ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ВА КОММУНИКАЦИЯЛАРИНИ РИВОЖЛАНТИРИШ ВАЗИРЛИГИ

 

МУҲАММАД АЛ-ХОРАЗМИЙ НОМИДАГИ ТОШКЕНТ АХБОРОТ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ УНИВЕРСИТЕТИ

 

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ФАКУЛЬТЕТИ

 

 

 

 

 

Телерадиоэшиттириш тизимлари кафедраси

 

 

 

 

 

РАҚАМЛИ ЭШИТТИРИШ ТИЗИМЛАРИНИНГ АСОСИЙ

КЎРСАТГИЧЛАРИНИ ҲИСОБЛАШ

 

 

 

“Аудио-видео сигналларга рақамли ишлов бериш”

 

фанидан курс ишини бажариш учун услубий кўрсатмалар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тошкент 2017

 

Муаллифлар:

ТРЭТ кафедраси доцентлари: Х.С. Соатов, Б.Н. Рахимов

Ассистентлар: А.А. Бердиев, Д.Б. Ибрагимов, Х.Г. Газиев

 

 

 

 

 

Ушбу курс ишини бажариш учун услубий кўрсатма рақамли эшиттириш тизимларининг асосий кўрсатгичларини ҳисоблаш, телевизион сигналнинг рақамли кўринишда ифодалаш, рақамли оқим тезлигини ҳисоблаш, рақамли узатгич қувватини ҳисоблаш, квадратура амплитудали модуляция, квадратура фазали манипуляцияси, ортогонал ташувчили частота зичлаштириш  усули ва бошқа ҳисоблаш ишларини бажариш каби амалий кўрсатмалардан иборат.

Ўқув-услубий кўрсатма олий ўқув юртининг 5350100 – Телекоммуникация технологиялари (Телерадиоэшиттириш) таълим йўналиши талабалари учун мўлжалланган.

 

 

 

 

 

 

Тақризчилар: “Телерадиоэшиттириш тизимлари” кафедраси

профессори Т.Г. Рахимов

РРТМ ДУК маслаҳатчиси Б.К. Абидов

 

 

 

 

 

 

 

 

КИРИШ

 

XXI асрнинг биринчи ўн йиллигида аналог телевидение тарихнинг бир қисмига айланди, чунки телевизион (ТВ) дастурларни томошабинга етказишнинг ер усти, сунъий йўлдош ва кабелли тизимлари босқичма-босқич рақамли усулга ўтиб бормоқда.

Телеэшиттиришдаги орттирилган тажрибалар шуни кўрсатдики, телевидениенинг рақамли эшиттиришга ўтиши янги имкониятлар яратиши билан бирга иқтисодий самарадорликни ҳам таъминлайди. Булардан ташқари :

1. Иккилик шаклдаги ТВ сигнални алоқа канали бўйлаб бузилишлар мавжуд ҳолатда узатишда ҳам сигналнинг халақитбардошлигини сезиларли даражада оширилиши таъминланади;

2. Иккилик шаклдаги ТВ сигнални кўп тармоқли алоқа каналлари бўйлаб узатиш, оралиқ узатиш  пунктларида рақамли сигнални кўп марталик регенерация ва скремблерлаш  имконини яратади.

Яна қўшимча равишда  оралиқ пунктларида бузилишларни рақамли коррекциясини амалга ошириш, флуктацион ва даврий бузилишларни сўндириш орқали бутун тракт бўйлаб халақитларни жамланиб қолишини олдини олиш мумкин. Шунинг учун ТВ тизимдаги сигнал сифати телевидение марказида ҳосил қилинган тасвир сифатига тенг ҳамда у алоқа каналининг узунлиги ва мураккаблигига деярли боғлиқ эмас. Бошқача қилиб айтганда, рақамли ТВ тизим видео сигналларни шаффоф узатиш имконини беради. Бу ҳолатда шаффофлик деганда сигнал манбаси ўзгаришсиз қолиши тушунилади, яъни видеомаълумотларнинг  бирламчи сифати сақланади ва уни кейинчалик қайта ишлаш имконияти пайдо бўлади;

3. Рақамли тизимлар ТВ сигнални алоқа канали бўйлаб узатишдан олдин, ундаги статистик ва физиологик ортиқчаликни бартараф қилишга кенг имкониятлар яратади, яъни видеомаълумотларни сиқишнинг юқори кўрсатгичларини тақдим этади (216 Мбит/секунддан 1,5-15 Мбит/с гача). Бу кўрсатгич, ҳозирги куннинг ўзида, стандарт 8МГц полосали радиоканалда, ер усти телеэшиттиришнинг 3-4 ТВ дастурларини, сунъий йўлдошли алоқа каналининг битта стволидан 10 тагача ТВ дастурларни ёки юқори аниқликдаги битта ТВ канални узатиш имкониятини беради. Бундан ташқари каналда юқори сифатни сақлаган ҳолда катта оқимдаги маълумотлар узатилиши мумкин. Булар ўз навбатида сунъий йўлдош каналларини ижара қийматини қисқаришига ва сармоялар сарфланишини  камайишига олиб келади.

4. Бир турдаги коммутацияловчи (уланишни амалга оширувчи), тахрирловчи ва бошқа қурилмаларни яратиш мақсадида телевизион қурилмаларнинг анча кенгроқ бўлган турларидан фойдаланиш имкони мавжуд;

5. Алоқа каналида декодерланувчи тасвир сифатининг ўзгаришига мос бўлган рақамли маълумот узатиш тезлигини бир маромда ўзгартириш имкониятини берувчи узатишнинг мослашувчанлиги таъминланади. Бундан ташқари аниқ бир фойдаланувчи талабига кўра мослашувчанликка эришилади;

6. Телевизион каналдаги қўшимча маълумотларни зичлаш амалиёти нисбатан осон амалга оширилади. Видеосигнал билан биргаликда бир вақтнинг ўзида овоз сигнали, овозли эшиттириш сигнали, назорат частоталари, аниқ вақт сигнали, телеўйинлар сигнали, телегазеталар ва бошқа турдаги маълумотларни узатувчи қурилма соддалаштирилади. Шу туфайли эшиттириш, кўнгилочар, таълим, маиший дастурлар каби бир қатор хизмат турларини жорий қилишга эришилади;

7. Иккилик кодда маълумотларни сақлаш чегераланмаган муддатли бўлиши мумкин ва сақланаётган маълумотларга кўп марталик мурожаат қилиш имкони мавжуд. Эҳтиёж туғилганда сақланаётган маълумотлар осонгина тикланади ва бу ўз навбатида фонд ва архив маълумотларни яратишда жуда муҳим аҳамиятга эга. Рақамли телевидение тизими билан уй, локаль компьютер тармоқларининг  (магнитли дисклар, маълумотни ёзишга мўлжалланган оптик дисклар ва ҳ.к.) интеграциялашуви аниқ бир фойдаланувчига кўрсатувларни автоматик тарзда ёзиб олиш имкониятини беради;

8. Микрокомпьютерлар ёрдамида рақамли телевизион узатиш марказларининг (РТУМ) рақамли модуляторлари иш режимларини оптималлаштириш станциянинг фойдали иш коэффицентини (ФИК) ва узатилаётган сигнал сифатини оширади ҳамда техник марказларда хизмат кўрсатишни осонлаштиради;.

9. Телевизион трактнинг (камерадан   чиқиш қурилмасигача ёки қабул қилишгача) тўлиқ рақамли ҳолатга ўтиши ТВ дастурлар ишлаб чиқарилишининг арзонлашувига олиб келади. Ҳамда рақамли телевизион эшиттиришни автоматлаштирувчи тизимнинг нисбатан арзон ва анча самарали усулини тақдим этади;

10. Рақамли телевидение тизими телевизион эшиттириш компанияларига томошабин билан тўғридан-тўғри алоқа қилиш ва уларга истисно сифатида турли воқеа ва ҳодисаларни намойиш этиш имкониятини беради. Бу орқали рекламани томошабин қизиқиши ва қарашларини инобатга олган ҳолда, мақсадли рекламага айланиши мумкин;

11. Телевидение учун рақамли технологиялар интерфаоллик тушунчасини тақдим этади. Интерфаолликнинг биринчи кўриниши сифатида интерфаол реклама, маҳсулотларни сотиш хизмати, ТВ ўйинлар каби хизматлар жорий қилинади. Интерфаолликнинг кейинги босқичида эса таълим ва бошқа турдаги дастурлар йўлга қўйилиши зарур.

 

Расм 1. Рақамли ТВ тизим структура схемаси

Тизимнинг асосий қисмлари вазифаларини қисқача кўриб чиқамиз.

Аналог телевизион сигнал манбаи Е_y ёруғлик сигналини ва E_R-Y, E_B-Y рангфарқ сигналларини ҳосил қилади. Бу сигналлар аналог рақамли ўзгартиргич (АРЎ)га тушиб рақамли ҳолатга ўтказилади. Кодерда, алоқа каналида иккилик символларни узатиш тезлигини камайтириш мақсадида видеомаълумотларни самарали кодлаш жараёни амалга оширилади. Бу энг муҳим жараёнлардан бири. Самарали кодлашсиз рақамли ТВ сигналларни стандарт алоқа каналлари бўйлаб узатиб бўлмайди.

Овоз сигналлари ҳам ўз ўрнида албатта рақамли кўринишга ўтказилади. Овоз маълумотлари овоз кодерида сиқилади. Кодланган овоз, тасвир ва турли қўшимча маълумотлар мультиплексорда битта оқимга бирлаштирилади. Халақитбардошликни ошириш мақсадида узатилаётган маълумотлар канал кодерида яна бир марта кодланади. Ҳосил бўлган рақамли сигналлар алоқа каналида қўлланилаётган ташувчилар ёрдамида модуляцияланади.

Тизимнинг қабул қилиш қисмида эса қабул қилинган юқори частотали (ЮЧ) сигнал демодуляцияси ва каналли кодлашнинг декодерланиш жараёни амалга оширилади. Сўнгра маълумотлар оқими демультиплексорда тасвир, овоз ва қўшимча маълумотларга бўлинади. Бундан кейин маълумотларни декодерлаш амалга оширилади. Натижада тасвир декодери чиқишида ёруғлик ва рангфарқ сигналларининг рақамли кўриниши ҳосил бўлади. Ушбу сигналлар рақамли аналог ўзгартиргичда (РАЎ) аналог ҳолатга ўтказилади ва мониторга узатилади. Овоз декодери чиқишида ҳам ҳосил бўлган овоз сигналларининг рақамли кўриниши аналог кўринишга ўтказилади. Бу сигналлар овоз сигналлари кучайтиргичига берилади ва ўз ўрнида радиокарнайларга узатилади.

Рақамли телевидениенинг биринчи тизимлари бундан 30 йиллар олдин яратилган ва синовдан ўтказилган, лекин тизимнинг функционал ва ташкилий қийин хусусиятлари уни амалиётда қўллаш имконини бермаган.

Ушбу курс ишида ҳар бир талаба 1-иловада келтирилган вариантлар бўйича тегишли вариантини ҳисоблаб чиқиши зарур.

 

1.    ТЕЛЕВИЗИОН СИГНАЛНИНГ РАҚАМЛИ КЎРИНИШИ

 

Намуна сифатида 1-вариант бирламчи маълумотларини оламиз.

 

1.    Формат коэффиценти......……………………………………………. К_ф= 4 :3;

2.    Бир секундда ўтувчи кадрлар сони...............………………………….. n = 45;

3.    Сатрлар сони……………………  ………………………...……………Z =1050;

4.    Квантлаш даражалари сони..…………… …………….. ……………m = 512;

5.    Сиқиш коэффициенти…………………………………..…………………;

6.    Ички кодлаш тезлиги........... ………………………………………………1/2 ;

7.    Ташувчиларни модуляциялаш усули……………………… ……….QAM-64;

8.    Узатувчи антенна ўрнатиладиган баландлик.……………………...;

9.    Қабул қилувчи антенна ўрнатиладиган баландлик ..………………...;

10.                        Тасвир сифати............……………………….………………………….;

11.  Радиоканал рақами..……………………………………………………;

 

Аналог сигнални рақамли ҳолатга ўтказишда биринчи жараён бу дискретлаш бўлиб, U(t) узлуксиз аналог сигнални унинг кетма-кет ҳисоблари билан алмаштириш тушунилади. Дискретлашнинг энг оммалашган тури бу Найквист-Котельников теоремасига асосланадиган доимий даврга эга бир маромли дискретлаш ҳисобланади. Ушбу теоремага асосан чегараланган частота спектрига эга ҳар қандай узлуксиз сигнални U(t), вақтнинг дискретланган ҳисоблари U(tn) кўринишида ифодалаши мумкин. Бу ерда tn = nT , n=1,2,3….4 вақтнинг дискретланган ҳисоблари; Т – давр ёки дискретлаш оралиғи (Котельников теоремаси шартларидан олинган), fв – бирламчи сигнал U(t) нинг юқори частота чегараси (расм 2-5).

Расм 2. Узлуксиз сигнал

 

Расм 3. Аниқланган сигнал ҳисоблари

Расм 4. Квантланган сигнал

Расм 5.  Кодланган сигнал

Узлуксиз U(t) сигналнинг  дискретланган қийматлар U(tn) кетма-кетлиги шаклига алмаштиришни тасдиқловчи Найквист-Котельников теоремаси аналитик ифодаси қуйидагича:

.

ТВ сигнал юқори частота чегараси (Найквист - Котельников теоремасига асосан) қуйидаги формула ёрдамида топилади:

,

 

Бу ерда: К_ф - формат коэффициенти;

               n – бир секундда ўтувчи кадрлар сони;

               z – сатрлар сони.

Дастлаб дискретлаш частотаси топилади. Импульс-кодли модуляцияли (ИКМ) рақамли телевидение тизимларида, дискретлаш частотаси f_д Найквист-Котельников теоремаси асосида олинадиган минимал қийматдан нисбатан баландроқ қилиб танланади. Бундай ҳолатда дискретланган сигнал спектридаги салбий-ҳалақит берувчи спектрларни бартараф қилиш ва шу орқали паст частотали фильтрлаш ёрдамида аналог сигналнинг бирламчи сифат ҳолатини кафолатли қайта тиклаш таъминланади. Шунга кўра:

       K=1,1бўлганда

.

 

1.1. Рақамли оқим тезлигини ҳисоблаш

 

Рақамли видео сигналлар учун рақамли оқим тезлигини ҳисоблаш ифодаси қуйидагича:

,

Бу ерда s – битлар сонини аниқловчи кодли сўз узунлиги, унинг ёрдамида квантланиш даражасининг m гача бўлган ихтиёрий рақамини иккилик шаклда ёзиш мумкин, m – қуйидаги ифода ёрдамида топилади:

,

Бу ерда, m – квантлаш даражаси сони (шартга кўра 512 га тенг) ва бу ердан s = 9 эканлигини топамиз.

ТВ сигналларни қайта ишлашнинг ҳалқаро стандартларига (МСЭ-РВТ 601-5) кўра ёруғлик Е_y ва рангфарқ Е_R-Y ва Е_B-Y сигналларини алоҳида кодлаш тавсия қилинади.

Унда видеосигнал рақамли компонентлари учун рақамли оқим тезлиги қуйидаги ифода ёрдамида аниқланади:

,

Бу ерда: f_ду - ёруғлик сигнали дискретлаш частотаси, Гц;

                      0,5 f_ду - рангфарқ сигналлари дискретлаш частотаси, Гц.

Натижада рақамли оқим тезлиги қуйидагича аниқланади:

=

Шундай қилиб, одатий ИКМ га асосланган телевизион тасвирларни рақамли кодлаш усулларини амалга оширишда рақамли оқим тезлигининг бир неча юз, беш юз ва минг Мбит/сга етадиган (Юқори сифатли телевидение - ЮСТ учун) турларга бўлиш лозим. Бу эса ўз навбатида видеомаълумотларни узатишда ва уларни қайта ишлашда, шунингдек, уларни ёзишда баъзи бир муаммоларни  пайдо қилади.

1.2. Рақамли узатгич қувватини ҳисоблаш

 

Айлана шаклидаги маълум майдон чегарасида электромагнит майдон кучланганлигининг талаб қилинадиган қийматини таъминловчи, тўғридан-тўғри кўриш зонасида бўлган ТВ узатгич қувватини ўлчаш  учун қуйидаги формуладан фойдаланилади

,

бу ерда  D – узатувчи антенна кучайтириш коэффициенти;

         – атмосфера рефракцияларини ҳисобга олган ҳолда тўғридан-тўғри кўриш зонаси радиуси;

          –  электромагнит нурланиш тўлқин узунлиги;

      E_min – берилган сифат кўрсатгичини таъминловчи, рухсат этилган радиосигнал майдон кучланганлигининг  минимал қиймати.

, МГц,

МГц.

37 - рақамли радиоканал учун ташувчи частота 599,25 МГц га тенг ва кучайтириш коэффиценти  D=15.

Электромагнит нурланишнинг тўлқин узунлиги қуйидаги формула ёрдамида аниқлаймиз:

    =0,5м.

Тўғридан-тўғри кўриш оралиғида қуйидаги формула билан аниқлаймиз (h1 ва h2 биринчи ва иккинчи антенналар узунликлари метрда ва r₀ километрда ҳисобланади):              ;

=105м.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

Берилган частота  диапазони ва намоиш қилинадиган  ТВ тасвир сифати учун кучланганликнинг минимал қиймати E_min=2985,38 мкВ/м га тенг.

Энди узатгич қувватини аниқлаймиз:

=0,023кВт.

2. МОДУЛЯЦИЯ УСУЛЛАРИ УЧУН УМУМИЙ ТАЛАБЛАР

 

Маълумотларни белгиланган тезликда узатиш жараёнидаги асосий муаммолардан бири бу - маълумот ташувчи энергияни электр сигнал спектрида тақсимлаш ва бу тақсимотни алоқа каналининг хусусиятлари билан мослаштириш ҳисобланади. Табиатига кўра иккилик сигналлар бу - тўғри бурчакли импульслар кетма-кетлигидир, бундай импульсларни бузилишларсиз узатиш учун эса назарий жиҳатдан чексиз частота полосаси талаб қилинади. Аммо реал алоқа каналлари чегараланган частота полосасинигина таъминлаши мумкин, шунинг учун узатилаётган сигналларни канал параметрларига мослаштириш лозим. Бундай мослаштиришга эришишда бирламчи сигналларни кодлашда уларни маълумот ташувчи махсус шаклли импульслар билан таъминланади.

Рақамли телевидение тизимларида қўлланиладиган кўп босқичли модуляция турларига мисол қилиб квадратура-амплитудали модуляция QAM, квадратура-фазали манипуляция ёки тўрт босқичли фазавий манипуляция QPSK, ортогонал ташувчили частота зичлаштириш модуляцияси OFDM ҳамда ташувчи ва ён частоталар полосаларини қисман сўндиришли саккиз босқичли амплитудавий модуляция 8-VSB ларни келтиришимиз мумкин.

Ер усти рақамли телевидениеси каналлари уларга таъсир қилувчи саноат халақитлари юқорилиги билан ажралиб туради. Ер усти телевизион эшиттиришларини амалга ошириш мумкин бўлган частота диапазони тўлиқ банд қилинганлиги, қўшилиб кетган ва ён каналлар сигналларининг ўзаро таъсири натижасида вужудга келадиган интерференцион бузилишларнинг пайдо бўлиш эҳтимоллиги юқоридир. Рақамли ер усти телевидение тизимларининг модуляция усулини танлашда, телевизион сигналларни қабул қилишни ташкил этишда тизим баъзи бир шароитларда ҳам жумладан,  хона антенналари ва қўзғалмас телевизион қабул қилгич антенналари ёрдамида амалга ошира олиш, шунингдек, бир частотали тизимда фаолият юрита олиш қобилиятларини ҳисобга олиш лозим. Бундан ташқари рақамли телевидение сигналларини мобиль ҳамда алоқа каналининг хусусиятлари тезкор равишда алмашадиган шароитларда қабул қилиш имконияти қатъий талаб сифатида эмас, балки ихтиёрий талаб сифатида қаралади. Бундай ҳолатда бир частотали тармоқ сифатида паст қувватли синхрон радиоузатгичлар тармоғи хизмат қилади. Иккиламчи узатчиглар асосий узатгичдан тарқатилаётган сигнални  қабул қилиш даражаси сифатсиз бўлган зоналарга жойлаштирилади ҳамда иккиламчи узатгичлар асосий узатгич частотасида ишлайди. Барча маълум кўп босқичли модуляция турларидан фақат иккитаси юқорида кўрсатилган талабларга жавоб беради: 8-VSB ва OFDM.

 

2.1. Квадратура амплитудали модуляция (QAM )

 

Ушбу усул комбинацияланган модуляция турига тегишли. QAM усулида модуляцияланган сигнал иккита ортогонал ташувчилар, яъни косинусоидал ва синусоидал ташувчилар йиғиндиси кўринишини намоён қилинади. Уларнинг амплитудалари мустақил дискрет қийматлар қабул қилади.

 

 u _qam (t) =Uc[c_I(t) cosω_Ct+c_II(t)sinω_Ct],

бу ерда Uc — сигнал амплитудаси; ω_C — ташувчи частота,  c_I(t), c_II(t) - квадратур каналларда модуляцияловчи сигналлар. Qам модуляциясидан кейин сигналларни қабул қилишда когерент детекторлаш амалга оширилади.

Агар u_qam (t) ифодасида модуляцияловчи сигналлар c_I(t), c_II(t) ±1 қийматларни қабул қилса, QAM-4 (тўрт босқичли QAM) ҳосил қилинади. Агарда квадратурада ҳам синфаз каналлар каби тўртбосқичли c(t) = ±1; ±3 сигналлар қўлланилса, 64 босқичли Qам (QAM-64) ҳосил бўлади ва қуйидаги ифода бўйича ёзилади:

U_QAM-64(t)=A_icos(ω_Ct+Θ_I)

Ифодани фаза-амплитуда майдонида (кенглигида) махсус 6-расмда кўрсатилган каби тасвирлашимиз мумкин, A_i сигнал векторининг тугалланган ҳолатлари i қийматларининг турли даражалари бўйича нуқталар ёрдамида кўрсатилган.

Расм 6.

 QAM-16 (c = 1) режимида сигнал ҳолатларининг вектор диаграммаси

6-расмда кордината ўқлари синфаз J ва квадратура Q ташкил этувчиларига тўғри келади.

QAM модуляциясининг турли усулларида сигнал нуқталарининг фаза-амплитуда муҳитида жойлашишини модуляцияланган сигналларнинг юлдузсимон сигналлари аниқлаштиради. Қўшма квадрантларидаги икки яқин нуқталар орасида турли масофалар учун бир текис ҳамда нотекис юлдузсимон сигналлари қўлланилади ва шу орқали χ юлдузли сигнал нотекислик коэффиценти баҳоланади. Ушбу параметр икки турли квадрантлардаги қўшни нуқталар орасидаги масофани битта квадрант ичидаги нуқталар орасидаги масофага нисбатига тенг. QAM-16 ва QAM-64 модуляция турлари учун χ нинг 3 та қийматини қўллаш тавсия қилинади:

χ = 1 бир текис юлдузсимон сигналли оддий QAM га тўғри келади (расм 6);

χ = 2 нотекис юлдузсимон сигналли QAM ни тавсифлайди, қўшма квадрантларнинг икки энг яқин нуқталари орасидаги масофа битта квадрант чегарасидаги шу масофадан икки марта катта эканлигини ифодалайди (расм 7);

χ = 4  нотекис юлдузсимон сигналли QAM ни тавсифлайди, квадрантлар ичидаги ва квадрантлараро нуқталарнинг орасидаги масофа 4 карралилигини ифодалайди (расм 8).

χ = 2 ва χ = 4 коэффицента эга нотекис структурали юлдузсимон сигналларнинг қўлланилиши орқали, QAM-16 ва QAM-64 усуллари ёрдамида модуляцияланган оқимни яхшироқ декодерлашга эришилади. Лекин бундай ҳолатда маълумотлар оқимида сигнал-шовқин муносабатларини ошириш лозим, чунки шовқин ва халақитлар юлдузсимон сигнал нуқталарини “булутларга” трансформациялайди. Сигнал нуқтаси “булут” маркази ҳисобланади, унинг “аралашуви”- ташувчининг қолдиқ сатҳи, J ва Q сигналлари сатҳлари баланси бузилиши, модуляцияли хатолар коэффиценти ва бошқа параметрларни ифодалайди. Шовқиннинг ўта юқори даражаларида сигналли нуқталарни ажратиш деярли иложи бўлмай қолади.  Юлдузсимон сигналларига нотекисликларнинг киритилганлиги шарофати билан квадрантлар орасидаги сигнал нуқталарини етарлича яхши ажратиб олинади, яъни декодерлаш руҳсат этилган хатолик эҳтимоллигида амалга оширилиши мумкин.

Амалиётда QAM -16 модуляция тури 3,9 (бит/с)/Гц ва QAM-64 - 4,5 (бит/с)/Гц маълумот узатиш тезликларини таъминлайди.

8 МГц полосали кабелли тармоқ каналининг ўтказувчанлик қобилияти QAM-64 модуляциясида, 38,5 Мбит/с ни ташкил қилади. QAM-64 модуляцияси кабелли тармоқларда рақамли ТВ қабул қилгич киришидаги сигнал-шовқин муносабатлари 24 дБ.га тенг бўлганда ишончли қабул даражаси таъминлайди.

2.2. Квадратура фазали манипуляцияси (QPSK)

QPSK – бу асосий дискрети π/2 га тенг дискрет фазали манипуляция ҳисобланади. Бундай турдаги модуляцияда модуляторга берилаётган барча кирувчи маълумотлар кетма-кетлиги жуфтликлар, яъни икки битли символларга ажратилади ва символдан символга ўтишда сигналнинг бошланғич фазаси φ бирликка ўзгартирилади. φ бирлик миқдори 1-жадвалда келтирилган алгоритмга асосан аниқланади.

QPSK модуляторининг умумлаштирилган функционал схемаси 6-расмда келтирилган.

 

1 – Жадвал. QPSK усулида фазавий монипуляциялаш қонуни.

 

 

Модуляция-ланган сигнал

Фаза кодери

Кирувчи битлар  кетма-кетлиги

Кирувчи кетма-кетликни икки параллел кетма-кетликларга айлантиргич

 

Расм 9. QPSK модуляторининг функционал схемаси

 

 

 

 

 

 

2.3. Ортогонал ташувчили частота зичлаштириш

 усули (OFDM)

Маълумотлар оқими OFDM модуляциялаш турини қўлланганда кўп сонли ташувчилар ёрдамида узатилади. Бу ҳолатда юқори тезликли рақамли кетма-кетлик алоҳида ташувчилар ёрдамида узатилувчи кўп сонли, паст тезликли оқимларга бўлинади. Ташувчилар сонининг кўплиги эвазига ҳар бир параллел оқимлардаги символлар давомийлиги бирламчи оқимдагига нисбатан минг мартагача кўп бўлади. Символларнинг бундай катта узунликда бўлиши интерференция натижасида пайдо бўладиган символлараро бузилишлардан яхши ҳимоялайди, чунки сигналнинг қайтиши унинг маълум қисми сифатига эмас, балки бутун сигналга таъсир қилади. OFDM модуляция усули баъзи диапазон частоталарида жойлашган ортогонал ташувчилардан фойдаланади. Ушбу ташувчилар асосий частотага каррали бўлган махсус диапазонларга жойлаштирилади, бу ҳолатда . Амалиётда ташувчилар частотаси қуйидаги ифодага ёрдамида аниқланади:

,

бу ерда - частотали зичлаштириш амалга ошириладиган интервал бошланиши;

          n–0 дан (N-1) гача бўлган диапазондаги ташувчи рақами, N-ташувчиларнинг умумий сони;

          битта символ узатиш интервал даври.

Ортогоналлик шартини бажариш учун ташувчилар орасидаги частоталар фарқи доимий қийматга, 1/T_s га тенг бўлиши лозим. Бундай ҳолатда марказий спектрдаги барча ташувчилар спектридаги модуляцияланган ташувчилар спектри 0 сатҳдан ўтади ва қабул жараёнидаги демодуляция жараёнига халақит бермайди. Қўшни ташувчилар орасидаги ўзаро халақит уларнинг ён полосалари кесишган ҳолатда ҳам нолга тенг бўлади. Бу эса ТВ канал частота полосасидан самарали фойдаланиш ва узатиш тезлигини фильтрлаш усулига нисбатан 2 карра ошириш имконини беради (полосали фильтлар ёрдамида ташувчиларни алоҳида каналларга ажратиш анъанавий усули бўлиб, ташувчилар модуляцисида уларнинг ён полосалари кесишмаслиги лозим).

OFDM модуляция турининг принципиал схемаси 10-расмда келтирилган.

 

Кетма-кет оқимни параллел оқимларга айлантиргич

Расм 10. OFDM модуляция тури қурилмасининг функционал схемаси.

 

Маълумотлар узатилаётган кетма-кет оқим биринчи бўлиб N та кўп сонли параллел оқимларга бўлинади ва паралелл ҳолатга трансформацияланади. Бу турдаги ҳар бир сигнал ўзининг модуляторига тушиб, унинг ортогонал ташувчилардан бири ёки бу турдаги модуляцияга (QAM – 16, QAM – 64, QPSK) учрайди. Шундай қилиб, ҳар бир ташувчи маълумотлар оқими, ташувчилар сонига тенг бўлган N мартага қисқартирилган оқимни ташийди. Модуляцияланган ортогонал тебранишларни бирлаштирилганда натижавий OFDM сигнал шаклланади.

Ҳар бир ташувчида ташилаётган унчалик юқори бўлмаган маълумот оқимининг тезликларида ҳам символлараро бузилишлар содир бўлиши мумкин. Бундай бузилишга бартараф қилиш учун ҳар бир узатилаётган символ олдидан ҳимоя интервалини қўшиш лозим. Ўз ўрнида ушбу ҳимоя интерваллари тузилиши қабул қилинадиган  ташувчиларнинг ортогоналлигини сақлаб қолиши лозим. Ҳимоя интервал таркибида фойдали сигнал фрагменти жўнатилади, бу эса ўз навбатида қабул қилинадиган сигнал ташувчисининг ортогоналлигининг сақланишини кафолатлайди. OFDM усули символлараро бузилишларга анча халақитбардошлидир, чунки ҳар бир канал ости символи анча катта узунликка эга.

Ташувчилар сони бир неча мингга етганида, бундай турдаги функционал схемани амалда йиғиш муаммоси пайдо бўлади (расм 10). 8000 та ташувчи тебранишлар синтезаторлари ва 8000 та модуляторлардан фойдаланиб бундай турдаги схемани йиғишда унинг ўлчами катталиги жуда ҳам ошиб кетишига ва уни йиғишнинг умуман иложи йўқлигига олиб келади. Лекин алгоритмлар яратиш ва Фурье қатори асосида интеграл процессорлар схемаларини саноат миқёсида ишлаб чиқилиши, ушбу муаммони хал қилишга ёрдам беради (расм 11.), чунки баъзи бир коэффицентларни турли частоталар гармоник тебранишларига кўпайтириш ва ҳосил бўлган натижаларни йиғиш тескари Фурье алмаштиришдан бошқа нарса эмас. Тескари тезкор Фурье алмаштириш коэффицентларини паралеллаштириш маълумотлар оқимини ҳисоблаш учун қўлланилади. Барча ҳисоб китоблар рақамли кўринишда амалга оширилганлиги учун РАЎ (рақамли аналог ўзгартиргич) талаб қилинади. Демодуляция жараёни тўғри Фурье алмаштириш базасида амалга оширилади, бу ерда ТФА- тезкор Фурье алмаштириш қурилмаси. Албатта киришда АРЎ (аналог рақамли ўзгартиргич) бўлиши лозим. Кўпчилик тезкор Фурье алгоритмларида қайта ишланаётган массив ўлчами 2 сонининг бутун даражали қийматига тенг бўлади. Шунинг учун массив ўлчами N=8k=8192 ёки N=2k=2048 (бу ерда k = 1024) бўлган қийматларда бўлиши мумкин. Ҳозирда қўлланилаётган таклиф қилинган иккита режимларда мос равишда 6817 ва 1705 ташувчи қўлланилади, лекин Фурье алмаштириш массиви ўлчамига кўра мос равишда 8k OFDM ва 2k OFDM деб номланади.

2k режими битта узатгичли эшиттиришлар ва узатгичлар орасидаги масофаси чегараланган бир частотали кичик тизимларни қуриш учун қулай. 8k режимидан эса катта бир частотали тизимларни қуришда фойдаланилади. 8 МГц полоса кенглигига эга алоқа каналида OFDM модуляцияси 7,61 МГц полосани эгаллайди, ташувчилар фарқи эса 4464 Гц (2k режимда) ва 1116 Гц (8k режимда) бўлади.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расм 11. – OFDM туридаги тўғри ва тескари Фурье алмаштиришли модуляция ва демодуляция функционал схемаси

 

Ўтказилган тажрибалар шуни кўрсатганки, 8k режими 2k режимига нисбатан импульсли халақитларга бардошлироқдир. Бу ҳолат 8k режими символи 2k режим символига нисбатан 4 баробар узунлиги билан ифодаланади.

OFDM усулида модуляцияланиб узатиладиган сигнал кадрлардан иборат. Тўртта кадр суперкадрни ҳосил қилади. Ҳар бир кадр 68 та символдан иборат, ҳар бир символ – 6817 та ташувчидан иборат (8k режими = 8192). Бу ташувчиларнин бир қисми синхронлаш ва бошқариш мақсадида фойданилади. Фойдали ташувчилар сони 6048 та. 2k режими учун эса 2k = 2048, 1705 та ташувчидан 1512 таси фойдали ташувчи ҳисобланади.

3. MPEG-2 АХБОРОТНИ СИҚИШ ХАЛҚАРО КОДЛАШ СТАНДАРТИ

 

3.1. Видеосиқишнинг амалий қўлланилиши

 

Рақамли телевидение тизимларида рақамли оқим орқали маълумотларини узатиш тезлиги шиддат билан ошиб бормоқда. Ушбу ҳолатни ТВ тасвирни рақамли кодлаш мисолида кўриб чиқамиз.

Маълумотларни сиқиш ҳамда мос стандартлар ва тавсияларни ишлаб чиқиш масалалари билан 1988 йилда тузилган, турли фирмалар ҳамда бир қанча давлатлар илмий текшириш институтларини бирлаштирувчи MPEG (Motion Picture Experts Group) ташкилоти шуғулланади. MPEG - икки халқаро ташкилотлар, ISO (халқаро стандартлаштириш ташкилоти) ва IEC (халқаро электротехника комиссияси) компаниялар қарамоғидаги қўмита ҳисобланади. MPEG шуғулланадиган асосий масаласидан бири бу - рақамли видеосигнал спектрини сиқишдаги мавжуд муаммоларни ўрганиш ва мос стандартни ишлаб чиқишдан иборат. Уларнинг ечимлари ўз навбатида тасвир ва овоз сигналларини кам ҳажмли маълумотлар ёрдамида юқори сифатда узатиш ва ёзиш усулларини ишлаб чиқишга туртки бўлди.

Тасвир, овоз ва қўшимча маълумотларни ўзида мужассамлаштирган рақамли телевидение сигналларини сиқиш ва мультиплексорлаш усулларини стандартлаштириш юзасидан ҳозирги вақтда ҳаракатдаги тасвирларни сиқиш учун 3 та стандарт MPEG-1, MPEG-2 ва MPEG-4 ишлаб чиқилган ва уларнинг параметрлари оптималлаштирилган.

MPEG-1 стандарти ТВ тасвирларни компакт дискларга ёзиш (CD ROM) ва ТВ тасвирларни паст тезликли узатиш каналларда (рақамли маълумотлар оқими 1,5 Мбит/c гача бўлган) узатишга мўлжалланган. MPEG-1 тизимида эшиттириш телевидениесидаги тасвир ёйиш кўрсатгичига нисбатан 4 баробар кичик ўлчамли тасвир юборилади: 288 ^× 352, бундай кичик ўлчамли тасвир сигналини узатиш учун эса ТВ сигнални кодлашда децимация (оралатиш) амалиёти қўлланилади, яъни ТВ растрда бирламчи сигнал ҳисобларини горизонтал ва вертикал ўлчамларда икки марта қисқартирилади.

MPEG-2 стандарти ТВ эшиттиришларда сигналларни кодлаш учун махсус ишлаб чиқарилган. Ушбу тизим ХЭБ-Р 11/601 (Халқаро электралоқа бирлашмаси - Радио) тавсияномасига мос келадиган тўлиқ тиниқликдаги декодерланган ТВ тасвир олиш имконини беради (видеомаълумотларни узатишда 9 Мбит/c тезлик ТВ тасвир сифатини студия сифатига мос қилиб беради).

MPEG стандарти пакетлари ЮСТ (Юқори сифатли телевидение) га ўтиш масалалари ҳам кўриб чиқади. ЮСТ видеосигналларини сиқиш алгоритмлари аввалига мустақил стандарт MPEG-3 стандарти кўринишида ишлаб чиқилган, кейинчалик эса ушбу стандарт MPEG-2 стандарти билан бирлаштирилган ва мустақил стандарт сифатида фойдаланиш тўхтатилган.

MPEG-4 стандарти ҳам MPEG-2 стандарти каби рақамлаштирилган маълумотларни сиқиш қурилмалари техник йиғиндиси ҳисобланади. MPEG-4 тизимида кодлашнинг объект-база принципига асосланган бир нечта янги усулларидан фойдаланилади ва бу усуллар ушбу стандартни MPEG-2 га нисбатан деярли уч баробар самарали бўлишини таъминлайди.

Объект-база кодлаш принципи тасвирни махсус объектларга (сегментларга) бўлиб, уларни ҳар бирини турлича кодлашга асосланади. Масалан, кўп деталлар талаб қилинадиган тасвирдаги инсон юзининг қисми ва кам деталлар талаб қиладиган орқа фон ажратиб олинади. Шундай қилиб, тасвирнинг фақат баъзи бир деталларини (ушбу усул ёрдамида аниқ ютуқ берувчиларини) нисбатан юқорироқ бит оқими (Мбит/с) билан узатиш лозим. Агар мураккаб саҳналарни сигментлаш жараёни оқилона тарзда бажарилса, маълумот оқими тезлигини сезиларли даражада пасайтириш имкони пайдо бўлади.

MPEG-4 сиқиш стандарти пайдо бўлиши MPEG-2 стандартининг тизимдаги ўрнини камайтирмайди, балки бу иккала стандартлар кўп соҳаларда, айниқса маълумот оқими магистралида узвий боғлиқликни таъминлайди.

MPEG-2 стандартини қабул қилиш орқали видеомаълумотларни сиқиш муаммолари амалий ечим топди. Ҳозирги кунда MPEG-2 стандартидаги кодер ва декодерларни ишлаб чиқарувчи ўнлаб фирмаларни санаб ўтиш мумкин. Улардан энг машҳурлари Philips, Panasonic, Page Micro Technology, CLJ Communication, Wegener Communications, Scientific-Atlanta, NTL, Segem Group, NEC, Vistek, General Instruments ва бошқалар.

MPEG-2 транспорт оқими ўз ичига нафақат видео ва аудио рақамли оқимларни балки бошқа рақамли маълумотларни ҳам олиши мумкин. Сунъий йўлдошли телевидениеда ушбу оқимлардан кўрсатувлар дастури, каналлар ҳақида маълумотлар (частота, қутбланиш), каналларга рухсат кодлари каби маълумотлар узатилади. Бундан ташқари сунъий йўлдошли эшиттириш каналлари орқали Internet жорий қилиш ҳам жадал ривожланмоқда.

MPEG-2 тизимининг яна бир қўлланиладиган муҳим соҳаси бу – мавжуд радиорелей каналларини зичлаштиришдир. Уларни модернизациялашда фақатгина узатувчи ва қабул қилувчи қурилмалар алмаштириш етарли, ретрансляторлар эса алмаштирилмайди. Ушбу тизимнинг имкониятлари орқали транпорт оқимига ҳар қандай турдаги рақамли маълумотни, шу жумладан Internet каналларини ҳам киритиш мумкин.

3.2. MPEG-2 кодлаш стандарти

 

Амалий тажрибалар шуни кўрсатмоқдаки, ҳатто битта стандарт доирасида рақамли телевидение сигналларини узатиш, турли сифат даражаларида амалга оширилиши истисно эмас. Худди шу масалани ТВ қабул қилгичлар ҳақида ҳам айтиш мумкин. Қатъий, асосийси тор рухсат этилган интерваллар каби талаблар тизим эгилувчанлигини, фойдаланувчиларнинг турли қатламлари ҳамда уларнинг талабларига мослашувчанлигини пасайтиради. Шунингдек ҳар қандай истиқболли тизим ривожланишнинг янада юқорироқ босқич сифат даражасини қўллаб-қувватлаш заҳирасига эга бўлиши лозим. Шу каби бошқа қарашлар ҳамда талаблар жуда муҳим ҳисобланадиган ISO/IEC 13818-2 хужжати асосини ташкил қилди.

Ушбу хужжатда MPEG-2 стандарти бу – қўлланилаётган алгоритмлар қийинлик даражасига кўра турлича бўлган ва ТВ сигналларни сиқишнинг ўзаро мослаштирилган стандартлари оиласи эканлиги белгилаб қўйилди. Шунинг учун MPEG-2 стандарти чегарасида профиллар ва сатҳлар тизими ишлаб чиқилган. Профил бу – алгоритмлар ва сиқиш усулларини белгиловчи махсус қўлланиладиган тизим ости бирликдир. Ҳар бир профил таркибидаги даражалар сиқилаётган тасвир кўрсатгичларига боғланган.

Эшиттириш тизимлари учун ТВ тасвир сифат градациялари ISO/IEC 13818-2 стандартида ТВ тасвир сатрларини ёйиш форматининг 4 та даражаларни, ҳамда ёруғлик ва рангфарқ сигналларини кодлаш форматидаги 5 та даражаларни киритиш билан белгиланади. MPEG-2 тизими қурилишидаги умумий ёндошув ғояси 2-жадвал асосида тушунтирилади.

Жадвалнинг қуйи қисмида жойлашган даража “қуйи даража” дейилади ва унга MPEG-2 стандартига киритилган – чекланган тиниқликли телевидение деб юритилувчи ТВ тасвир сифатининг янги даражаси тўғри келади. Ушбу ҳолатда ТВ тасвир кадри 288 та актив сатрларга (эшиттириш телевидениесидан 2 марта кам) эга ва ҳар бир сатр 352 та ҳисоб билан дискретланади.

Эшиттириш стандартидаги телевидение сигналларини кодлаш “асосий даража”га мос қилиб амалга оширилади, яъни кадрдаги актив сатрлар сони 576 та ва улар 720 та ҳисоб билан кодланади.

Юқори даража – 1440, 1440*1152 ёйиш ўлчамига эга юқори сифатли телевидение тасвирларини қўллаб қувватлайди.

Юқори даража – 1920, 1920*1152 (HDTV-plus) ўлчамга эга кенг форматли юқори сифатли ТВ тасвир сигналини таъминлайди. Иккала “юқори” ТВ тасвир даражаларида ҳам кадр 1152 та актив сатрдан иборат (эшиттириш телевидениесидан икки баробар кўп). Ушбу сатрлар мос равишда 1440 ёки 1920 ҳисоблар билан дискретланади.

Стандартда видеомаълумотларни қайта ишлашда (компрессиялашда) функционал амалларни бажарувчи 5 та тўпламга мос келувчи 5 та профилдан фойдаланилади.

Видеомаълумотларни қайта ишлашда энг кам функционал амаллардан фойдаланувчи профил – “оддий” профил дейилади. Унда видеомаълумотларни сиқиш учун тасвир ҳаракатини компенсациялаш ва гибрид дискрет-косинус алмаштириш қўлланилади.

2 – жадвал. MPEG-2 стандарти профиллари, даражалари, мослаштирилган нуқталари

Барча рақамли параметрлар бирлиги Мбит/c да.

 

Кейинги профил – “асосий” профил деб номланади. У оддий профилнинг барча функционал амалларини ҳамда битта янги амал – икки томонлама башоратлаш амалини ўз ичига олади. Ушбу янги амал ўз ўрнида ТВ тасвир сифатини яхшилайди.

Асосий профилдан кейинги профил сифатида сигнал-шовқин нисбатлари  масштабланувчи профилдир. "Масштабланиш" атамаси сифатида тизимнинг бирор бир кўрсатгичини алмаштириш имконияти тушунилади. Бу профил асосий профил функционал операциялар қаторига янги – масштабланиш хусусиятини қўшади. Бундай тизим жорий қилишдан асосий мақсад рақамли телевидение халақитбардошлигини аниқлаш ва ноқулай қабул шароитларида ишлаш қобилиятини сақлашдан иборат.

Масштаблаштиришда видеомаълумотлар оқими икки қисмга бўлинади. Улардан биттаси асосий сигнал деб юритилади ва нисбатан муҳимроқ маълумотни ташийди. Иккинчи қисм эса қўшимча сигнал деб аталиб, нисбатан камроқ муҳим бўлган ахборотни ташийди. Фақат асосий сигналнигина декодерлаш орқали бирламчи қийматга яқин бўлган сигнал-шовқин (С/Ш) нисбати пасайтирилган ТВ тасвир олиш имкониятини беради.

Кейинги, тўртинчи профил махсус масштабланувчи профил дейилади. Албатта бу ерда олдинги профил барча амаллари сақлаб қолинган ва битта янги – ТВ тасвир аниқлик мезонларига кўра видеомаълумотлар оқимини тақсимлаш амали киритилган. Бу профил ҳозирда мавжуд эшиттириш тизимлари ва ЮСТ тизимлари ўртасида алмашишларни таъминлай олади. Шу мақсадда ЮСТ видеомаълумот сигналлари 3 та оқимга бўлинади. Биринчиси – асосий видеомаълумотлар оқими. Иккинчиси оқим тасвирнинг 1250 та сатргача бўлган қўшимча маълумотларини ташийди. Биринчи ва иккинчи видеомаълумотлар оқимини декодерлаш сигнал-шовқин муносабатлари нисбатан паст бўлган юқори сифатли ТВ тасвир олиш имконини беради. Учинчи оқимда нисбатан кам аҳамиятга эга бўлган маълумот мужассамлаштирилган бўлиб, уни декодерлаш эса сигнал–шовқин муносабатларини ЮСТ тизимида рухсат этилган даражага кўтариш имконини беради. Жадвалда келтирилган 5 та профил ва 4 та даражалар 20 хил видеосигнал комбинациясини ҳосил қилади, улардан эҳтимоллиги бўйича энг долзарблари ёки кераклилари 11 тани ташкил этади. Жадвалда ушбу комбинациялар учун (нуқталарга мос равишда) видеомаълумотлар узатиш максимал тезликлари (Мбит/с) келтирилган.

Шундай қилиб, MPEG-2 стандарти маълумот узатиш тезлигини жуда кенг диапазонларда ўзгартириш имкониятини беради. Шуни ҳам алоҳида таъкидлаб ўтишимиз лозимки, MPEG-2 кодлаш тизимлари сатр ташлаб ёйиш ва сатр ташламасдан ёйишларда ҳам ишлай олади (50 ёки 60 Гц частоталарда).

 

 

 

3.3. Видеомаълумотларни сиқиш

 

Бизга маълумки, ТВ сигнал баъзи бир ортиқчаликларга эга, бу эса ўз навбатида ТВ эшиттиришлар одатий ҳол бўлган ортиқчаликка олиб келади. Телевидениеда қўшни кадрлардаги тасвирлар одатда бир бирига жуда ўхшаш, ҳатто ҳаракатдаги тасвирлар намойишида ҳам бундай ўхшашликларни кўриш мумкин. Сюжетдан сюжетга ўтиш жуда кам учрайди. Тасвирнинг асосий қисми майдонида кадрлараро фарқ одатда нолга яқин бўлади. Битта кадрда ёруғлик тақсимотини билган ҳолда, кейинги кадрдаги ёруғлик тақсимотини юқори даражада башорат қилиш мумкин. Шундай қилиб, телевидениеда ортиқчалик турларини статик, қабул қилишдаги, структурали ва спектрал ортиқчалик турларига бўлиш мумкин. Эҳтимоллар назариясига кўра ортиқчалик бу - бир нечта корреляцион боғланишлар натижасидир. Корреляция,  тасвирнинг баъзи бир элементи қўшни элементга фазо ва вақт бўйича қандайдир миқдорда боғлиқлиги билдиради. Статик ортиқчалик сифатида ТВ сигнал қўшни ҳисоблари (вертикал ва горизонтал) орасидаги боғлиқлик тушунилади. Қабул қилишдаги ортиқчалик инсон кўриш қобилиятлари билан боғлиқ. Масалан кўзимизнинг рангфарқ даражасини сезиш қобилияти ёруғлик даражасини сезиш қобилиятидан паст. Бу хусусият барча рангли кодлашнинг аналог стандартларда кўзда тутилган.

Кўзимизнинг рангли тасвир майда деталларини кўриш хусусиятини ҳисобга олган ҳолда, рангфарқ сигналларини узатиш ва кодлаш полосаси частотасини бир неча мартага қисқартириш мумкин.

Спектрал ортиқчалик юқори дискретизация частотасининг ортиқча даражаси натижасида пайдо бўлади. Частота муҳитида ТВ тасвирларни дискретлашнинг ортогонал структураси умуман олганда оптимал ҳисобланмайди. Агар қўлланилаётган дискретлаш структурасини бошқа бир структурага алмаштирилса, узатилаётган рақамли оқимни қисқартириш мумкин. Масалан 4:2:2 дан кадрда ҳисоблар сони нисбатан кам бўлган 4:2:0 ёки 4:2:1 форматларига ўтилса. Шундай қилиб, MPEG-2 тизимида олдиндан маълум, тасдиқланган ортиқчаликларни қисқартириш турлари қўлланилган. Улар билан биргаликда янгича ёндашув усулларидан ҳам фойдаланилган. Бу асосан статик ортиқчаликни қисқартиришнинг мослаштирилган алгоритмлар бирлашмасига тегишли. Бу ерда асосан икки усул: ТВ ҳисобларни башоратли кодлаш ва ДКЎ (Дискрет – косинус ўзгартириш) самарали ҳисобланади.

Башоратли кодлаш ДИКМ (Дифференциал импульс кодли модуляция) ёрдамида амалга оширилади. Башоратли кодлашда ҳақиқий ва башоратланаётган ҳисоблар орасидаги фарқ ҳисоби олинади ва ушбу фарқ сатҳ бўйича квантланади. Фарқ маълумотларини узатиш учун зарур бўлган битларнинг ўртача сони башорат аниқлигига боғлиқ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расм 12. MPEG-2 стандарти кодери функционал схемаси

 

Умуман олганда MPEG-2 стандарти видеосигнал сиқиш усулларини регламентламайди (тартибга солиш), фақатгина кодланаётган видеосигнал битли оқим структурасини аниқлайди. Шунинг учун қўлланилаётган аниқ бир алгоритмлар қурилма ишлаб чиқарувчиларнинг шахсий ишланмаларига боғлиқ. Рақамли сигнални сиқиш жараёнини бир нечта босқичларга бўлиш мумкин: аналог сигнални рақамли ҳолатга ўзгартириш, сигнални бирламчи қайта ишлаш, ДКЎ (кадр чегарасида ортиқчалик ва юқори частотали маълумотларни қисқартиради. Бу жараён сиқилган юқори сифатли кодланган тасвир олишга имкон беради), квантлаш ва кодлаш (12-расм).

 

3.4. Кодланувчи кадрлар

 

MPEG-2 стандартида кодланувчи базавий объект ҳисобланади ТВ тасвир кадри. Ўз-ўзидан маълумки, турли ҳаракатлар ва турли сюжетлар аралашган ТВ сигналларда оддий башоратлаш усули орқали юқори самарадорликка эришиб бўлмайди. Шу сабабли MPEG-2 тизимида башоратлашнинг 3 усулидан фойдаланилади: ҳаракат компенсацияли ички кодлаш, кадрлараро башоратлаш ва ҳаракат компенсацияли кадрлараро икки томонлама башоратлаш.

MPEG-2 стандартидаги видеомаълумот формати уч турдаги кадрларни (I, P, B) ўз ичига олади.

I - кадрлар (Intraframes) ички кадрли башоратлаш қўллаш орқали қайта ишланади. Улар бошқа кадрлардан мустақил равишда ўзининг шахсий маълумотларидан фойдаланган ҳолда кодланади, яъни сиқилган маълумотлага тасодифий рухсат бериш тамоили орқали. Улар тасвир элементлар блокларининг кодли қайта ишланган ҳолатиларидан фойдаланиб, юқори даражали сиқиш имконини беради. Бу видеомаълумотларни сиқишнинг биринчи босқичи ҳисобланади. I-кадрлар асосида ТВ тасвирларни қайта тиклашда улар нисбатан камроқ дегродацияланади ҳамда алоқа канали бўйлаб видеомаълумотларни узатиш ва кодлаш хатолигига боғлиқдир. I-кадрлар P ва B кадрлар учун таянч кадрлар ҳисобланади.

Р-кадрлар (Predicted Frames) ҳаракатни компенсацияловчи башорат кадрларидир. Кодлаш энг яқин бўлган I ёки P-кадрларни ҳисобга олган ҳолда амалга оширилади. Ушбу усул олдиндан башоратлаш усули бўлиб, у ўзида фақатгина олдинги кадр орасидаги фарқни сақлаб қолувчи “фарқ” сиқиш схемасидан фойдаланилади. P ва I кадрларни солиштирадиган бўлсак, P-кадрларда маълумотларни сиқиш мумкин бўлган даражаси I-кадрларга нисбатан уч марта юқори эканлигини кўриш мумкин.

Р-кадрларда видеомаълумотларни қайта ишлаш макроблокларга бўлиб бажарилади. Макроблоклар 16*16 (ҳисоблар*сатрлар) ўлчамга эга квадрат матрицалардир. Бундай турдаги макроблок токи блокда янги объект пайдо бўлмагунига қадар ҳаракатни компенсациялаш ва олдиндан башоратлаш алгоритмлари билан қайта ишланади. Ушбу нуқтадан бошлаб кодлаш жараёни I-кадрлардан фойдаланувчи алгоритмларга, яъни ичкикадрли башоратлашга ўтади. Р-кадрлар кейинги келадиган P ёки B-кадрлар учун таянч ҳисобланади. Тахкидлаш жоизки, P- таянч кадрларни декодерлаш орқали бирламчи тасвирни қайта тиклашда юқори аниқлик талаб қилинади. Энг асосийси, таянч кадрлардаги хатолик бутун кадрларга таъсир қилади.

B-кадрлар (Bi-Directional Frames) ҳаракат компенсациясига эга икки томонлама башоратлаш кадрларидир. B-кадрларни шакллантиришда Р-кадрлардаги каби “фарқ” сиқиш схемаси қўлланилади, фақат “таянч” кадрлар сифатида иккала қўшни: олдинги ва кейинги кадрлардан фойдаланилади. Ушбу усул икки томонлама башоратлаш усули дейилади.

B-кадрлар кодлаш алгоритмлари ТВ тасвир хусусиятларига боғлиқ. Кодлашнинг тўрт усули кўзда тутилган. Биринчи усулда энг яқин турувчи олдинги I ёки Р-таянч кадрлар бўйича ҳаракат компенсацияси ва олдиндан башоратлаш қўлланилса, бошқа усулда - энг яқин турувчи кейинги I ёки Р-кадрлар бўйича ҳаракат компенсацияси ва тескари башоратлаш амалга оширилади. Кодланаётган B-кадрда янги объектлар пайдо бўлган ҳолларда тескари башоратлашдан фойдаланилади. Учинчи алгоритм – ҳаракат компенсацияси ва икки томонлама башоратлаш бўлиб, таянч кадрлар сифатида олдинги ва кейинги I ёки Р-кадрлар ҳисобланади. Тўртинчи усул бу – ҳаракат компенсациясисиз ички кадрли башоратлаш ҳисобланади. Бундай кодлаш тизими узатилаётган сюжетларда тезкор алмашишлар, шунингдек, ТВ объектларнинг тезкор ҳаракати пайтида зарурдир. Видеомаълумотларни янада чуқурроқ сиқиш B-кадрлар билан боғлиқ. Сиқишнинг юқори даражаси бирламчи ТВ тасвирни қайта тиклаш аниқлигини пасайтиради. B-кадрлардан таянч сифатида фойдаланилмайди Уларни декодерлашда пайдо бўладиган хатоликлар бошқа кадрларга тарқалмайди.

Кўриниб турибдики, кодлаш аниқлиги I-кадрлар учун максимал, Р-кадрлар учун ўртача, B-кадрлар учун минимал бўлиши лозим.

MPEG-2 стандартида ТВ кадрларни ёзиш кетма-кетлиги кодлаш ва декодерлаш кетма-кетлиги билан мос келмайди. Жорий B-кадрни декодерлаш учун кейинги кадрни қайта ишлаш зарурдир, шунинг учун декодерлаш қурилмасида навбатдаги кадр хақидаги маълумотларни сақлаш учун қўшимча буфер хотира блоки талаб этилади. Декодерлаш қурилмаси кўриб чиқилган мураккаблиги намойиш қилинаётган тасвир субъектив сифатини B-кадрларни 20% га яхшилаш ҳисобига компенсацияланади.

 

3.5. Ҳаракат компенсацияси

 

Ҳаракатдаги объект тасвирларини узатишдаги башорат аниқлигини унинг вектор ҳаракатини баҳолаш ва ушбу ҳаракатни компенсациялаш ҳисобига ошириш мумкин. Бу эса ўз навбатида башорат хатоликларини камайтиради.

MPEG-2 стандартида макроблокларга асосланган ҳаракат компенсацияси усули қўлланилади. Ёритилганлик сигналининг фақат актив сатрларини ўзида мужассамлаштирадиган иккита қўшилган кадрлар, макроблоклар ва янада каттароқ бўлган қидирув зоналарига бўлинади. Макроблок ўлчамлари ТВ тасвир кадри дискретизацияси структурасига мослаштирилган бўлиши лозим. MPEG-2 стандартида блок – бу вертикал 16 та сатр ва горизонтал 16 та ҳисобларга эга ўлчамли квадрат матрицадир. Қидирув зонаси шундай танланиши керакки, биринчи кадрдаги тезкор ҳаракатли тасвир макроблоки иккинчи кадр қидирув зонасидан чиқиб кетмаслиги зарур. Қидирув зоналари ўлчами реал вақт масштабида бажарилиши лозим бўлган ҳисоблар хажми билан чегараланади. Шунингдек ушбу кадрлар ўлчами қабул қилинган ТВ кадр дискретизация структурасига мослаштирилиши лозим. Улар одатда алоҳида макроблок ўлчамларидан тўрт марта катта бўлади. Бошқача қилиб айтганда, қидирув зоналари ўлчами 64*64. Шундай қилиб, ТВ кадрларда вертикал йўналишда 576/64 = 9 та зона, горизонтал йўналишда 704/64 = 11 та зона ҳосил қилинади.

Р ва В-кадрларда қўлланилувчи ҳаракат компенсацияси вақтли ортиқчалик сақланувчи ички кадрли кодлашга нисбатан сиқиш факторини уч баробар яхшилайди.

Р-кадрларда қўлланилувчи ҳаракат компенсацияси икки турдаги ахборотни ҳосил қилади: ҳаракат векторлари (базавий ва кодланган макроблоклар орасидаги фарқ) ва хатолик қиймати (башорат қилинган ва ҳақиқий натижалар орасидаги фарқ).

Қачонки Р-кадрда макроблок ҳаракат компенсацияси ёрдамида ифодалана олинмаса, яъни агар тасвирда баъзи бир нотаниш объект пайдо бўлса, ушбу макро блок  I-кадр макроблоки каби кодланади.

В-кадр макроблокларида қўлланиладиган ҳаракат компенсацияси олдинги ва кейинги таянч кадрлардан фойдаланиб амалга оширилади.

MPEG-2 стандартида кодлаш бир ёки иккита таянч макроблокларни эслаб қолишни талаб қилади. Бу макроблоклар ҳаракат компенсациясига эга башоратлашни керакли маълумотлар билан таъминлайди. Компьютер ҳисоблашларининг катта хажмини макроблокларнинг кадрлараро ҳаракатининг йўналиш ва масофасини аниқлаш, яъни вектор ҳаракатининг қидируви ва баҳолаши эгаллайди.

Аниқланадиган вектор ҳаракатлар ҳаракат компенсациясини башоратлашда фойдаланилади. Кодерда башорат хатоликлари саналади, яъни хақиқий тасвир ва харакат вектори блокларидан фойдаланиб башорат қилинган тасвирлар фарқи аниқланади. Бу билан вақтли ортиқчаликни қисқартиришга эришилади. Башорат хатолиги ДКА асосида қайта ишланади, квантланади ва кодерда ўзгарувчан узунликдаги код билан кодланади. Бундай жараён вақтли, фазовий ва психофизик ортиқчаликларни қисқартиради. Вектор ҳаракатлари ҳам ўзгарувчан узунликдаги код билан кодланади. Кодланган башорат хатоликлари вектор харакатлари кодлари билан бирлаштирилади, сўнгра узатилувчи рақамли оқим шаклланади.

Декодерда қайта квантлаш, қайта ДКЎ амалга оширилади ва натижада башорат хатоликлари шаклланади. Башорат хатоликлари декодерланган олдинги кадр тасвири билан бирлаштирилади ва декодерланган жорий кадр тасвирини ҳосил қилади.

Ҳаракат компенсацияга эга башоратлагичлар MPEG-2 стандартининг замонавий видеосиқиш тизимларида бир қатор усуллардан фойдаланиши мумкин. Масалан, макроблок олдинги, кейинги ҳамда олдинги ва кейинги тасвирлар асосида башоратланиши мумкин. Қатор ташлаб ёйиш тизимларида битта кадр майдони турли вектор ҳаракатлари ёрдамида бўлаклаб башоратланиши ёки умумий векторларини қўллаб, биргаликда башоратланиши мумкин. Бундан ташқари нолли башоратлаш (агар мос таянч макроблок топилмаса) имкони ҳам мавжуд. Бундай ҳолатда башорат хатолигининг ўрнига жорий макроблок кодланади, бу эса кадрлараро кодлашдан воз кечиб ички кадрли кодлашга ўтишни билдиради. Ҳар бир жорий макроблок учун кодер мос башоратлаш усулини танлайди. Бу усул маълумот узатиш тезлиги чегарасини ҳисобга олиб, декодерланган тасвир энг юқори сифатини таъминлайди. Башоратлаш усули тўғрисидаги маълумот, тасвирни ишончли қайта тиклаш учун умумий оқимга киритилади ва декодерга узатилади.

Вектор ҳаракатини баҳолаш ва энг маъқул башоратлаш усулини танлаш реал вақтда бажарилиши зарур бўлган мураккаб ҳисоблашларни қўлланилишини талаб қилади. Шунинг учун кодер декодерга нисбатан анча мураккаброқдир, яъни MPEG-2 стандартида ДИКМ асосидаги ҳаракат компенсация тизими асимметрик ҳисобланади.

 

 

 

 

 

 

 

4. DVB – T СТАНДАРТИ КОНЦЕПЦИЯСИ

 

Европа стандарти EN 300 744 (Digital Video Broadcasting (DVB), Framing structure, channel coding and modulation for terrestrial television): рақамли, видео, эшиттириш, ер усти,  MPEG, телевидение, овоз, маълумотлар каби калит сўзлар ҳақиқатан ҳам ушбу стандарт қўлланилиш соҳасини билдиради. EN 300 744 ҳужжати рақамли ер усти телевидение учун маълумотлар узатиш тизимини ифодалайди. Узатилаётган маълумотлар видео ва овоз ҳамда ҳар қандай қўшимча маълумотларни ўзида акс эттириши мумкин. Ушбу маълумотларни DVB-T тизимида узатиш шарти - маълумотлар MPEG-2 транспорт оқими пакетлари шаклида кодланиши зарур. Ушбу ҳолатда стандартнинг пакетли маълумотни ер усти эшиттириш телевидение шароитларига мослашган контейнерлар орқали узатишни назарда тутади. DVB-T тизими учун контейнер таркиби ҳам, маълумотларни шакллантирилиш усули ҳам аҳамиятга эга эмас, улар шунчаки MPEG-2 транспорт мультиплексорининг чиқиш маълумотларини қабул қилгичга янада яхшироқ етиб боришига ҳаракат қилган ҳолда ер усти ТВ эшиттириш узатиш канали хусусиятларига мослаштиради. Яъни стандарт  ундаги узатилувчи маълумотлар оқими структурасини, каналли кодлаш тизимини ҳамда чегараланган, стандарт ва юқори форматларда ишловчи ер усти телевидениесининг кўп дастурли хизматлари учун модуляция турини аниқлайди.

Қурилмалар ишлаб чиқарувчи Турли корхоналар маҳсулотларининг мослашувчанлигини таъминлаш мақсадида DVB-T стандарти модуляцияланган рақамли радиосигнал параметрларини аниқлайди ва рақамли ер усти эшиттириш ТВ узатиш қисмида маълумотларни қайта ишлаши тамоилларини белгилайди (расм 13). MPEG-2 транспорт пакетларини узатиш учун контейнер сифатида фойдаланиладиган DVB-T тизимининг ўзига хос хусусияти бу - каналли кодлаш тизими ва OFDM модуляция усулининг гармоник мослигидир. Стандарт томонидан қабул қилинувчи сигналларни қайта ишлаш регламентланмайди ва очиқ қолдирилади. Бу эса стандартни яратувчилари DVB-T қабул қилгичлари тузилиш принципларини кўзда тутишмаганини билдирмайди, лекин қабул қилгичларга қўйиладиган қатъий талабларни йўқлиги телевизор ишлаб чиқарувчилари ўртасида рақобатни кучайишига ва юқори сифатли ҳамда арзон қурилмаларни ишлаб чиқарилишига сабаб бўлади. Қабул қилгичнинг биринчи намунавий схемаси 14- расмда берилган.

DVB-T тизими рақамли эшиттиришлар учун мўлжалланган, лекин у мавжуд аналог муҳитга ўрнатилиши лозим, шунинг учун тизим PAL/SECAM узатгичлари ҳосил қилувчи ён ва қўшни каналлар интерференциясидан ҳимояланиши зарур. Гап ер усти эшиттириши ҳақида кетар экан, бир ва кўп частотали тармоқларда якка узатгичларнинг оптимал мослашуви натижасида ҳосил қилинувчи тизимда частота диапозонидан максимал оқилона фойдаланиш зарур. DVB-T тизими ер усти телевидениеси учун одатий ҳол бўлган акс сигналлар билан курашиши ва радиотўлқинларнинг кўп нурли тарқалиш шароитида ишончли қабул қилиш талаблари қондириши зарур. Харакат пайтида ҳамда хона антенналари ёрдамида ТВ сигналларни қабул қилиш имкониятларини яратиш ҳам мақсадга мувофиқ. Ушбу барча талаблар DVB-T тизимида янги турдаги модуляция тизими OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex – ортогонал ташувчили частота зичлаштириш) қўлланилиши билан қондирилган.

Ер усти телевидение шароитлари учун одатий бўлган турли статик хусусиятларли хатоликларни пайдо бўлишига олиб келадиган шовқинлар, халақитлар ва бузилишлар мавжуд муҳитда у ёки бу турдаги кодлаш тизимининг қўлланилиши кутилган натижани бермайди. Бундай шароитларда хатоликларни тузатувчи янада мураккаб алгоритм талаб қилинади. DVB-T тизимида турли структуралар, частота ва статик хоссалари хатоликларига қарши курашишга мўлжалланган кодлашнинг икки усулидан (ички ва ташқи) фойдаланилади. Улардан биргаликда фойдаланилганда деярли бехато ишлаш таъминланади. Кодлаш жараёни маълумотлар оқимиги баъзи бир ортиқчаликни киритиш ва мос равишда фойдали маълумотлар узатиш тезлигини пасайтириш билан боғлиқ. Шунинг учун текширувчи маълумотлар хажмини кўпайтириш ҳисобига кодлаш қувватини ошириш доим ҳам талаб қилинаётган амалий натижа бермайди. Маълумот узатиш тезлигини оширмасдан кодлаш самаралорлигини ошириш учун маълумотларни оралатиш жараёни қўлланилади. Кодлашнинг вазифаси хатоликларни аниқлаш ва тузатишдан иборат, оралатиш эса кодлаш самаралорлигини оширади. Бу жараён хатолик пакетлари майда фрагментларга бўлиниши ва улардан кодлаш тизимида оқилона фойдаланиш орқали амалга оширилади.

 

4.1. Ҳимоя интервали

 

OFDM тизимида маълумотлар ташувчи тебранишларнинг бир нечта сонидан фойдаланиш орқали узатилади. Агар ушбу ташувчилар сони кўп бўлса, битта ташувчида ташилаётган маълумотлар тезлиги унчалик юқори бўлмайди, яъни ҳар бир ташувчининг модуляция частотаси унчалик юқори эмас. Бироқ символлараро бузилишлар модуляцияланган символлар кетма-кетлиги паст тезликда бўлган вақтда пайдо бўлади. Символлараро бузилишларни олдини олиш учун ҳар бир символ олдидан ҳимоя интервали киритилади. Лекин шуни ҳам инобатга олиш керакки, ҳимоя интервали бу - шунчаки фойдали символлар орасига киритилувчи бир символ билан кейингиси орасига киритилувчи пауза эмас. Ҳимоя интервалида фойдали сигнал фрагменти узатилади, бу эса қабул қилинган сигнал ташувчиларининг ортогоналлиги сақланишини кафолатлайди (фақатгина агар, кўп нурли узатишда акс сигнал ҳимоя интервали узунлигига нисбатан камроқ вақт ушлаб қолинса).

Ҳимоя интервали концепцияси принципиал янги ҳисобланмайди, лекин рақамли телевидениеда ҳимоя интервалидан талаб қилинаётган даражада фойдаланиш фақатгина кўп сонли ташувчили частотали зичлаштириш қўллагандагина имкони мавжуд.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расм 13. DVB-T тизими узатгичида сигналлар ва маълумотларни қайта ишлаш схемаси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расм 14. DVB-T тизими қабул қилгичида сигналлар ва маълумотларни қайта ишлаш қурилмаси

 

4.2. Иерархияли узатиш тамойили

 

DVB-T тизимининг ажралиб турадиган жиҳати – маълумотларни иерархияли узатиш ва қабул қилиш имкони мавжудлигидадир. Мультиплексор транспорт оқими чиқишидаги маълумотлар икки мустақил MPEG-2 транспорт оқимларига бўлинади (расм 13) ва уларга турли муҳимлилик даражалари берилади. Юқори муҳимлик даражасидаги оқим халақитбардошлиликни таъминлаш мақсадида кодланади ва паст муҳимлик даражасидага оқим, (13 расмда пунктир чизиқлари билан келтирилган) узатилаётган маълумотлар юқори тезлигини таъминлаш мақсадида кодланади. Кейин иккала кодланган оқимлар бирлаштирилади ва биргаликда узатилади. Шундай қилиб, битта каналдан иккита турли дастурларни ёки битта ТВ дастурни икки хил кўринишда узатиш имкони пайдо бўлади. Биринчи кўриниш юқори халақитбардошликли аммо чегараланган аниқликни ифодаласа, иккинчи кўриниш юқори аниқликли лекин чегараланган халақитбардошликни ифодалайди.

Бу жараён янги имкониятларни тақдим этади. Мисол учун юқори сифатли қабул қилгич ёрдамида стационар антеннада юқори аниқликдаги сигнал қабул қилиниши мумкин. Лекин айнан шу дастур оддий ва арзон қабул қилгич орқали ҳам қабул қилиниши мумкин. Ҳалақитбардошликка эга дастурлар қийин қабул қилиш шароитларида, жумладан, ҳаракатда ҳамда хона антенналари ёрдамида ҳам қабул қилиниши мумкин. Қабул қилиш шароитларининг ўзгарувчан ҳолатларида қабул қилгич бир турдан иккинчи турга алмаштирилиши мумкин.

DVB-T тизими нафақат ер усти рақамли телевидениеси учун, балки рақамли телевидениега ўтаётган турли давлатлар томонидан қўйилаётган баъзи талабларни қондириш учун ҳам яратилган. Бу эса тизимнинг турли режимларда ишлай олиш қобилятини қайта кўриб чиқишни талаб қилади. Лекин қабул қилгичлар мураккаблик даражасини йўл қўйилган даражада ушлаб туриш ва турли режимлар мослашувчанлигини максимал таъминлаш ҳам зарур масала бўлиб қолиш лозим.

Якка узатгичлар ва тармоқлар ишлаши учун турли сонли ташувчили иш режимлардан фойдаланиш мумкин.

DVB-T тизими мослашувчанликка эришиши учун маълумот узатиш тезлиги ва ҳалақитбардошликлари орасида маълумотлар алмашишига рухсат берилиши лозим. Маълумотлар оқими таркибига ҳимоя интервалининг киритилиши кўп нурли қабул жараёни таъсирида пайдо бўладиган кутилмаган ҳодисаларни олдини олишга имкон беради. Лекин кўп сонли ҳимоя интервалларини маълумотлар оқими таркибига киритиш, фойдали маълумотларни узатиш тезлигини пасайтириш ҳисобига эришилади. Бир частотали катта тизимлар талаб қилинмайдиган ёки кўп нурли тарқалишлар содир бўлмайдиган ҳолатларда маълумот узатишнинг юқори тезлигини сақлаб қолиш учун ҳимоя интервалининг бир қатор қийматларини (фойдали интервалнинг 1/4, 1/8, 1/16 ва 1/32 қисмлари) танлаш имкони кўзда тутилган.

Хатоликларни аниқловчи ва тузатувчи ички код узунлиги қуйидаги қийматлардан бирини қабул қилиши мумкин: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Шунингдек, DVB-T тизимида модуляцияловчи сигнал позициясини 4 дан 64 гача ўзгартириш имкони ҳам мавжуд.

Модуляция усули ва ташувчи тебранишлар сони, ички кодлаш тезлиги ва ҳимоя интервали катталиги каби параметрларнинг турли комбинацияларини танлаш орқали, турли узатиш ва қабул қилиш шароитларида ишловчи ва белгиланган қамров зонасини эгалловчи ер усти эшиттириш тизимларини яратиш мумкин.

DVB-T ер усти эшиттириш тизимининг муҳим факторидан бири бу - унинг бошқа турдаги рақамли телевидение тизимлари бўлмиш кабелли телевидение (DVB-C) ва сунъий йўлдошли телевидение (DVB-S) тизимлари билан умумийлигини таъминлашидир.

 

4.3. Рандомизация

 

Маълумотларни рандомизациялаш DVB-T тизимида бажариладиган биринчи операция ҳисобланади. Унинг мақсади – рақамли сигнални квазитасодифий сигналга айлантириш ва бу билан иккита муҳим масалани ечишдир. Биринчидан, бу билан рақамли сигналда даражанинг кўп сонли кескин фарқларини ҳосил қилиш ва улардан такт импульсларини (сигналнинг ушбу хоссаси ўз-ўзини синхронлаш дейилади) ажратиб олиш имконини яратишдир. Иккинчидан, рандомизация тарқатилаётган радиосигналнинг энергетик спектрини нисбатан бир маромда тақсимланишига олиб келади. Маълумки, тасодифий шовқин спектрал зичлиги қуввати ҳамма частоталарда ўзгармасдир. Шунинг учун сигнални квазитасодифий кўринишга ўзгартириш унинг спектрини текислашга олиб келади. Узатгич тарқатаётган сигнал спектри бир текис бўлганлиги сабабли унинг иш самарадорлиги ошади ва аналог ТВ сигналлар узатгичларига нисбатан ўзаро таъсир камаяди.

 

4.4. Ташқи кодлаш ва оралатиш

 

Ташқи кодлаш тизимида транспорт пакетининг барча 188 байтларини (синхронизация байтини ҳам) ҳимоя қилиш учун Рид-Соломон кодидан фойдаланилади. Кодлаш жараёнида ушбу 188 байтларга 16 та текширув байтлари қўшилади. Қабул қилишда сигналларни декодерлаш пайтида ушбу байтлар 204 байт узунлигидаги код сўз чегарасида саккизтагача хатоликларни тўғрилаш имконини беради.

Оралатиш – бу маълумотлар байтлар кетма кетлигини вақтинча аралаштириш бўлиб, оралатилган байтлар қабул қилгичда бирламчи кетма-кетликда тикланади. Оралатишнинг фойдали томони шундаки, алоқа каналидаги шовқин ва халақитлар ҳамда кетма-кет келувчи халақит маълумотлар байтлари таъсирида пайдо бўладиган узун хатолик пакетлари қабул қилгичда оралатиш натижасида катта бўлмаган фрагментларга бўлинади ва турли Рид – Соломон кодларига тақсимланади. Ҳар бир код сўзга уларни аниқловчи ва тузатувчи хатолик пакетининг бир қисми тўғри келади, ушбу хатолик пакетлари ёрдамида тизим нисбатан осонроқ тузатишни олиб боради.

Тўғри ва тескари оралатиш деярли бир хил турдаги схемалар билан амалга оширилиши мумкин, лекин қабул қилгичдаги тескари оралатиш схемаси тугунидаги кечикишлар ўзгариши кетма-кетлиги, тескари ҳолатга созланган бўлиши лозим.

4.5. Ички кодлаш

 

DVB-T эшиттириш тизимида ички кодлаш сверкали кодга асосланади. У ташқи кодлашдан батамом фарқ қилиб, блокли кодлашнинг бир вакили ҳисобланади. Блокли кодлашда маълумотлар оқими символи маълум узунликдаги блокларга бўлинади, ушбу блокларга кодлаш жараёнида бир қанча текширув символлари қўшилади, бундан ташқари ҳар бир блок бир биридан мустақил равишда кодланади. Сверкали кодлашда ҳам маълумотлар оқими нисбатан қисқароқ узунликдаги блокларга бўлинади ва улар “маълумот символлари кадрлари” деб аталади. Одатда кадр ўз таркибига бор йўғи бир нечта битларни олади холос. Ҳар бир маълумот кадрига текширувчи символлар қўшилади, натижада код сўзи кадрлари ҳосил бўлади, лекин ҳар бир кадрни кодлаш олдинги кадрни ҳисобга олган ҳолда амалга оширилади. Шунинг учун ҳам кодерда кейинги код сўз кадрини кодловчи (сверткали кодлашда қўлланилувчи маълумот символлар сонини кўпинча “кодли чегаралаш узунлиги” дейилади) бир нечта маълумот символлари кадри сақланади. Код сўзи кадрини шакллантириш кейинги маълумот символлари кадрини киритилиши билан кузатилади. Шундай қилиб, кодлаш жараёни кетма-кет кадрларни боғлайди.

Айтиб ўтилганидек, ички кодлаш тезлиги ёки маълум кадрдаги символлар сонининг битта кадрда узатилаётган умумий символлар сонига нисбати алоқа каналида маълумотлар узатиш шартлари ва маълумот узатиш тезликлари талабларига кўра ўзгариши мумкин. Код тезлиги қанчалик юқори бўлса шунчалик кам бузилишлар ва уларни алоқа каналидаги хатоликларни тузатиш имконияти ҳам кам бўлади

 

4.6. Ички оралатиш ва модуляцияланган символларни

шакллантириш

 

DVB-T тизимидаги ички оралатиш ташувчи тебранишлар модуляцияси билан узвий боғлиқ. У аслини олганда частотали оралатиш ҳисобланади ва унинг асосий вазифаси турли ташувчиларни модуляцияловчи маълумотларни оралатишдир. Бу жараён анча мураккаб жараён бўлиб, DVB-T тизимидаги OFDM модуляция турининг асоси ҳисобланади. Ички оралатишни амалга ошириш битларни оралатиш ва рақамли маълумотлар символларини оралатиш орқали бажарилади. Унинг биринчи босқичи кирувчи маълумотлар оқимини демультиплексорлаш ҳисобланади. Ўз ўрнида оралатишдан сўнг модуляцияланган символларни шакллантириш босқичи келади.

 

4.7. Демультиплексорлаш

Алоҳида ташувчилар квадратура-фаза манипуляцияси (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying) ёки квадратура амплитуда модуляцияси (QAM –Quadrature Amplitude Modulation) ёрдамида модуляцияланиши мумкин. Бундай модуляция усулларида сигналлар ва модуляцияланган ташувчилар (симфаз ва квадратурали тебраниш) кўп даражали бўлади, улар кўпбосқичли белгилар кетма-кетлигини ифодалайди ва улар “модуляцияланганлар” дейилади. QPSK усулида модуляцияловчи сигнал модуляцияланган тебраниш фазасини аниқловчи тўртпозицияли символлар кетма-кетлигини ўзида акс эттириб, улар тўртта иккиразрядли иккилик сўзлар 00, 01, 10, 11 шаклида бўлиши мумкин. Бундай символларни ҳосил қилиш учун кирувчи маълумотлар битлар кетма-кетлигини иккита субоқимларга тақсимлаш (бўлиш) ёки демультиплексорлаш лозим. Ҳар бир субоқимда такт частота киришдаги частотага нисбатан икки баробар кам бўлади. 16 позицияли квадратура амплитудавий модуляцияси бўлган 16-QAMда модуляцияланган символларни 4 разрядли иккилик сўзлар кўринишида шакллантириш лозим. Улар модуляцияланган тебраниш фазаси ва амплитудасини аниқлайди. Ушбу ҳолатда кирувчи оқимни тўртта субоқимларга демультиплексорлаш лозим. 64-QAM модуляциясидан фойдаланилганда модуляцияланган символлар 6 разрядли сўзлардан иборат бўлади, шунинг учун ҳам кирувчи оқим олтита субоқимларга бўлинади.

 

4.8. OFDM радиосигнал спектори

OFDM сигналининг умумий спектрал зичлиги қуввати алоҳида ташувчилар спектрал зичликлари суммаси кўринишида аниқланиши мумкин. Унинг бирлиги ташувчи эгаллайдиган частота полосаси доимийси қийматига анча яқин бўлиши мумкин, лекин узатилаётган OFDM символи давомийлиги ташувчилар орасидаги масофанинг ҳимоя интервали қийматига нисбатан каттадир. Шунга боғлиқ равишда битта ташувчининг спектрал зичлиги қувватининг асосий барги ташувчилар орасидаги иккиланган масофалардан камроқ, шунинг учун номинал полоса частотасидаги (7,608258 МГц 2k режимида ва 7,611607 МГц 8k режимида) OFDM сигнал спектрал зичлик қуввати доимий эмас. Номинал полоса частоталарида бўлмаган қувватлар қиймати мос фильтрлар ёрдамида пасайтирилиши мумкин.

 

4.9. Кўпнурли қабул

Кўпнурли қабул – ер усти эшиттириш ТВ тизими учун одатий ҳодиса ҳисобланади. Агар қабул қилувчи антеннага асосий радиосигналдан ташқари, масалан бирон-бир тўсиқдан қайтган кечиккан сигнал келиб тушса, экранда горизонтал йўналиш бўйича сурилган тасвир нусхаси ҳосил бўлади. Агар сигнал такрорийлигинг интенсивлиги юқори бўлса (асосий сигналга нисбатан қайтган сигнал такрорийлиги), тасвир сифати етарли даражада бўлмайди. Бундай турдаги такрорийликка қарши курашиш учун йўналганлик диаграммаси тор бўлган қабул қилувчи антенналардан фойдаланиш мумкин.

Бундан ташқари кўпнурли қабулда частотали ёндашиш усули ҳам мавжуд. Қабул нуқтасига турли кечикишлар билан келган радиосигналларнинг интерференцияси натижасида баъзи частота компонентлари кучаяди, баъзилари сусаяди ва натижада канал частота характеристикасининг нотекислигига олиб келади. Частота характеристикалари нотекисликларини олдиндан баҳолаш орқали созланувчи фильтрлар ёрдамида радиосигнал спектри эгаллаган частота диапазонини ўзгармас қилиш мумкин. Лекин бундай усулдан ҳар доим фойдаланиб бўлмайди. Тасаввур қиламиз, қабул нуқтасида қайтган радиосигнал ва асосий радиосигнал интенсивлиги бир хил (бундай қайтиш эхо-сигнал 0 дБ дейилади). Асосий ҳамда қайтган сигналлар интерференциали таъсири суммар сигнал баъзи бир компонентларини бутунлай сўнишдиради. Символ давомийлигининг чорак даврига тенг вақтга кечиктирилган эхо-сигнал OFDM сигналининг ҳар тўртинчи ташувчисини сўндиришга олиб келади. Бундай усулда сўндирилган компонентлар полоса фильтри ҳисобига тўғирлана олмайди, қабул қилинган сигнал қайта тикланмайдиган бузилишларга учрайди. Аммо СОFDМ тизимида хатоликларни аниқловчи ва тузатувчи частота зичлаштириш тизимидан фойдаланиш орқали сўндирилган компонентлар тўлиқ тикланиши мумкин. Бу жараён каналли кодлаш тизимида ҳар бир ташувчи ташийдиган маълумотларни қайта ишлаш имконияти мавжудлиги натижасидир. Каналли кодлаш тизими орқали аниқланиши ва тузатилиши мумкин бўлган ҳар бир OFDM ташувчи пакети хатоликлар маълумотларини маълум қисминигина ташийди холос.

 

 

 

4.10. Маълумотларни шакллантириш ва сигнал структуралари

Частотали зичлаштириш модуляцияси усулида олинган сигнал бир нечта модуляцияланган ташувчилардан иборат, шунинг учун ҳар бир OFDM символи бир символ узатиш вақтида ҳар бири алоҳида ташувчи орқали ташилувчи алоҳида элементар пакетлар сифатида қаралиши мумкин. OFDM символи узатиш вақтида битта ташувчида ташилувчи битлар сони ташувчиларнинг модуляция усулига боғлиқ – бу квадратур фаза манипуляцияси учун 2 бит, квадратур амплитуда модуляцияси 16-QAM учун 4 бит ва  64-QAM модуляцияси учун 6 бит.

Узатилаётган сигналлар кадрлар кўринишида шакллантирилади. Ҳар бир кадр 68 та OFDM символларидан иборат. Тўртта кетма-кет кадр суперкадрни ташкил қилади. Танланган кадр структурасида битта суперкадрда пакетлар узунлиги ҳар доим бутун сон - 204 байтга (хатоликларни бартараф қилишга мўлжалланган Рид-Соломон текширув байтлари билан қуролланган MPEG-2 рондомизацияланган транспорт оқими) тенг бўлади.

 

Tu фойдали  символ интервали

Τs  символи даври

TG ҳимоя интервали

Расм 15. Структура сигнала OFDM на интервале передачи одного символа OFDM

 

 Τ_s  давомийликка эга ҳар бир символ 2k режимида 1705 та ташувчиларни ва 8k режимида 6817 та ташувчиларни модуляциялаш орқали ҳосил қилинади. Τs интервали иккита компонентлардан: T_U интервали, узатгичнинг кириш маълумотларини узатилувчи интервал, яъни фойдали маълумотлар (T_U интервали “фойдали” дейилади) ҳамда ҳимоя интервали T_G дан ташкил топган. Ҳимоя интервали фойдали интервал бир қисми нусхаси ёки циклик такрори ҳисобланиб, у фойдали интервалдан олдин киритилади (расм 15.).

OFDM кадридаги маълумотларга қўшимча равишда таянч сигналлари узатилади. Ушбу сигналларнинг структураси ҳамда узатиш параметрлари маълумотлари қабул қилгичга маълумдир.

Таянч сигналлари “пилот-сигналлари” деб аталади ва улар псевдотасодифий кетма-кетликларнинг ташувчиларини модуляцияси натижасида ҳосил бўлади. Пилот сигналлар энг аввало синхронизация учун фойдаланилади. Улар ОFDM сигналининг частота ва вақт спектри бўйлаб тақсимланган, уларнинг амплитудаси ва фазаси қабул қилгичга маълум, шунинг учун ҳам улардан узатиш канали характеристикаларини олишда ҳам фойдаланиш мумкин.

Узатиш параметрлари сигналлари қабул қилгичга тизимнинг каналли кодлаш ва модуляция параметрлари хабарини етказиш учун қўлланилади. Булар: каналли кодлаш ва модуляция усули - иерархияли ёки ноиерархияли, модуляция параметри, ҳимоя интервали катталиги, ички кодлаш тезлиги, узатиш режими - 2k ва 8k, суперкадрдаги кадр рақами параметрларидир. Қабул қилгичда бу маълумотлар тезкор созлашлар учун қўлланилиши мумкин. Параметрлар сигналлари 68 та кетма-кет OFDM символларида узатилади ва ОFDM кадрини ҳосил қилади. Ҳар бир OFDM символ узатиш параметрлари сигналларига тегишли битта битни ташийди. Битта OFDM кадрига тўғри келувчи маълумотлар блоки 68 битдан иборат. Уларнинг вазифаси қуйидагича белгиланади: 

–  1 бит – инициализация; 

–  16 бит – синхронизация; 

–  37 бит – сигналли маълумот; 

– 14 бит – алоқа каналида ҳосил бўладиган хатоликларни аниқловчи ва кузатувчи текширув битлари. 

 

 

 

4.11. DVB-Т тизими кўрсатгичлари

 

DVB-T тизими таъминлайдиган тезликни аниқлаш учун қуйидаги формуладан фойдаланилади:

,

бу ерда Rs –N/Ts га тенг маълумот символлари частотаси;

N – ташувчилар сони. Амалиётда 6817 та ташувчидан фойдаланилади, қолган ташувчилар бошқа маълумотлар учун (ёрдамчи) фойдаланилади;

Tu – фойдали интервал давомийлиги 896 мкс га тенг;

b – битта ташувчи ёрдамида битта символда узатилаётган битлар сони QPSK; QAM – 16; QAM – 64 модуляция учун b = 9;

 – йиғилишли (свёртка) кодлаш тезлиги. Бизнинг ҳолат учун  = 1/2. Ҳисоблагич 2 битга қанча маълумот тўғри келишини кўрсатади (яъни 1 бит текширув бити);

CRs – Рид – Соломон ташқи кодлаш тезлиги. Стандарт маълумотлар пакети 188 байт ва унга 16 та текширувчи байтлар қўшилиши ҳисобига CRs = 188/204 га тенг бўлади;

Ts – маълумот символи даври, 1 мс;

Tu/Ts – фойдали интервал даврининг умумий символ интервали даврига нисбати.

         Формулага барча маълумотларни киритиб, тизимни узатиш тезлигини ҳисоблаймиз:

= = 22,4 Мбит/ с

Ушбу ҳолатда DVB-T тизими маълумотлар узатиш тезлиги рақамли оқим тезлигидан катта бўлди. Маълум бир сиқиш коэффицентига эга компрессор қўллаш лозим. Яъни:

  

Хулоса

 

Ушбу курс лойиҳа ишида бир вариантдаги DVB-T рақамли ер усти эшиттириш ТВ кўрсатгичлари  ҳисобланган. DVB-T тизими, сигнал/ шовқин нисбатларининг бўсағавий қийматларини танлаш натижасида, рақамли оқим тезлигининг кўп қийматларини таъминлаш имконини яратилиши асосланган.

Рақамли телевизион эшиттиришларининг кўрсатгичларини ҳисоблагандан сўнг, DVB-T тизимининг ушбу рақамли оқим тезлигини амалда қўллаш имкони йўқлигини исботлаш мумкин. Аммо DVB-T рақамли оқим тезлигини ошириш учун b,  ва Tu/Ts (сиқиш коэффиценти, фойдали интервал давомийлигининг умумий символ нисбий давомийлиги, ички кодлаш тезлиги) кўрсатгичларини ўзгартириш лозимлиги келиб чиқади.

 

 

Илова 1. Курс ишини ҳисоблаш учун вариантлар.

 

 

 

*Изоҳ: Радиоканал рақами бўйича унинг ташувчи частотаси 2 - иловада келтирилган жадвал маълумотлари асосида олинади.
Илова 2. Рақамли ТВ  эшиттиришларнинг ҳудудий частотавий режаси.

 

 

МУНДАРИЖА                                                   

 

КИРИШ... 3

1 ТЕЛЕВИЗИОН СИГНАЛ РАҚАМЛИ КЎРИНИШИ.. 7

1.1 Рақамли оқим тезлигини ҳисоблаш.. 9

1.2 Рақамли узатгич қувватини ҳисоблаш.. 10

2 МОДУЛЯЦИЯ УСУЛЛАРИГА УМУМИЙ ТАЛАБЛАР. 12

2.1 Квадратура амплитудали модуляция (QAM ) 13

2.2 Квадратура фазали модуляция (QPSK) 16

2.3 Ортогонал ташувчили частотани зичлаштириш (OFDM) 17

3. MPEG-2 АХБОРОТ СИҚИШИНИ ХАЛҚАРО КОДЛАШ СТАНДАРТИ.. 21

3.1 Видеосиқишнинг амалиётда қўлланилиши. 21

3.2 MPEG-2 кодлаш стандарти. 23

3.3 Видеомаълумотларни сиқиш.. 27

3.4 Кодланувчи кадрлар. 29

3.5 Ҳаракат компенсацияси. 31

4 DVB – T СТАНДАРТИ КОНЦЕПЦИЯСИ.. 34

4.1 Ҳимоя интервали. 36

4.2 Иерархияли узатиш.. 38

4.3 Рандомизация. 40

4.4 Ташқи кодлаш ва оралатиш.. 40

4.5 Ички кодлаш.. 41

4.6 Ички оралатиш ва модуляцияланган символларни шакллантириш.. 42

4.7 Демультиплексорлаш.. 42

4.8 OFDM радиосигнал спектри. 43

4.9 Кўп нурли қабул хусусиятлари. 43

4.10 Маълумотларни шакллантириш ва сигналлар структураси. 45

4.11 DVB-Т тизими кўрсатгичлари. 47

ХУЛОСА.. 48

Илова 1. Курс ишини бажариш учун вариантлар................................................. 49

Илова 2. Рақамли ТВ эшиттиришларнинг ҳудудий частотавий режаси...............50

Адабиётлар рўйхати.. 52

 

 

 

 

 

 

 

 

АДАБИЁТЛАР РЎЙХАТИ

 

1. Х.С. Соатов таҳрири остида “Рақамли телевидение” ўқув қўлланмаси. Тошкент 2016, 400 бет.

2. А.А. Абдуазизов. “Сигналларга рақамли ишлов бериш” ўқув қўлланмаси.  Тошкент 2011, 382 бет

3. Г.В. Мамчев. Основы цифрового телевидения. Учебное пособие. Новосбирск, 2003, 682 бет