В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Для создания предварительного проекта (назовем его системным проектом) необходимо определиться с частотным ресурсом. Отсюда вытекает, какая сеть будет: многочастотная или одночастотная, но, скорее всего, смешанная, так как практически весь частотный ресурс перераспределен и вряд ли кто захочет ломать устоявшийся бизнес, не создав параллельного.
Определившись с частотным ресурсом, необходимо выбрать параметры модуляции сигнала (QPSK, 16QAM, 64QAM). Режим модуляции выбирается исходя из бизнес-модели. QPSK и 16QAM выбираются, как правило, для движущихся объектов, 64QAM - для стационарных. В соответствии с таблицей 1 при разных режимах модуляции скорость транспортного потока в эфире разная, что влечет за собой и разное количество программ.
Выбрав режим модуляции, приступаем к следующему шагу, то есть к выбору защитного интервала (1/32, 1/16, 1/8, 1/4), также влияющего на скорость в транспортном потоке.
Защитный интервал необходим в основном для построения одночастотных сетей и выбирается исходя из расстояний между местами размещения передающих станций (ретрансляторов), а также для уменьшения влияния отраженного сигнала (таблица 2).
Располагая передающие станции на расстояниях, непревышающих указанные в таблице 2, вы практически снимете с себя головную боль по настройке одночастотной сети (при условии одинаковой мощности передающих станций и одинаковых высотах подвеса антенн над уровнем моря). Хотя это и не обязательно, так как в реальных условиях практически невыполнимо. Рельеф местности и застройка очень сильно влияют на прохождение сигнала, и ни одна программа расчета зон покрытия не сможет со 100%-ной вероятностью просчитать распространение сигнала, поэтому все равно придется заниматься отстройкой сети, хотя в меньшем объеме.
Следующий параметр в режиме модуляции, с которым необходимо определиться, это код восстановления (7/8, 5/6, 3/4, 2/3, 1/2), также влияющий на скорость в транспортном потоке.
Данный параметр влияет на качество принимаемого сигнала, то есть в зависимости от выбранного параметра качество принимаемого сигнала в одной и той же точке будет разное. Достигается это за счет количества дополнительных бит в транспортном потоке, направленных на восстановление ошибок, полученных при распространении сигнала. Величина данного параметра важна также для использования в транспортном потоке сложных сигналов (наличие системы условного доступа, использование Интернета, MPEG-4 по сравнению с MPEG-2 и т.д.).
Еще одним немаловажным параметром при построении сети (о котором вообще умалчивается) является иерархический вид модуляции. Используя такой вид модуляции, возможно часть ТВ-программ применять для стационарных терминалов, а часть - для мобильных. Тем самым возможно получить две сети в одном частотном присвоении. На сегодняшний день, как нам кажется, этот параметр не востребован, хотя возможно его использование в небольших населенных пунктах для "подмешивания" к общему транспортному потоку местной программы. А в дальнейшем при модернизации сети и переходе на новый стандарт DVB-T2 и на HDTV он станет очень востребован, так как можно будет сохранить старую сеть и ввести новый сервис. Также это касается и выбора стандарта сжатия MPEG-2 или MPEG-4 (о котором мы расскажем далее).
Следующим шагом, определившись с вышеназванными параметрами, станет привязка передающих станций к местности. Нужно вычислить, опять же путем расчетов, оптимальные мощности передающих станций и типы антенн. А затем начинается самое интересное. Необходимо спланировать систему раздачи сигнала от головной станции (или со спутника) до каждой передающей станции. Не секрет, что затраты на эту систему в несколько раз превысят стоимость самой системы формирования и распространения сигнала.
Это то, что касается теории. На практике же почти все наоборот. Все привязки идут к существующей инфраструктуре, а если ее нет, то к поиску оптимальных вариантов.
Тем самым при проектировании одно-частотной или многочастотной сети не избежать проблемных зон, которые можно будет определить лишь путем натурных испытаний после создания основной сети. И только затем, на основании результатов натурных измерений, окончательно решить эту проблему (использование ретрансляторов и т.д.). Реально на конечном этапе проект сети претерпит серьезные изменения.
Существует множество вариантов построения сети, как многочастотных, так и одночастотных. Все зависит от рельефа местности и имеющейся инфраструктуры.
Бытует мнение, что можно подвесить антенны на мачте высотой более 150 м и развить мощность излучения 5-10 кВт, тем самым обеспечив довольно большую зону покрытия. Да, это возможно для аналогового сигнала. Для цифрового сигнала это тоже реально при условии использования многочастотной сети. Но где взять столько частот? Для одночастотной сети такой принцип чреват невозможностью синхронизации сети (либо с довольно серьезными увеличениями стоимости проекта), так как при таких условиях подвеса и такой мощности передатчика зона уверенного приема сигнала составит от 60 до 120 км (на наружные антенны), а зона распространения сигнала - не менее 200 км (это там, где сигнал будет влиять на другие источники излучения).
Примеры такого влияния показаны на рис. 1 и 2. На рис. 1 показано излучение с пяти источников. И, как видно из диаграммы, последний источник находится примерно в 60 км от точки измерения. Если отключить все остальные сигналы, то можно смотреть качественное телевидение, причем характеристики данного объекта всего 100 Вт, а высота подвеса антенны 75 м. На рис. 2 показано резкое появление сигнала после 20 часов, что приводит к срыву синхронизации и соответственно к невозможности смотреть телевизор. Источник излучения, как видно на рис. 2, находится почти в 70 км от точки измерения. Характеристики данного объекта -всего 100 Вт и высота подвеса 55 м. При этом все передающие объекты находятся примерно на одной высоте над уровнем моря.
В данной ситуации построение одночастотной сети невозможно или потребует огромных дополнительных затрат.
Чтобы избежать данной проблемы, на наш взгляд, сети можно строить по принципу сот или использовать построение по схеме "звезда" с применением маломощных передатчиков и ретрансляторов. Это приведет к небольшому уменьшению стоимости сетей, увеличит ее надежность; резервирование и профилактику передающих объектов можно будет проводить поэтапно, не лишая весь город или округ возможности смотреть телевизор.
При построении многочастотной сети не требуется сложных настроек. Одним из условий покрытия всей территории является перекрытие зон уверенного приема сигнала (соотношение C/N, дБ, таблица 1), в зависимости от выбранных параметров. При этом необходимо строить систему в шахматном порядке, то есть чередуя частотные каналы. Единственное, что в этом случае возникает, в зоне перекрытия абонент будет принимать дубли телевизионных программ, и ему придется самостоятельно удалять из меню приставки эти дубли (а может и оставить, если ему так нравится).
Используя схему "звезда", можно строить системы как одночастотные и многочастотные, так и смешанные. При этом можно использовать и передатчики, и ретрансляторы. Принцип "звезды" также довольно прост (один ведущий, остальные ведомые).
Следующим немаловажным аспектом системы является транспорт доставки сигнала до передающих центров. Здесь также существует масса вариантов. Можно использовать как наземную инфраструктуру, так и спутниковый ресурс. Для многочастотных систем каких-либо сложностей это не вызывает. Самое главное, чтобы скорость транспортного потока, подаваемая на передатчик, не превышала требуемой скорости (таблица 1), в зависимости от выбранных параметров модуляции. Тогда передающее устройство само обработает транспортный поток: либо отбросит, либо добавит нуль-пакеты.
Все проблемы возникают при построении одночастотной сети. Требуется поэтапно тестировать каждый участок сети, так как одно из основных условий для транспорта в одночастотных сетях - жесткая стабильность скорости выходного транспортного потока. В противном случае передающее устройство будет постоянно "уходить в аварию", как правило, из-за переполнения буфера. Используя разные способы доставки транспорта до передающих центров в одночастотной сети, необходимо не забывать о формировании опорных сигналов на головной станции. Здесь также существуют различные варианты формирования. Можно использовать отдельные МIP-устройства, можно встроенные. Можно использовать отдельные GPS-устройства, можно встроенные. При этом применять такие устройства возможно как для формирования опорных сигналов, так и для управления передающими устройствами (устанавливать необходимые задержки на каждый из передатчиков с присвоением каждому своего идентификационного номера). Требуемая стабильность транспортного потока должна варьироваться в пределах +/- 30 бит от скорости выбранного режима модуляции (таблица 1).
Типов передающего оборудования на сегодняшний день множество, и выбор довольно богат. Мы не ставим в данном разделе цель определить, какое из передающего оборудования лучше, оставляя это на усмотрение того или иного оператора. Мы лишь попробуем сформулировать желаемые критерии для передающих центров. Что касается антенно-фидерного тракта, на наш взгляд, необходимо использовать панельные антенны с круговой диаграммой направленности и имеющие возможность изменять угол наклона диаграммы направленности (пусть даже вручную). АФУ должно иметь минимальные параметры затухания (КСВ < 1,1). Выходной канальный фильтр можно применить без масок, если нет соседних каналов. При наличии соседних каналов, излучаемых с одного объекта, лучше использовать канальный фильтр с масками. Нами были проведены испытания на совместимость 51ТВК и GSM 900, расположенных на одном объекте. При разнесении антенн по высоте на расстоянии 3 м и мощности излучаемого сигнала 600 Вт взаимовлияния не зафиксировано. Теперь рассмотрим вопрос, касающийся параметров самих передатчиков. Оптимальные параметры излучаемого сигнала MER 34 дБ и BER 1091010 получены исходя из натурных испытаний (тогда при C/N, дБ (таблица 1) картинка будет устойчива, и зона уверенного сигнала будет расширена). Уменьшение этих параметров приводит к уменьшению зоны уверенного сигнала. Минимальные параметры - MER 24 дБ и BER 105. Уменьшение данных параметров ведет к появлению артефактов вплоть до полного рассыпания сигнала и соответственно к зависанию приставок. Это то, что касается трактов излучения. В одночастотной сети желательно использовать передатчики с возможностями установки задержки сигнала как вручную (или дистанционно вручную), так и путем присвоения кодов идентификации и задержек с головной станции с оборудования MIP при формировании транспортного потока. Немаловажным критерием передающего оборудования является его энергоемкость: не надо дополнительно увеличивать количество систем охлаждения, использовать дорогие системы бесперебойного питания, уменьшается затратная часть на дальнейшее обслуживание. При использовании иерархической модуляции необходимо иметь дополнительный вход (для "подмешивания" программ).
Все вышесказанное относится и к ретрансляторам, с некоторыми добавлениями. Использование ретрансляторов (как одночастотных, так и со сменой частоты) возможно при условии ряда ограничений. Например, не более 3-4 ретрансляций, так как параметры сигнала на каждой перетрансляции падают и последняя ретрансляция будет только "греть воздух" с минимальным эффектом (таблица 3).
Использование одночастотных ретрансляторов, на наш взгляд, эффективно в городах с плотной застройкой для доставки сигнала практически на комнатные антенны (тогда не надо будет тратиться на дорогостоящее восстановление антенных систем и их обслуживание), а также в удаленные населенные пункты с полным отсутствием инфраструктуры. Длительность обработки сигнала такими ретрансляторами составляет не более 7 мкс, что позволяет применить их в любых условиях. В городской черте с плотной застройкой необходимо использовать ретрансляторы с так называемыми SAW-фильтра-ми, что позволит избежать большого количества отраженных сигналов и повысит эффективность ретрансляции.
В последнее время в различных СМИ и на различных конференциях, посвященных цифровому эфирному вещанию DVB-T, рассматриваются разные стандарты сжатия видеоинформации.
В основном, дискуссии происходят вокруг стандартов группы MPEG: MPEG-2 или MPEG-4 AVC. В данном разделе мы попробуем отразить наши размышления по этой проблеме. Не будем вдаваться в историю разработки того или иного стандарта MPEG.
Об этом написано очень много. Существует мнение, что MPEG-2 - устаревший стандарт. Мы считаем, что это не совсем так. Наряду с MPEG-4 AVC MPEG-2 также развивается и модернизируется. Всем понятно, что MPEG-4 AVC создавался для более эффективного использования, в том числе и частотного ресурса. Напомним, что MPEG-4 AVC утвержден как черновой вариант, и, как правило, кодеки первого поколения, заявленные под этот стандарт, являются тестовыми и не в состоянии выполнять весь объем, заданный разработчиками. Хотелось бы подчеркнуть, что то же самое было в 1999-2002 годах, когда мы приступили к тестированию MPEG-2 для целей эфирного телевизионного вещания DVB-T. Кроме того, MPEG-4 AVC создавался в основном для HD.
Попытка использовать его для формирования транспортного потока стандартного разрешения SD не только не приводит к увеличению количества каналов в потоке по сравнению с MPEG-2, а, наоборот, ухудшает качество картинки (эффект "картонного" неба). Основным отличием MPEG-4 AVC от MPEG-2 является "объектное" сжатие, когда с помощью интеллектуальных алгоритмов кодек выделяет объекты переднего и фонового плана и назначает им разный битрейт. Фоновому плану назначается запредельно низкий битрейт, а передним объектам - высокий. В приложениях SD появляется эффект, когда фон с очень сильными артефактами (квадраты, меняющие свою структуру каждые 0,5 с, резко очерченные градации в плавных переходах яркости и цвета) не привязан к объектам переднего плана. Получается, что объекты хорошего качества изображения перемещаются на неестественном фоне (объект перемещается, а фон неподвижен). Такие артефакты особенно заметны при съемках на фоне чистого неба, моря, студийных однотонных декораций. Возникает эффект неестественного, искусственного "картонного" неба. Такой эффект "искусственного окружающего мира" может иметь неисследованные пока психофизиологические последствия, и это требует дополнительных и глубоких исследований.
Такие специфические артефакты принципиальны и неустранимы в существующих MPEG-4 AVC-кодеках, они присутствуют и в HD-режиме, однако там они малозаметны за счет более высокого общего битрейта канала.
Данная проблема, как нам кажется, вызвана тем, что в самом стандарте заложены высокие коэффициенты сжатия картинки, это влечет за собой целый комплекс проблем, основной из которых является повторное сжатие.
В связи с этим при построении сетей DVB-T необходимо использовать оригинальный сигнал, а потом производить его сжатие и формирование транспортного потока либо ретранслировать уже готовый поток, варьируя нуль-пакетами. Так как на сегодняшний день практически весь контент использует MPEG-2, то приходится использовать как минимум повторное сжатие, что и приводит к эффекту "картонного" неба. Как ранее упоминалось, MPEG-2 продолжает совершенствоваться. При формировании транспортного потока с использованием статистического мультиплексирования скорость канала меняется от 0,8 до 6,0 Мбит/с.
При этом работа над картинкой с применением всевозможных фильтров не производилась. Для сравнения, все проекты в DVB-T с использованием MPEG-4 в России, несмотря на все заявления, достигли 8-10 каналов.
При таком же режиме мультиплексирования, с применением MPEG-4 AVC на кодеках второго поколения, возможно получить 13-ТВ программ SD-каче-ства. Выигрыш в количестве ТВ-программ минимальный, а затратная часть вырастает как минимум в два раза.
На сегодняшний день таких официальных данных по операторам нет, в отличие от операторов, использующих MPEG-2 (12 ТВ-программ и даже 14 ТВ-программ на одном частотном присвоении).
При переходе с аналогового эфирного вещания на цифровое необходимы абонентские терминалы (приставки к телевизору или сами телевизоры, поддерживающие DVB-T). Выбор терминалов, необходимых при переходе на цифровое вещание, также связан с выбором стандарта сжатия. Если вопрос формирования транспортного потока зависит только от разовых вложений в головное оборудование, осуществляемых оператором мультиплекса, то вложения в абонентские терминалы для сети цифрового вещания хотя бы одного региона в несколько раз превосходят стоимость построения данной системы и ложатся на конечного пользователя. На сегодняшний день картина вырисовывается также не в пользу MPEG-4 AVC.
Стоимость абонентского терминала MPEG-2 колеблется от 1000 до 2500 руб, в зависимости от наличия той или иной системы условного доступа и сервиса.
Стоимость абонентского терминала MPEG-4 AVC - от 4500 до 12 500 руб., в зависимости от наличия той или иной системы условного доступа и сервиса.
При среднем уровне месячной зарплаты в 7000 руб., а в сельских районах и того меньше, кусаются и те и другие цены, не говоря уже о возможности покупки нового телевизора.
В связи с тем что весь мир переходит на цифровое эфирное вещание основных ТВ-программ, абонентские терминалы MPEG-2 отработаны и обкатаны (хотя с ними тоже существуют проблемы).
Темпы подключения в Мордовии за два года работы сети составили 50 тысяч абонентов (33% семей в сельской местности). А также не будем забывать о том, что, исходя из анализа рынка, население хочет смотреть качественное телевидение уже сегодня и его не интересует, какой формат сжатия использован и "обогнали ли мы Европу при этом".
Абонентские терминалы MPEG-4 AVC, так же как и стандарт сжатия, находятся в тестовом варианте. Использование САМ-модулей с терминалами MPEG-2 немного удешевляет стоимость терминала, при этом усложняя процесс обработки и тем самым увеличивая вероятность ошибки, что приводит к увеличению артефактов.
Хотим напомнить, что данный модуль разработала три года назад компания Neotion для Франции с целью тестового вещания в стандарте MPEG-4 AVC для HD-проекта с использованием MPEG-2 терминалов (так как не было чипов для производства HD-терминалов).
Существует мнение, что сегодня необходимо строить систему с использованием стандарта MPEG-4 AVC и распространять терминалы с возможностью HD, с целью дальнейшей замены ТВ-программ с SD на HD. На наш взгляд, это иллюзия, так как после построения сети и набора определенного количества клиентов будет невозможно без использования дополнительного частотного ресурса плавно перейти на HD. При включении одного канала HD будет потеряно 2-3 канала SD, что вызовет недовольство пользователей. Таким образом, использование сети с сжатием в MPEG-2 или MPEG-4 AVC при дальнейшем переходе на HD также имеет свои трудности, которые ложатся на плечи оператора.
Раздача приставок всем без исключения не выдерживает никакой критики, так как стоимость приставки возрастет как минимум в три раза (списки, комитеты, транспорт и т.д.). В связи с ограничением производства и ввоза на территорию РФ телевизоров без модуля DVB-T потребность в приставках будет падать, так как телевизор уже будет принимать открытый сигнал, а для закрытого сигнала (сложного) понадобится САМ-модуль (устанавливаемый в специальный слот на боковой панели телевизора). И в связи с тем что в среднем парк телевизоров меняется в течение пяти-семи лет, может получиться, что к 2015 году приставки будут не нужны вовсе.
Использование терминалов без системы условного доступа возможно, но тогда возникает вопрос, кто будет отвечать за качество принимаемого сигнала потребителем и как вести учет абонентов для дальнейшего отключения аналога. В данном вопросе, на наш взгляд, это одна из ключевых проблем.
В заключение попробуем проанализировать перспективы развития эфирного цифрового ТВ-стандарта DVB-T. Сейчас трудно предсказать что-либо конкретное, по какому пути и как происходить модернизация и переход на HD, ясно одно - у каждого оператора будет свой путь. Но мы попробуем это сделать в первом приближении.
Ни для кого не секрет, что, кроме развития системы сжатия, MPEG продолжает развиваться и совершенствоваться. Закончена разработка программных средств по расширению возможностей управлением MPEG-4 в мультимедийных приложениях MPEG-7, на выходе MPEG-21 (что также скажется на замене боксов). Какие системы сжатия ждут нас дальше, трудно предугадать. Ясно одно -каждые пять лет будут появляться все новые системы сжатия, и, нам кажется, заострять внимание на данном вопросе в настоящее время нет необходимости. Все зависит от оператора мультиплекса: если он считает, что на сегодняшний день сможет быстро и качественно оцифровать территорию и его услуга будет востребована населением, то стандарт системы сжатия не имеет значения. Оператора интересует, сколько лет он будет окупать вложения и каким образом это будет делать. Чем больше срок окупаемости проекта, тем меньше средств оператор сможет тратить на модернизацию и на увеличение сервисов. Соответственно он становится менее конкурентоспособным, его быстрее поглотят крупные компании (аналог сотовых).
Так же как и системы сжатия, развивается и сам стандарт DVB, в том числе и стандарт эфирного цифрового вещания DVB-T.
На сегодняшний день ведется разработка стандарта DVB-T2. Ее особенности - это увеличение количества несущих 16К и 32К, в дополнение к существующим 2 К и 8 К, а также 256QAM - в дополнение к существующим 4QAM, 16QAM, 64QAM - с увеличением скорости до 288 Мбит/с, что опять повлечет за собой смену всего парка абонентских терминалов. Разработка должна быть закончена к 2009-2010 году. Первый терминал под данный стандарт должен появиться в 2010 году. Тем самым начало перехода на стандарт DVB-T2 будет возможно в 2012-2015 годах (в стандарте заложен переход на другой вид сжатия), поэтому нелепо звучит фраза "опередить Европу". Это все равно, что телега едет впереди лошади. Нельзя быть впереди разработчиков, не участвуя в этих разработках или в разработках на опережение. Таким образом, не важно, какие системы сжатия мы сейчас используем и какой MPEG лучше или актуальнее на сегодняшний день. При применении 256QAM будет использовано преобразование Шеннона, что, по нашему мнению, позволит ввести иерархический вид модуляции. Тем самым мы сможем получить так называемую многоярусную сеть для плавного перехода.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2008
Посещений: 27637
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
