вещания уменьшение объема передаваемых данных достигается за счет использования корреляции сигналов изображений, соответствующих смежным видеокамерам.

Тракт системы 3DTV-вещания Структурная схема тракта системы 3DTV-вещания приведена на рис. 6.

2.

Рис. 6.2 — Структурная схема тракта системы 3DTV-вещания Для формирования сигналов 3D-изображений применяются стереоскопические видеокамеры, аппаратура компьютерной видеографики и преобразователи 2D-деоданных в 3D-данные. Стереокамеры могут быть оборудованы лазерными или инфракрасными дальномерами, используемыми при создании карты глубины изображения. Эта карта используется также в аппаратуре видеографики, выполняя функции дополнительной информации, с помощью которой 2D-сигнал преобразуется в 3D-видеоданные.

Цифровое сжатие сигналов L и R должно осуществляться из расчета возможности передачи программ 3DTV по стандартным каналам наземного вещания с полосой 6, 7 и 8 МГц, каналам КТВ и по существующим спутниковым каналам.

Известны следующие основные виды 3D-устройств отображения:

«очковые» дисплеи;

«безочковые» (автостереоскопические) дисплеи;

шлемофонные дисплеи.

Последние пригодны лишь для индивидуального пользования, например в компьютерных играх, и нецелесообразны при коллективном просмотре программ 3DTV-вещания, в частности в домашних условиях.

В «очковых» системах могут применяться дисплеи на основе метода цветных анаглифов, при котором стереоскопическое изображение получают с помощью двух исходных черно-белых изображений одного и того же объекта, окрашиваемых в различные цвета или проецируемых на экран через соответствующие светофильтры. Объемное (рельефное) восприятие обусловливается тем, что составляющие стереопару изображения, записанные с некоторым расстоянием между оптическими осями объективов (базис съемки) и затем наложенные друг на друга с некоторым смещением, видны наблюдателю (через разноцветные очки) в различной перспективе. Если, например, изображение, предназначенное для рассмотрения правым глазом, окрашено в красный цвет, а левым — в сине-зеленый, то наблюдатель должен пользоваться очками с разноцветными стеклами: правое стекло сине-зеленого цвета, левоекрасного. В результате каждый глаз будет видеть только «свое» изображение, кажущееся серым. Эти два раздельных серых изображения воспринимаются человеком как одно объемное черно-белое изображение. Для улучшения условий наблюдения разноокрашенных изображений и достижения одинакового восприятия глазами серой окраски каждого изображения используют дополнительные цвета.

Разделение изображений стереопары может быть осуществлено также поляризационным способом. Изображения проецируются на экран через поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации света и рассматриваются с помощью поляроидных очков с аналогичными фильтрами. При этом правый глаз видит только правое изображение и не видит левое, а левый глаз — наоборот.

Возможны системы с поочередной проекцией составляющих стереопары на экран. Для наблюдения изображений используются очки со стеклами, изменяющими прозрачность в зависимости от приложенного к ним напряжения. Они выполняют функции оптических затворов, переключаемых синхронно с проекцией стереопары.

Пример системы многоракурсного ТВ-вещания показан на рис. 6.3

Рис. 6.3 — Система многоракурсного ТВ-вещания В системах многоракурсного ТВ-вещания уменьшение объема передаваемых данных достигается за счет использования корреляции сигналов изображений, соответствующих смежным видеокамерам.

Обзор существующего оборудования для реализации системы 3DTV высокой четкости Система 3DTV высокой четкости выглядит следующим образом (рис. 7.1):

Оборудование для снятие и обработки 3D-сигналов (видеокамеры, видеомикшеры, платы захвата ТВ-изображений);

Оборудование для передачи 3DTV высокой четкости (кодеры, мультиплексоры, передатчики);

Оборудование для приема телевизионного сигнала;

Рис. 7.1 — Схема организации спутникового 3DTV вещания

Производство 3DTV контента Для съемки стереоскопического видео используется либо специальным образом смонтированная пара обычных видеокамер, либо специальная 3D-камера. Пример такой стереоскопической камеры изображён на рис. 7.

2. Второй вариант предпочтительнее, так как, помимо удобства использования, он облегчает калибровку стереопары камер [15]. Дело в том, что если относительное расположение объективов будет отрегулировано неправильно, снятое видео такой парой камер вызовет у зрителя физический дискомфорт, а при длительном просмотре такого видеоматериала могут проявиться и даже более серьёзные, чем просто дискомфорт, проблемы со зрением.

Рис. 7.2 — Стереоскопическая видеокамера Рanasonic

Данная камера имеет следующие характеристики:

Тип видеокамеры — Flash AVCHD, цифровая;

Тип носителя — перезаписываемая память (Flash);

Поддержка видео высокого разрешения (Full HD) — есть;

Максимальное разрешение видеосъемки — 1920×1080;

Съемка 3D — есть;

Тип матрицы — MOS;

Количество матриц — 3;

Матрица — 2,07 Мпикс;

Физический размер матрицы — ¼″ ;

ЖК-экран — есть (3.2″, 921 000 пикс.);

Видоискатель — цветной, 1 226 000 пикс.;

Форматы записи — 720p, 1080i, 1080p;

Дополнительные возможности — запись в H.264, запись в MPEG4;

Интерфейсы — HDMI-выход, выход HD-SDI

Для работы с материалом 3D в системах нелинейного монтажа используются платы видеозахвата.

Один из вариантов, позволяющих выводить стереоскопическое видеоизображение это плата 3D Digital Video Pipeline (DVP), которая позволяет создавать телевизионный 3D-контент в режиме реального времени. С помощью графических процессоров NVIDIA новинка значительно упрощает работу с материалом на всех этапах: от захвата до выдачи в эфир.

Рис. 7.3 — Плата видеозахвата NVIDIA

Цифровой контейнер DVP обеспечивает одновременный захват четырех потоков HD-SDI или двух стереоскопических потоков. Этап обработки включает обработку 3D-графики, виртуальных эффектов и переходов в режиме реального времени. На этапе передачи осуществляется вывод потоков HD-SDI для правого и левого глаза со звуком для быстрого предпросмотра и последующей выдачи в эфир. Такая технология позволяет, например, внедрять в эфир эффектный контент для прогноза погоды или спортивных трансляций. Новый продукт совместим с решениями для ТВ таких новаторов в области графического телеконтента как Brainstorm Multimedia, Vizrt и Weather Services International. Активные очки NVIDIA 3D Vision позволяют операторам и режиссерам просматривать трехмерный контент в процессе его создания.

Готовый 3D-материал можно редактировать в Adobe Premiere Pro CS5 с помощью графических процессоров NVIDIA Quadro гораздо быстрее, что значительно повышает производительность и экономит время. Различные платы для захвата 3D, композитинга и кодирования позволяют получить интегрированный контент.

Оборудование кодирования и передачи.

Для распространения сигнала желательно использовать стандартные сети вещания HDTV. Для использования стандартных сетей вещания два цифровых потока с двух камер необходимо объединить в один поток, причем со скоростью, характерной для обычной HD. Это делает специально разработанный компанией Sensio кодер. Несмотря на то, что в рамках этой технологии два обычных цифровых HD-потока объединяются в один HD-поток, суммарные потери информации составляют не 50%, а всего лишь 15%. Интуитивно это понятно. Картинка для каждого из двух глаз лишь немного отличаются одна от другой. То есть цифровые потоки данных для каждого из глаз очень похожи. Поэтому значительную часть информации нет смысла передавать два раза, и кодер Sensio как раз умеет делать такое объединение двух потоков.

Далее суммарный цифровой поток подается на стандартный тракт распространения HD-сигнала. При воспроизведении эти два потока необходимо разделить на два, чем занимается декодер Sensio на основе чипа собственной разработки. Декодер можно встроить как в телевизор, так и в сет-топ бокс. Специалисты компании Sensio считают: правильнее декодер встраивать в сет-топ бокс, а не в телевизор. По их утверждению, если декодер Sensio встроен в телевизор, то последний способен воспроизводить только 3D-изображение, а 2D воспроизводить не будет. Если же декодер Sensio встроен в сет-топ бокс, то сет-топ бокс будет способен выдавать как 3D-, так и 2D-картинку.

После кодирования сигнала происходит модуляция и передача в канал.

Модуляторы семейства Azimuth NTC-22xx.xF компании Newtec обеспечивают передачу сигнала DVB-S2 (рис. 7.3) [21].

Рис. 7.3 — Модулятор DVB-S2

Модуль модулятора может быть поставлен в двух версиях: одна с ПЧ выходом (50−180 МГц) и другая с интерфейсом L-диапазона (950−1750 МГц). Новые модули полностью совместимы с существующими интерфейсами данных Azimuth и модулями частотных конверторов, и даже возможно использование DVB-DSNG/S встроенного программного обеспечения на модуле DVB-S2 модулятора. На шасси Azimuth возможно скомбинировать несколько интерфейсов входов (выходов), позволяющих модулятору (демодулятору) обрабатывать несколько потоков данных. Модуляторы могут быть поставлены в целом ряде версий программного обеспечения (с возможностью последующего расширения) в зависимости от требуемых максимальной скорости передачи символов и схем модуляции. Революционная интерфейсная карта Gigabit Ethernet обеспечивает GbE и ASI интерфейсы с модулятором (демодулятором) открывающие многочисленные применения и возможности. Newtec выпускает две модели DVB-S2 модулятора серии Azimuth — NTC-2277.xF и NTC-2280.xF. Модели отличаются выходной частотой — 50−180 МГц и 950−170 МГц соответственно. Остальные характеристики модуляторов приведены в Таблице 7.

1.

Таблица 7.1 — Характеристики DVB-S2 модуляторов серии Azimuth NTC-22xx.xF

Типы модуляции: QPSK, 8PSK, 16АPSK/16QAM, 32АPSK Диапазон выходных частот: ПЧ от 50 дo 180 MГцL-banb от 950 дo 1750 MГц RF до 18 500 МГц Скорость передачи: дo 68 Мсимв/c в режиме DVB-S2 Входные интерфейсы данных: DVB ASI — 2 портаG.703, HSSI — 3 порта1000 Base-T Gigabit Ethernet — 2 порта Выходные интерфейсы данных: DVB ASI — мах 2 портаG.703, HSSI — 3 порта 1000 Base-T Gigabit Ethernet, 2 порта Интерфейсы и протоколы мониторинга и управления: RS485/ RS232- 1 порт, протокол RMCPv210 Base-T Ethernet — 1 порт, протокол http

Расчет основных параметров системы 3DTV

Система 3DTV имеет вид изображенный на рис. 8.

1.

Рис. 8.1 — Система 3DTV

Стандарт DVB-3DTV подразумевает поддержку вещания, совместимого не только с форматами 720p и 1080i, с частотой обновления 50 Гц и 60 Гц, но также в 3D-форматах «сверху-снизу» (top-and-bottom) и «сторона-к-стороне» (side-by-side):

720p @ 50Hz Top-and-Bottom;

720p @ 59.94 / 60 Hz Top-and-Bottom;

1080i @ 50Hz Side-by-Side;

1080i @ 59.94 / 60 Hz Side-by-Side;

1080p @ 23.97 / 24 Hz Top-and-Bottom;

720p @ 50Hz Side-by-Side;

720p @ 59.94 / 60 Hz Side-by-Side;

1080p @ 23.97 / 24 Hz Side-by-Side.

Например возьмем систему кодирования 3D-изображений 1080i @ 59.94 / 60 Hz Side-by-Side. Скорость на выходе кодера MPEG-4/H.264 составляет 5,2 Мбит/с.

На выходе модулятора скорость передачи определяется по формуле:

(8.1)

где Rmpeg — скорость на выходе кодера сигнала;

Me — коэффициент модуляции (QPSK — 2 бит/символ);

CRv — диапазон кодирования (½, ¾… 9/10) [20];

CRvs — скорость кодирования по коду Рида-Соломона (188/204) [32].

Например для CRv=½ скорость потока равна:

Мбит/с Полоса частот занимаемая данным каналом определяется по формуле:

ΔFкан. = 1,33· Rсим. (8.2)

Получаем:

ΔFкан. = 1,33· 5,6=7,4 МГц.

В зависимости от условий передачи, зашумленности канала связи скорость может меняться, что бы поддерживать заданное отношение сигнал/шум на приемной стороне.

Заключение

Прогресс в изучении систем стереоскопического вещания создает предпосылки для разработки международных рекомендаций на эти системы, охватывающих все их аспекты от начала до конца. Можно предположить, что в недалеком будущем появятся рекомендации, посвященные формированию и воспроизведению трехмерных ТВ-изображений, кодированию и передаче видеосигналов для ряда поколений вещательных систем 3DTV, учитывающие достижения в различных сферах науки и техники. Уже сегодня имеются результаты в области нанотехнологий, которые могут быть применены при выполнении прикладных исследований и разработок, и можно надеяться на реализацию перспективных устройств, обеспечивающих существенное улучшение качественных характеристик разрабатываемых на их основе изделий. Задачей будущего является создание голографических систем. Развитие 3DTV-вещания может пойти по пути постепенного усложнения от стереоскопических систем с одной стереопарой, через многоракурсные системы к голографическим.

На данный момент системы 3DTV высокой четкости базируются на принципах обработки и передачи телевидения высокой четкости, что является первым шагом в поступательному процессу освоения данной технологии.

Приложение А. Библиография

Мамчев Г. В. Стереотелевидение.

М.: Энергия, 1979. — 64с., ил.

Валюс Н. А. Стереоскопия. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 379с.

Телевидение. Под ред. П. В. Шмакова. М.: Связь, 1970. — 540с.

Мамчев Г. В. Построение ортостереоскопической системы телевидения. Техника кино и телевидения, 1977, № 6, с. 62−66.

Шмаков П. В. Основы цветного и объемного телевидения. — М.: Советское радио, 1954.

Гоголь А.А. О совете по объемному телевидению им. профессора П. В. Шмакова // Материалы семинара по объемному телевидению, СПбГУТ, 29.

02.2008.

Кривошеев М. И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. — М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2006.

Локшин Б. А. Цифровое вещание: от студии к зрителю. — М.: Компания Сайрус Системс, 2001.

Варгин П. С. Объемное телевидениевзгляд из России // Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2007. — № 6, 7.

Федоров С.Л. 3D ТВ: Природа объема. // Журнал 625. — 2010 — № 3.

3D через MPEG. // Журнал 625. — 2010. — № 1.

Федоров С.Л. 3D ТВ: Кодирование и передача сигналов объемного телевидения. // Журнал 625. — 2011. № 1.

Варгин П. Объемное телевидение — символ XXI века. // Журнал Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2011. — № 5, 6, 7, 8.

Клоуда С. 3D-телевидение в операторских сетях (DVB, IP). // Журнал Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2011. — № 6.

ITU-R. Working Party 6G. Draft new Question ITU-R [6/XXX] - Digital three-dimensional (3D) TV broadcasting // Doc. 6/71, 26 May 2008.

MPEG Digital Video coding Standard — Sikora — 1997.

ITU-R Newflash. ITU journed to worldwide ‘3D television' system begins. //tcm₆−60 469.php.

3D TV moves into focus. Work underway at ITU sets out roadmap for highly advanced new broadcasting systems that mimic real-life visual experience // ITU Press Release, 14 January 2010.

ITU-R. Annex 6 to Working Party 6C Chairman’s Report. Preliminary draft new Report — Digital three-dimensional (3D) TV broadcasting // Annex 6 to Document 6C/69, 10 June 2008.

http://www.etsi.org.

http://www.625-net.ru.

Транспортный поток 1

Транспортный поток 2

Компенсация паралакса

Кодер H.264/AVC

Оценка паралакса

Кодер H.264/AVC

Мультиплексор

Вычитающее устройство

Левое изображение

Правое изображение

Векторы паралакса

Ошибка предсказания