Телевизор 

Виды сигналов: аналоговый, цифровой, дискретный. Что лучше аналоговое или цифровое телевидение. Чем отличаются цифровое и аналоговое телевидение

Этими словами Иоанн начал своё Евангелие, описывая времена, выходящие за пределы нашей эры. Мы начинаем эту статью не менее пафосно, и со всей серьёзностью заявляем, что в деле вещания «в начале был сигнал».

В телевидении, как и во всей электронике, сигнал является основой. Говоря о нем, мы имеем в виду электромагнитные колебания, которые распространяются в воздухе с помощью передающей антенны и вызывают колебания тока в антенне-приёмнике. Эфирная волна может быть представлена как в непрерывной, так и в импульсной форме, что значительно сказывается на конечном результате – качестве приёма ТВ.

Что такое аналоговое телевидение? Это телевидение, знакомое каждому, которое застали ещё родители наших родителей. Оно транслируется незакодированным способом, его основой выступает аналоговый сигнал, и принимает его обычный, знакомый нам с детства, аналоговый телевизор. В настоящее время во многих странах осуществляется процесс оцифровки аналогового сигнала, а стало быть, эфирного телевидения. В некоторых странах Европы этот процесс уже завершён и наземное аналоговое ТВ отключено. На это есть причины, в которых предлагает разобраться эта статья.

Отличия цифрового сигнала от аналогового

Для большинства людей различие между аналоговым и цифровым сигналом может быть совершенно неявным. И все же их разница значительна и заключается не просто в качестве подачи телеэфира.

Аналоговым сигналом являются полученные данные, которые мы видим, слышим и воспринимаем, как мир, который нас окружает. Этот метод генерирования, обработки, передачи и записи сигналов – традиционный и пока очень распространённый. Данные преобразовываются в электромагнитные колебания, отражающие частоту и интенсивность явлений по принципу полного соответствия.

Цифровой сигнал представляет собой совокупность координат, описывающих электромагнитную волну, которая не недоступна для восприятия напрямую, без декодирования, т.к. является последовательностью электромагнитных импульсов. Говоря о дискретности и непрерывности сигналов, подразумевают соответственно «принятие значений из конечного набора» и «принятие значений из бесконечно множества».

Примером дискретности могут быть школьные оценки, которые принимают значения из набора 1,2,3,4,5. Фактически, цифровой видеосигнал часто создаётся путём оцифровки аналогового сигнала.

Уходя от теории, на деле можно выделить следующие ключевые отличия между аналоговыми и цифровыми сигналами:

  1. аналоговое телевидение уязвимо для помех, вносящих в него шумы, в то время как цифровой импульс либо вовсе перекрыт помехами и отсутствует, либо поступает в первоначальном виде.
  2. принять и считать аналоговый сигнал может любое устройство, работа которого базируется на том же принципе, что и вещание передатчика. Цифровая волна предназначена определённому «адресату», а стало быть, устойчива к перехвату, т.к. надёжно закодирована.

Качество изображения

Качество картинки в телевизоре, которую предоставляет аналоговое ТВ во многом обусловлено ТВ стандартом. Кадр, который несёт с собой аналоговое вещание, включает 625 строк с соотношением сторон 4×3. Таким образом, старый кинескоп демонстрирует изображение из телевизионных линий, в то время как цифровое изображение составлено из пикселей.

При слабом приёме и помехах телевизор будет «снежить» и шипеть, недодавая зрителю изображение и звук. В попытках внести улучшения в эту ситуацию, в своё время, было реализовано .

Другие возможности

Несмотря на быстрое развитие электронных технологий и преимущества цифрового сигнала перед аналоговым, все ещё существуют области, в которых аналоговая технология незаменима, как, к примеру, профессиональная обработка звука. Но, хотя оригинальная запись может быть не хуже «цифры», после редактирования и копирования она неизбежно будет зашумлена.

Вот набор основных операций, которые можно выполнять с аналоговым потоком:

  • усиление и ослабление;
  • модуляция, направленная на снижение его восприимчивости к помехам, и демодуляция;
  • фильтрация и обработка частоты;
  • умножение, суммирование и логарифмирование;
  • обработка и изменение параметров его физических величин.

Особенности аналогового и цифрового телевидения

Обывательское суждение о крахе эфирного ТВ и переходе на технологии вещания будущего несколько несправедливо, уже потому, что телезрители подменяют понятия: эфирное и аналоговое ТВ. Ведь под эфирным принято понимать любое телевидение, транслируемое по наземному радиоканалу.

И «аналог» и «цифра» – это разновидности эфирного ТВ. Невзирая на то, что аналоговое телевидение отличается от цифрового, их общий принцип вещания идентичен – телевизионная вышка транслирует каналы и гарантирует качественный сигнал лишь в ограниченном радиусе. При этом цифровой радиус охвата короче, чем дальность незакодированного потока, а значит, ретрансляторы должны устанавливаться ближе друг к другу.

А вот мнение о том, что «цифра» обойдёт «аналог» в конечном счёте, правдиво. Телезрители многих стран уже стали «очевидцами» преобразования аналогового сигнала в цифровой и вовсю наслаждаются просмотром телепрограмм в HD качестве.

Особенности эфирного телевидения

Существующая эфирная телесистема использует для передачи телевизионного продукта аналоговые сигналы. Они распространяются посредством волн с высоким уровнем колебаний, достигая наземных антенн. Для того чтобы увеличить площадь вещательного покрытия устанавливают ретрансляторы. Их функция – сконцентрировать и усилить сигнал, передавая его удалённым приёмникам. Сигналы передаются с фиксированной частотой, поэтому каждый канал соответствует своей частоте и в телевизоре закреплён в порядке нумерации.

Преимущества и недостатки цифрового телевещания

Информация, передаваемая с помощью цифрового кода, практически не содержит ошибок и искажений. Устройство, которое оцифровывает исходный сигнал, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Для кодирования импульсов используют систему единиц и нулей. Чтобы считывать и преобразовывать двоично-десятичный код, в приёмник встроено устройство, именуемое цифро-аналоговым преобразователем» (ЦАП). Ни для АЦП, ни для ЦАП не существует половинных значений, к примеру, 1,4 или 0,8.

Этот способ зашифровки и передачи данных подарил нам новый формат ТВ, у которого есть много достоинств:

  • изменение силы или длины импульса не влияет на его распознавание декодером;
  • равномерное покрытие вещания;
  • в отличие от аналогового вещания, отражения от препятствий преобразованного эфира складываются и улучшают приём;
  • частоты вещания используются эффективнее;
  • возможен приём на аналоговом телевизоре.

Отличие цифрового телевидения от аналогового

Разницу между аналоговым и цифровым вещанием проще всего заметить, представив итоговые характеристики обеих технологий в виде таблицы.

Цифровое ТВ Аналоговое телевидение
Разрешение цифрового изображения составляет 1280×720, что даёт в общей сложности 921600 пикселей. В случае формата развёртки 1080i разрешение изображения составляет 1920×1080, что даёт впечатляющий итог: более 2 миллионов 70 тысяч пикселей. Максимальное разрешение аналоговой «картинки» составляет приблизительно 720×480, что даёт в общей сложности более 340 000 пикселей.
Звук
Аудио, как и видео, передаётся без искажений. Многие программы сопровождаются объёмным стереосигналом. Качество звука варьируется.
Приёмник
Стоимость телевизора, адаптированного для цифрового приёма, в несколько раз выше, чем цена обычного телевизора. Аналоговый телевизор имеет умеренную стоимость.
Телеканалы
Просмотр цифровых каналов даёт зрителю обширный выбор: большое количество и тематическая направленность телеканалов. Количество программ до 100.
Другое
Приём программ на одном телевизоре. Дополнительные услуги, такие как «частная трансляция», «виртуальный кинозал», «хранение программ» и др. Возможность подключения большего количества приёмников и одновременного просмотра нескольких программ.
Итог
Новое телевидение несёт с собой отличное качество изображения и звука, возможность создания мультимедийной домашней станции для игры, работы и обучения. Однако высокая стоимость адаптированных телевизоров и неспешное внедрение технологии кодирования ТВ на российском рынке пока что оставляют его позади имеющегося телевидения. Старое доброе ТВ уступает цифровому в качестве изображения и звука. Тем не менее, цена приёмников и возможность распределения сигнала на большее количество телевизоров (возможность смотреть несколько программ одновременно) – весомый плюс.

Чувствительность антенны для телевизора

Нет универсального рецепта для выбора идеальной антенны, но есть обязательные требования, которые должны выполняться, чтобы она принимала аналоговые и цифровые сигналы. С увеличением расстояния от объекта вещания эти требования возрастают. В частности к чувствительности приёмника – его способности улавливать слабые по интенсивности телесигналы. Часто именно они становятся причиной нечёткого изображения. Эта проблема решается с помощью , который существенно повышает чувствительность антенны и снимает вопрос: как подключить её к цифровому телевидению? Тот же телевизор, и та же самая антенна, только возле телевизора появится эфирный цифровой тюнер.

Что такое диаграмма направленности антенны

Помимо чувствительности антенны, есть параметр, определяющий, в какой степени она способна фокусировать энергию. Он называется направленным усилением или направленностью, и являет собой отношение плотности излучения в заданном направлении к средней плотности излучения.
Графическая интерпретация этой характеристики представляет собой диаграмму направленности антенны. По своей сути это трёхмерная фигура, но для удобства работы её выражают в двух плоскостях, расположенных перпендикулярно друг к другу. Имея под рукой такую плоскую диаграмму и сопоставляя её с картой местности, можно спланировать зону приёма антенной аналогового видеосигнала. Также из этого графика можно извлечь ряд полезных практических характеристик телеантенны, таких как интенсивность бокового и обратного излучения и коэффициент защитного действия.

Какой сигнал лучше

Следует признать, что, несмотря на множество улучшений, реализованных в области аналогового представления информации, этот способ трансляции сохранил свои недочёты. Среди них – искажения во время передачи и шумы при воспроизведении.

Также необходимость преобразования аналогового сигнала в цифровой вызвана непригодностью имеющегося метода записи для хранения информации в полупроводниковой памяти.

К сожалению, существующее ТВ практически не имеет очевидных плюсов перед цифровым, исключая возможность принимать сигнал обычной ТВ-антенной, и делить его между телевизорами.

Телевидение (ТВ) - вид электросвязи, при которой передается на расстояние видео и звук. За время своего развития от простого способа передачи изображения телевещание превратилось в средство массовой информации, без которого мы уже не представляем свою жизнь. Оно позволяет следить за новостными событиями, знакомиться с образовательными или развлекательными программами, выбирать пакеты предоставляемых услуг широкому кругу телезрителей. По виду телевизионного сигнала бывает аналоговое и цифровое.

Аналоговое телевидение (ATV) - система передачи изображения и звука с помощью аналогового сигнала . Такой сигнал является непрерывным во времени, может передаваться на радиочастотах от эфирных станций, по кабелю в системе кабельного телевидения (СКТВ). Для приема нужна антенна и коаксиальный кабель. Изначально телевещание использовало только аналоговый (обычный) сигнал, который состоял из:

  1. Видео изображения и звука при ЧБ вещании.
  2. Сигналов видео, звука и цветовой поднесущей при цветном ATV.

В настоящее время эфирное вещание, использующее ATV утвержденных стандартов NTSC , PAL , SECAM , является наиболее распространенным. Но с изобретением цифрового вещания, из-за своей неустойчивости к помехам, которые ухудшают качество звука либо изображения, прежнее эфирное телевидение постепенно вытесняется во всем мире.

Многие страны уже отказались от данного вида телевещания, другие планируют это осуществить. В нашей стране срок отказа от аналогового вещания многократно передвигался на более поздний. Реализация перехода телевидения на цифру замедляется инертностью российского телезрителя, нежеланием отказываться от хорошо работающих старых ТВ приемников или отказом приобретать специальные телевизионные приставки.

Цифровое ТВ или DTV (Digital Television) - способ передачи телевизионного изображения и звука по цифровым линиям связи при помощи кодирования. В такой системе ТВ сигнал, поступая от источника вещания, преобразуется в дискретный, т. е. прерывистый, затем кодируется, передается по каналам связи. На выходе он декодируется, далее подвергается обратному преобразованию, после чего попадает на телевизионный приемник. Такая технология позволяет:

  • Повысить помехоустойчивость видеосигнала,
  • Предоставить потребителю большое количество программ высокой, сверхвысокой четкости не меняя частотный диапазон,
  • Создать широкий выбор дополнительных услуг (интерактивное ТВ)
  • Исключить несанкционированный доступ к платным пакетам.

Изначально DTV использовало отдельные устройства, работающие на цифре, а линии связи для передачи информации оставались аналоговыми. Далее появились гибридные ТВ системы, сочетающие цифровое и аналоговое оборудование, но с попытками значительного изменения параметров передаваемого сигнала (сжатия телевизионного спектра). Наконец к 90-м годам прошлого века появились полностью цифровые телевизионные системы, первые утвержденные стандарты DTV (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4).

Что общего?

  1. Оба вида телевещания относятся к средствам массовой информации, каждый занимает свою нишу среди предпочтений телезрителей.
  2. В настоящее время цифра и обычный сигнал могут передаваться от эфирных станций или в СКТВ.
  3. Обычное ТВ и эфирное цифровое предоставляют базовый пакет каналов бесплатно — около 20.

Чем отличаются?

Помехоустойчивость :

  • При использовании ATV качество изображения и звука зависит от расстояния, длины
    кабеля, погодных условий, воздействия электромагнитных полей.
  • DTV является устойчивым к помехам извне.

Простота реализации :

  • Для просмотра программ обычного эфирного телевещания нужно всего лишь антенну и коаксиальный кабель.
  • Прием в цифре требует установки комплекта оборудования — антенна, тюнер, кабель в спутниковом ТВ или цифровая приставка в системе СКТВ.

Стоимость :

  • Пользование аналоговым ТВ зрителю обойдется значительно дешевле.
  • Для просмотра программ в цифре необходимы траты — приобретение комплекта оборудования, приставки, наличие абонентской платы.

Количество каналов и услуг :

  • Для ATV ограничено количество каналов — около 20.
  • DTV предоставляет зрителю порядка 200 каналов, различной тематики, подписок, пакетов для просмотра, возможность пользования кино по запросу, телетекстом, телегидом.

Качество изображения и звука :

  • Неустойчивый к помехам обычный сигнал не может предоставить зрителю четкой картинки.
  • Цифровые технологии обеспечивают телевещание высокой, сверхвысокой четкости (HD), объемный или стерео звук.

Безопасность :

  • ATV доступно любому потребителю, имеющему антенну или подключенному к СКТВ.
  • Несанкционированный просмотр каналов в цифре невозможен без предварительной оплаты и получения доступа.

Применение

Контингент телезрителей и территориальная принадлежность :

  • Люди более старшего поколения, сельское население, отдыхающие в дачных поселках не испытывают потребности в большом количестве каналов, довольствуются вариантом ATV.
  • Более молодые телезрители, жители мегаполисов активно пользуются услугами DTV, предпочитают тематические пакеты каналов либо подписки на выбор.

Техническая возможность и рентабельность :

  • В современной застройке городов многоэтажные дома сдаются с уже готовой DTV, которая окупается большим количеством абонентов и выбором предоставляемых услуг.
  • Сельские поселения не выгодны для поставщиков услуг из-за своей территориально малой плотности и низкой потребностью телезрителей, поэтому пользуется популярностью ATV (индивидуально может быть установлено спутниковое ТВ).

Доступность по цене :

  • Потребители с ограниченным бюджетом могут выбрать просмотр обычного эфирного телевидения без дополнительных затрат на замену телевизоров, приобретение приставок, с базовым набором бесплатных каналов,
  • Телезрители располагающие материальной возможностью, могут приобрести комплект оборудования для установки спутникового ТВ, выбрать пакеты, услуги по своему вкусу, или подключить кабельное ТВ в цифре с абонентской платой.

Аналоговое телевидение - это ключевой этап науки, прогресса и техники. Предшествующие открытия позволили человечеству быть в курсе всех важных событий. Изобретение телевидения дало возможность создать беспрерывный поток сообщений. Сегодня новостные и развлекательные программы телевидения занимают 30% человеческой жизни. Наука не стоит на месте, поэтому прогресс позволяет усовершенствовать не только качество передаваемой связи, но и телевизоры.

История создания телевизоров

Благодаря ученому Смиту свершилось открытие фотоэффекта в селене, что стало первым шагом к созданию привычного для нас телевизора. Позже, к концу 19-го столетия, светило технических наук Нипков открыл всему миру сканирующий диск, что впоследствии привело к механическому телевидению. До открытия телевизора было сделано немало попыток создать нечто подобное. Ученые разных стран трудились над созданием этого смарт-прибора.

20-й век сопровождался попытками передать изображения на расстоянии. Первая декада столетия ознаменовалась открытием приемника для трансляции изображений.

Сегодня человечество использует электронное телерадиовещание.

Новости без перерыва

Американец Улисс Санабриа стал первым, кто смог вести передачу не только звуковую, но и с изображением. Произошел этот весомый шаг в Чикаго, на телевизионной станции WCFL.

Впервые на постоянной основе телепередачи были введены в Германии. Естественно, это было вещание в черно-белом цвете. Олимпийские игры в Германии транслировались в прямом эфире.

Особенности аналогового и цифрового телевидения

Составляющая телевидения - сигнал. Аналоговый поступает в непрерывном режиме. Из-за внешних факторов (погодные условия) сигнал может быть хуже, что сказывается на качестве изображения. Аналоговое телевидение имеет значительное преимущество: сигнал принимается благодаря использованию обычной антенны без дополнительного оборудования. Также при желании есть возможность подключить кабельное телевидение через провайдера.

Недостаток аналогового сигнала - это наличие большого количества ненужной информации. С появлением цифры спрос на аналоговое телевидение упал практически на 100%.

На сегодняшний день сигнал аналогового типа считается устаревшим. На смену ему пришел цифровой.

Большинство современных телевизоров разработаны под использование цифрового телевидения, но наличие аналогового разъема пока еще является обязательным критерием отбора техники. Многие специалисты утверждают, что сигнал аналогового типа не имеет возможности использовать современные плазмы с ЖК-экранами на всю мощь. Цифровой сигнал поступает частично с перерывами, что обеспечивает передачу изображения и звука очень высокого качества.

Большим плюсом считается возможность цифровых технологий передавать большое количество транслируемых каналов на любой вкус, когда каналов аналогового телевидения будет в десятки, а то и сотни раз меньше.Цифровые сигналы могут восстанавливать исходящие данные, передаются они в зашифрованном коде.

Различия аналогового и цифрового телевидения

К большому сожалению, аналоговое телевидение практически не имеет преимущественных качеств по сравнению с цифровым вещанием. Единственным плюсом, привлекающим многих телезрителей, осталось использование стандартной телевизионной антенны. Отключение аналогового телевидения для многих повлечет за собой массу неудобств.

С другой стороны, цифровое телевидение может настраиваться благодаря приемнику цифровых сигналов. Также следует принять во внимание, что «цифра» всегда дает гарантию качества, а защита от помех и любителей взлома не оставляет шансов на то, чтобы аналоговое телевидение оставалось на пике популярности. Хотя многие продолжают использовать именно этот тип сигнала для просмотра телевизионных каналов.

Сравнительная характеристика

  • Цифровой сигнал дает возможность получить высокое качество передаваемого изображения.
  • Мобильность цифровых технологий позволяет принимать сигналы, будучи в поездках или в любом месте вне вашего дома.
  • Аналоговый сигнал не позволяет иметь доступ к широкому спектру каналов.

Цифровое телевидение: преимущества и недостатки

Главное из преимуществ - то, что цифра дает уникальную возможность получить супервысокое качество изображения и звука. Современные телевизионные системы оснащены новыми стандартами, которые предусматривают высокую четкость картинки.

Положительным качеством считается повышенная функциональность техники. Интерактивные телевизионные системы дают потенциальные возможности воздействовать на транслируемую телепередачу. В программе есть функции, позволяющие начать трансляцию с начала, включить видеозапись, перенести видео в архив или даже включать субтитры.

Нужно отметить и некоторые недостатки.

Цифровое телевидение ограничивается определенной территорией покрытия. Только внутри этой зоны прием и передача сигналов работает безупречно. В случае недостаточного уровня сигнала будет происходить зависание кадров, или картинка будет рассыпана на квадратные системы изображения. Здесь нет среднего качества, сигнал поступает на "отлично" или не проходит вовсе.

Телевидение в России

В начале осени Телерадиовещательная сеть России обещает предоставить программу, согласно которой будут отключены каналы аналогового телевидения. В программе указан факт, что в случае использования этого вида сигнала в регионе не более чем на 5% его разрешается отключить.

На сегодняшний день аналоговое телевидение в России сохранилось лишь в восьми регионах.

Большую заинтересованность в отключении сигнала аналогового типа имеют многие телеканалы, вошедшие в мультиплекс № 2, ведь они обязаны оплачивать распространение и аналогового, и цифрового телевидения.

По большому счету, благополучный переход с одного типа сигнала на другой зависит только от методики исполнения. Главной задачей остается определить сигнал, доступный абсолютно для всех семей, чтобы после перехода на цифровые технологии без телевещания не остались жители отдаленных регионов.

Особенности эфирного телевидения

Аналоговое эфирное телевидение остается одним из самых популярных способов передачи телевизионного продукта. Чтобы передавать программы телерадиовещания, применяются колебания с высокой частотой. В отличие от импульсов низкой частоты, электрические колебания высокого качества могут распространяться в виде радиоволн по всему окружающему пространству. Такие сигналы эфирного телевидения принимаются благодаря антеннам, что позволяет получить сигнал на телевизоры и смотреть программы. Этот способ передачи и получения сигналов телевизионной направленности называется эфирным или же наземным. Частота, используемая для передачи сигналов, настроена строго по установленным стандартам.

На сегодняшний день и аналоговое, и цифровое телевидение пользуется большой популярностью у телезрителей и радиослушателей. Кто знает, может, через несколько лет эти системы передачи станут такими же устаревшими, как и все предыдущие. По крайней мере, аналоговое телевидение уже отходит на второй план.

Очень часто мы слышим такие определения, как «цифровой» или «дискретный» сигнал, в чем его отличие от «аналогового»?

Суть различия в том, что аналоговый сигнал непрерывный во времени (голубая линия), в то время как цифровой сигнал состоит из ограниченного набора координат (красные точки). Если все сводить к координатам, то любой отрезок аналогового сигнала состоит из бесконечного количества координат.

У цифрового сигнала координаты по горизонтальной оси расположены через равные промежутки времени, в соответствии с частотой дискретизации. В распространенном формате Audio-CD это 44100 точек в секунду. По вертикали точность высоты координаты соответствует разрядности цифрового сигнала, для 8 бит это 256 уровней, для 16 бит = 65536 и для 24 бит = 16777216 уровней. Чем выше разрядность (количество уровней), тем ближе координаты по вертикали к исходной волне.

Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Цифровыми источниками являются: CD-Audio, DVD-Audio, SA-CD (DSD) и файлы в WAVE и DSD форматах (включая производные APE, Flac, Mp3, Ogg и т.п.).

Преимущества и недостатки аналогового сигнала

Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком.

Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала. При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель (лента или винил), устройства считывания, записи и передачи сигнала.

Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать.

Преимущества и недостатки цифрового сигнала

К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии.

Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна. Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами.

Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости. И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат.

На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение.

Как ЦАП строят волну

ЦАП – это цифро-аналоговый преобразователь, элемент, переводящий цифровой звук в аналоговый. Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.

Мультибитные ЦАП

Очень часто волну представляют в виде ступенек, что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле.

На вход ЦАП поступает значение очередной координаты по вертикали и в каждый свой такт он переключает уровень тока (напряжения) на соответствующий уровень до следующего изменения.

Хотя считается, что ухо человека слышит не выше 20 кГц, и по теории Найквиста можно восстановить сигнал до 22 кГц, остается вопрос качества этого сигнала после восстановления. В области высоких частот форма полученной «ступенчатой» волны обычно далека от оригинальной. Самый простой выход из ситуации – это увеличивать частоту дискретизации при записи, но это приводит к существенному и нежелательному росту объема файла.

Альтернативный вариант – искусственно увеличить частоту дискретизации при воспроизведении в ЦАП, добавляя промежуточные значения. Т.е. мы представляем путь непрерывной волны (серая пунктирная линия), плавно соединяющий исходные координаты (красные точки) и добавляем промежуточные точки на этой линии (темно фиолетовые).

При увеличении частоты дискретизации обычно необходимо повышать и разрядность, чтобы координаты были ближе к аппроксимированной волне.

Благодаря промежуточным координатам удается уменьшить «ступеньки» и построить волну ближе к оригиналу.

Когда вы видите функцию повышения частоты с 44.1 до 192 кГц в плеере или внешнем ЦАП, то это функция добавления промежуточных координат, а не восстановления или создание звука в области выше 20 кГц.

Изначально это были отдельные SRC микросхемы до ЦАП, которые потом перекочевали непосредственно в сами микросхемы ЦАП. Сегодня можно встретить решения, где к современным ЦАП добавляется такая микросхема, это сделано для того, чтобы обеспечить альтернативу встроенным алгоритмам в ЦАП и порой получить еще более лучший звук (как например это сделано в Hidizs AP100).

Основной отказ в индустрии от мультибитных ЦАП произошел из-за невозможности дальнейшего технологического развития качественных показателей при текущих технологиях производства и более высокой стоимости против «импульсных» ЦАП-ов с сопоставимыми характеристиками. Тем не менее, в Hi-End продуктах предпочтение отдают зачастую старым мультибитным ЦАП-ам, нежели новым решениям с технически более хорошими характеристиками.

Импульсные ЦАП

В конце 70-тых широкое распространение получил альтернативный вариант ЦАП-ов, основанный на «импульсной» архитектуре – «дельта-сигма». Технология импульсных ЦАП-ов стала возможной появлению сверх-быстрых ключей и позволила использовать высокую несущую частоту.

Амплитуда сигнала является средним значением амплитуд импульсов (зеленым показаны импульсы равной амплитуды, а белым итоговая звуковая волна).

Например последовательность в восемь тактов пяти импульсов даст усредненную амплитуду (1+1+1+0+0+1+1+0)/8=0,625. Чем выше несущая частота, тем больше импульсов попадает под сглаживание и получается более точное значение амплитуды. Это позволило представить звуковой поток в однобитном виде с широким динамическим диапазоном.

Усреднение возможно делать обычным аналоговым фильтром и если такой набор импульсов подать напрямую на динамик, то на выходе мы получим звук, а ультра высокие частоты не будут воспроизведены из-за большой инертности излучателя. По этому принципу работают ШИМ усилители в классе D, где плотность энергии импульсов создается не их количеством, а длительностью каждого импульса (что проще в реализации, но невозможно описать простым двоичным кодом).

Мультибитный ЦАП можно представить как принтер, способный наносить цвет пантоновыми красками. Дельта-Сигма – это струйный принтер с ограниченным набором цветов, но благодаря возможности нанесению очень мелких точек (в сравнении с пантовым принтером), за счет разной плотности точек на единицу поверхности дает больше оттенков.

На изображении мы обычно не видим отдельных точек из-за низкой разрешающей способности глаза, а только средний тон. Аналогично и ухо не слышит импульсов по отдельности.

В конечном итоге при текущих технологиях в импульсных ЦАП можно получить волну, близкую к той, что теоретически должна получится при аппроксимации промежуточных координат.

Надо отметить, что после появления дельта-сигма ЦАП исчезла актуальность рисовать «цифровую волну» ступеньками, т.к. так ступеньками волну современные ЦАП не строят. Правильно дискретный сигнал строить точками соединенной плавной линией.

Являются ли идеальными импульсные ЦАП?

Но на практике не все безоблачно, и существует ряд проблем и ограничений.

Т.к. подавляющее количество записей сохранено в многоразрядном сигнале, то перевод в импульсный сигнал по принципу «бит в бит» требует излишне высокую несущую частоту, которую современные ЦАП не поддерживают.

Основной функцией современных импульсных ЦАП является перевод многоразрядного сигнала в однобитный с относительно невысокой несущей частотой с прореживанием данных. В основном именно эти алгоритмы и определяют конечное качество звучания импульсных ЦАП-ов.

Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Такие ЦАП называются мультибитными дельта-сигма.

Сегодня импульсные ЦАП-ы получили второе дыхание в быстродействующих микросхемах общего назначения в продуктах компаний NAD и Chord за счет возможности гибко программировать алгоритмы преобразования.

Формат DSD

После широкого распространения дельта-сигма ЦАП-ов вполне логичным было и появления формата записи двоичного кода напрямую дельта-сигма кодировке. Этот формат получил название DSD (Direct Stream Digital).

Широкого распространения формат не получил по нескольким причинам. Редактирование файлов в этом формате оказалось излишне ограниченным: нельзя микшировать потоки, регулировать громкость и применять эквализацию. А это значит, что без потери качества можно лишь архивировать аналоговые записи и производить двухмикрофонную запись живых выступлений без последующей обработки. Одним словом – денег толком не заработать.

В борьбе с пиратством диски формата SA-CD не поддерживались (и не поддерживаются до сих пор) компьютерами, что не позволяет делать их копии. Нет копий – нет широкой аудитории. Воспроизвести DSD аудиоконтент можно было только с отдельного SA-CD проигрывателя с фирменного диска. Если для PCM формата есть стандарт SPDIF для цифровой передачи данных от источника к отдельному ЦАП, то для DSD формата стандарта нет и первые пиратские копии SA-CD дисков были оцифровками с аналоговых выходов SA-CD проигрывателей (хоть ситуация и кажется глупой, но на деле некоторые записи выходили только на SA-CD, либо та же запись на Audio-CD специально была сделана некачественно для продвижения SA-CD).

Переломный момент произошел с выходом игровых приставок SONY, где SA-CD диск до воспроизведения автоматически копировался на жесткий диск приставки. Этим воспользовались поклонники формата DSD. Появление пиратских записей простимулировало рынок на выпуск отдельных ЦАП для воспроизведения DSD потока. Большинство внешних ЦАП с поддержкой DSD на сегодняшний день поддерживает передачу данных по USB используя формат DoP в виде отдельного кодирования цифрового сигнала через SPDIF.

Несущие частоты для DSD сравнительно небольшие, 2.8 и 5.6 МГц, но этот звуковой поток не требует никаких преобразований с прореживанием данных и вполне конкурентно-способен с форматами высокого разрешения, такими как DVD-Audio.

На вопрос что лучше, DSP или PCM однозначного ответа нет. Все упирается в качество реализации конкретного ЦАП и таланта звукорежиссера при записи конечного файла.

Общий вывод

Аналоговый звук – это то, что мы слышим и воспринимаем, как окружающий мир глазами. Цифровой звук, это набор координат, описывающих звуковую волну, и который мы напрямую услышать не можем без преобразования в аналоговый сигнал.

Аналоговый сигнал, записанный напрямую на аудиокассету или винил нельзя без потери качества перезаписать, в то время как волну в цифровом представлении можно копировать бит в бит.

Цифровые форматы записи являются постоянным компромиссом между количеством точностью координат против объема файла и любой цифровой сигнал является лишь приближением к исходному аналоговому сигналу. Однако при этом разный уровень технологий записи и воспроизведения цифрового сигнала и хранения на носителях для аналогового сигнала дают больше преимуществ цифровому представлению сигнала, аналогично цифровой фотокамере против пленочного фотоаппарата.

Цифровое телевидение стремительно набирает популярность в нашей стране, однако многие люди по-прежнему не знают, чем же оно принципиально отличается от старого доброго аналогового ТВ.

Описание

Нетрудно догадаться, что в основе аналогового и цифрового телевидения лежат соответственно . Аналоговый сигнал идет непрерывно, а значит, в случае какого-либо влияния извне он оказывается уязвимым, что приводит к худшему качеству изображения и звука. Несомненным преимуществом аналогового сигнала является возможность принимать его с помощью простой эфирной антенны. Можно также воспользоваться услугами провайдера кабельного телевидения. Можно сказать, что аналоговый сигнал сегодня уже является устаревшим, поскольку он значительно уступает цифровому сигналу по ряду важнейших параметров – качество, безопасность и др.

Современные телевизоры созданы главным образом для работы с цифровым сигналом, хоть у них еще и наличествует аналоговый разъем. Просто всё дело в том, что аналоговый сигнал не способен раскрыть всего потенциала современных плазменных и ЖК-телевизоров, лучшее качество картинки может дать лишь цифровой сигнал. Он, в отличие от аналогового, поступает компактными «порциями», которые разделены паузами, и поэтому воздействовать на такой сигнал очень непросто. Даже при передаче цифрового сигнала на очень далекое расстояние качество картинки и звука остается на самом высоком уровне. Помимо прочего, цифровой сигнал позволяет передать куда больше каналов, чем аналоговый, поэтому абоненты, подключающие цифровое телевидение, получают более сотни телеканалов самой разной тематики.

Сравнение

Увы, аналоговое телевидение сегодня фактически не имеет явных преимуществ перед цифровым вещанием, кроме разве что возможности «ловить» сигнал с помощью обычной антенны. Впрочем, цифровое телевидение тоже может быть мобильным с помощью приемника цифрового сигнала. Учитывая, что вне зависимости от расстояния цифровой сигнал остается защищенным от взлома и помех и гарантирует высокий уровень качества, плюсы цифрового телевидения становятся совершенно очевидны.

Выводы сайт

  1. Цифровое телевидение обеспечивает более высокий уровень качества и защиты сигнала. Аналоговый сигнал был и остается уязвимым для внешнего воздействия и не может обеспечить столь качественное изображение.
  2. Цифровое телевидение более мобильное – уже сегодня можно принимать цифровой сигнал, находясь в дороге или далеко от дома.
  3. Аналоговое телевидение не способно предоставить такого большого числа каналов, как цифровое. Благодаря особенностям цифрового сигнала, при подключении цифрового ТВ абонент может получить доступ к нескольким сотням различных телеканалов.