В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Юрий Ковалгин
Профессор Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф.М.А. Бонч-Бруевича
К настоящему времени в мире четко сформировались две разные платформы цифровых технологий для РВ и ТВ: 1) DAB, DRM, DVB (с наземной DVB-T, кабельной DVB-C, спутниковой DVB-S разновидностями); 2) ATSC (Dolby АС-3). Первая из них стала популярной в Европе, вторая — в США. В России следует ориентироваться на систему DVB: по алгоритмам компрессии (MPEG-2 и MPEG-4), методам цифровой модуляции (COFDM/QPSK и COFDM/QAM) и помехоустойчивому кодированию (коды Рида-Соломона, CRC-код) она имеет ряд преимуществ перед платформой ATSC, особенно в части, относящейся к мобильному радиоприему и радиоприему в городах с разноэтажной застройкой
Общие сведения
Заметим, что алгоритмы компрессии цифровых аудиоданных, изложенные в стандарте MPEG-4 (алгоритм сжатия ААС, параметрическое кодирование высококачественных звуковых сигналов, CELP-кодер при передаче речи), предполагается использовать прежде всего в системе цифрового радиовещания DRM, предназначенной для замены аналогового радиовещания в диапазонах с амплитудной модуляцией. Пока завершено только экспериментальное испытание системы DRM; по данным этих испытаний она рекомендована для внедрения, однако серийного производства приемопередающей аппаратуры, необходимой специализированной элементной базы пока еще нет. Внедрение системы DRM в России можно перенести на некоторое время.
Основное внимание в нашей стране сегодня следует уделить системе DVB, так как для ее внедрения в практику РВ и ТВ уже созданы все предпосылки: в Европе и ряде других стран существует реальное производство передающей, каналообразующей и приемной аппаратуры системы DAB, освоено серийное производство соответствующей элементной базы для этой аппаратуры. Важно, что часть этих технологий у нас уже широко используется и, самое главное, все применяемые алгоритмы понятны специалистам и по этой причине могут быть реализованы при разработке соответствующей аппаратуры, если, конечно, в качестве основной элементной базы опираться на европейскую (имеются в виду прежде всего программируемые сигнальные процессоры). Также в рамках этой платформы возможен постепенный переход к уровню сжатия Layer 3 и многоканальной стереофонии звуковых форматов 3/2и5.1.
Система цифрового радиовещания включает следующие основные элементы:
Оборудование каналов доставки программ
Здесь мы имеем наиболее благоприятную ситуацию, если говорить об аппаратуре со сжатием аудиоданных. В России для каналов 
доставки программ уже сегодня выпускается следующее оборудование.
"Рабита": (ЦВ-128/256-2048) — сертифицированная многоканальная аппаратура с использованием кодирования звука по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2, с мультиплексированием цифровых потоков звуковых сигналов с полосами частот 30-7000, 30-15 000 и 20-20 000 Гц при скоростях передачи на канал соответственно 64, 128 и 128/192 кбит/с, а также защищенностью от шума 82 дБ (рис. 1). Линейный код HDB3 позволяет осуществить стык как с радиомодемами, так и с кабельными линиями связи. Структура данных цифрового потока соответствует Рек. МККТТ G.704. Оборудование имеет интерфейс группового потока Рек. МККТТ G.703, допустимый коэффициент ошибок в принимаемом цифровом потоке 10~7. Построение данной аппаратуры секционное; она генерирует тест-сигналы для оперативного контроля параметров каналов. Максимальное число звуковых сигналов, обрабатываемых одной секцией, равно 22.
"Рабита-С" (ЦВ-Пд-64/128 и ЦВ-Пм-64/128) — сертифицированное спутниковое оборудование с использованием кодирования сигналов звука по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2, с модуляцией промежуточной частоты 70±18 МГц методом QPSK, со сверточным помехоустойчивым 
кодированием; декодированием по алгоритму Виттерби, со скоростью передачи данных 64, 128 и 256 кбит/с, скремблированием информации по Рек. V.35 (рис. 2). Допустимая частотная неопределенность принимаемого сигнала составляет не менее ±25 кГц при среднем времени вхождения в режим синхронизации 0,7 с. Максимальное число звуковых сигналов, обрабатываемых одной секцией, равно 2.
"Рабита-ИКМ" (ЦВ-Пд-2048/ИКМ и ЦВ-Пм-2048/ИКМ) — оборудование для подачи сигналов ЗВ по каналам цифровой аппаратуры ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, с цифровым потоком Е1 (Рек. МККТТ G.704), с использованием сжатия 4 сигналов звука по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2 и 
помехоустойчивым кодированием по Рек. МСЭ J.52 (рис. 3). Интерфейс оборудования — G.703 (код HDB3); допустимый коэффициент ошибок в принимаемом цифровом потоке 10~5; секционное исполнение; максимальное число звуковых сигналов, обрабатываемых одной секцией, равно 4.
"Рабита-4К" (ЦВ-Щ-4К и ЦВ-Пм-4К) — аппаратура для подачи звуковых сигналов по линиям малоканальной передачи с использованием сжатия 4 сигналов звука по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2, помехоустойчивым кодированием по Рек. МСЭ J.52 и передачей сигналов ЗВ через низкоскоростные интерфейсы Х.21 и V.35 (рис. 4). Допустимый коэффициент ошибок в принимаемом цифровом потоке 10~5; исполнение секционное; максимальное число звуковых сигналов, обрабатываемых одной секцией, равно 4.
DVB/MPEG-2-кодер (ЦТВ-К) — устройство для преобразования сигнала изображения и звукового сопровождения в цифровую форму со сжатием информации по стандарту MPEG-2 ISO/IEC 13818, обеспечивающее формирование однопрограммного цифрового транспортного потока из цифровых потоков изображения и звука, а также дополнительную информацию и помехоустойчивое кодирование транспортного потока кодом Рида-Соломона с перемежением (рис. 5). Скорости транспортного цифрового потока - от 2 до 32 Мбит/с.
DVB / MPEG-2-приемник-декодер (ЦТВ-ПДк) — устройство с входным сигналом, представляющим собой транспортный поток ISO/IEC 13818 с помехоустойчивым кодированием кодом Рида-Соломона и перемежением, транспортный поток ISO/IEC 13818, поток E2 Рек. ITU G.704 и поток E3 Рек. ITU G.751, сигнал DVB-S на несущей частоте в диапазоне L, выходные сигналы изображения и звука аналоговые и цифровые (рис. 6). Форматы сжатия - MPEG-2 ISO/IEC 13818.
DVB / MPEG-2-мультиплексор (ЦТВ-МТП) и демультиплексор (ЦТВ-ДМТП) — устройства для формирования группового транспортного потока стандарта MPEG-2 
ISO/IEC 13818-1 из асинхронных транспортных потоков РВ и ЗВ, потоков данных и т.п. Коррекция ошибок во входных транспортных потоках осуществляется посредством декодирования потока кодом Рида-Соломона, а помехоустойчивое кодирование выходного транспортного потока - кодом Рида-Соломона с перемежением.
"Декарт" — аппаратура, в которой используется сжатие ЗС по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2, G.703 или 2 стыка V.35. В ее разработке использованы процессоры фирмы Analog Devices. Конфигурация - фиксированная. Существует возможность организации только дуплексных каналов и передачи звуковых сигналов с полосами 50-10 000 и 20-20 000 Гц.
Совместно с СПбГУТ завершена разработка кодека сжатия цифровых аудиоданных по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 3 (MP3), в котором использованы 
процессоры фирмы Analog Devices (это экспериментальный образец, проходящий экспериментальную проверку).
"Отзвук" — аппаратура, в которой используется сжатие ЗС по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2. Передающее и приемное оборудование включает до 7 кодеров и декодеров. Каждый кодер преобразует входной аналоговый звуковой сигнал в последовательность 16-разрядных ИКМ-отсче-тов при частотах дискретизации 32 или 48 кГц. Далее этот первичный цифровой поток со скоростью 512 или 768 кбит/с сжимается в соответствии со стандартом MPEG-1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2. Компрессированные сигналы в передающей части аппаратуры могут быть объединены и введены в поток со скоростью 2,048 Мбит/с, или при наличии блока V.35 формируются потоки со скоростью 64 (или 128, 192, 256 кбит/с). Любой блок V.35 имеет три независимых порта, каждый из которых передает цифровые данные с выхода одного кодера. В приемном оборудовании выполняются обратные преобразования. Конфигурация функциональных блоков кодеров/декодеров любая, в соответствии с пожеланиями заказчика, при этом имеется возможность организации как дуплексных, так и симплексных каналов, а также передачи звуковых сигналов (с полосами частот 50-7000, 50-10 000, 30-15 000 и 20-20 000 Гц) и ветвление цифровых потоков.
Digiline (рис. 7) -цифровое оборудование для передачи по линиям связи звуковых сигналов РВ и ТВ и данных от аппаратно-студийного комплекса к удаленному передатчику. Настройка и диагностика данного оборудования выполняется компьютером через USB-интерфейс. Предусмотрена также эффективная защита настроек от несанкционированного доступа при эксплуатации. В настоящее время производятся три основные разновидности данного оборудования: Digiline Audio V.35, Digiline A/E1, Digiline AES/E1. Аппаратура Digiline Audio V.35 имеет интерфейс связи V.35, аналоговый (симметричный) и цифровой (AES/EBU) входы (кодер) и выходы (декодер), интерфейс внешнего управления USB, интерфейс управления периферийными устройствами RS-232. С помощью одного комплекта (секции) можно передать два моно- или один стереосигнал при алгоритме сжатия по стандарту MPEG-1 ISO/IEC 11172-3 Layer 2. Частоты дискретизации ЗС составляют 8; 16; 24; 32; 44,1; 48 кГц, разрядность АТТТТ/ТТАТТ - до 24 бит/отсчет, полоса частот ЗС -20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ не более 0,5 дБ во всей полосе частот, отношение сигнал-шум более 96 дБ, коэффициент гармоник менее 0,03%. В аппаратуре Digiline A/El и Digiline AES/E1 цифровой интерфейс для связи передающей и приемной секций соответствует Рек. МККТТ G.703, число входов/выходов кодека равно 15 (Digiline A/E1) и 2 (Digiline AES/E1); все остальные параметры и возможности данных кодеков аналогичны.
Модем МД-ТВ предназначен для передачи видеосигнала одной телевизионной программы и до 4 каналов звукового сопровождения (или программ радиовещания) высшего класса качества по трактам РРЛ.
Кодер КТВМ-200 предназначен для цифрового телевидения и обеспечивает сжатие данных по стандарту MPEG-2 (ISO/IEC 13818) одной телевизионной программы - канала изображения и стереоканала звукового сопровождения.
Декодер ДТВМ-200 предназначен для выделения одной телевизионной программы потока стандарта MPEG-2 канала изображения и стереоканала звукового сопровождения из однопро-граммного или многопрограммного цифрового транспортного потока, сформированного по стандарту ISO/IEC 13818; декодирования каналов изображения и звукового сопровождения.
Оборудование MF-20 имеет функции модулей кодера и декодера стандарта MPEG- 1 ISO/IEC 11172-3, Layer 2. MF-20 позволяет гибко размещать цифровой поток от кодера (кодеров) в необходимых временных позициях потока Е1. Информация от кодеров мультиплексируется в общий групповой поток и передается через интерфейсы типа V.10,V.11, V.28, V.35, V.36 . Формат группового потока — IESS-309. Количество каналов звукового вещания определяется числом установленных модулей кодера в конструкцию. Например, можно максимально организовать 26 стереоканалов высшего класса и распределить их в 6 потоков Е1. Скорость цифрового потока при передаче одного звукового сигнала с полосой частот 20-20 000 Гц составляет 128 кбит/с, а для канала с полосой частот 40-15 000 Гц соответственно 64 кбит/с; защищенность от шума в полосе передачи не хуже 80 дБ, величина нелинейных искажений не более 0,05%.
Компьютерные платы и аппаратно-программное обеспечение предназначено для сжатия цифровых аудиоданных в формате MPEG ISO/IEC 11172-3 Layer 2 и Layer 3 (MP3).
Компьютерные станции радиомониторинга эфира радиостанций с записью звука на жесткий диск компьютера с включением упрощенных алгоритмов сжатия предназначены для повышения степени сжатия.
Платы для формирования, приема и передачи цифровых звуковых потоков с интерфейсами V.35 и G.703/E1, профессиональные звуковые карты - для обработки цифровых аудиосигналов.
Отметим, что аппаратура DVB/MPEG-2, обеспечивающая высококачественную передачу и прием цифровых ТВ- и ЗВ-сигналов по каналам связи с коэффициентом ошибок до 10~4, находится в эксплуатации с 2001 года. Кодеки со сжатием аудиоданных изготовляются в России на цифровых сигнальных процессорах типа TMS320C62 или фирмы Analog Devices различных модификаций, например ADSP21060, ADSP21062, ADSP21065, ADSP21160, ADSP21161 с тактовыми частотами 40, 60, 80 и 100 МГц. Эта элементная база доступна в России, и при проведении ОКР следует ориентироваться на нее. Можно сказать, что проблема производства аппаратуры стандарта MPEG-2 для организации каналов доставки программ ТВ и РВ более или менее в России решена. Здесь следует говорить лишь о постепенном переходе от уровня Layer 2 к Layer 3 и о вопросах, связанных с организацией таких каналов на действующей сети трактов первичного распределения программ. Заметим, что этот переход позволит уменьшить скорость цифрового потока при передаче одного высококачественного звукового сигнала с полосой частот 40-15 000 Гц до 64 (моно) и до 96x2 (стерео) кбит/с (при искажениях, лежащих ниже порогов их слуховой заметности). Дополнительный учет маскировки во временной области позволяет уменьшить ее еще на 20% по отношению к исходной величине.
Продолжение следует...
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #6, 2003
Посещений: 16842
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
