Bufty

O nástupu digitálního vysílání se mluví stále častěji. Jedním z důvodů je konec zkušebního vysílání a náběh řádného vysílání. Koneckonců termíny vypnutí vysílačů analogových stanic a zapnutí vysíláčů digitálních stanic jsou již přibližně známy. Proto je vhodné se zaměřit také na druhou stránku věci - kvalitu. V souvislosti s digitálním vysíláním se často mluví o křišťálově čistém obrazu a zvuku, někdy se prostě mluví jen o digitální kvalitě a bere se za samozřejmost vyšší kvalita. Je ale toto označení na místě? Nejde jen o čistou propagandu?

Než se ale pustíme do analýzy kvality obrazu a zvuku, tak si shrňme rozdíly mezi analogovým a digitálním vysíláním a podívejme se na z toho plynoucí rozdíl v kvalitě.

Analogové vysílání jednotlivých stanic bylo omezeno na kanály, každý má svou pevně danou frekvenci a rozestup mezi nimi je také pevně daný. Tento rozestup je v podstatě šířka pásma (s jistou rezervou) televizního kanálu. Obraz je vysílán po řádkách, těch je celkem 625, z toho pouze 576 nese obrazovou informaci, ostatní slouží k synchronizaci a jiným účelům. Vertikální rozlišení je dané, ovšem horizontální ne. U analogového přenosu nejde mluvit o nějakém specifikovaném rozlišení, ale vychází ze šířky pásma. Laicky řečeno, čím větší šířka pásma, tím větší jemnost a více detailů. Z toho lze odvodit i nejvyšší počet zobrazitelných čar, které pak lze považovat za nejvyšší rozlišení. V praxi to znamená nějakých 500-520 čar, často se pak mluví jako o řádkách, i když to jsou vlastně sloupce. Ještě je nutné připomenout, že analogové vysílání je bez komprese, což je pro naše další povídání důležité.

U digitálního vysílání je snaha zachovat kvalitu analogového vysílání, tedy zavést takové rozlišení, aby byl výsledek podobný. Tuto změnu už vyřešil příchod DVD přehrávačů, u kterých byla snaha dosáhnout téhož. Počet řádků je pevně daný, tedy 576. U počtu sloupců je to složitější, k zobrazení 520 čar v podstatě postačuje 520 bodů, problém je v tom, že pokud natočíme 520 čar o půl bodu posunutých, dostaneme jednolitou plochu. Kdo zná Shanonovu poučku ví, že abychom tomuto zabránili, potřebujeme více než dvojnásobek bodů, tedy 1040. Nakonec byl zvolen kompromis 720 bodů, který zaručí, že 520 čar se nepromění v jednolitou plochu, může se ale proměnit v méně čar (subsampling). To jen tak laicky řečeno, protože elektrikářům teď vstávají vlasy hrůzou na hlavě, ale jak jinak to jednoduše vysvětlit? Důležitý je výsledek - dopracovali jsme se k rozlišení 720x576 bodů.

Pokud bychom přenášeli nekomprimovaně 720x576 při 25sn/s, tak se dostaneme na bitrate téměř 250Mbit/s, což není ve vyhrazeném kmitočtovém pásmu (TV kanálu) možné přenést. Opět jde o podobný problém jako u DVD, proto se zavádí také komprese, opět stejná jako u DVD, tedy MPEG-2. DVD používá maximální bitrate (datový tok) 9800kbit/s, přičemž normálně se používá průměrně kolem 6000kbit/s, bitrate TV vysílání opět vychází ze šířky pásma TV kanálu a také způsobu přenosu - modulaci, kódování a ochraně proti chybám při přenosu. O tomto si řekneme jindy, omezme se na konstatování, že máme k dispozici přibližně 23Mbit/s, což je více než 2x více než u DVD.

Nebojte, s teorií už budeme končit, k našemu dalšímu povídání budeme potřebovat už jen pár vět o způsobu kódování. Při kompresi se používají dva způsoby - za prvé se hledají rozdíly mezi jednotlivými snímky a stejné části obrazu není třeba přenášet (tzv. pohybové vektory), čímž dochází k redukci dat, za druhé data, která už přenést musíme, se převádí v blocích pomocí diskrétní kosinové transformace (DCT) do frekvenční oblasti. DCT dokáže snížit počet dat tím více, čím méně je v obraze vysokofrekvenčních složek, v ideálním případě, kdy je obraz jednolitá plocha, lze zakódovat pouze jedním bytem. Pokud chceme snížit počet dat na určitý datový tok, ale po provedené DCT jich máme stále více, můžeme poslední data prostě nepřenášet. Tomuto způsobu se říká kvantizace, čím vyšší kvantizace, tím více zanedbaných bitů a tím horší obraz - více viditelných kostiček v obraze. Při zanedbání pár dat ve vhodně zvolených oblastech obrazu nemusíme okem rozdíl vůči originálu vůbec poznat. Je jasné, že výsledek je vždy určitým kompromisem mezi výslednou vizuální kvalitou a stupni komprese. Prostě musíme najít takový největší stupeň komprese, aby se na video divák mohl ještě dívat bez odporu. Určitě má tuto hranici každý jinde, zatímco osmdesátiletá stařenka se silnými brýlemi se bude ještě rozplývat nad perfektním obrazem, patnáctiletý týpek s perfektním zrakem už může remcat nad koskatým paskvilem. Prostě jde o určitý komromis, naše fórum je důkazem, že ne každý je ochoten tento kompromis akceptovat (mnohdy právem). Koskatění se snaží enkodéry zabránit ještě jedním fíglem - před samotnou kompresí se provádí redukce šumu. Ta jednak snižuje počet dat po DCT, ale také zlepšuje vyhledávání pohybových vektorů. Provádí se jednoduše průměrováním bodů v obraze vedle sebe nebo ve snímcích po sobě, pokud jejich hodnoty jsou podobné. Toto průměrování má za následek nebo řekněme vedlejší účinek to, že dochází k rozmazání textur a různých částí obrazu a tím pádem i ztrátě detailů. Čím více bodů se filtrace účastní a čím větší limit jejich podobnosti, tím více dostáváme jakoby omalovánky - tváře lidí bez jediné vrásky, trávník bez trávy, z kocoura se stane tamagoči apod. Opět je zde jistý kompromis - filtrace dokáže zázraky, ale méně může být mnohdy více.

Ještě se zmiňme o rozdílu v příjmu analogového a digitálního vysílání. U analogového vysílání se uvádí minimální odstup signálu od šumu 40dB, aby byl obraz pěkný. Čím bude odstup signálu od šumu menší, tím více šumu bude v obraz, ale obraz bude stále ostrý., no znáte to určitě všichni. Je nutné také počítat s dobrými příjmovými podmínkami, protože odrazy signálu např. od hor nebo špatně sladěná pásma antén mohou způsobit duchy v obraze. U digitálního vysílání je to jiné. Díky tomu, že se přenásí jen nuly a jedničky a díky datové ochraně proti chybám (samoopravné kódy), postačuje rpo příjem daleko menší odstup signálu od šumu. Proto také digitální vysílače vysílají i s desetinovými výkony než analogové. Pokud se ale dostaneme za určitou hranici, nebude narůstat šum v obraze, ale v obraze se začnou objevovat chyby, obraz se bude sekat a při špatných podmínkách se úplně zastaví. Jinak se také projevují odrazy - i při silném signálu může odraz zanést tolik chyb, že bude příjem nemožný. Také je zde nutné uvést na správnou míru rozdíl v anténách a zesilovačích pro analog a digitál - není žádný. Jde zde stále o analogový signál a není důvod, proč by nešly použít stávající antény a rozvody. Jediný problém může být v použitých kabelech, které mohou být nekvalitní a mít příliš velký útlum na vyšších kmitočtech, kde většina digitálních vysílačů vysílá. Při běžných délkách to ale ve většině případů nebude vadit.

Malé shrnutí - máme k dispozici datový tok 23Mbit/s pro celý multiplex, kam se musí vejít jak video, tak i zvuk a další doplňkové datové služby jako teletext, EPG apod. To ale plně postačuje pro dvě až tři stanice v DVD kvalitě. Nebo pro více stanic, ale za cenu snížení datového toku každé stanice a tím pádem i kvality. Nepletete se - byla vybrána druhá možnost, protože více stanic znamená více peněz pro provozovatele i pro stát. Přidána ale nebyla jen jedna. Čtyři stanice by dostaly každá přibližně 5750kbit/s, což je ještě akceptovatelné, bylo ale zvoleno stanic pět, z nichž každá se může těšit na přibližně 4600kbit/s, odečteme-li zvuk ve formátu MP2 384kbit/s a datové služby, zbývá asi 4000kbit/s pro video. Ve skutečnosti je to ještě daleko méně, protože se vysílají i rádiové stanice a ne celý multiplex je využit.

Při kódování na DVD se běžně používá variabilní datový tok (VBR), u DVB-T mají jednotlivé programy také VBR, ale dohromady jde o konstantní datový tok (CBR). Schválně si je zkuste sečíst nebo si jen od oka porovnejte některé části, kde u jedné stanice bitrate stoupá a u jiné klesá podle momentálních požadavků, tedy konkrétní scény a její náročnosti na kódování. Tímto způsobem lze také docílit zvýšení průměrné kvality.