DİJİTAL TELEVİZYON YAYINLARININ (DVB)

BUGÜNKÜ DURUMU

Prof. Dr. Avni Morgül

Boğaziçi Üniversitesi

Elektrik/Elektronik Mühendisliği Bölümü

Öğretim Üyesi

Özet

Dijital sistemlerin çok hızlı bir şekilde gelişmesi ister istemez televizyon sisitemlerini de etkilemiş ve dijital televizyona doğru hızlı bir geçiş başlamıştır. Dijital televizyon sistemlerinin çalışma prensiplerini anlatmadan önce dijital sistemlere kısa bir giriş yaparak, bu teknolojinin sağladığı yeni imkanlardan bahsedilecek ve sistemin bugünkü ve yakın gelecekteki durumu incelenecektir.

Giriş

“Dijital” terimi Avrupa dillerindeki “digital” teriminin okunuşu olup Türkçe karşılığı “Sayısal”dır. Elektronik sistemler “analog” ve “sayısal” olmak üzere ikiye ayrılır. Analog sistemlerde elektrik sinyalleri sürekli olarak değişir ve belli sınırlar içinde her değeri alabilirler. Sayısal sistemlerde ise elektriksel sinyaller olduğu gibi iletilmez. Bu sinyellerin yerine bunlara karşı düşen rakamlar iletilir.

Elektronik sistemlerde genel olarak giriş ve çıkış sinyalleri “analog” yapıdadır. Bunların sayısal olarak işlenebilmesi ve iletilebilmesi için “Analog/Sayısal Dönüştürücü” (Analog-to-Digital Converter, ADC) ve “Sayısal/Analog Dönüştürücü” (Digital-to-Analog Converter, DAC) kullanılır.

Başlangıçta elektronik devrelerin hemen hemen tamamı “analog” olarak gerçekleştiriliyordu. Fakat zaman içinde “sayısal” devreler çoğalmaya ve analog devrelerin yerini almaya başladı. Bu gün bütün elektronik sistemler sayısallaşmaya başlamıştır. Çünkü sayısal elektronik devreler:

· · · Daha güvenilirdir.

· · · Devreler ve sistemler aynen tekrarlanabilir (Her benzer sistem tıpatıp aynen çalışır).

· · · Sinyal kalitesi değişmez. Bu kalite istenildiği kadar iyi yapılabilir.

· · · Çok geniş çapta tümleştirilebilir.

· · · Gürültü ve dış etkilerden çok az etkilenir.

· · · Daha ucuzdur (Pek çok uygulamada).

· · · Kopyalama ve iletim sırasında bozulmaz. (İlk kopya ile yüzüncü kopyanın kalitesi aynıdır)

· · · TV ve bilgisayar sistemleri “Multimedia” adı altınde birleşerek tek bir sisteme dönüşmektedir.

· · · Dijital sinyal işleme teknikleri hızla gelişmektedir.

· · · Geniş çaplı tümleşik devreler (VLSI:Very Large Scale Integrated Circuits) halinde bütün sistemin tek bir kırmık (chip) olark imalata uyundur.

Sayısal elektronik sistemler 1950 yıllarında ilk tüplü bilgisayarın icadı ile uygulanmaya başladı. Bune karşılık ilk elektronik kol saatleri ve küçük, ucuz hesap makinelerinin piyasaya çıkması ancak 1970’li yıllarda mümkün oldu. Bu tarihten sonra sayısal elektronik devreler ve sistemler yavaş yavaş bütün alanlarda analog devrelerin yerini almaya başladı. Artık sayısal devrelerin kullanılmadığı elektronik sistem yok denilecek kadar azalmıştır.

Bugün herkesin kullandığı dijital ses-görüntü sistemleri içinde CD(Compact Disc), DAT(Digital Audio Tape), VCD(Video CD), DVD(Digital Video Disc) sayılabilir. Dijital TV kameraları, Fotoğraf makinaları, Digital radyo ve televizyon yayınları ise çok yakında tamamen dijital hale dönüşecek gibi görünmektedir.

Dijital Radyo ve Tv Yayınlarının Bu Günkü Durumu

Radyo ve TV yayınları “karasal”, “uydu” ve “kablo” olmak üzere üç kanaldan yapılmaktadır. Dijital yayınlar da aynı ortamları kullanmakla birlikte bunlara ek olarak “internet” kanalı ile de yayınlanabilmektedir.

Dijital yayınlar ilk olarak 1994 yılında uydu yayını olarak başladı. Bugün uydu yayınlarının büyük çoğunluğu dijital olarak yapılmaktadır. Analog uydu yayınları halen devam etmekle beraber bir-iki yıl içinde tamamen dijital yayına dönüşecektir.

Kablo yayınları da halen hem analog hem de dijital olarak yapılmaktadır.

Karasal yayınlarda analaog yayınlar devam etmakle beraber çeşitli ülkelerde analog yayınla birlikte dijital yayınlar da başlamış bulunmaktadır. İngiltere, Finlandiya, , İsveç, İspanya, A.B.D. 2000 yılında dijital yayınlara başlamış olan ülkelerdendir. Belçika, Danimarka, Almanya, İrlanda, Norveç, Avustralya, Rusya 2001 yılı içinde, Hırvatistan, Çek Cumhuriyeti, Fransa, Yunanistan, Macaristan, Litvanya, Ukrayna, Kanada gelecek yıl yayınlara başlayacaktır. Diğer ülkeler de bir-iki yıl içinde dijital yayınlara başlayacaktır. Analog yayınlar zaman içinda azaltılarak en geç 2010 yılında tamamen kaldırılacaktır.

Analog Sinyallerin Sayısallaştırılması

Analog işaretlerin Sayısal’a dönüştürülmesi, örnekleme, basamaklama ve kodlama olmak üzere üç aşamada yapılır.

Şekil 1. Analog/Sayısal Dönüştürücünün iç yapısı

Analog sinyaller zaman ve genlik olarak sürekli sinyallerdir. Bunları sayısallaştırabilmek için önce belli aralıklarda örnekler alınması gerekir. Örnekleme sıklığı sayısallaştırılmak istenen sinyalde bulunan en yüksek frekans bileşeninin en az iki katı olmalıdır. Aksi halde spektrum örtüşmesi (aliasing) yüzünden bozulmalar meydana gelir ve orijinal sinyal tekrar elde edilemez.

Şekil 2. Analog işaretin sayısala dönüştürülmesi

Alınan örneklerin genlikleri herhangi bir değerde olabilir. Buna karşılık işaretin sayısala çevrilebilmesi için kullanılacak seviye sayısının sınırlı olması gerekir. Bu sayı, her bir örnek için kullanılacak kod uzunluğu ya da bit sayısı tarafından belirlenir. Örnek olarak 8-bit’lik bir kodlama yapılacaksa 256 seviye, 3-bit’lik bir kodlama yapılacaksa sadece 8 seviye kullanılabilir. Seviye veya basamak sayısının artması alıcı tarafta sayısal/analog dönüştürücü çıkışında elde edilecek sinyalin kalitesini belirler. Daha iyi kalite için daha çok bit ve daha çok basamak kullanmak gerekir.

Örnek olarak 0-1V arası değişen bir sinyali 3-bitlik bir kodlama ile sayısallaştırmak istiyorsak basamak sayısı 8, aralık sayısı ise 8 -1=7 dir. 1 volt 7 aralığa bölünürse iki basamak arası 0,143V olur. Basamak sayısı belli olduktan sonra her basamağa karşı düşen bir kod oluşturulur. Bu, genelde, basamak numarasının ikili sayı sistemindeki karşılığıdır.

Tablo 1. Analog işaretin sayısala dönüştürülmesi

Gerilim (V)	0	0,143	0,286	0,429	0,571	0,714	0,857	1,00
Basamak	0	1	2	3	4	5	6	7
Kod	000	001	010	011	100	101	110	111

İletilenSinyal

Kodlama işlemini gerçekleştirmek için alınan örneğin genliğine bakılır. Bu genliğe en yakın basamak hangisi ise o basamağın kodu gönderilir. 3. örnekteki sinyal genliği 0.82 volt olsun. Bu değere en yakın basamak 0,857V seviyesine karşı düşen 6. basamak olduğundan onun kodu olan 110 kodu çıkışa iletilir.

Alıcıda ters işlem yapılır. Önce, seri olarak gelen bit dizileri ikili sayıya dönüştürülür. Bu sayı bir sayısal/analog dönüştürücü yardımı ile gerilime çevrilir. Elde edilen basamaklı gerilim süzülerek analog işaret tekrar elde edilir.

Video işaretinin sayısal olarak işlenmesi için önce resim çerçevesi herbiri 16x16 benek (piksel) büyüklüğünde olan ve “Makroblok” adı verilen parçalara bölünür. Her makroblok önce kendi içinde kodlanır. Bu kodlama işlemine her noktanın aydınlık ve renk bilgileri sayısallaştırılarak başlanır. Standart televizyon görüntülerinin sayısallaştırılmasında 13.5 MHz örnekleme hızı ve örnek başına 8 bit (256 gri seviyesi) kullanılır. Bir satırda 720 örnek alınır. Değişik standartlarda değişik örnekleme biçimleri kullanılmaktadır. Bunlar

1. 1. 1. 1. 4:4:4 (4 Y, 4C_r , 4C_b; renk ve aydınlık ayni şekilde örneklenir)

2. 2. 2. 2. 4:2:2 (4 Y, 2C_r , 2C_b; sadece yatay doğrultuda seyrekleme yapılır)

3. 3. 3. 3. 4:2:0 (4 Y, 1C_r , 1C_b; her iki doğrultuda seyrekleme yapılır)

burada

Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B aydınlık işareti

C_b = 0,564 (B-Y) mavi renk fark işareti

C_r = 0,713 (R-Y) kırmızı renk fark işareti