Методы передачи видеоданных через спутниковые каналы связи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО  ОБРАЗОВАНИЮ 

ОМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Ф.М. Достоевского 

       ФАКУЛЬТЕТ КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК 
 

КАФЕДРА      Вычислительных систем.       

гр. СВ-402  

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 
 

НА ТЕМУ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОДАННЫХ ЧЕРЕЗ СПУТНИКОВЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ.  
 
 

Студент                            Мельникова Елена Геннадьевна    .

                              (Ф.И.О., подпись)

Руководитель  работы      Коробицын Виктор Викторович    .

                            (Ф.И.О., подпись)

Зав. кафедрой                  Коробицын Виктор Викторович    .

                             (Ф.И.О., подпись)

Омск  2007

                Оглавление

 
 

                                     

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Темой данного курсового проекта является обзор методов передачи видеоданных через спутниковые каналы связи.

      В наше время все большее значение приобретает скорость и качество получения данных, и только спутниковые  системы в настоящее время  готовы быстро, качественно, в требуемом  месте и с большим охватом обеспечить передачу любого телевизионного или радиовещательного трафика в любом интересующем формате и объеме.

      Для рассмотрения передачи видеоданных  необходимо решить ряд задач:

1. выявить основные методы обработки и передачи сигналов в спутниковых системах;
2. определить состав оборудования для организации спутникового канала связи;
3. рассмотреть принципы работы спутникового телевидения;
4. проанализировать перспективы развития спутникового телевидения.

      Существует  ряд приложений, где напрямую конкурируют спутниковая и наземная, в частности волоконно-оптическая связь, но в целом сравнивать эти два способа передачи информации между собой все равно, что сравнивать самолет с автомобилем. Несмотря на то, что по пропускной способности магистральные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) намного превосходят спутниковые ретрансляторы, а стоимость передачи информации по кабельным сетям в разы меньше, чем через спутники, оба способа передачи замечательным образом дополняют друг друга, и там, где нет возможности использовать один, на помощь придет другой.

      Дело  в том, что спутниковая связь  обладает рядом только ей присущих преимуществ, которые и делают ее столь привлекательной для многих приложений.

      Прежде  всего, это возможность передачи информации одновременно многим пользователям на большой территории, включая районы, где использование наземных сетей экономически нецелесообразно из-за низкой плотности населения или вследствие технических сложностей. Не могут наземные сети сравниться со спутниками и по скорости развертывания линий связи. На прокладку кабеля или установку мачты с ретранслятором порой уходят месяцы, а спутниковый терминал способен начать работу из связенедоступного района в считанные часы. Если же в результате ошибок проектирования или рыночных исследований часть наземной сети окажется убыточной, то ее легче бросить, отказавшись от дальнейшего использования, чем демонтировать. В любом случае это потерянные деньги. Спутниковая связь обладает в этом смысле более высокой гибкостью – достаточно изменить конфигурацию передающих устройств искусственного спутника Земли (ИСЗ) или местоположение наземной станции.  Кроме того, спутниковые линии связи, как правило, обеспечивает один оператор. Поэтому изолировать и устранить неполадки коммуникационного оборудования намного легче, чем при работе через ВОЛС с многочисленными межсетевыми переходами и разными владельцами сетей. А выход из строя одного магистрального кабеля способен надолго парализовать работу абонентов на нескольких континентах.

      С помощью спутниковых систем проще обеспечить резервирование каналов связи.

      Спутниковые системы выступают сейчас в качестве основного способа  распространения  и вещания программ цифрового  телевидения и телевидения высокой  четкости, которое начинает набирать обороты. 
 
 
 

Глава 1. Методы обработки и передачи сигналов в спутниковых системах 

      1.1. Особенности использования  спутниковых каналов

      Все разнообразие используемых в технике  и быту систем связи, в основном радиосвязи, можно свести к трем видам, отличающимся способами передачи сигнала от передатчика к приемнику. В первом случае используется ненаправленная радиосвязь от передатчика к приемнику, типичная для широкого вещания радио и телевидения. Такой способ радиосвязи имеет то преимущество, что позволяет охватить практически неограниченное число абонентов - потребителей информации. Недостатками такого способа являются неэкономное использование мощностей передатчика и мешающее влияния на другие аналогичные радиосистемы. В тех случаях, когда число абонентов ограничено и нет необходимости в широковещании, используется передача сигнала с помощью направленно излучающих антенн, а также при помощи специальных устройств, называемых линиями передачи сигнала. В наше время для передачи сигнала активно используются спутниковые системы. Рассмотрим основные принципы и особенности использования спутниковых каналов связи.

      Сеть  связи, как правило, строится по иерархическому принципу с несколькими уровнями коммутации. Для передачи различных видов информации вводится типовая номенклатура каналов и трактов. За основу приняты канал тональной частоты с полосой 300...3400 Гц и эквивалентный ему цифровой канал со скоростью 64 Кбит/с. В сети образуются также каналы передачи звукового вещания, ТВ и другие широкополосные каналы.

      При использовании в сети спутниковых участков необходимо учитывать их особенность, связанную с физической природой спутникового канала - достигающее 260 мс время распространения сигнала между двумя земными станциями (ЗС) через ИСЗ на геостационарную орбиту (ГО). При появлении в телефонном канале двух и более спутниковых участков, качество связи ухудшается из-за влияния эхо-сигнала, длительного ответа (до более, чем 1,2 с) и возможного нарушения системы автоматического установления соединении. Для предотвращения появления двойных скачков вводят определенные ограничения на использование спутниковых каналов.

            1.2. Передача сигналов в аналоговой форме

      Передача  сигналов в аналоговой форме (ТВ, многоканальная телефония) обычно осуществляется с  применением частотной модуляции (ЧМ), требующей по сравнению с амплитудной модуляцией существенно меньшей мощности передатчика, что особенно важно для спутниковых систем. Сигналы, дискретные по природе (телеграфия, данные), передаются по аналоговым каналам методом вторичного уплотнения, неэффективным с точки зрения использования пропускной способности канала. Преимуществом аналоговой передачи является более простое оборудование, особенно при передаче ТВ-сигналов.

      1.3. Передача сигналов  в цифровой форме

      В последние годы преимущественное развитие получило использование в спутниковых системах связи (ССС) цифровых методов передачи, обладающих следующими преимуществами:

- более  высокой пропускной способностью  ССС путем использования оптимальных методов модуляции и кодирования;

- возможностью  более полного использования статистических характеристик передаваемого сообщения для повышения пропускной способности системы;

- более  эффективной передачей дискретных  сигналов.

      Для передачи по цифровым каналам аналоговые сигналы подвергаются аналого-цифровому  преобразованию. К наиболее распространенным видам аналого-цифрового преобразования можно отнести импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ), дифференциальную и адаптивную дифференциальную ИКМ, дельта-модуляцию, адаптивную дельта-модуляцию. Исследования показали, что качественные показатели речи в междугородных каналах обеспечиваются при ИКМ со скоростью передачи 64 Кбит/с, методы низкоскоростного кодирования позволяют снизить эту скорость до 32 Кбит/с.

      Эффективным средством повышения пропускной способности системы телефонной связи является статистическое уплотнение, основанное на использовании естественных пауз в разговоре двух абонентов. Дальнейшее повышение пропускной способности ствола ретранслятора может быть достигнуто применением помехоустойчивого кодирования, которое позволяет уменьшить требуемое отношение сигнал/шум.

      Передача  ТВ-сигналов в цифровой форме по спутниковым каналам не нашла  еще широкого применения. Оборудование остается пока достаточно сложным и  дорогим. Более перспективными на первом этапе оказываются комбинированные цифро-аналоговые методы, когда часть информации передается в аналоговой, часть - в цифровой форме (сигналы синхронизации и звукового сопровождения).

      Одной из новых форм использования ССС  является организация конференц-связи, призванной повысить производительность труда управленческого персонала. В США более 110 компаний имеют системы конференц-связи со своими отделениями и филиалами, действуют такие системы в Японии и создаются в других странах. Изображение, как правило, передается с пониженным качеством и требует существенно меньшей (1,2 Мбит/с) пропускной способности канала, чем при вещательном ТВ (34 Мбит/с).

            1.4. Передача циркулярных сигналов (широковещательная передача)

      Сигналы звукового сопровождения ТВ и  звукового вещания в традиционных системах с ЧМ передаются обычно совместно с сигналом изображения на поднесущих частотах, расположенных выше его спектра. Для достижения необходимой помехозащищенности передача осуществляется методом ЧМ поднесущей. Таким способом удается организовать не более трех звуковых каналов. В отечественных системах "Орбита" и "Москва" передаются сигналы изображения газетных полос, занимающих полосу частот 240 кГц. Приемная станция может устанавливаться непосредственно в типографии.

      Сигналы звукового вещания и другие виды циркулярной информации передаются не только совместно с ТВ. Широкое применение нашел способ одновременной передачи в спутниковом стволе большого числа (до 25) высококачественных звуковых программ, передаваемых в цифровой форме с временным разделением.

              1.5. Методы коммутации и передачи данных в ССС

      Распределение ресурсов ИСЗ (мощности и полосы) по требованиям различных ЗС (для линий ЗС - ИСЗ) осуществляется на трех этапах: формирование на ИСЗ нескольких стволов за счет использования нескольких ретрансляторов, работающих в различных частотных диапазонах, разделением каналов для обеспечения многостанционного доступа в стволе и динамическим распределением каналов или групп каналов для их коллективного использования на основе методов распределения запросов.

      В ИСЗ, как правило, устанавливается  несколько независимых ретрансляторов. Каждый ретранслятор имеет входной фильтр, который ограничивает прием сигналов желаемой полосой частот. Распределение ресурсов каждого ретранслятора, то есть формирование его независимых каналов, можно осуществить путем использования ортогональных структур сигналов, а для обеспечения многостанционного доступа (МД) используются: частотное уплотнение (МДЧУ), временное уплотнение (МДВУ) и кодовое уплотнение (МДКУ).