مروري بر انتشار و دريافت امواج زميني تلويزيون ديجيتال

با گذشت زمان ، بشر که توانسته با تغییر در محیط پیرامونش و با اتکا بر ساخته های دست خود ، تمدن بزرگی را فراهم آورد به جایگاه کنونی خود هرگز راضی نشده و علاوه بر موارد کمی ، بیش از پیش به کیفیت تجهیزات و امکانات ساخته خود می اندیشد .

در این گذر در منظر انتشار امواج تصاویر تلویزیونی گامهای بسیار بلندی برداشته و اکنون با گذر از قله ای دیگر ، سرویسهای تلویزیونی آنالوگ را تکنولوژی منسوخ شده می داند . در سیستم های متداول امروزی که از روش انتشار امواج بصورت آنالوگ بهره می برد ، در طی مسیر ، کیفیت دریافت این تصاویر به شدت افت نموده و شرایط محیطی بر آن تاثیر نامطلوب فراوانی می گذارند . از جمله این تاثیرات می توان موارد زیر را برشمرد :

ب –  محدود بودن فضای فرکانسی در سیستم آنالوگ ( در محیط های کوهستانی برای پوشش مناسب تلویزیونی مجبور به احداث چند ایستگاه تلویزیونی هستیم که برای هر شبکه در هر ایستگاه مجبوریم کانال منحصربفردی را تخصیص دهیم ) .

ج –  تداخل ناشی از کانال های نزدیک یا هم کانال ( تعدد ایستگاههای تلویزیونی و محدود بودن فضای فرکانسی گاه عمداً و گاه سهواً این مشکل را پدید می آورند ) .

د –  گستردگی باند فرکانسی تلویزیونی و عدم خطی بودن تجهیزات دریافت و تقویت در سیستم های آنتن مرکزی باعث بروز مشکل عدم دریافت سیگنالهای هم سطح می گردد .

ه – در دریافت سیستم های آنالوگ میزان کریر به نویز برای دریافت مناسب ، بسیار بالاست . یعنی باید اختلاف سطح سیگنال مطلوب  به میزان نویز ایجاد شده بر روی آن ، بسیار بالا باشد که همین امر باعث تلفات انرژی می گردد .

و – در سیستم های آنالوگ جابجایی سیستم آنتن بشدت در تصویر دریافتی تاثیر گذار است بدین معنی که با جابجا کردن آنتن تصویر تغییر می کند که این مشکل در سیستم های تلویزیون سیار مثل خودروها بسیار مشکل زا می باشد .

ز – در سیستم دیجیتال امکان ارسال تصاویر با ابعاد متفاوت برای فرستنده ها وجود دارد . بدین معنی که می توان تصاویر را با ابعاد SD ، HD و یا HD Ready  ارسال کرد و گیرنده ها برای دریافت با مشکلی مواجه نگردند . با ایجاد بستر تلویزیون دیجیتال ، تبدیل سیستم استودیو ها از SD به HD توجیه پیدا کرده و کیفیت بسیار افزایش می یابد .

با استناد بر موارد مذکور ، سیستم جدیدی برای انتشار امواج تلویزیونی زمینی پیشنهاد شد که از روش انتشار امواج دیجیتال بهره می برد و در آن هیچیک از مشکلات و محدودیت های ذکر شده وجود نداشت . یعنی در تصاویر دیجیتال نه سایه ای وجود دارد و نه تداخلی ، جابجا شدن آنتن تا وقتی که سطح سیگنال از حداقل سیگنال لازم کم نشود ، تصویر مطلوب و ثابتی تامین می گردد . بدین معنی که در تلویزیون آنالوگ با کاهش تدریجی سطح سیگنال  ، کیفیت تصویر به تدریج کاهش می یابد اما در تلویزیون دیجیتال ، درصورتیکه سطح سیگنال از حدی بیشتر شود ، کیفیت مطلوب تصویر تامین می گردد .

 فضای بسیار کمی از محدوده فرکانسی اشغال می شود بصورتی که بجای یک شبکه آنالوگ در سیستم فشرده سازی MPEG4 می توان ۸ شبکه تلویزیونی و چند رادیو پخش نمود . همچنین بعلت فشرده سازی بیشتر در MPEG4 نسبت به MPEG2 ، می توان این اختلاف حجم را در افزایش نمونه های ارسالی مورد استفاده قرار داد که باعث بهبود کیفیت تصویر می شود .

 علاوه بر موارد ذکر شده ، در سیستم دیجیتال بعلت پائین بودن کریر به نویز ، نویز تاثیر کمی در دریافت داشته و طبیعتاً برای انتشار امواج توان کمتری مصرف می گردد . این سیستم انتشار تلویزیونی را DVB-T) Digital Video Broadcasting – Terrestrial ) یا انتشار زمینی دیجیتال امواج تصویری می نامند . در زیر نمونه هایی از سیستم های معرفی شده به همراه این تکنولوپژی در زمینه های مختلف را مشاهده می کنید :
سیستم انتشار زمینی تصاویر دیجیتالی           DVB-T    Digital Video Broadcasting – Terrestrial
سیستم انتشار کابلی تصاویر دیجیتالی           DVB-C    Digital Video Broadcasting – Cable
سیستم انتشار متحرک تصاویر دیجیتالی           DVB-H     Digital Video Broadcasting – Handheld
سیستم انتشار ماهواره ای تصاویر دیجیتالی           DVB-S    Digital Video Broadcasting – Satellite
سیستم انتشار ماهواره ای متحرک تصاویر دیجیتالی           DVB-S-H    Digital Video Broadcasting – Satellite Handheld

البته اخیراً نسخه های DVB-T2 و DVB-S2 نیز ارائه شده اند که بهینه شده سیستمهای DVB-T و DVB-S هستند .

در تصویر بالا ، تنوع استفاده از سیستم تلویزیون دیجیتالی را مشاهده می کنید .

اما بررسی علت فشرده سازی MPEG4 و علت ترجیح داده شدن این روش بر فشرده سازی  MPEG2 چیست ؟

در فشرده سازی MPEG4 ، میزان فشرده سازی تصاویر بسیار بیشتر از روش MPEG2 بوده و نتیجتاً علیرغم کاهش نیافتن کیفیت دریافت ، قادر خواهیم بود تعداد شبکه های تلویزیونی بیشتری را ارسال کنیم . این مزیتی است که بجای ارسال تنها پنج شبکه تلویزیونی و یک رادیو ، می توانیم هشت شبکه تلویزیونی و چند رادیو با یک فرستنده بر روی یک کانال تلویزیونی پخش کنیم . نتیجتاً هزینه کاهش یافته و فضای فرکانسی کمتری مورد نیاز خواهد بود هرچند به گیرنده های گرانتری نیاز خواهیم داشت .

اما برای دریافت این شبکه ها مجبور به چه تمهیداتی هستیم ؟

با توجه به اینکه کشور دربحث پوشش تلویزیون زمینی ، مرحله گذر از آنالوگ به دیجیتال را سپری می کند ( به  مرحله گذر Switchover می گویند )  لازم است تا با تمهیداتی بتوان از تلویزیونهای آنالوگ موجود استفاده کرد تا به تدریج تلویزیون هایی با تیونر دیجیتال  (DVB-T ) تولید و روانه  شوند .

برای دریافت تصاویر دیجیتال و نمایش این تصاویر بر روی تلویزیونهای آنالوگ معمولی لازم است تا از دستگاه واسطی به نام STB)  Set Top Box ) استفاده شود . عموماً این دستگاهها در دو نوع با بستر های متفاوت ارائه می گردند . گیرنده هایی که با اتصال به رایانه فعال می شوند و رایانه را به تلویزیون دیجیتال تبدیل می کنند و انواع گیرنده های خانگی که با اتصال آنتن پشت بام ، خروجیهای تصویر و صدای آنالوگ را تامین می کنند .

گیرنده های رایانه ای :

 درا نواع گیرنده های رایانه ای اغلب آنتن کوچکی ارائه می گردد که بر اساس موقعیت و فاصله تا ایستگاه انتشار امواج تلویزیونی قادر خواهد بود دریافت مطلوبی داشته باشد اما اصولاً برای دریافت تلویزیونی لازم است از آنتن های پشت بام استفاده شود . این گیرنده ها دارای یک ورودی آنتن بوده و از درگاه USB به رایانه متصل می گردند . با نصب نرم افزار ارائه شده به همراه دستگاه و نصب درایورهای مربوطه ، رایانه شما قادرخواهد بود تحت این نرم افزار ، به پخش تصاویر تلویزیونی و برنامه های رادیویی بپردازد .

اکثر گیرنده های رایانه ای قادر به ضبط برنامه های تلویزیونی بر روی رایانه می باشند که حداکثر حجم ضبط برنامه  بستگی به حافظه رایانه شما دارد .

 گیرنده های خانگی :

در این نوع گیرنده ها نیز مانند انواع گیرنده های رایانه ای ، لازم است آنتن تلویزیون پشت بامی به ورودی آنتن متصل و پس از جستجوی کانال ( کانال یابی ) ویدئو و صدا از طریق خروجیهای تصویر و صدا به ورودی های مربوطه در تلویزیون وارد و نمایش داده می شوند .

برخی از مدل های گیرنده خانگی دارای علاوه بر خروجیهای کامپوزیت ، دارای خروجیهای کامپوننت نیز می باشند . این بدین معنی است که سیگنال ویدئو بدون ترکیب شدن رنگها ، جداگانه توسط کابل های آبی ، سبز و قرمز به ورودی متناظر تلویزیون متصل می گردد . این خروجی در تلویزیون هایی که دارای ورودی های کامپوننت هستند کاربرد پیدا می کند .

برخی از گیرنده ها دارای خروجی HDMI هستند که امکان  انتقال سیگنال های با کیفیت صدا و تصویر بصورت دیجیتالی به تلویزیون را تامین می نماید . برای استفاده از این خروجی باید تلویزیون شما دارای اینگونه امکانات باشد یعنی لازم است که  درگاه ورودی HDMI داشته باشد   .

برخی از دستگاهها امکان آپگرید از طریق امواج دریافتی فرستنده های تلویزیونی را دارند. این امکان را (OTA  ( over the air  می گویند  . در اینگونه دستگاهها نیازی به آپگرید دستی وجود ندارد و بر حسب نیاز ، بصورت خودکار این اطلاعات از طریق فرستنده های تلویزیونی به دستگاه گیرنده شما ارسال خواهند شد .

در برخی از گیرنده ها امکان ضبط برنامه های تلویزیونی بر روی فلش ( USB Flash ) وجود دارد که به PVR ) Personal Video Recording ) معروف است .

 نوع اسکن تصویر :

از آنجایی که در گیرنده های تلویزیون دیجیتال ، کیفیت تصویر دریافتی بسیار مهم است لذا لازم است روش اسکن ویدئویی دستگاه گیرنده و توانایی آن در ارائه تصویر بهنگام بررسی گردد . در نمایش تصویر ویدئویی دو نوع اسکن وجود دارد .  Progressive یا پیشرونده  و  Interlaced یا در هم بافته . این دو روش بیانگر این موضوع هستند که دستگاه گیرنده ، جزئیات تصویر را با چه آرایشی بر روی نمایشگر می چیند و این پازل را تکمیل می نماید . در یک روش از گوشه سمت چپ تصویر خط به خط تصاویر بر روی صفحه نمایش چیده می شوند تا تصویر هر فرم تکمیل گردد . این روش را روش اسکن پیشرونده می گویند . در روش دیگر  اسکن ، بخش عمودی تصویر به خطوط میدان زوج و فرد تقسیم شده و ابتدا دستگاه خطوط فرد را چیده و سپس خطوط زوج را می چیند . به این روش ، اسکن در هم بافته می گویند .

         
البته تفاوت نوع اسکن در ابعاد بزرگ تصویر قابل مشاهده و تشخیص می باشد . در مدلهای رایانه ای گیرنده های تلویزیون دیجیتال ، سرعت پردازنده و کارت گرافیکی رایانه در این امر بسیار موثر هستند .

در روبرو نمونه هایی از معرفی نوع اسکن دستگاه را مشاهده می کنید . حرف i انگلیسی بیانگر Interlaced و p بیانگر Progressive می باشد .

۷۲۰p – 1280×720 progressive scan
۷۲۰i – 1280×720 interlaced
۱۰۸۰p – 1920×1080 progressive scan
۱۰۸۰i – 1920×1080 interlaced

Full HD  از روش اسکن پیشرونده استفاده می کند و آنرا برخی اوقات ۱۰۸۰p می شناسند چراکه رزولوشن عمودی تصویر آن ۱۰۸۰ پیکسل می باشد .

HD Ready  از روش اسکن پیشرونده استفاده می کند و آنرا برخی اوقات ۷۲۰p می شناسند چراکه رزولوشن عمودی تصویر آن ۷۲۰ پیکسل می باشد .

سیستم های SFN و MFN

در روش تامین پوشش تلویزیونی در سیستم های آنالوگ برای جلوگیری از تداخل در نقاط هم مرز ، فرکانس فرستنده ها متفاوت در نظر گرفته می شود . این عامل باعث می شود که بعنوان مثال اگر با اتومبیل خود در مسیر شبکه های تلویزیونی را دریافت می کنید ، با خارج شدن از محدوده پوشش یک فرستنده ، لازم است کانال گیرنده دوباره تنظیم گردد .

اما در سیستم دیجیتال با اعمال سیگنال های همزمانی به فرستنده ها که از طریق GPS تامین می گردند ، می توانیم از یک فرکانس ثابت در محدوده وسیعی استفاده کنیم و تحت شرایطی ، تداخل نداشته باشیم . بدین معنی که بعنوان مثال در سطح یک کشور یک شبکه با یک فرکانس ثابت پخش می شود ( مثلاً شبکه های اول ، دوم ، سوم ، چهارم ، خبر و آموزش ) و دیگر مجبور به تنظیم مجدد گیرنده نیستیم . به سیستمی که از یک فرکانس ثابت بهره می برد SFN  Single Frequency Network می گویند و سیستم چند فرکانسی را MFN  Multi Frequency Network می نامند .

تداخل در امواج دیجیتال :

تنها درصورتی تداخل در امواج تلویزیون دیجیتال باعث تخریب سیگنال می شود که اولاً امواج هم کانال بوده و ثانیاً محتوای آنها متفاوت باشد یعنی حتی درصورت هم کانال بودن برنامه های دو ایستگاه تلویزیون دیجیتال درصورتیکه محتوای برنامه ها یکی باشد ، تداخل نخواهیم داشت .

گپ فیلر

در برخی مناطق که سیگنال دیجیتال بعلت وجود موانع فیزیکی در دسترس نباشد ، لازم است تا این سیگنال تقویت یا رله شود . اما برای کاهش هزینه ها تنها رله ای نصب می گردد که کانالهای ورودی و خروجی آن همسان هستند . به این رله دیجیتال ، گپ فیلر یا پر کننده شکافها می گویند . البته در استفاده از گپ فیلر ها باید سیگنال این دستگاهها با فرستنده اصلی همزمان گردد که این همزمانی از طریق پالسهای GPS تامین می گردد .