1. Развитие современного цифрового телевидения.

1.1 Предпосылки к появлению цифрового телевидения.

О возможности преобразования телевизионного сигнала в цифровую форму инженеры всерьез задумались уже в начале 70-х годов, когда при Европейском вещательном союзе (EBU) и в МККР в 1972 и 1974 годах соответственно были созданы специальные исследовательские группы по цифровому ТВ. В их задачу входила координация работ по согласованию технических требований к будущим системам цифрового вещания и разработка путей их практической аппаратурной реализации. Это было очень своевременное решение, так как уровень развития электронной техники уже тогда обеспечивал возможность передачи телевизионных изображений в цифровой форме. Что и было вскоре доказано на практике. Однако опытные образцы цифровой техники тех лет были чрезвычайно громоздки, а для трансляции требовались очень широкополосные каналы. (Согласно Рекомендации CCIR-601 скорость цифрового потока цветной картинки студийного качества составляет 270 Мбит/с.) Ясное дело, что в условиях постоянной нехватки драгоценного радиочастотного ресурса никто в то время всерьез и не рассматривал возможность передачи подобных широкополосных цифровых сигналов. Тем не менее, радиоинженеры уже тогда с оптимизмом смотрели в будущее цифрового ТВ, так как были прекрасно осведомлены о высокой статистической избыточности сигнала. Ведь каждому известно, что на самом-то деле разница между двумя соседними телевизионными кадрами для большинства сюжетов очень мала. Очевидно, что если вместо полной последовательности передавать только ключевые (опорные) сцены и информацию об изменении этого исходного изображения от кадра к кадру, то цифровой поток видеоданных при этом можно сжать раз в 50, причем практически без потери качества картинки. В середине 70-х годов, почти одновременно в ряде стран (в том числе и в СССР) были разработаны алгоритмы устройств компрессирования видеосигналов и созданы их действующие прототипы, наглядно продемонстрировавшие возможность сжатия в несколько раз потока данных сигнала. Например, советские ученые еще в 1982 году продемонстрировали аппаратуру, позволяющую передавать цифровой телевизионный сигнал в полосе частот всего 34 МГц. Однако на элементной базе тех лет и приемная, и передающая части цифрового тракта получались чрезвычайно сложными и дорогими, имели низкую надежность, и поэтому о каком-либо практическом использовании цифровой компрессии в телевидении тогда и речи быть не могло. Но работы продолжались и вскоре увенчались успехом.

В 1991 году специальной рабочей “группе экспертов по движущимся изображениям” MPEG (Moving Picture Experts Group), созданной Международным союзом телекоммуникаций ITU для разработки алгоритмов кодирования видеосигналов, удалось найти очень удачный и эффективный алгоритм MPEG-1. Первоначально он предназначался только для записи подвижного видеоизображения на компьютерные CD-ROM, но затем область применения стандарта была значительна расширена. К примеру, на основе этого алгоритма фирмой Philips был создан интерактивный носитель CD-i, получивший, в свою очередь, дальнейшее развитие в дисках формата Video-CD. С помощью MPEG-1 цветная картинка с уровнем качества VHS (да еще и со стерео звуковым сопровождением “качества компакт-диска”) удавалось ужать до скоростей порядка 1,5 Мбит/с. Это была уже серьезная заявка на практическую реализацию цифрового телевидения. К тому же возможности микроэлектроники начала 90-х годов уже позволяли создать декодер MPEG-1 всего на одном чипе (микросхеме). Вдохновленные успехом, “эксперты по подвижным картинкам” в 1993 году разрабатывают еще более совершенный алгоритм цифрового компрессора видеосигнала, известный как MPEG-2. Этот стандарт, опубликованный в 1994 году, дает возможность более эффективно “упаковывать” высококачественное цветное изображение вещательного качества в цифровой поток со средней скоростью 3 Мбит/с. В принципе, MPEG-2 позволяет передавать телевизионные сигналы как с большими (до 15 Мбит/с), так и с меньшими скоростями (начиная с 1,5 Мбит/с) цифрового потока, при этом качество изображения напрямую связано с величиной скорости передачи данных. Благодаря более совершенному алгоритму обработки видеоизображения, даже при низкой скорости потока картинка MPEG-2 все равно получается значительно лучшей, чем может обеспечить аппаратура MPEG-1 при тех же условиях. Создание MPEG-2 стало настоящим технологическим прорывом в области цифровой обработки видеосигналов.

Разработка эффективного алгоритма сжатия была хотя и необходимым, но все же недостаточным условием для появления цифрового ТВ. Ведь сигнал нужно было еще и донести до зрителя. Наиболее просто эта проблема решается в каналах спутникового ТВ, у которых широкая полоса частот в 27 МГц и практически нет отраженных сигналов. В столь хороших условиях, даже относительно простая в аппаратной реализации квадратурно - фазовая манипуляция QPSK (Quaternary Phase Shift Keying), используемая в системе цифрового спутникового телевидения DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite), обеспечивает прекрасные результаты. Суть этого метода заключается в фазовой манипуляции (то есть модуляции с фиксированными дискретными значениями изменяемого параметра) несущей частоты спутникового канала. При этом фаза несущей в соответствии с поступающим на вход модулятора цифровым сигналом DVB принимает одно из 4 фиксированных значений (+45, -45, +135 и -135 градусов относительно начального значения фазы). Для обнаружения и коррекции одиночных и групповых (пакетных) ошибок в передаваемой программе транспортный поток данных дополнительно кодируется помехоустойчивым кодом Рида - Соломона с перемежением битов. Так как все основные компоненты и технологии, применяемые в DVB-S, были известны и хорошо “обкатаны” к началу 90-х годов (QPSK-модуляция, к примеру, с 80-х годов широко использовалась в цифровой телефонии), эта система была разработана и освоена в рекордно короткие сроки. Передачи по системе DVB-S начались спустя всего 2 года после опубликования стандарта MPEG-2. Пионером внедрения “цифры” в телевидение стала Германия, где еще в мае 1996 г. компания DF1 начала регулярные трансляции своих программ в стандарте DVB-S. Несколько позже во Франции начались трансляции цифрового телевидения Canal Plus. Эти программы также были платными, но французы охватили своим вещанием не только Францию, но и Испанию, Италию, Бельгию с примкнувшим к ней Люксембургом. Скандинавию, а также Польшу и еще целый ряд стран. Сегодня аудитория цифрового телевидения DVB-S в Европе насчитывает уже десятки миллионов зрителей (в том числе и в России) и продолжает расти. Ведь помимо улучшенного качества картинки “цифра” позволила значительно увеличить количество принимаемых программ, поскольку в полосе частот одного аналогового канала можно передавать сразу несколько цифровых сигналов. Да и стоимость самого простого цифрового приемника-приставки к телевизору STB/DVB-S уже упала до приемлемых значений, что сделало его доступным практически любому жителю Европы. Правда, сегодня большая часть цифровых спутниковых каналов являются платными, и для их просмотра необходимо купить более сложный приемник со сканером для пластиковой смарт-карты. Кроме того, владельцам подобных STB приходится вносить еще и абонентскую плату.

В России платным цифровым телевещанием занимается “НТВ+”. Эта ведущая российская телекомпания практически не отстала по времени от развитых государств мира. Правда, к большому сожалению, нужно признать, что все оборудование, включая приемники-приставки STB к телевизорам, в первом “русском” проекте цифрового телевидения пока только импортного производства. Однако недавно на одном из российских оборонных заводов началась подготовка к выпуску подобного приемника по лицензии одной известной зарубежной фирмы из поставляемых ею комплектующих изделий.

Несмотря на относительно большую аудиторию спутникового телевидения DVB-S, по-настоящему цифровым вещание станет только с переходом его на “цифру” в наземных и кабельных сетях. В прошлом году во многих других европейских государствах начались опытные передачи наземного ТВ в стандарте DVB-T: в Германии, Нидерландах, Финляндии, Англии, Франции, Италии и Дании. Если все пройдет по плану, то регулярное наземное вещание по стандарту DVB-T начнется в Ирландии, Норвегии и Финляндии уже осенью этого года. Франция и Италия также объявили, что они приступят к передачам DVB-T в 2001 году, а Германия и Нидерланды - не позднее 2002-го. Для того, чтобы убедиться в преимуществах цифрового вещания DVB-T, достаточно лишь поставить рядом два телевизора - обычный и цифровой - и настроить их на прием одной и той же программы. При приёме программы цветного ТВ на комнатную антенну в железобетонном здании в городе на картинку на экране аналогового ТВ было просто неприятно смотреть, так как она постоянно искажалась. Более того, на ней периодически сбивалась кадровая синхронизация, и изображение начинало бежать по экрану. А вот картинка на экране телевизора DVB-T всегда остается “кристально чистой”.

 

1.2 Внедрение ЦТВ в России.

В России работы по внедрению наземного цифрового ТВ ведутся уже 3 года. Более того, уже начались опытные передачи по европейской системе DVB-T. Летом 2000 года запущен цифровой передатчик в Нижнем Новгороде, а зимой - в Санкт-Петербурге. На будущий год, планируется начало цифрового вещания в Москве, где “под цифру” уже выделен 32-й канал. Интересно, что значительная часть оборудования для экспериментов, включая кодер MPEG-2 и передатчик цифрового телевизионного сигнала, разработана российскими учеными и изготовлена на отечественных предприятиях. До конца 2001года Зелено-градский НИИ “Научный центр” при участии МНИТИ (Московский научно-исследовательский телевизионный институт) должен разработать, а в начале следующего года изготовить отечественный цифровой приемник-приставку к телевизору. А на Санкт – Петербургском телевизионном “Заводе им. Козицкого” совместно с МНИТИ начались работы по созданию гибридного аналого-цифрового телевизора, который наряду с программами обычного вещательного телевидения сможет также принимать и передачи наземного цифрового. Серийный выпуск таких аппаратов может начаться уже в ближайшие год-два.

Переход на “цифру” (по крайней мере, на первом этапе) предполагает замену аналогового сигнала цифровым с сохранением существующего стандарта разложения растра, поэтому он может быть воспроизведен любым цветным и даже черно-белым телевизором при помощи внешней STB-приставки. С учетом этого, а также еще целого ряда других технических факторов, европейский стандарт DVB-T был выбран в качестве основы для отечественной системы цифрового телевидения, и экспериментальное вещание в России будет проводиться именно по этой системе.

Ориентировочной датой окончательного перехода к стандарту DVB-T всех членов Евросоюза называется 2015 год.

В силу ряда технических и экономических причин европейская система DVB-T и сценарии ее внедрения в европейских странах не могут быть непосредственно реализованы в России без всестороннего предварительного изучения этого вопроса и проведения экспериментального вещания.

Из всего вышесказанного следует, что актуальность исследований и разработок в области цифрового ТВ

в России очень велика. И хотя стандарт наземного телевещания уже выбран, необходимо детально разобраться в преимуществах тех или иных стандартов модуляции и передачи цифровых сигналов.

Читать дальше

 

на главную страничку | оглавление