В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Стандарт DVB-S2, разработанный в 2003 году, является последующей модификацией стандарта систем спутникового цифрового телевидения DVB-S. Он объединил в себе преимущества последних достижений в области канального кодирования (коды LDPC) и возможности использования множества типов модуляции (QPSK, 8PSK, 16APS, 32APSK). Система DVB-S2 удовлетворяет требованиям различных спутниковых вещательных приложений, среди которых:
Новый стандарт поддерживает модуляции QPSK (2 бит/Гц), 8PSK (3 бит/Гц), 16APSK (4 бит/Гц) и даже 32APSK (5 бит/Гц). По сравнению с QAM схема модуляции APSK позволяет легко компенсировать нелинейность транспондера. Другими принципиальными отличиями и преимуществами по сравнению с DVB-S являются: возможность комбинировать в одной несущей различные потоки данных; имеется поддержка режимов с переменным и адаптивным кодированием и модуляцией.
По сравнению с предыдущим стандартом при равных условиях передачи DVB-S2 позволяет передавать на 30% больше данных в тех же полосах частот. Другими словами, DVB-S2 требует на 30% меньше ширины полосы частот, чем эквивалентный сигнал в DVB-S. Это очевидным образом сказывается на стоимости аренды космического сегмента.
С момента выхода в свет в 1996 году первого документа, определявшего стандарт эфирного цифрового телевидения DVB-T, было опубликовано пять новых документов, описывающих эфирные цифровые технологии. Осенью 2009 года появился новый стандарт эфирного цифрового телевидения - DVB-T2. Основные его известные отличия по сравнению со стандартом DVB-T затрагивают канальное кодирование и модуляцию сигналов и включают:
В настоящее время ведущие западные производители цифрового оборудования освоили выпуск канального и абонентского оборудования для стандарта DVB-T2. Общим достоинством некоторых абонентских приставок является то, что они могут поддерживать два стандарта компрессии - MPEG-2 и MPEG-4 (H.264/AVC), а также обеспечивают возможность приема телевидения высокой четкости (ТВЧ).
Основным преимуществом применения новых технологий канального кодирования и компрессии видеосигналов является возможность увеличения количества ТВ-программ, которые можно передать в одном стандартном частотном канале шириной 8 МГц. Для примера в табл. 1 показаны известные возможности систем эфирного телевидения стандарта DVB-T/T2 при использовании стандарта компрессии MPEG-2 или MPEG-4 (H.264/AVC).
Становление систем кабельного телевидения имеет свой долгий путь самостоятельного развития. В начале 50-х годов прошлого века в США начали строить первые системы аналогового кабельного телевидения (КТВ) на основе коаксиального радиочастотного кабеля. Кабельные каналы передачи видеоинформации в большей степени защищены от действия атмосферных и индустриальных помех и обладают высокой помехоустойчивостью. Основным достоинством кабельной сети ТВ-вещания является обеспечение высокого качества радиосигналов, которое зависит только от параметров самой сети и используемого оборудования.
В ряде случаев, например при нахождении антенны ТВ-приемника абонента в зонах плохой радиовидимости (в условиях плотной городской застройки, высоких зданий и строений), уровень радиосигнала наземного ТВ-вещания может быть недостаточным для качественного приема ТВ-программ. В этом случае единственным выходом является использование системы КТВ (конечно, при отсутствии возможности установки индивидуальной антенны спутникового телевидения).
Переход к цифровым методам обработки и передачи сигналов коснулся и систем кабельного телевидения. Передача цифровых сигналов вещательного телевидения по кабельной сети регламентируется стандартом DVB-C. В 1998 году на сессии рабочей группы ITU в Женеве был одобрен основополагающий стандарт J.112, определяющий методы передачи данных по сетям кабельного телевидения. Он получил название Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS). Стандарт EuroDOCSIS регламентирует принятое для Европы распределение частот прямого и обратного каналов, оговаривает работу с полосой 8 МГц. Он предусматривает поток к абоненту при 64 QAM до 38 Мбит/с и при 256 QAM до 52 Мбит/с, получение данных от абонента до 10,24 Мбит/с при использовании 16 QAM.
Фактически структура системы цифрового вещания по кабельной сети стандарта DVB-C максимально гармонизирована со структурой системы спутникового цифрового телевидения DVB-S. Системные уровни DVB-S2 и DVB-C2 тоже очень близки, что позволяет легко конвертировать спутниковый сигнал в формат, регламентированный для кабельных сетей. Стандарт DVB-C2 предусматривает то же помехоустойчивое кодирование LDPC, которое ранее было заложено в стандарты DVB-T2 и DVB-S2.
Методы инверсии каждого восьмого байта для цикловой синхронизации, рандомизации, перемежения и кодирования RS-кoдом не имеют отличий от аналогичных методов и устройств в системах DVB-S и DVB-T. Принципиальной особенностью систем цифрового вещания по кабельной сети является возможность передачи информации от провайдера контента к абоненту (широкополосный прямой канал) и от абонента к провайдеру (узкополосный обратный канал) для передачи запросов или ответов. Рекомендуется использовать диапазоны частот 70-130 МГц и/или 300-862 МГц для прямого канала и частично диапазон частот 5-65 МГц для обратного канала.
Появление нового стандарта DVB-C2 открывает возможность развития кабельных сетей для передачи потребителю видеосигналов большого числа ТВ-программ. Стандарт предусматривает применение LDPC-кодирования и использование QAM-модуляции с размерностью вплоть до 4096 QAM. Основным отличием DVB-C2 от DVB-C является применение COFDM вместо одной QAM-модулированной несущей. Благодаря хорошо известной, проверенной на практике устойчивости к различным видам канальных искажений (например, многолучевым отражениям или узкополосным помехам) COFDM применяется большинством современных одно- и двунаправленных технологий передачи.
Рождение стандарта мобильного цифрового телевидения DVB-H для стран Европы следует отнести к 2003 году. Данный стандарт оговаривает прием ТВ-программ на мобильные ТВ-приемники, которые могут находиться в движении, располагаться в автомобилях, других транспортных средствах и т.д. Уже в 2004 году в Великобритании начали проходить тестовые испытания систем мобильного телевидения стандарта DVB-H.
По принципу построения и своей структуре этот стандарт мобильного цифрового телевидения близок к стандарту DVB-T. Здесь также используется модуляция сигнала типа COFDM. В приемниках стандарта DVB-H, кроме режимов 2К и 8К, предусмотрен режим 4К для повышения помехоустойчивости передаваемых сигналов. Поскольку размер экрана мобильных ТВ-приемников сравнительно невелик (начиная с формата CIF 352x288 икс), минимальная скорость передачи цифрового потока может составлять порядка 200-400 кбит/с. Характер ТВ-передач, которые рассчитаны на их прием мобильными пользователями, - новости, короткие ТВ-сюжеты, прогноз погоды и т.д. Здесь также предусматривается просмотр ТВ-программ в режиме ”видео по запросу". Внедрение систем мобильного цифрового телевидения неразрывно связано с подготовкой и подбором специального контента для целей мобильного вещания.
В середине 2006 года в Италии были ведены в коммерческую эксплуатацию сети стандарта DVB-H. Наряду с Великобританией наибольшее развитие мобильное телевидение получило вначале в Южной Корее, а затем в лидеры по числу пользователей вышли Япония и США. В этих странах используется стандарт, отличный от европейского стандарта DVB-H. В 2009 году на выставке “Связь-Экспокомм-2009” оператор мобильной связи “Билайн" представил свою новую разработку - мобильное телевидение стандарта DVB-H. Построенная сеть обеспечивает цифровое качество приема практически на всей территории Москвы (около 90%) в пределах МКАД.
Мобильное цифровое телевидение стандарта DVB-H в России только зарождается, но у него уже есть конкуренты. Трансляцию видеосигнала некоторых эфирных и спутниковых каналов в настоящее время организует оператор мобильной связи “Скай Линк". Надо отметить, что на рынке услуг связи будут присутствовать обе технологии - как DVB-H, так и мобильное телевидение на базе 3G.
К 2012 году в Москве и Сочи планируется организовать опытные зоны вещания российской аудиовизуальной информационной системы (РАВИС). Новый стандарт цифрового вещания разработан ФГУП “Главный радиочастотный центр”. По замыслам его создателей (коллектива под руководством проф. В.П. Дворковича) он может использоваться для цифрового радиовещания и мобильного цифрового телевидения. РАВИС предназначена для приема аудио- и видеосигналов в движущемся транспорте, в условиях плотной городской застройки, а также в районах со сложным рельефом местности. Ее основные базовые характеристики:
Современное развитие видеоинформационных технологий и систем телевидения за прошедшее время и их становление показывают самостоятельное решение ряда вопросов по построению систем вещательного телевидения и выбранных параметров ТВ-изображений в отдельных передовых странах мира. Надо справедливо отметить, что в первую очередь это было связано с объективными и субъективными причинами. Они определили стандарт первых вещательных черно-белых ТВ-систем. Это число выбранных строк и передаваемых в секунду кадров ТВ-изображения (525/60, 625/50 и др.), рабочая полоса частот для передачи сигналов и пр.
Выполнение условий совместимости вновь внедряемых систем цветного телевидения в 50-е годы прошлого столетия породили создание различных систем цветного телевидения типа NTSC, PAL и SECAM. При внедрении систем цифрового телевидения в начале XXI века для передачи сигналов по спутниковым, эфирным и кабельным линиям связи появились новые видеоинформационные технологии и стандарты цифрового телевидения типа DVB, ATSC, ISDB и их разновидности, которые, естественно, имеют свои преимущества и недостатки. Все это говорит о том, что в ближайшей перспективе будут вуалировать свои самостоятельные подходы к стандартам систем цифрового телевидения в передовых странах мира, и, может, когда-нибудь примут единый стандарт систем вещательного телевидения для всей нашей планеты. Это будет возможным только при появлении новых принципов формирования и передачи сигналов, отличных от существующих при получении ТВ-изображений.
На сегодня известны различные виды видеоинформационных систем прикладного телевидения, поэтапное развитие которых было неразрывно связано и определялось достижениями в смежных областях науки и техники, а также потребностями в получении текущей видеоинформации о состоянии объектов с использованием средств телевидения. Сюда в первую очередь следует отнести специализированные системы телевидения, имеющие целевое применение в различных сферах деятельности людей для контроля объектов в наблюдаемом пространстве (рис. 1). Конкретные задачи и условия применения обуславливают построение отдельных прикладных ТВ-систем, их состав, методы формирования сигналов, обработку и доведение получаемой информации до потребителя.
Информационно-измерительный и управляющий характер использования видеоинформации обусловлен непрерывно возрастающей тенденцией автоматизации процессов контроля, измерения параметров объектов и управления различными процессами. Главной особенностью применения таких систем телевидения является возможность их отнесения к средствам пассивной локации по сравнению с известными активными системами, например лазерными дальномерами и более энергоемкими, громоздкими радиолокационными системами. Неоспоримым достоинством ТВ-систем является их скрытность по сравнению с активными системами локации, мобильность, возможность проведения измерений на объектах без своего обнаружения, на объектах, находящихся в движении или в труднодоступных и опасных для человека условиях.
Среди прикладных систем телевидения важное место отводится системам многоракурсного телевидения. Сферы применения систем многоракурсного телевидения определяются экстремальными видами деятельности человека, а также существованием потребности в дистанционном получении видеоинформации об объектах при выполнении работ в недоступных по каким-либо причинам средах, либо присутствие человека является нежелательным или физически невозможным. Например, на объектах в ядерной энергетике, атомной, химической, энергетической, нефтеперерабатывающей или газовой промышленности, взрывоопасном производстве и на иных объектах в других отраслях народного хозяйства, промышленности, науки и техники.
Видеонаблюдение объектов окружающего пространства с помощью систем многоракурсного телевидения может быть осуществлено при их установке на наземных, подземных, надводных, подводных либо воздушных (космических) средствах, или в различных закрытых наземных и подземных помещениях и сооружениях, в технических отсеках подводных плавательных средств, надводных кораблей, космических летательных аппаратов и др. Круговой обзор может быть достигнут с помощью многоракурсной передающей ТВ-камеры, внутри которой на некоторой поверхности, например по периметру окружности с радиусом R, располагается несколько синхронных ТВ-датчиков, каждый из которых имеет свой угол и сектор обзора объектов окружающего (кругового) пространства.
Социально-экономический эффект от использования указанных прикладных систем телевидения очевиден, их экономическая рентабельность будет определяться стоимостью получаемой полезной видеоинформации для каждого их вида. Например, за счет осуществления видеомониторинга социально значимых и важных государственных объектов и производств, обеспечения безопасности людей, оперативного контроля наземных, водных и воздушных объектов, при чрезвычайных ситуациях и др.
Масштабность возможного использования прикладных ТВ-систем сравнительно велика. Она определяется сферой их конкретного применения, среди характерных примеров можно привести:
В последние годы широкое распространение получает передача мультимедийной информации в сетях связи. Это стало возможным благодаря процессам интеграции информационных сетей и их глобализации, а также появлению потребности со стороны различных организаций и учреждений, деловых и коммерческих структур, отдельных пользователей в доступе к новым мультимедийным услугам. Они начинают широко использоваться для информационно-познавательной, учебно-образовательной, научной, деловой, управленческой, коммерческой, охранной или иной деятельности людей.
Интегрированные услуги связи при передаче данных образуются за счет предоставления пользователям некоторого числа отдельных услуг:
Предоставление операторами связи на рынке сбыта товарной продукции видеоинформационных услуг совместно с имеющимися услугами связи обеспечат логическое расширение их спектра и определят новый этап в сфере деятельности передовых телекоммуникационных компаний на ближайшие годы. На рис. 2 показаны основные виды видеоинформационных технологий и мультимедийных услуг в IP-сети.
Хотя тактика предоставления новых услуг на данном этапе будет ориентирована только на высокодоходного пользователя, тем не менее главная цель - доведение их до среднего и малого бизнеса и даже до массового пользователя. Такой массовый пользователь IP-услуг значительно быстрее “созреет" для этого по сравнению с имевшим место в конце 40-годов прошлого столетия процессом внедрения ТВ-вещания для населения нашей страны.
Сегодня известные системы телевидения прочно вошли в повседневную жизнь большинства людей и являются теперь ее неотъемлемой частью. Это произошло в первую очередь за счет их вещательного применения в информационном, познавательном или развлекательном аспекте, а также их массового прикладного использования в научной, практической и иной деятельности многих людей.
На современном этапе научно-технического прогресса человечеству без телевидения (как и без телефона) жить уже невозможно. В этой связи ему открыта широкая дорога. Поэтому будет происходить дальнейшее совершенствование и полномасштабная интеграция видеоинформационных и телекоммуникационных технологий для предоставления требуемого спектра стационарных и мобильных мультимедийных услуг связи широкому кругу пользователей. Надо особенно отметить, что эффективное и плодотворное решение этих вопросов в нашей стране неразрывно связано с необходимостью (как и раньше) своевременной и планомерной подготовки кадров высококвалифицированных специалистов в области цифрового телевидения.
Одним из важных аспектов в развитии телевидения является разработка новых систем, улучшение их качественных и количественных характеристик. Здесь надо особо выделить вопросы, касающиеся необходимости дальнейшего совершенствования самих устройств отображения двумерных и объемных цветных ТВ-изображений.
Основное развитие видеоинформационных технологий и систем вещательного и прикладного телевидения в последующие десятилетия, на наш взгляд, в большей степени будет связано с решением следующих важных научно-технических задач, включающих:
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2011
Посещений: 20799
Статьи по теме
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
