MARIAN POKORSKI MULTIMEDIA ACADEMY ABC TECHNIKI SATELITARNEJ ROZDZIAŁ 9 ODBIORNIKI CYFROWE www.abc-multimedia.eu
MULTIMEDIA ACADEMY *** POLSKI WKŁAD W PRZYSZŁOŚĆ EUROPY
OD AUTORA Wprowadzenie Końcowym podzespołem w łańcuchu transmisji sygnałów telewizyjnych, radiowych i danych cyfrowych, między ich źródłem, satelitą i anteną, jest odbiornik satelitarny. Odbiornik znany na rynku pod wielu nazwami, często nieprawidłowymi, takimi jak; Receiver, nazwa przejęta z języka angielskiego, SetTopBox, w zasadzie już jego historyczna nazwa wracająca bezpodstawnie i tuner, całkowicie niezgodna z językiem polskim. Tuner jest jednym z elementów odbiornika satelitarnego. Ponieważ nie znalazłem w źródłach języka polskiego odpowiedniej, prawidłowej nazwy będę używał ogólnej nazwy :ODBIORNIK CYFROWY lub nazwy poszczególnych opcji: ODBIORNIK SATELITARNY, ODBIORNIK KABLOWY I ODBIORNIK NAZIEM- NY. Wprawdzie nie do końca jestem z tymi nazwami zaprzyjaźniony, ale może Polska Akademia Nauk zatwierdzi odpowiednią nazwę. Pierwsze odbiorniki satelitarne, zbudowane były w technice analogowej. Po wyłączeniu programów analogowych nadawanych przez satelity, z w drugiej połowie roku 2013 analogowych programów naziemnych, era analogu przejdzie do historii. O odbiornikach analogowych wspomnę krótko, z uwagi na ich historyczne znaczenie. Odbiorniki analogowe zastąpiły nowe, oparte na technice cyfrowej. Eksplozyjny rozwój tej techniki spowodował, że na rynku pojawiły się odbiorniki budowane w różnych technikach, technologiach i standardach, co spowodowało pewien chaos. Coraz częściej w kołach ekspertów mówi się o ujednoliceniu standardu i stworzeniu jednego, światowego, co pozwoli na użycia tylko jednego odbiornika, a nie jak w chwili obecnej kilku. Marian Pokorski 3
9. Odbiorniki satelitarne 10.4. Odbiorniki analogowe Te odbiorniki należą już do historii. Programy analogowe emitowane były w zakresie częstotliwości 10,95 11,7 GHz, co zupełnie wystarczało do emisji ówczesnej ilości programów. Pierwsze, przestrajane ręcznie, z ręcznym przełączanie polaryzacji, o paśmie częstotliwości, 950 1750 MHz były zwiastunem nowej epoki mediów. Obecnie era emisji satelitarnych programów analogowych została definitywnie zakończona, a wraz z nią odbiorniki analogowe. Na zdjęciach 10.4a i 10.4b pokazany jest odbiornik firmy VOLXBOX, który należał do jednych z najnowocześniejszych odbiorników na owe czasy. Wyposażony był oprócz tunera analogowego w tuner cyfrowy, w ten sposób widz miał możliwość oglądania pełnej palety programów satelitarnych. Zdjęcie nr 10.4a Analogowy odbiornik satelitarny firmy FOLXBOX (widok z przodu) Zdjęcie nr 10.4b Analogowy odbiornik satelitarny firmy FO- LXBOX (widok z tyłu) Dnia 30. kwietnia 2012 operator SAS ASTRA wyłączył wszystkie programy analogowe kończąc historię satelitarnej telewizji analogowej. Uważam, że dalsze poruszanie tematu odbiorniki analogowe za zbyteczne. 4
10.5. Odbiorniki cyfrowe 10.5.1. Wprowadzenie Satelitarnymi odbiornikami cyfrowymi zajmiemy się trochę bliżej. W dotychczasowym paśmie zajmowanym przez technikę analogową zaczęło, się robić ciasno. Należało, zatem poszerzyć pasmo satelitarnych częstotliwości. Równocześnie w tym samym czasie instytuty naukowe i specjaliści od techniki wysokiej częstotliwości kończyli prace nad techniką cyfrową. Zdecydowano poszerzyć dotychczasowe pasmo o jeden GHz. Z uwagi na kompatybilność urządzeń i szerokość nowego pasma, wynoszącego 2 GHz, zdecydowano na rozdzielenie nowego pasma od starego i korzystanie z dwóch pasm. W ten sposób powstały; dolne pasmo, 10.700 11.700 MHz (Low Band) i górne, 11.700 12.750 MHz (High Band). Kierownictwo SAS ASTRA zadecydowało, że w pierwszej fazie dolne pasmo pozostanie do dyspozycji programów analogowych, co nie naruszy struktury odbioru dotychczasowych instalacji antenowych, które nie były przygotowane do odbioru górnego pasma. Górne pasmo, zostało przeznaczone dla programów cyfrowych. Eutelsat zaczął wykorzystywać oba pasma dla programów cyfrowych. Ta nowa decyzja pociągnęła generalne zmiany przy produkcji konwerterów i odbiorników satelitarnych. Wprowadzenie dwóch oscylatorów w konwerterach i dwa nowe polecenia wysyłane z odbiornika do konwertera były w tym wypadku nieodzowne. Dla przełączania między pasmami Low Band (10,7...11,7 GHz) i High Band (11,7...12,75 GHz) wybrano częstotliwość 22 khz, czyli dolne pasmo zostało włączone częstotliwością 0 khz, górne 22 khz. 5
Jednym słowem została wprowadzona nowa technika, technika cyfrowa i drugie pasmo, a dla widzów nowa inwestycja; nowy konwerter i odbiornik. Dzisiaj to już historia i żaden z producentów nie produkuje sprzęty dla instalacji satelitarnych do odbioru analogowego. Wyłączenie programów analogowych było kolejna inwestycją dla wszystkich tych, którzy byli dysponowali instalacjami czysto analogowymi. Trzeba było wymienić konwerter i odbiornik satelitarny. Uważam decyzję wyłączenia programów analogowych, jako uzasadnioną. Ostatecznie żyjemy w trzecim tysiącleciu. Wprowadzanie coraz to nowszych technologii do techniki satelitarnej spowodowało, że i odbiorniki cyfrowe przechodziły kolejne etapy modernizacji. Dysk twardy pozwoliła na archiwizację, co ważniejszych audycji. Służbowy wyjazd, czy przedłużająca się narada nie eliminowały obejrzenia aktualnego odcinka ulubionej serii lub ważnego meczu piłki nożnej. Nagranie ich na dysku twardym pozwala je obejrzeć w innym czasie. Wprowadzenie otwartego systemu operacyjnego LINUX pozwoliło na opracowania odbiorników cyfrowych o dotąd niespotykanych możliwościach. Tak zaczęły się rodzić multimedialne kombajny z możliwością odbioru programów satelitarnych, kablowych, naziemnych i Internetowych, ich nagrywanie i wypalanie na kompaktach. Nowe szybkie procesory pozwoliły na zastosowanie nowych technologii. Technika IPTV stworzyła możliwość odbioru programów telewizyjnych przez Internet, a technika hygrydowa (HbbTV) była ożenkiem telewizji satelitarnej z Internetem, co stworzyło, dotychczas nie znana możliwości dla techniki multimedialnej. Nowe technologie stały się podstawą do opracowania i produkcji nowych typów odbiorników cyfrowych. Przypuszczam, że tutaj technika nie powiedziała ostatniego słowa i w najbliższym czasie zostaniemy skonfrontowani z dalszymi, rewolucyjnymi nowościami techniki multimedialnej. W następnych rozdziałach opiszę je bardzo szczegółowo, wraz z ich możliwościami. 6
10.5.2. Zasada działania odbiornika cyfrowego Odbiorniki cyfrowe zbudowane są na zasadzie znanych nam wszystkim komputerów. Sercem i mózgiem odbiornika jest procesor, sterujący wszystkimi jego podzespołami. Spróbujmy prześledzić zasadę jego działania od gniazdek wyjściowych do gniazdek łączących go z urządzeniami peryferyjnymi. Przytoczony schemat nr 10.5.2. nie jest przykładem techniki dnia dzisiejszego, ale wyjaśnia podstawowe działanie odbiornika cyfrowego. Sygnał z konwertera przesyłany jest w postaci sygnału cyfrowego do odbiornika kablem koncentrycznym. Konwerter otrzymuje tym samym kablem: napięcie zasilające jego elektroniczną część oraz polecenia sterujące w postaci napięcia 14 V lub 18 V, częstotliwość 0 lub 22 khz lub pakiet poleceń DiSEqC, które przełączają polaryzację i pasma częstotliwości. W ten sposób odbiornik otrzymuje żądany przez siebie program. Sygnał w cyfrowym odbiorniku zostaje wzmocniony i ulega przemianie na sygnał o niskiej częstotliwości oraz podlega demodulacji. Dzięki nowoczesnemu układowi bezpośredniej przemiany częstotliwości (brak drugiej pośredniej częstotliwości) uzyskuje się dużą dynamikę wzmocnienia sygnału. Na schemacie blokowym nr 10.5.2a pokazałem najprostszą wersje cyfrowego odbiornika satelitarnego. Grafika nr 10.5.2a Schemat blokowy prostego odbiornika cyfrowego 7
Modulowany w systemie QPSK analogowy sygnał poddany jest demodulacji i wychodzi z demodulatora w postaci dwóch sygnałów nadal analogowych: I, Q. Te dwa sygnały zostaje przetworzony przez układ przetwornika A/D (analogowo/cyfrowego) na wartość cyfrowych danych. Od tego momentu sygnał już jest transportowany w postaci cyfrowej na 8 liniach danych w standardzie MPEG-2. Równocześnie prace idą w kierunku MPEG-4 standardu przyszłości. Cyfrowy sygnał MPEG-2 na 8 liniach dochodzi do BLOKU PROCESORA. W procesorze następuje odczytanie całego strumienia danych i zgodnie z oprogramowaniem następuje wybranie ze strumienia transportowego MPEG-2 tylko potrzebnych danych: dane dla sygnału video tylko jednego wybranego kanału, sygnału audio tylko jednego wybranego kanału, do realizacji telegazety tylko wybranego kanału, EPG (elektroniczny przewodnik programów), daty i czasu, nazwę wybranego programu, synchronizację obraz z głosem, informację dla rozkodowania płatnego kanału, informacje pomocnicze. Procesor pobiera dane i odpowiednio w czasie rzeczywistym przetwarza je przesyłając do pamięci RAM. Drugi procesor graficzny pobiera dane z pamięci RAM i przetwarza je na obraz video oraz sygnał audio. Pamięć RAM jest buforem pomiędzy procesorem dekodującym MPEG-2, a procesorem graficznym. Takie rozwiązanie pozwala zastosować w jednej obudowie dwóch tańszych, niezależnych procesorów. Procesor graficzny pozwala na skalowanie obrazu, tworzenie grafiku MENU, zmianę jasności i kolorów. Wszystkie operacje procesora graficznego mogą być kontrolowane przez program, co pozwala na realizowanie grafiki pomocniczej. Obraz video, już w formie analogowej, wysyłany jest w standardzie PAL. Sygnał video wychodzący z procesora graficznego jest zbyt słaby, aby wyprowadzić go do odbiornika TV. Dopasowanie sygnału video i audio cyfrowy odbiornika realizuje BLOK AUDIO/VIDEO. 8