Více

Jak funguje analogové a digitální vysílání

K napsání tohoto článku mě přivedlo nemalé množství různých polopravd, omylů a mýtů, které se začaly šířit naší veřejností s rozšířením DVB-T v letošním roce. V poslední době se velice často setkávám s názorem, že digitalizace televizního vysílání nám nepřinese nic dobrého, případně že pokud digitalizovat, tak jedině přes satelit, a nikoliv po zemi. Nadarmo se neříká, že na každém šprochu je pravdy trochu, a proto bych rád některé z nich uvedl na pravou míru.

Cílem tohoto článku není obhajovat digitalizaci, ale umožnit čtenáři co možná nejobjektivnější posouzení daného problému a vytvoření vlastního názoru.

Především je na místě říci, že všechny druhy šíření televizního signálu, tak jak je dnes známe, mají své uplatnění a opodstatnění. Toto tvrzení podle mne platí zcela obecně, počínaje analogovým pozemním vysíláním (A-TV), analogovým kabelovým vysíláním (CATV) a analogovým satelitním vysíláním přes digitální pozemní vysílání (DVB-T), digitální kabelové vysílání (DVB-C), digitální satelitní vysílání (DVB-S) po vysílání do mobilních zařízení (DVB-H) a vysílání přes internet (IPTV). Všechny tyto technologie mají své výhody a nevýhody a uživatel si je vybírá podle svých nároků a potřeb. Pokud je technologie správně zvolená a patřičně používána, pak uživateli přináší spokojenost.

Přenos televizního obrazu

Ať už se jedná o jakýkoliv přenos televizního obrazu, jedno mají všechny společné: pohyblivý obraz na televizní obrazovce je tvořen rychle se střídajícími nepohyblivými obrázky, které jsou složeny z přesně definovaného počtu obrazových bodů uspořádaných do stanoveného počtu řádků. Takto nějak by bylo možné jednoduše říct, jak se přenáší televizní obraz. Pokud se budu držet definice televizního přenosu používaného u nás, pak se jedná o soustavu PAL D-K s počtem 25 snímků za sekundu rozdělených na dva půlsnímky, každý s počtem 312,5 řádku. Podrobný výklad pro naprosté laiky by zabral nemalý prostor a vcelku mi připadá jako nedůležitý. Stačí, když si každý představí, že se obraz na obrazovce vykresluje „letícím“ paprskem v řádcích postupně od horního až po spodní okraj obrazovky.

Těchto řádků se vykreslí každou sekundu v pětadvaceti snímcích celkem 15 625. Tedy 625 řádků na jeden snímek. Viditelných řádků je ovšem jen 576 v každém snímku. Ostatní jsou mimo viditelnou plochu obrazovky a nepřenášejí žádnou obrazovou informaci. Tyto řádky mají za úkol synchronizaci obrazu a další služby. Pro názornost je možné říct, že televizní kamera „rozstříhá“ snímaný obraz na 576 vodorovných proužků. Tyto proužky opatří informací o jejich poloze ve snímku a pošle je přenosovým kanálem do televize. U diváka se tyto proužky v uvedeném pořadí opět poskládají na svá místa, která odpovídají původnímu obrazu. Tento proces probíhá neustále dokola rychlostí 25 úplných snímků za sekundu.

Digitální kvalita

Tento pojem slýcháme velmi často ze sdělovacích prostředků a úst obchodníků jako reklamní výkřik. Jedná se opravdu jen o reklamní výkřik, který nemá žádnou vypovídací hodnotu. Pokud se totiž podíváte do anglicko-českého slovníku, zjistíte, že slovo „digitální“ znamená číslicový. V odborné literatuře se také můžete dozvědět, že slovo „digitální“ je zkrácená složenina dvou anglických slov, kterou je možno volně přeložit jako „dvoustavový,“ (binární). Ze spojení „digitální kvalita“ nám tak vznikne “číslicová kvalita“ nebo „dvoustavová kvalita“. Jak jistě uznáte, tato slovní spojení už znějí méně senzačně a hlavně nedávají smysl. Přídavné jméno „digitální“ náleží pouze použité technologii, stejně tak jako slovo “analogový“. V další části článku tedy budeme srovnávat dvě různé technologie a hledat jejich výhody a nevýhody.

Digitální technologie

Co si pod tímto pojmem máme vlastně představit? V čem spočívá výhoda digitálního přenosu informací? Výhoda spočívá právě v tom, že se přenáší jen informace, a to jen v nezbytně nutném rozsahu. Rozdíl mezi analogovým a digitálním přenosem je možné přirovnat k posílání peněz dostavníkem, anebo bankovním převodem. Pokud pošlete peníze dostavníkem, obdrží adresát vaše peníze fyzicky tak, jak jste je zaslali, ovšem za předpokladu, že ten dostavník někdo nevykrade, že je kurýr někde neztratí apod. Zatímco, když je pošlete bankovním převodem, obdrží adresát sice fyzicky jiné peníze, ale v každém případě ve stejné hodnotě, v jaké byly odeslány. Jednoduše řečeno: digitální přenos informací je přenos údaje o hodnotě, a to v podobě čísla. V tomto případě binárního čísla.

Pokud tuto definici vztáhnu na přenos obrazu, pak se nepřenáší obraz samotný, ale pouze číselný údaj o tom, jak má tento obraz vypadat. Jednotlivá čísla obsažená v přenášeném signálu nesou informaci o barvě, jasu, velikosti a umístění každého obrazového bodu. Stejně tak se děje i v případě zvuku. V praxi je digitální přenos vysoce sofistikovaný technický proces a jeho detailní popis by zabral obrovský prostor. Zájemcům proto mohu doporučit časopisy Sdělovací technika a Konvergence.

Číslo je možné opatřit opravným kódem, který má tu výhodu, že když se při přenosu část informace ztratí, pak pomocí tohoto opravného kódu je možné zjistit původní hodnotu tohoto čísla a informaci rekonstruovat (!!!). Schopnost přenést příslušnou informaci v nezměněné podobě, i v případě chyby v přenosu, je samozřejmě omezena dokonalostí zabezpečovacího kódu a nikdy není neomezená. Pokud si na proužek papíru napíšete dvacetimístné číslo a pak tento proužek příčně rozstříháte na několik dílů, jednotlivé díly zamícháte a pokusíte se proužek sestavit do původní podoby, pak nemáte žádné vodítko, podle kterého by bylo možné to udělat. Pokud ovšem kolem této řady čísel uděláte rámeček, získáte tak vodítko pro začátek a konec proužku, ty zaměnit nelze. Zbytek je nejistý. Pokud namísto rámečku proužek úhlopříčně přeškrtnete, pak získáte nezaměnitelné vodítko pro sestavení čísla do původní podoby. Pokud totiž úhlopříčky budou na sebe navazovat, máte proužek sestavený správně!

Mnohem dokonalejší metodou by v tomto případě bylo rozstříhat proužek pod různými úhly a v různých směrech. Tím získáte „opravný kód“ bez nutnosti přidat další informace. Na tomto místě je vhodné podotknout, že digitální technologie běžně nepracuje s čísly v desítkové soustavě, ale v soustavě dvojkové (binární), kdy všechny potřebné hodnoty čísla jsou tvořeny řadou jedniček a nul. To usnadňuje přenos a zvyšuje odolnost proti chybám. V případě analogové technologie takováto možnost neexistuje a poškozenou část je nutné přenést celou znovu. Vzhledem k tomu, že A-TV běží v reálném čase, není možné detekovat jednotlivé chyby při přenosu k divákovi a poškozené sekvence znovu opakovat. Takový přenos by byl pouhým součtem nepřeberného množství chyb.

Analogová televize A-TV

Ačkoliv se to mnohým může zdát neuvěřitelné, jedná se o technologii přenosu pohyblivého obrazu starší více než tři čtvrtě století. Málokterá technologie přežila tak dlouhou dobu s tak málo změnami. Jedinou zásadní změnou v A-TV bylo její „obarvení“. Potřeba přenášet barevný obraz byla jediným velkým zásahem do této technologie!

Pokud se na A-TV podíváme z technického hlediska, pak se jedná o amplitudově modulovaný obrazový signál vysílaný s jedním postranním pásmem s přidaným frekvenčně modulovaným zvukem. Potřeba přenést informaci o barvě znamenala přidání barvonosné složky, chytře umístěné „mezi řádky“ černobílého obrazu. To vše v 8MHz širokém kanálu. Pokud někoho zajímá tato technologie detailně, doporučuji knihu V. Víta a kol. – Televizní technika. Podrobný popis této technologie se všemi vysvětlivkami by zabral mnohahodinový výklad, který by ovšem byl mimo naše téma. Podstatnou věcí u A-TV je však malé využití 8MHz širokého kanálu při přenosu a přenos mnoha zbytečných informací.

PAL rozložený LCD

Podíváme-li se na samotný videosignál pomocí osciloskopu, zjistíme, že mezi jednotlivými řádky obrazu jsou volná místa, která jsou jen částečně vyplněna barvonosným signálem. Dále jsou mezery mezi videosignálem a zvukovým doprovodem. Celá tato přenosová obálka tvoří jeden televizní kanál. Umístění a rozteč jednotlivých kanálů jsou voleny tak, aby nedocházelo k jejich vzájemnému rušení. Přesto je v praxi problematické oddělit dva sousedící televizní kanály natolik, aby se navzájem neovlivňovaly. Omezený počet televizních kanálů tak limituje počet přenášených programů na daném území. Tímto jsme se dostali k zásadní nevýhodě A-TV: velmi omezený počet přenášených programů. Tuto nevýhodu je zřejmě možné označit za jeden z nejvážnějších důvodů k ústupu od A-TV a vzniku digitální televize.

A-TV má však ještě další nevýhody. Jednou z nich je degradace obrazu následkem odrazů od terénu, tzv. „duchy.“ Touto degradací je zatížena drtivá většina příjmu. Není mnoho míst na území naší republiky, kde by TV signál nebyl degradován touto vadou, která je z principu neodstranitelná. Nezanedbatelnou nevýhodou A-TV v dnešní době je nemožnost přenosu HDTV. Přenos širokoúhlého obrazu byl sice v minulosti vyřešen soustavou PALplus, ale pouze s rozlišením 625 řádků. Nicméně se příliš neujal. Přesto, že jsem zdaleka nevyjmenoval všechny nevýhody a problematická místa A-TV, je z uvedeného zřejmé, že u této technologie zůstat nelze.

Digitální televize DVB

Zmínky o digitalizování televizního obrazu je možné nalézt již v sedmdesátých letech minulého století. Jednalo se však o pouhou digitalizaci obrazového signálu, nikoliv o digitální vysílání. Digitalizace se zpočátku používala především pro vytváření televizních triků. Později se také začala rozšiřovat na digitální režijní pracoviště a záznamová zařízení. Výsledným produktem však vždy byl analogový signál na vysílači.

DVB muselo překonat jednu velmi těžkou překážku. Tou byla potřeba přenosu velkého množství dat pro stejně kvalitní obraz, jaký měla v tu dobu A-TV. Tento problém vyřešily až kompresní technologie MPEG a vícestavová modulace signálu. Při pokusech se ukázalo, že klasický televizní obraz obsahuje velké množství informací, které se ve výsledném obrazu vůbec neuplatní, nebo je dokonce možné je bez vážného znehodnocení výsledného obrazu postrádat. Z tohoto důvodu se komprese MPEG nazývá „ztrátová“, neboť v průběhu komprimování dochází k částečným ztrátám obrazové informace. Další metoda úspory datového toku, která je obsažena v MPEGu, spočívá v tom, že jen některé snímky obsahují kompletní informaci o celém obrazu. Za takovýmto snímkem následuje několik „snímků“, které přenášejí jen informaci o rozdílech mezi dvěma po sobě jdoucími snímky. Tímto způsobem lze ušetřit obrovské množství dat a dosáhnout tak velkého kompresního poměru.

Postupem času se kompresní algoritmy dále vyvíjely, a tak se dnes pro televizi používá MPEG-2 a MPEG-4. Standard MPEG-4 je novější, a umožňuje tedy vyšší stupeň komprese. Své uplatnění našel především v HDTV. Kompresní technologie a metody modulace doznaly takového pokroku, že do 8MHz (u DVB-T) širokého televizního kanálu je dnes možné vtěsnat hned několik televizních programů. Takovýto „balíček“ se nazývá „multiplex.“ Zkráceně MPX nebo MUX.

Právě počet přenášených programů v jednom MPXu bývá hlavním problémem řešeným v souvislosti s DVB. Vysoký stupeň komprese a snižování datového toku až na jednotky procent původní hodnoty s sebou nese samozřejmě i své nevýhody. Je velký rozdíl v tom, zda je obsahem přenášeného obrazu televizní hlasatelka čtoucí zprávy ve studiu, anebo sportovní přenos s rychlými změnami scény. Sportovní přenos má samozřejmě mnohem vyšší nároky na množství přenesených dat než obraz hlasatelky ve studiu. Pokud je datový prostor pro daný program v MPXu příliš malý a potřebná data není možné přenést dostatečně rychle a v patřičném množství, dojde v obraze k viditelné chybě, která se projevuje tím, že se část obrazu rozloží do viditelných čtverečků různé velikosti a barvy. Tomuto jevu se říká “pixelizace“ a bývá častým důvodem k zatracování technologie DVB. Problému pixelizace věnuji samostatný článek, kde popíšu několik vlastních testů.

Snaha o umístění co možná největšího počtu televizních programů do jednoho MPXu vedla k dalšímu zdokonalení DVB. Tímto zdokonalením je „proměnný datový tok“ (VBR). Umožňuje operativně přidělit vyšší datový tok tomu z programů v MPXu, který jej právě nejvíce potřebuje, a to na úkor toho programu, který jej plně nevyužívá. To je právě případ sportovního přenosu a hlasatelky ve studiu. VBR se v MPXu nastavuje pro každý program zvlášť a určuje mantinely, ve kterých se jednotlivé programy musí pohybovat. I v takovém případě se však může stát, že sebelépe nastavený MPX nebude svojí kapacitou stačit potřebám přenášených programů, a dojde tak ke znehodnocení obrazové informace. Toto je daň, kterou musíme platit za vyšší počet televizních programů, za HDTV, vícejazyčný prostorový zvuk, EPG (elektronický programový průvodce) a mnohé další výhody DVB, o kterých bude ještě řeč.

Digitální televizní vysílání přes satelit (DVB-S)

Tento způsob přenosu televize se vyvíjel poněkud odlišně od pozemního digitálního vysílání (DVB-T). Satelitní digitální vysílání totiž nebylo od počátku zatíženo požadavkem úzkého přenosového kanálu a vysokou odolností proti odrazům signálu v prostředí. Šířku kanálu na družici je možné si celkem libovolně upravit dle potřeby. Přesto i DVB-S používá MPEG kompresi. Pokud jde o odrazy, pak na cestě signálu z družice k parabolické anténě v místě příjmu nejsou žádné překážky, které by mohly zapříčinit nějaký významný odraz. Úzký úhel příjmu parabolické antény ještě dál snižuje toto nebezpečí.

Velkou výhodou DVB-S je schopnost velkého pokrytí vybraného území, velmi rychlá realizace a možnost velmi vysoké kvality přenosu, a to díky velké rezervě datového toku. Naopak nevýhodou jsou ještě stále vcelku vysoké náklady na pořízení přijímacího zařízení a hlavně možnost použít toto zařízení jen pro jeden televizor. Nepopírám tím však možnost rozbočení signálu na více přístrojů, mám tím spíš na mysli nemožnost navolit si současně víc programů na několik televizí z jednoho set-top-boxu. Problematická montáž v nájemních a panelových domech, spolu s nutností odborné instalace, je dalším handicapem této technologie.

V každém případě je možné říct, že DVB-S má velké možnosti v nabízených službách a doplňcích.

Digitální televizní vysílání terestrické (DVB-T)

DVB-T je technologie, která umožňuje přenos digitálního televizního signálu prostřednictvím pozemních vysílačů. Pro diváka se jedná o podobný způsob jako v případě A-TV. To je možná jeden z důvodů, proč mnozí lidé nechápou smysl této změny. Není tak dávno doba, kdy jsme do svých barevných televizorů montovali dekodéry pro příjem v barevné soustavě PAL a opouštěli soustavu SECAM IIIb. Pamatuji si, jak těžké někdy bylo vysvětlit lidem smysl tohoto počínání. Objevila se mnohá nesmyslná tvrzení, že obraz v PALu kazí oči apod. Dnes je pro nás příjem v PALu naprostou samozřejmostí.

Přechod na DVB-T je podobná revoluce jakou byla ta PALová, jen je mnohem významnější, složitější a hlavně je nekompromisní. Zatím co divák, který si nenechal upravit televizi pro příjem PALu, se i nadále mohl na svůj televizor nerušeně dívat, byť jen černobíle. V případě DVB-T bude takový divák bez televizního příjmu. Podmínkou zavádění barevných soustav do A-TV byla totiž jejich slučitelnost s černobílým vysíláním, takže se vlastně jednalo o zpětnou kompatibilitu, kdy novější technologie musela zachovat funkci té předchozí. V případě DVB-T jde o tak zásadní revoluci, že tuto podmínku nelze dodržet, a přístroje pro A-TV se přechodem na DVB-T stanou nefunkčními.

Naštěstí existuje možnost vsadit mezi anténu a televizi nebo VCR přístroj, který funkčnost televizoru zachová. Tedy ani v tomto případě nebude nutné pořizovat si nové televizory. Podmínkou však je pořídit si ke každému televizoru samostatný „převodník“ – set-top-box (STB), stejně jako u DVB-S. Tyto přístroje jsou dnes již běžně na trhu v celkem přijatelných cenových relacích, a není tedy nutné mít obavy ze ztráty televizního příjmu. I samotná instalace a obsluha je znatelně jednodušší než v případě DVB-S a není důvod, aby ji za pomoci návodu nezvládl i laik.

Vzhledem k revolučnosti této změny je nutné přizpůsobit nejen přístroje na straně diváka, ale především celou síť vysílačů a převaděčů. Všechna tato vysílací zařízení je nutné upravit pro nový způsob vysílání a osadit je novou vysílací technologií. Dojde k zásadním změnám vysílacích kanálů apod. To je další z důvodů, proč je nástup DVB-T tak pomalý. V přeplněném vysílacím pásmu už není dostatek místa pro umístění celoplošného multiplexu, který by nahradil stávající A-TV. Zavádění DVB-T tak bude probíhat postupně a stejně tak bude ustupovat A-TV. O okamžiku, kdy u nás bude definitivně vypnut poslední vysílač A-TV, se neustále vedou diskuse. Mělo by se tak stát někdy mezi lety 2009 a 2012.

Přínosem DVB-T však bezesporu bude možnost přenosu většího počtu programů, než máme dnes. V současné době máme na území státu čtyři „celoplošné“ sítě a jejich další rozšiřování nebo případné zvyšování jejich počtu už nepřichází v úvahu. Situace v televizních pásmech už je víc než napjatá a jednotlivé vysílače se dnes v některých místech vzájemně ruší. Z principu digitálního přenosu dojde ke zvýšení technické kvality obrazu na straně diváka. Pominu-li v tuto chvíli již zmíněnou pixelizaci, pak obraz přenášený DVB-T nebude zatížený vícečetnými odrazy (duchy), zrněním a podobnými neduhy. Jsem si vědom toho, že v tuto chvíli mnozí šťastlivci, kteří mají velmi kvalitní příjem A-TV, namítnou, že DVB-T nemůže dosáhnout nebo dokonce předstihnout kvalitu A-TV. To je ovšem diskutabilní.

Budu-li za kritérium kvality brát např. věrnost přeneseného obrazu, pak DVB-T jasně zvítězí. Obecně totiž platí, že jakékoliv zpracování signálu je zdrojem jeho zkreslení. Největší zkreslení signálu vzniká při jeho přenosu volným prostorem. V případě A-TV můžeme hovořit o zkreslení v řádu jednotek procent. Konkrétní velikost zkreslení je dána především množstvím odrazů, které signál znehodnocují. V případě digitálního přenosu je každý obrazový bod definován čtyřiadvaceti­místným binárním číslem. Toto číslo může nabývat dvě na dvacátou čtvrtou hodnot. To je 16 777 216 barev včetně bílé a černé. Vzhledem k tomu, že číslo zůstává číslem i v případě zkreslení signálu, bude výsledná barva obrazového bodu zachována s přesností téměř 6×10na–8. Něco podobného je u A-TV naprosto nemyslitelné!

Závěrem

Tento článek si nekladl za cíl vyčerpávajícím způsobem vysvětlovat detaily problematiky televizního vysílání v jakékoliv podobě. Jeho smyslem bylo přiblížit tento fenomén co možná nejširšímu počtu lidí, především z řad laiků. Není totiž vůbec jednoduché dostatečně výstižně a názorně popsat problematiku televizního vysílání a přechodu na DVB-T tak, aby si i laik mohl udělat představu o smyslu „televizní revoluce“. Jediné opravdové připodobnění, které mě napadá, je nástup CD namísto klasických gramofonových desek. I výhody a nevýhody je možné připodobnit k těmto dvěma nosičům. Je teď na každém čtenáři, nakolik si udělá představu o tom, co to vlastně přenos televizního obrazu je a co obnáší.

Jde spíš o to vtáhnout co možná největší počet lidí do diskuse a vzbudit v nich zájem o dění na této scéně. Lidé, kteří rozhodují o zavádění DVB-T, neustále argumentují malým povědomím o tomto problému u veřejnosti. Jenže sami nedělají nic proto, aby došlo ke změně. Budu rád, když se mezi čtenáři najdou tací, kteří nastolí další otázky a společně budeme hledat odpovědi. Nemyslím, že naše diskuse něco zásadního změní na zavádění DVB-T u nás, nebo na počtu těch, kteří si raději pořídí DVB-S. V každém případě by ale měla rozptýlit obavy těch, kteří se bojí, že si jednoho dne pustí televizor a zjistí, že zaspali dobu. Pokud je někomu z vás, po přečtení tohoto článku, smysl přechodu od A-TV k DVB-T jasnější, pak splnil svůj účel.

Anketa

Jakým způsobem přijímáte televizi?

81 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 29. 4. 2007 22:34

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+