Введение. Что такое TV-тюнеры?
«Тюнер - персональное абонентское устройство, служащее для выделения и демодуляции сигнала». Другими словами, тюнер - это радиоприемник. В свою очередь, ТВ – тюнер - разновидность приемника, предназначенная для приёма телевизионного сигнала с показом на компьютере или на отдельном мониторе. Первые компьютерные ТВ - тюнеры появились давно.
Современный тюнер сложно сравнивать с первыми прототипами. Это совершенно иное мультимедийное устройство с практически неограниченными возможностями, позволяющими превратить обычный домашний компьютер в продвинутый телевизор или видеомагнитофон.
ТВ-тюнер — это устройство, которое позволяет передавать аналоговый или цифровой сигнал на компьютер.
История TV-тюнера
Первым серьезным шагом стало появление и распространение интегральных схем с постоянным увеличением плотности интеграции. Это позволило создавать более сложные алгоритмы и, как следствие, переход на цифровые стандарты передачи. В 60-х годах уже велись и применялись различные алгоритмы сжатия, однако задача перевести телевидение из аналогового стандарта в цифровой оказалась не такой тривиальной. Цифровой стандарт должен был улучшить показатели, которые существовали на тот момент для аналогового телевидения и, по возможности, более эффективно использовать полосу сигнала. Для его реализации, как ни странно, сама по себе оцифровка картинки и звукового сопровождения не казалась принципиально невозможной. Дело было лишь за созданием быстродействующих АЦП и ЦАПов. И, хотя серийно подобные устройства в те годы еще не выпускались, их разработка была вопросом времени. Но вот, что потом делать с широкополосным потоком, который получался после дискретизации аналогового сигнала, никто не знал. Ведь битовая скорость несжатого видео потока получалась более 250 Мбит/с. Насколько же надо увеличить полосу частот радиосигнала, чтобы уместить цифровой поток? Таким образом, было принято решение необходимости принятия радикальных мер по решению проблем по сжатию телевизионного изображения и уменьшения полосы частот цифрового радиосигнала.
Вскоре, группа специалистов Motion Picture Experts Group (MPEG) занялись работой над удалением избыточной информации из видеопотока и достигла больших успехов в работе над кодером MPEG-2. В то время другие специалисты продолжали работать над тем, как увеличить пропускную способность, чтобы уместить в потоке сжатую информацию.
Первым из стандартов цифрового телевидения, получивший распространение, стал спутниковый DVB-S. Данная задача решалась проще чем все остальные, поскольку в спутниковом диапазоне используется более широкая полоса – 27 МГц, в то время как эфирный сигнал должен помещаться лишь в 8 МГц (для России).
Самой трудной задачей оказалась разработка алгоритма передачи эфирного телевидения, учитывая очень низкое соотношение сигнал/шум, отражения и искажение сигнала. Радикальным решением этой проблемы является применение в эфирных каналах ТВ-вещания модуляции COFDM (Coded Orthogonal Division Multiplexing), которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме. При COFDM используется ортогональное частотное мультиплексирование совместно с помехоустойчивым канальным кодированием. Последовательный цифровой поток преобразуется в большое число параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых передается на отдельной несущей. Для эффективного использования радиоспектра применяются разные значения защитного интервала. Благодаря этому система может использоваться для вещания как в одночастотной сети с большой зоной покрытия, так и для малых зон, обслуживаемых одним передатчиком. Стандартом DVB-T предусмотрены два режима модуляции OFDM 8К и 2К – 8000 и 2000 поднесущих соответственно. Второе поколение стандарта поддерживает режим 32К. Спектр OFDM сигнала можно разместить в эфир-48 ном радиоканале аналогового телевидения с полосой пропускания 8 МГц, обеспечивая между соседними радиоканалами защитные частотные интервалы. Для достижения больших скоростей передачи данных несущие группового COFDM сигнала модулируются квадратурной амплитудной модуляцией 16 QAM и 64 QAM.
Выбор конкретного вида модуляции из указанных производится в зависимости от требуемой скорости передачи данных с учетом избыточности, необходимой для их помехоустойчивого кодирования.
Для выделения информации из полосы частот цифрового сигнала необходимо провести многоступенчатое преобразование высокой сложности. Такое преобразование требовало точной настройки элементов
радиочастотной части. Изменение параметров реактивных элементов схем фильтрации было неотъемлемой частью производства тюнеров.
Архитектура приемника в начале столетия развитие технологии производства позволило выпустить полупроводниковый тюнер.
Это стало следующим этапом в развитии цифровых приемных устройств. Выполненный в виде микросхемы, тюнер позволял сократить место на печатной плате и давал большую свободу в подборе тех или иных элементов.
Устройство радиочастотной части можно сказать, что событие связанное с выпуском полупроводникового тюнера, дало возможность развиваться этой области более интенсивными темпами. Подтверждением этому может служить тот факт, что на сегодняшний день производители микросхем не только производят чрезвычайно компактные тюнеры размером 5х5 миллиметров, но и то, что на одной кремниевой подложке совмещают тюнер и демодулятор.
Так же в настоящее время лидирующими компаниями планируется выпуск мультистандартных тюнеров и демодуляторов. Данный шаг стал возможен благодаря высокой степени интеграции элементов, которые могут быть размещены на одной кремниевой подложке. В начале этого столетия с прорывом в области высокочастотных элементов, так же получили развитие и сами стандарты вещания. В свет начали выходить один за другим более совершенные стандарты вещания второго поколения. Сначала DVB-S2, следом за ним DVB-T2 и DVB-C2. Стандарт DVB-T2 призван, как минимум, на 30% увеличить емкость телевизионных сетей по сравнению со стандартом первого поколения при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах. DVB-T2 использует модуляцию OFDM (ортогональное частотное уплотнение) и предоставляет набор режимов с разным количеством несущих (1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k, 16k расширенный, 32k расширенный) и созвездиями модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM). Для защиты от ошибок, вместо алгоритмов Рида-Соломона и кодов Витерби, в DVB-T2 используется LDPC (проверка на чётность с низкой плотностью) и кодирование BCH (БЧХ – Боуза-Чоудхури-Хоквингхема) . Но даже при таких серьезных нововведениях оказалось, что выпустить полупроводниковый тюнер такого стандарта не представляет проблемы. На смену имеющимся стандартам второго поколения придет третье с более высокой степенью плотности цифрового потока. Следующее поколение будет еще более требовательно к ресурсам кодирующих и декодирующих систем, так, например, сигналы супер SHDTV и ультра UHDTV имеют более высокое разрешение картинки даже по сравнению с сигналом «простого» телевидения высокой четкости (в 4 и 16 раз соответственно) Можно быть уверенными в том, что плотность интеграции будет увеличиваться, и цифровые элементы будут становиться все меньше и меньше.
Способы подключения
Подключение производится либо с помощью проводов, либо путём подключения в материнскую плату.
Виды TV-тюнеров
Встроенный TV-тюнер — отдельная плата, которую можно подключить к свободному слоту материнской платы компьютера — так же, как другие компьютерные комплектующие.
После подключения нужно запустить дополнительное программное обеспечение — драйвер, который идёт в комплекте. Компьютер распознает тюнер как новое устройство, и можно сразу начинать им пользоваться. В процессе запускается установленная для TV-тюнера программа, и начинается автоматический поиск телевизионных каналов. Можно рассортировать и переименовать их как захочется.
Переключать каналы, регулировать громкость и другие настройки можно с помощью клавиатуры, мыши или привычного пульта дистанционного управления, который есть в большинстве комплектов.
Встраиваемые TV-тюнеры покупают чаще по той причине, что они недорогие и позволяют подключить любую антенну — от самой простой комнатной до спутниковой тарелки.
Внешний TV-тюнер выполнен как отдельное устройство: плата запаяна в собственный корпус, поэтому его легко подключать к компьютеру и отключать при необходимости. Устройства небольшие и лёгкие — можно брать с собой и пользоваться с любым компьютером.
Внешние TV-тюнеры делятся на модели, которые работают только при включённом компьютере, и те, что подключаются напрямую к монитору.
TV-тюнеры первого типа подключаются через USB-интерфейс и работают только при включённом компьютере. Скорости связи достаточно для высококачественного изображения. При первом подключении нужно установить драйвер, чтобы компьютер распознал новое устройство.
TV-тюнеры второго типа полностью автономны — для просмотра нужен только монитор, к которому тюнер подключается напрямую, на пример через кабель HDMI. Устанавливать драйвер не надо, а компьютер может быть выключен. Можно смотреть каналы на мониторе в отдельном окне, размер и положение которого легко регулировать. Если захочется, можно подключить такой тюнер и к компьютеру как переходник между видеокартой и монитором.
Внешние тюнеры гораздо удобнее и практичнее, хотя и дороже встроенных — это оправдано простотой подключения, мобильностью и автономностью.
Аналоговый, цифровой и гибридный
Все TV-тюнеры делятся на аналоговые, цифровые и гибридные — по существующим форматам телевизионного вещания.
Аналоговое вещание — технология прошлого, которую можно встретить всё реже. С 2019 года телевещание в России почти везде перешло на цифровой формат, поэтому покупать полностью аналоговые тюнеры вряд ли имеет смысл. Если в вашем регионе ещё остались аналоговые программы, лучше взять гибридную модель — с ней можно не упустить ничего.
Цифровой тюнер с высоким качеством трансляции подойдёт для регионов, которые полностью перешли на современный формат вещания.
Гибридный: Может использоваться в качестве аналогового или цифрового.
Комбинированные ТВ-тюнеры: В этих моделях видеокарта и ТВ-тюнер конструктивно совмещены.
Актуальность в 2022г
Сейчас тюнеры являются всё ещё достаточно популярными и распространенными устройствами, но постепенно цифровые тюнеры теряют свою популярность. Это связано с развитием телевизоров (даже самые простые модели сегодня умеют читать смарт-карты), а также с распространенностью медиа-плееров с полноценными ОС.
Принцип действия TV-тюнера
Данное устройство, для приема ТВ-сигнала, настраивает приемник на нужную частоту. Приемник получает сигнал от внешнего источника и передает его на демодулятор. Демодулятор разделяет и извлекает соответствующие сигналы от несущего сигнала. Аналого-цифровой преобразователь, как следует из названия, преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Для того чтобы смотреть ТВ на компьютере, необходимо чтобы на компьютере для этого устройства было установлено соответствующее программное обеспечение. Программное обеспечение устройства предоставляет интерфейс для PC, обеспечивающего все возможности нормального телевидения, а также позволяющего переключать каналы с помощью пульта дистанционного управления. Некоторые карты ТВ-тюнера также позволяют захватывать и записывать телевизионные программы на жесткий диск.
Устройство TV-тюнера
Тюнер (Т) предназначен для приема ТВ-радиосигнала и преобразования его на промежуточную частоту. С помощью тюнера осуществляется настройка приемника на канал ТВ-вещания. На вход тюнера поступает ТВ–радиосигнал от антенны, с выхода снимается ТВ-радиосигнал на промежуточной частоте. Тюнер определяет чувствительность и избирательность приемника.
Видеопроцессор (ВПЦ) – устройство обработки сигналов изображения и звукового сопровождения. По уровню обрабатываемого сигнала его иногда называют устройством обработки сигналов малого уровня. На вход видеопроцессора поступает ТВ-радиосигнал на промежуточной частоте. С выхода видеопроцессора снимаются сигналы основных цветов (R, G, В), НЧ-сигнал звукового сопровождения, сигналы управления генераторами строчной и кадровой разверток. В видеопроцессоре размещены радиоканал, канал сигнала звукового сопровождения, канал яркости, канал цветности, задающие генераторы строчной и кадровой разверток, устройство синхронизации ТВ–приемника.
Выходные каскады ТВ–приемника предназначены для согласования оконечных устройств приемника с видеопроцессором. В состав выходных каскадов входят: выходные каскады канала строчной развертки, выходной каскад канала кадровой развертки, выходные каскады канала изображения (плата кинескопа), выходной каскад канала звукового сопровождения.
Выходные каскады формируют сигналы достаточно большого уровня, необходимого для нормальной работы устройств.
