2.5.3.4. Оборудование для приема спутникового телевидения

Прежде чем приступать к выбору конкретного комплекта спутникового телевидения, необходимо определиться, что вы хотите от него получить. Возможны два основных варианта:

1. Вас интересуют программы, транслируемые с определенного спутника. В этом случае необходимо приобрести комплект с жестко закрепляемой антенной, максимально ориентированный на прием необходимых вам программ.

2. Вы хотите иметь возможность принимать программы с различных спутников. Для этого необходим комплект оборудования, позволяющий автоматически перемещать антенну для настройки на сигналы, поступающие с разных спутников.

В случае, когда уровень сигнала интересующего вас спутника в вашей местности достаточно мощный, первый вариант гораздо дешевле второго. Существует также компромиссный вариант, когда антенна жестко закреплена, но используется две или более приемных головок. В этом случае возможен прием с нескольких спутников.

В большинстве случаев комплект для индивидуального приема спутникового телевидения состоит из антенного комплекта, приемника (тюнера) спутникового телевидения, называемого также спутниковым ресивером (receiver), и телевизора (рис. 191).

А нтенный комплект включает в себя рефлектор («тарелку») с устройством крепления (подвеской) и размещенную на нем приемную головку.

В зависимости от формы рефлектора и места размещения на нем приемной головки, различают прямофокусные и офсетные антенны (рис. 192). У прямофокусной антенны рефлектор симметричен, а приемная головка расположена в фокусе зеркала, на оси симметрии. Рефлектор офсетных антенн чаще имеет яйцевидную форму, а облучатель расположен не в фокусе зеркала. Преимущество офсетной антенны заключается в том, что головка не затеняет зеркало рефлектора от падающих на него радиоволн. Это позволяет получить несколько больший коэффициент усиления, т. е. принимать более слабые сигналы.

Приемная головка содержит облучатель, поляризатор и конвертор.

Облучатель представляет собой в простейшем случае конец круглого волновода, закрытый прозрачной для радиосигналов пленкой, расположенный в точке схода отраженных от рефлектора радиоволн. Он служит для передачи энергии сигнала, «собранной» с поверхности рефлектора в конвертор. Название «облучатель» данное устройство получило при использовании в передающих антеннах, где оно действительно облучало поверхность зеркала передаваемым радиосигналом.

Между облучателем и конвертором расположен поляризатор. Поляризатор имеет свойство выделять и пропускать волны с определенной поляризацией.

Д ля того чтобы приблизительно представить себе, что такое поляризация, необходимо вспомнить, как распространяются волны от брошенного в воду камня. Частицы воды совершают колебательные движения вверх-вниз, т. е. вертикально. Можно сказать, что в этом случае присутствует вертикальная поляризация волн. Так же и в радиоволне, в зависимости от направления ее электромагнитных составляющих, различают вертикальную, горизонтальную и даже круговую поляризацию, когда происходит вращение составляющих волны.

Тип поляризации определяется конструкцией передающей антенны и ее положением в пространстве. Для непосредственного спутникового телевещания преимущественно используются вертикальная и горизонтальная поляризации. Использование волн с различной поляризацией позволяет передавать программы на близких частотах или на одной частоте и эффективно разделять их при приеме. Управляя поляризатором дистанционно, можно выбирать сигналы, передаваемые с определенной поляризацией. В основном применяются поляризаторы двух типов: электромагнитные (ферритовые) и механические. Их электрические характеристики приблизительно одинаковы. Отсутствие в электромагнитном поляризаторе движущихся частей предполагает его большую надежность. В то же время механические поляризаторы обладают несколько более низким коэффициентом шума.

Конвертор (LNB – Low Noise Blockconvertor) служит для усиления сигнала, поступившего с поляризатора, и преобразования его в диапазон частот, воспринимаемый спутниковым приемником (950–1750 МГц или 900–2150 МГц – расширенный). Конструктивно представляет собой компактное, выполненное по волноводно-микрополо­сковой технологии устройство весом 300–400 граммов. Основными характеристиками конвертора являются диапазон принимаемых частот и уровень шума.

Существует несколько типов конверторов, различных по конструкции и функциональным возможностям. Выпускаются конверторы, предназначенные для работы как в ограниченном диапазоне частот, так и полнодиапазонные, охватывающие весь диапазон С или K_u. Имеются также конверторы со встроенным поляризатором. Конверторы, называемые универсальными, имеют, по сравнению с полнодиапазонными, более простую систему управления переключением диапазонов и поляризации. Конверторы с несколькими выходами позволяют одновременно просматривать на нескольких телевизорах телепрограммы, принятые с различной поляризацией и в разных диапазонах.

Уровень шума конвертора определяет, насколько слабые сигналы он сможет принять. Сложилось так, что в диапазоне С принято измерять уровень шума в градусах Кельвина (Т_ш – шумовая температура), а в диапазоне K_u – в децибелах (К_ш – коэффициент шума). Эти единицы измерения связаны следующим соотношением:

Т_ш = 290 (10 ^{Кш / 10} – 1).

Чем меньше уровень шума примененного конвертора, тем более слабые сигналы способен с достаточным качеством принимать спутниковый приемник. Современные конверторы диапазона С имеют шумовую температуру близкую 15 К, а диапазона K_u – коэффициент шума около 0,5 дБ.

Для подачи сигнала с конвертора на спутниковый ресивер используется коаксиальный кабель, конструктивно аналогичный применяемому в эфирном телевидении, но специально рассчитанный на работу в диапазоне спутникового телевидения. При использовании обычного кабеля потери в нем могут оказаться недопустимыми для качественной работы спутникового комплекта.

Кроме собственно кабеля, при построении распределительной сети спутникового телевидения применяются дополнительные устройства распределительной сети, например делители, сумматоры, ответвители и т. д.

Спутниковый приемник, или ресивер (англ. receiver), по сути, представляет собой устройство, похожее на тюнер обычного телевизора, только предназначенное для приема спутниковых сигналов, отличающихся от сигналов эфирного телевидения.

Существует два типа ресиверов: аналоговые и цифровые, предназначенные соответственно для приема спутниковых программ, представленных в аналоговом или цифровом видах.

Как известно, программы со спутников могут транслироваться в традиционных аналоговых (PAL, SECAM или NTSC), или обеспечивающих лучшее качество сигнала аналогово-цифровых (D2-MAC, PALplus), или полностью цифровых форматах (MPEG-2). Большинство спутниковых ресиверов предназначены для работы только с одним видом сигнала.

В последние годы доля цифрового спутникового вещания постоянно увеличивается, так как позволяет путем уплотнения передавать большее количество программ с одного спутника. Цифровое представление программ позволяет получить изображение на экране телевизора с отличным качеством и отсутствием помех, иногда сопровождающих аналоговые программы. Ресиверы, предназначенные для приема программ в формате MPEG-2, являются на сегодняшний день устройствами, обеспечивающими самое высокое качество изображения и звука, и способны принимать программы телевидения высокой четкости – HDTV.

2.5.3.5. DVD-видео и система домашнего кинотеатра

О дним из самых качественных на сегодняшний день источников видеопрограмм являются DVD-проигрыватели (DVD-плееры). Стандартом на DVD-video предусматривается запись на диск в цифровом виде сигналов цветного телевидения систем PAL и NTSC (10 бит/27 МГц) и сигналов звука (16, 20, 24 бит/48, 96, 192 кГц). Разрешающая способность цветного изображения, записанного на DVD-диске, составляет 720×572 точек. Для сравнения: в форматах видеозаписи VHS и Video CD разрешение по горизонтали составляет 240 линий. Для уменьшения объема записываемых данных сигнал изображения и звуковое сопровождение перед записью на диск «сжимается» по стандарту MPEG-2.

D VD-проигрыватель выступает в качестве источника высококачественного звука и изображения для построения систем домашнего кинотеатра. Данные в формате DVD записываются на диск, имеющий размеры и близкий по конструкции обычному аудио-компакт-диску (рис. 193, 194). Все разновидности дисков имеют размеры обычного CD-диска (диаметр 12 см, толщина 1,2 мм). В то же время диск DVD может содержать гораздо больший объем цифровой информации – минимум 4,7 Гбайт против 0,65 Гбайт на аудио-компакт-диске. Применение более эффективных схем модуляции цифровых данных и коррекции ошибок позволило почти на порядок повысить надежность считывания данных с DVD-диска по сравнению с CD. В считывающем устройстве используется «красный» лазер с длиной волны излучения 0,650 нм (в CD-проигрывателях – 780 нм). Уменьшение длины волны лазерного луча, а также увеличение апертуры (величины относительного отверстия) оптической системы позволило считывать более мелкие и более плотно расположенные, чем у обычных CD-дисков, питы информации. В отличие от обычных компакт-дисков, DVD-диски могут быть двухсторонними и иметь по два слоя информации на каждой стороне. Двухсторонний двухслойный диск имеет максимальную информационную емкость – 17 Гбайт.

В зависимости от вида и назначения различают следующие типы дисков:

– DVD-Video – для записи видеопрограмм в цифровом виде, подвергнутых процедуре сжатия цифрового потока;

– DVD-Audio – для записи высококачественного цифрового звука с параметрами дискретизации 16, 20, 24 бит /48, 96, 192 кГц, без сжатия данных;

– DVD-ROM – для записи компьютерных программ и другой цифровой информации;

– DVD-R – диски с возможностью однократной записи цифровой информации;

– DVD-RAM (DVD-RW) – диски с возможностью многократной перезаписи информации.

Рис. 194. Сравнение физической структуры CD и DVD

По конструкции различают четыре типа DVD-дисков (в скобках приведена максимальная емкость записи):

– DVD-5 (Single-sided, single-layer disc) – однослойные односторонние диски. Запись данных только на одной стороне диска в одном слое (4,7 Гбайт);

– DVD-9 (Single-sided, double-layer disc) – односторонние диски, запись на которых осуществляется в двух слоях (8,5 Гбайт). Внутренний слой данных образуется прессованием и напылением отражающего слоя, как в обычном аудио-компакт-диске, внешний полупрозрачный слой наносится поверх внутреннего. Считывание данных с внутреннего или внешнего слоя производится с помощью перефокусировки оптической системы (рис. 195);

– DVD-10 (Double-sided, single-layer disc) – двухсторонний диск с одним информационным слоем (9,4 Гбайт);

– DVD-18 (Double-sided, double-layer disc) – двухсторонний диск с двумя информационными слоями (17 Гбайт).

Рис. 195. Основные различия одно- и двухслойных DVD-дисков

Кроме высокой емкости и высокого качества воспроизводимых видеопрограмм, DVD-диски обладают большим количеством дополнительных сервисных функций. Приведем лишь две из них, демонстрирующие явные отличия от предыдущих форматов видеозаписи:

– запись звукового сопровождения фильма на восьми языках одновременно с возможностью выбора необходимого языка при воспроизведении при помощи меню на экране;

– запись субтитров на 32 языках с возможностью выбора языка субтитров или их отключения.

Звуковое сопровождение DVD-дисков может быть записано в одной из трех систем цифрового многоканального звука: Dolby Digital, DTS или MPEG-5.1 (MPEG Multichannel) с параметрами 24 бит/96 кГц (диапазон частот 4–48 000 Гц при динамическом диапазоне более 120 дБ). Видеопроигрыватели DVD позволяют также воспроизводить аудио-компакт-диски с параметрами дискретизации 16 бит/48 кГц (диапазон частот 4–24 000 Гц при динамическом диапазоне 96 дБ). Для записи высококачественных звуковых программ на дисках DVD-Audio предусмотрен режим 24 бит/192 кГц (диапазон част от 4–96 000 Гц при динамическом диапазоне более 120 дБ).

Для предотвращения несанкционированного распространения DVD-дисков и защиты авторских прав владельцев видеопрограмм стандартом на DVD-Video предусмотрено введение специального регионального кодирования как самих DVD-дисков, так и аппаратуры их воспроизведения. С этой целью весь мир условно поделен на 6 зон, каждой из которых присвоен соответствующий код:

1 – Канада, США;

2 – Европа, Ближний Восток (включая Египет), Южная Африка, Япония;

3 – Восточная и Юго-Восточная Азия (включая Гонконг);

4 – Австралия, Новая Зеландия, острова Океании, Мексика, Центральная и Южная Америка, Карибские острова;

5 – Страны бывшего СССР, Северная Корея, Монголия, Индия, Северная и Центральная Африка (кроме Египта);

6 – Китай.

Для каждой из этих зон выпускаются предназначенные для нее версии DVD-дисков и соответствующие им DVD-проигрыватели. При этом проигрыватели определенного регионального кода могут воспроизводить диски только «своего» региона. Номер зоны обязательно указывается на каждом DVD-диске и каждом DVD-проигрывателе (на задней панели). Эта маркировка имеет вид стилизованного изображения земного шара, внутри которого помещен номер регионального кода. Существует также мультизонный вариант DVD-дисков и проигрывателей. В этом случае на маркировке имеется надпись «ALL» или «1–6». Диски, имеющие такую маркировку, могут быть воспроизведены на проигрывателе любой зоны, а мультизонные проигрыватели могут воспроизвести любой диск.

Кроме регионального кодирования, формат DVD-дисков имеет еще одну особенность – наличие нескольких систем защиты от несанкционированного копирования. Основные из них – это CSS, Macrovision, CGMS/A и CGMS/D. Необходимость активизации той или иной системы защиты определяется при записи диска.

Система шифрования CSS (Content Scrambling System) используется для защиты при попытках перезаписи с помощью записывающих приводов DVD или, например, на жесткий диск компьютера. Содержание диска кодируется, и доступ к нему можно получить лишь с помощью трехкратно зашифрованного ключа. Для предотвращения копирования на компьютере используется взаимная аутентификация воспроизводящего и записывающего устройств. А для предотвращения перехвата и замещения данных после аутентификации привод использует шифрование данных с помощью зависящего от времени ключа.

Защита Macrovision определяет возможность перезаписи DVD-диска на аналоговые видеокассеты, например формата VHS. Видеомагнитофон и телевизор абсолютно разные устройства, хотя оба обрабатывают одни и те же видеосигналы. Преобразования видеосигнала для записи на магнитную ленту в видеомагнитофоне и для управления кинескопом, ЖК-экраном или плазменной панелью телевизора существенно различны. Эти различия и использует система защиты, разработанная специалистами фирмы Macrovision. Сигнал цветности DVD-программы изменяется определенным образом, в результате чего телевизор продолжает корректно отображать ее на своем экране, а видеомагнитофон сделает запись, которая при дальнейшем воспроизведении будет тусклой или содержать помехи.

CGMS/A (Copy Generation Management System / Analog). Если защита Macro­vision используется для полного исключения копирования на аналоговый носитель, то CGMS/A применяется для ограничения количества копий. В выходной видеосигнал DVD-проигрывателя встраивается информация CGMS/A, определяющая возможное количество копий. Для работы с CGMS/A оборудование, осуществляющее копирование, должно уметь распознавать эту информацию. Эта система защиты имеет приоритет над защитой Macrovision.

CGMS/D (Copy Generation Management System / Digital) – система, выполняющая те же функции, что и предыдущая, но для случая копирования цифровым способом. Данные получают стандартный CGMS-код «копировать нельзя» или «копировать можно определенное количество раз». Устройства, осуществляющие соединение (DVD-проигрыватель и цифровой телевизор), обмениваются ключами и сертификатами для установления канала. DVD-проигрыватель с помощью ключа шифрует кодированный видеосигнал и посылает его на телевизор, который расшифровывает сигнал с помощью полученного ключа. Таким образом, цифровой телевизор сможет принять и показать все данные. Записывающие же устройства без ограничений смогут принять только те данные, на которых не стоит код «не копировать». В случае получения кода «можно копировать… раз», они обязаны уменьшить количество разрешенных копий на единицу. CGMS/D разработан для использования в следующем поколении цифровых телевизоров и цифровых записывающих устройств, оснащенных цифровыми входами и выходами.