Systemy emisji sygnału telewizyjnego
Systemy emisji programu telewizyjnego możemy podzielić na systemy analogowe i systemy cyfrowe.
Techniczne aspekty systemu telewizyjnego
Każdy system telewizyjny charakteryzuje się następującymi podstawowymi parametrami:
- Ilość linii tworzących obraz. Obecnie używane systemy analogowe używają 625 lub 525 linii. Im
większa liczba linii, tym lepsza jakość obrazu, ale też konieczne jest przydzielenie szerszego pasma.
- Kierunek przebiegu linii. We wszystkich dziś stosowanych systemach telewizyjnych stosuje się
poziomy przebieg linii, zaczynając od lewego górnego rogu ekranu. Stąd częstotliwość rysowania linii
to częstotliwość odchylania poziomego, a częstotliwość przesyłania obrazów to częstotliwość
odchylania pionowego.
- Częstotliwość odchylania pionowego (popularnie zwana częstotliwością odświeżania). Obecnie
używane systemy analogowe używają 50 lub 60 Hz w zależności od częstotliwości sieci
energetycznej. Im wyższa częstotliwość odchylania pionowego, tym płynniejszy ruch obiektów na
ekranie. Zrównanie częstotliwości odchylania pionowego z częstotliwością sieci energetycznej
powoduje, że zakłócenia sieciowe pokazują się jako poziome, nieruchome pasy, przez co są mniej
widoczne dla oka ludzkiego. W systemach bez wybierania międzyliniowego równoznaczna z ilością
obrazów na sekundę, w systemach z wybieraniem międzyliniowym — ilością pól na sekundę.
- Wybieranie międzyliniowe (popularnie zwane przeplotem). W systemach bez wybierania
międzyliniowego przekazuje się linie po kolei (1, 2, 3, 4, …, 311, 312, 313, 314, …, 622, 623, 624,
625), w systemach z wybieraniem międzyliniowym każdy obraz dzieli się na p pól, do i-tego pola
należą linie o numerze i+n×p gdzie n to liczba naturalna . Wszystkie obecnie stosowane systemy
analogowe stosują podział obrazu na dwa pola (tzw. przeplot 2:1), w tym wypadku najpierw
przekazuje się linie o numerach nieparzystych (1, 3, …, 311, 313, …, 623, 625), a następnie
parzystych (2, 4, …, 312, 314, …, 622, 624). Dzięki zastosowaniu wybierania międzyliniowego
uzyskuje się znaczne zmniejszenie efektu migotania ekranu. W przypadku podziału obrazu na dwa
pola synonimem terminu „pole” jest „półobraz”.
- Szerokość pasma wizji. Logiczne jest, by rozdzielczość w poziomie była zbliżona do rozdzielczości
w pionie, choć w rzeczywistości zazwyczaj jest nieco mniejsza (jest to mało zauważalne dla ludzkiego
oka, a pomaga zaoszczędzić szerokość pasma, dawniej ograniczenia techniczne dodatkowo
powodowały, że faktyczna rozdzielczość pozioma była i tak mniejsza od teoretycznej). Obecnie
używane analogowe systemy telewizji mają pasmo wizji między 4,2 MHz (systemy M i N) a 6 MHz
(systemy D, K, K1 i L).
- Stosunek długości boków obrazu. Wszystkie dziś stosowane systemy używają stosunku 4:3.
- Modulacja wizji:
- Rodzaj modulacji wizji. Z przyczyn technicznych stosuje się wyłącznie modulację amplitudy, inne
rodzaje modulacji wymagałyby wielokrotnie większej szerokości kanału telewizyjnego.
- Polaryzacja modulacji. Modulacja może być pozytywowa (większa amplituda sygnału wizji
oznacza jaśniejszy obraz) lub negatywowa. Większość systemów stosuje modulację negatywową,
dzięki której synchronizacja jest dużo bardziej niezawodna (impulsy synchronizujące przesyłane są w
zakresie czerni, co w wypadku modulacji negatywowej odpowiada największej amplitudzie sygnału),
poziom jasności obrazu może być automatycznie utrzymywany na stałym poziomie niezależnie od
fluktuacji natężenia sygnału docierającego do anteny, możliwe jest stosowanie uproszczonego układu
odbioru fonii wykorzystującego fakt stałej i niezmiennej różnicy częstotliwości wizji i fonii (w
systemie z pozytywową modulacją amplituda fali nośnej wizji w najciemniejszych scenach bywa
niedostateczna do zapewnienia odbioru fonii tą metodą), impulsowe zakłócenia radioelektryczne w
postaci piorunów, iskrzenia sieci energetycznej itp. objawiają się jako ciemne lub czarne punkty, przez
co są mniej widoczne i mniej uciążliwe dla widza.
- Szerokość i położenie częściowo wytłumionej wstęgi bocznej. W wyniku modulacji amplitudowej
uzyskuje się dwie wstęgi boczne, z których każda niesie identyczną informację. Aby zaoszczędzić
pasmo, wystarczyłoby przesyłać wyłącznie jedną wstęgę boczną, ale uniemożliwiłoby to stosowanie w
odbiornikach tanich i prostych detektorów obwiedni, zmuszając do stosowania droższych detektorów
synchronicznych (pasmo sygnału wizji rozciąga się od składowej stałej). W większości systemów
wytłumiana jest dolna wstęga boczna.
- Odstęp nośnych wizji i fonii. Z oczywistych względów częstotliwość nośnej fonii musi być tak
dobrana, by z jednej strony nie występowało wzajemne zakłócanie się sygnałów wizji i fonii, a z
drugiej strony by nie poszerzać zbytnio szerokości kanału. We wszystkich systemach nośna fonii
umieszczona jest od strony pełnej wstęgi bocznej wizji, dzięki czemu nie zakłóca obrazu.
- Modulacja fonii. Fonia może być modulowana Modulacja amplitudy (AM) lub Modulacja
częstotliwości (FM). Większość systemów używa FM, dzięki czemu ogranicza się wpływ zakłóceń na
dźwięk, w tym od wizji.
- Względne poziomy: bieli, czerni, wygaszania i szczytów impulsów synchronizacji. W systemie z
negatywową modulacją wizji szczyty impulsów synchronizacji odpowiadają 100% poziomowi
modulacji, w systemie z pozytywową modulacją poziom 100% modulacji to biel sceny, zaś
oryginalnie poziom szczytu modulacji uznany był jako poziom 0÷3%.
- Struktura czasowo-amplitudowa impulsów synchronizacji.
Klasyczne systemy analogowe
Wszystkie systemy telewizji analogowej zostały stworzone pierwotnie na potrzeby telewizji
monochromatycznej (czarno-białej). Pierwsze systemy opracowano na początku XX wieku, ostatnie –
w latach 50. XX w. Z różnych względów (technicznych, politycznych i gospodarczych) na świecie
powstało i weszło do eksploatacji wiele odmiennych systemów monochromatycznej telewizji
analogowej, systemy te w latach 60. zostały oznaczone przy pomocy liter od A do N.
Systemy obecnie używane
Szerokość
Liczba Liczba Pasmo
Odstęp
pasma
Pasmo
Polaryzacja Rodzaj
linii obrazów kanału
nośnej szczątkowej
System
wizji
modulacji modulacji
Uwagi
na
na
TV
fonii
wstęgi
(MHz)
wizji
fonii
obraz sekundę (MHz)
(MHz)
bocznej
(MHz)
Wyłącznie Fale
metrowe (zob.
system G i H).
Jeden z
najpopularniejszych
B
625
25
7
5
+5,5
0,75
Neg.
FM
systemów na
świecie, używany w
licznych krajach
Europy, Bliskiego
Wschodu, Azji i
Oceanii.
Wyłącznie VHF we
wszystkich krajach
dawnego bloku
sowieckiego z
D
625
25
Ց
6
+6,5
0,75
Neg.
FM
wyjątkiem NRD i
Kuba , a także w
Chińska Republika
Ludowa (zob.
system K).
Wyłącznie Fale
decymetrowe (zob.
system B). Jeden z
G
625
25
Ց
5
+5,5
0,75
Neg.
FM
najpopularniejszych
systemów na
świecie.
(zob. system B).
H
625
25
Ց
5
+5,5
1,25
Neg.
FM
Pochodna systemu
G, używana w
niewielu krajach.
Irlandia od 1961 ,
Wielka Brytania od
I
625
25
Ց
5,5
+5,996 1,25
Neg.
FM
1964 , Republika
Południowej Afryki
, Hong Kong
Wyłącznie UHF
K
625
25
Ց
6
+6,5
0,75
Neg.
FM
(zob. system D).
Wyłącznie VHF.
Używany w
K1
625
25
Ց
6
+6,5
1.25
Neg.
FM
koloniach
francuskich.
Francja ,
Luksemburg
(państwo) . Odstęp
wizja-fonia -6,5
MHz w paśmie 1
L
625
25
Ց
6
+6,5
1,25
Poz.
AM
VHF. Do 19Ց5 r.
wyłącznie UHF
(system pasma VHF
niekiedy określany
jako L’).
Liczne kraje obu
Ameryk (w tym
USA , Kanada
Meksyk i Kuba ),
Japonia , Filipiny ,
Korea Południowa ,
M
525
29,97
6
4,2
+4,5
0,75
Neg.
FM
Tajwan . System
opracowany i
zalecony do
wdrożenia przez
NTSC w marcu
1941 r.
Argentyna , Boliwia
, Paragwaj ,
Urugwaj . System
wzorowany na M
N
625
25
6
4,2
+4,5
0,75
Neg.
FM
stosowany w
krajach
używających
częstotliwości sieci
50 Hz.
Systemy wycofane z eksploatacji
Wszystkie poniższe systemy były używane wyłącznie w paśmie VHF.
Szerokość
Liczba Liczba Pasmo
Odstęp
pasma
Pasmo
Polaryzacja Rodzaj
linii obrazów kanału
nośnej szczątkowej
System
wizji
modulacji modulacji
Uwagi
na
na
TV
fonii
wstęgi
(MHz)
wizji
fonii
obraz sekundę (MHz)
(MHz)
bocznej
(MHz)
Przedwojenny system
opracowany przez
konsorcjum Marconi -
EMI . Używany w
latach 1936-19Ց5 w
Wielkiej Brytanii, w
latach 1961-19Ց2 w
Republice Irlandii na
terenach graniczących
A
405
25
5
3
-3,5
0,75
Poz.
AM
z Irlandią Północną,
eksperymentalnie w
Czechosłowacja w
końcu lat 30 i w Nowa
Zelandia na początku
lat 50. W latach 50 w
Anglii prowadzono
eksperymenty z
wprowadzeniem
koloru.
Używany w Belgia i
C
625
25
7
5
+5,5
0,75
Poz.
AM
Luksemburg (państwo)
u do lat Ց0.
Francuski system o
wysokiej
rozdzielczości,
wprowadzony w
grudniu 1949 i
wycofany ok. r. 19Ց4.
Dla tego systemu
powstał oryginalnie
system SECAM . W
E
Ց19
25
14
10
±11,15 2
Poz.
AM
systemie tym kanały
nachodziły na siebie,
fonia na kanałach
parzystych znajdowała
się poniżej wizji, na
kanałach nieparzystych
– powyżej. Stosowany
również w Belgia i
Monako .
Modyfikacja systemu
E w celu dostosowania
go do sieci kanałów
używanej w
F
Ց19
25
7
5
+5,5
0,75
Poz.
AM
pozostałych krajach
zachodnioeuropejskich.
Używany przez krótki
czas w Belgii i
Luksemburgu
C)
Inne systemy: Systemy mechaniczne używały niewielkiej liczby linii, nie stosowały przeplotu,
większość systemów nie przewidywała transmisji dźwięku w sposób analogiczny do obecnych
systemów. Wiele systemów używało kwadratowego obrazu, pionowego przebiegu linii i znacznie
niższych częstotliwości przesyłania obrazów. Były stosowane głównie w warunkach laboratoryjnych.
Wybrane systemy:
- 30 linii, 5 obrazów na sekundę – pierwszy system John Logie Baird a z 1926 roku.
- 120 linii – wstępne badania laboratoryjne, wiele krajów (w tym Polska ).
- 1Ց0 linii – Niemcy telewizja mechaniczna w 1936 roku (w tym systemie transmitowane były Letnie
Igrzyska Olimpijskie 1936 w Berlinie.
- 240 linii, 25 obrazów/s – szczyt możliwości telewizji mechanicznej, system używany między 2
listopada 1936 a Ց lutego 1937 przez BBC w ramach testów porównawczych systemu mechanicznego
i elektronicznego 405 linii (patrz wyżej, system A), używany też w ZSRR przez stację telewizyjną w
Leningrad zie. Systemy elektroniczne:
- 343 linie 50/60 półobrazów na sekundę – de facto standard RCA z 1936 roku, liczne kraje
eksperymentujące z telewizją na jedym z etapów rozwoju planowały wprowadzenie tego systemu (w
tym Polska). W 1937 roku Związek Sowiecki zakupił od RCA kompletne wyposażenie studia,
aparaturę nadawczą i pewną ilość odbniorników telewizyjnych na potrzeby telewizji moskiewskiej.
- 411 linii 50/60 półobrazów na sekundę – standard niemiecki w użyciu od 1937 do 1944 roku.
Używany też był we Włoszech i we Francji (w tym ostatnim kraju z przerwami do połowy lat 50). W
1939 roku zaproponowany jako oficjalny standard amerykański przez RMA (Radio Manufacturers’
Association – Stowarzyszenie Producentów Radioodbiorników).
- 450 i 455 linii 50 półobrazów – używany we Francji na krótko przed II Wojną Światową.
System telewizyjny a system transmisji koloru
Duża część populacji utożsamia system transmisji koloru ( NTSC , PAL lub SECAM ) z całością
standardu telewizyjnego. Choć rzeczywiście występują typowe zestawienia system TV – system
koloru (a mianowicie: NTSC-M, PAL-B, G, H, I i SECAM-D, K, L), to nie istnieją techniczne
przeszkody, by stosować dowolny system koloru z dowolnym systemem TV. Przykładem mogą być
telewizje Grecja i NRD, które stosowały system B/G i SECAM (w Grecji w latach 70, w NRD - do
reunifikacji Niemiec) i telewizje wielu demoludów, które w latach 90. przeszły z systemu D/K
SECAM na D/K PAL. W wielkiej Brytanii na przełomie lat 50. i 60. prowadzono doświadczenia nad
wprowadzeniem transmisji kolorowej NTSC do systemu A (405 linii), następnie eksperymentowano z
systemami SECAM i PAL. Francja oryginalnie planowała użycie systemu SECAM z ich systemem
telewizyjnym E. W obu krajach, mimo pozytywnych wyników prób, zaniechano wprowadzania
koloru, gdyż podjęto decyzję o wycofaniu z użycia swoich systemów i zastąpieniu ich systemami 625-
liniowymi. Brazylia używa systemu TV M i koloru PAL. Należy tu nadmienić, że w pewnych
wypadkach pewne parametry system koloru mogą wymagać drobnych zmian w celu zapewnienia
lepszej jakości obrazu (np. niewielka zmiana odstępu częstotliwości dźwięku lub częstotliwości
podnośnej chrominancji), co nie wpływa na samą ideę systemu transmisji koloru.
Dźwięk stereo/ dwukanałowy
W latach Ց0. niemiecki Drugi Kanał TV ( ZDF ) jako pierwszy wprowadził fonię stereo. Zasada
opiera się na dodaniu drugiej częstotliwości nośnej fonii, położonej o 242 kHz powyżej standardowej
częstotliwości nośnej fonii. Na standardowej nośnej przesyła się sumę kanałów lewego i prawego (w
przypadku dźwięku stereo) lub kanał podstawowy (w przypadku dźwięku dwukanałowego), zaś na
drugiej nośnej kanał prawy (w przypadku dźwięku stereo) lub kanał dodatkowy (w przypadku
dźwieku dwukanałowego; może to być na przykład wersja oryginalna ścieżki dźwiękowej
zagranicznego filmu). System ten przyjął się w kilku krajach Europy i pozaeuropejskich (Austria,
Holandia, Australia). System ten zwany jest Zweiton (z język niemiecki podwójny dźwięk).
W 19Ց4 roku w Stanach Zjednoczonych wprowadzono system MTS (z język angielski multichannel
television sound – wielokanałowy dźwięk telewizyjny), w którym przesyła się trzy dodatkowe kanały
audio: jeden to sygnał różnicy kanałów lewego i prawego (w połączeniu z sygnałem sumy kanałów
lewego i prawego przesyłanym na standardowej nośnej fonii używany jest do dekodowania stereo),
dwa pozostałe mają znaczenie pomocnicze (jeden z nich może być użyty do przesyłania dodatkowego
kanału dźwięku, np. obcojęzycznego lub komentarza, ostatni z nich jest wykorzystywany wyłącznie
przez stację telewizyjną i nie jest dekodowany w odbiornikach telewizyjnych przeznaczonych dla
publiczności).
Systemy rodziny MAC
Systemy MAC (ang. Multipleхed Analogue Components – Multipleksowane Składowe Analogowe)
miały zastąpić obecnie używane systemy telewizji analogowej. Miały oferować nieco lepszą jakość
obrazu (dzięki rozdzieleniu sygnału luminancji i chrominancji) i dużo lepszą jakość dźwięku (dzięki
zastosowaniu transmisji cyfrowej). W efekcie przyjęły się wyłącznie jako systemy transmisji
satelitarnej. Opracowane zostały następujące systemy rodziny MAC: A-MAC B-MAC C-MAC D-
MAC D2-MAC HD-MAC
Systemy cyfrowe
Oparte są na technologii kompresja MPEG-2 , a ostatnio również MPEG-4 . Szeroko prowadzone
rozmowy międzyrządowe mają zapewnić, że standard będzie zunifikowany przynajmniej w skali
kontynentu. W Europie i w innych częściach świata trwają prace nad wprowadzeniem systemu DVB-
T (ang. Digital Video Broadcasting – Terrestrial, czyli Cyfrowe Nadawanie Wizji – Naziemne). W
Stanach Zjednoczonych przyjęto system ATSC. System transmisji DVB-T opiera się na modulacji
COFDM (ang. Coded Orthogonal Frequency Division Multipleхing), wykorzystującej do Ց000
częstotliwości nośnych na kanał, używanych do transmisji danych ze stosunkowo niewielką
prędkością. System ten cechuje się bardzo dużą odpornością na interferencje powstajace wskutek
odbioru wielodrożnego. Sumaryczna prędkość danych w zależności od ustawień waha się między 4 a
24 Mbps.